Лекція № 7

Теоретичні основи напівсухого пресування порошкоподібних мас

4.3.1. Аналіз існуючих теорій пресування

Численні дослідження вітчизняних і закордонних вчених в області пресування порошкоподібних матеріалів свідчать про целе-сообразности реалізацію на практиці наступних технологічних прийомів, спрямованих на одержання високоміцних виробів з мінімальної анизо-тропией властивостей по їхньому обсязі: забезпечення оптимального гранулометриче-ского складу компонентів шихти; вибір раціональної форми і розмірів прессуемого виробу для забезпечення рівномірного розподілу напря-жений по його обсязі; попереднє ущільнення суміші перед прессовани-ем і виключення запресовування газоподібної фази в прессуемое виріб; двох^ фсхступенчатое пресування (чи двостороннє пресування) шихти з це-лью забезпечення рівномірного розподілу щільності по обсязі прес-совки; витримка спресованої шихти під тиском з метою релаксації напруг у спресованому виробі після зняття навантаження й інші меха-нико-технологические заходи.

Фундаментальні дослідження в області пресування порошкообраз-ных мас проведені в порошковій металургії , у вогнетривкому, керамиче-ском і силікатному виробництві, у хімічної ,паливному й інших отрас-лях промисловості [1...18]. При цьому найбільш важливими є теоре-тические дослідження з установлення необхідного зусилля пресування Р_ср визначального енергосилові параметри пресового устаткування і якість одержуваної продукції. Відомі також дослідження , у яких за критерій якості приймають щільність спресованого виробу (р).

У формулі А.Н. Миколаєва [19] при визначенні середнього тиску пресування Р^ була почата спроба врахувати геометричні розміри,

форму і взаємне розташування часток у процесі їхнього деформування за допомогою емпіричного коефіцієнта "с" :

(4.1)

де с - емпіричний коефіцієнт, що враховує розміри, форму і взаим-ное розта­шу­ван­ня часток; 5 - границя текучості металевого порошку; S -відносна щільність спре­со­ваного виробу (відношення вихідної насыпної маси шихти р0 до дійсної щільності матеріалу р_ист ,  = р₀/р_ист.

У рівнянні (4.1) при  =0.5, р_ср=0 що обмежує область його примінення.

З використанням чисельного методу досліджень М.Б. Генералов і інших вчених одержали рівняння для розрахунку тиску пресування минеральных порошків [13]:

(4.2)

де ₀ - нормальні напруги зрушення порошкоподібного матеріалу; М -маса прессуемого порошку; R - радіус прес-матриці; - час запізнення (ретардації) деформації; l_v - швидкість відносної об'ємної деформації ; 8 - швидкість руху пуа­нсо­на, що пресує; m, n - емпіричні коефіцієнти; Р₀ - початковий тиск пресування; f, , -відпо­відно коефіцієнти внутрішнього і бічного тертя.

Рівняння (4.2) враховує сукупний вплив факторів і досить об'єктивно оцінює процес пресування порошкоподібних мінеральних часток з урахуванням основних положень теорії граничної рівноваги , по якій навіть мала зміна об'ємних і поверхневих сил приводить до порушення рівноважного стану системи.

Досліджуючи контактну взаємодію часток металевого порошку, М.Ю. Бальшин установив наступну залежність [20]:

(4.3)

де _к - контактний тиск між частками; Δ = -₀ - збільшення відносної щільності; ₀=₀/_ист- відносна щільність часток при ₀=0;П₀=1-₀ початкове значення відносної пористості.

При висновку рівняння (4.3) покладалося, що число контактів, приходящихся на одну частку, пропорційно відносної щільності:

=_i/_ист

де p_і -насипна маса шихти; _ист- дійсна щільність шихти при заданому тиску пресування, У даному вираженні покладалося, що

(4.4)

де А - приведена робота деформації; V - безрозмірна частка обсягу частинок, деформируемых при ущільненні.

Як показали дослідження И.С.Кайнарского, Р.Я.Попильского, Г.М.Ждановича, И.М.Федорченко, Р.А.Андриевского, DJones, W.Gegіelskі, ДО Kegel і інших учених [1...20], при пресуванні поліфракційних порошкообразных шихт спостерігається здрібнювання зерен і утворення додаткової кількості тонких фракцій часток, для щільного упакування яких необхідні додаткові витрати енергії.

Дослідження процесу гідростатичного пресування металевих порошків, проведені під посібником Г.А.Меерсон [21], підтверджують доцільність забезпечення максимальної щільності прессовки і исключения анізотропії її властивостей.

Була встановлена залежність відносної щільності від тиску пресування Р:

^m=P/P_max (4.5)

де P_max- тиск, необхідне для забезпечення 100% -і щільності брикету; m- постійний емпіричний коефіцієнт.

Чи після підстановки відповідних значень і перетворень одержимо

(4 .6)

При вивченні процесу пресування мідних сферичних часток діаметром (0,8... 1,2)х10^-3м при тиску Р=(100...700) Мпа була підтверджена гипотетическая схема деформації часток, відповідно до якої при равномерном обтисненні шихти (гідростатичному пресуванні) спостерігається менша деформація зерен при спря­мо­ва­ному силовому впливі (звичайному пресуванні). В останньому випадку частка сплю­щується в напрямку руху пресуючого пуансона, що пресує, і витягається в перпендикулярному направлении.

Звідси випливає висновок про доцільність для процесу пресування створення умов , що забезпечують мінімальну анізотропію властивостей прессуемых часток, тобто забезпечення умов з рівномірним розподілом напруг по обсязі дефор­муємих час­ток.

Вивченням залежності щільності пресування (опади шихти) від давления пресування займалися й інші дослідники: П. П. Баландін, А.С. Бережной, М.Я. Шевців, Н.Е. Дроздів і інші [22. ..26]. Відповідно до исследованиям В. А. Полюх [23], залежність між осіданням маси і давлением пресування можна визначити по формулі

(4.7)

де h- осадка маси наприкінці пресування; Н - глибина засипання маси в прес-форму; п - безрозмірна величина , що характеризує властивості глиня-ной массы; Р0 - параметр, що характеризує відношення властивості маси до тиску; Р₀ - тиск пресу­ван­ня.

Відповідно до досліджень інших учених [27], установлено:

(4.8)

де W - абсолютна вологість порошку, % ;  - коефіцієнт, що відбиває вплив гранулометрического складу, при W<11.5% = 1,1…1,3; - коэффициент, що залежить від пластичності глиняного сирцю . при W<10,5% для глин середньої і малої пластичності =1,0,для глин високої пластичності =1,04.

Однак отримані рівняння , як правило , носять емпіричний ха-рактер, або міс­тять коефіцієнти, для визначення яких необходи-мы спеціальні дослідження.

Визначений інтерес викликає емпіричне рівняння пресування, отримане Ю.Г. Дорофеевым і Н.Т. Жердицким [20] ;

(4.9)

де К - постійний коефіцієнт, одержуваний емпіричним шляхом; А_max –макси­маль­на приведена робота ущільнення , необхідна для достижения щільності моно­літу.

Рівняння (4.9) враховує деформаційний механізм ущільнення час-тиц, однак його автори допускають відсутність тертя на контактних поверхностях часток, що не відповідає реальним умовам процесу прессования.

Найбільш фундаментальні дослідження в області пресування по-рошкообразных матеріалів присвячені вивченню контактної взаємодії часток методами статичної механіки і проведені Г.М. Ждановичем [26]. Рівняння пресування з урахуванням витрат тиску на подолання сил зовнішнього тертя пресовок об стінки пресформи має вид

(4.10)

де К - постійна величина; =1/- відносний обсяг брикету.

Значення постійної величини К визначається по формулі

(4.11)

де L_H,L_B - параметри внутрішньої і зовнішньої бічної поверхні пресовки, відповідно; h_k - приведена чи критична висота прессовки При =1; S_H - площа поперечного переріза прессовки.

Рівняння (4.11) досить всебічно описує деформаційний механізм взаємодії прессуемых часток, однак не враховує прочностные характеристики часток у процесі їхнього руйнування.

Існують і інші теоретичні розробки, у більшій чи меньшей ступені уточнюючі процес пресування порошкоподібних мас.