Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Теорія і технологія пресування порошкових матеріалів
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Мундштучне та інжекційне формування

Загальні засади мундштучного формування

Метод мундштучного пресування застосовується для виготовлення довгомірних виробів типу стрижнів, труб, смут тощо з порошків тугоплавких сполук, різних керамічних мас, графіту й інших важко ущільнюваних матеріалів.

Суть методу полягає в тому, що пресують (екструдують) за допомогою спеціальних прес-форм (рис. 119) або екструдерів пластифіковані суміші, які готують з порошку відповідного матеріалу і пластифікатору. Тверді частинки порошку в таких сумішах не схильні до пластичної течії навіть при дуже тривалому навантаженні. У той же час пластифікатор має відносно мале значення межі текучості. Об'єднання цих двох компонентів у суміші призводить до створення в'язко-пластичного тіла, просторова структура якого є твердими частинками порошку, відокремленими одна від одної прошарком пластифікатору.

В основі процесу ущільнення лежить структурна деформація порошку і щільне його укладання за рахунок пластичної течії суміші під дією зовнішнього навантаження. При цьому пластична деформація або крихке руйнування матеріалу частинок порошків

Схема прес-форми для мундштучного пресування

Рисунок 119 – Схема прес-форми для мундштучного пресування

практично відсутні. Відносне переміщення частинок і їх щільне укладання при мундштучному пресуванні можливі тільки за наявності між ними прошарку пластифікатору. Пластифікатор, разом із полегшенням ковзання частинок порошку одна відносно одної і стінок прес-форми, повинен додавати заготівкам деяку додаткову міцність за рахунок клеючої здатності.

Правильний вибір пластифікатору є важливим моментом при мундштучному пресуванні виробів. У практиці мундштучного пресування можна застосовувати пластифікатори неорганічного й органічного походження (табл. 39).

Таблиця 39 – Характеристика пластифікаторів

Пластифікатор

Співвідношення розчинника і

речовини

Вміст, %

попіл

кокс

Парафін

-

0

0

Розчин парафіну і бензину

2:1

0

0

Розчин парафіну в бензолі

2:1

0

0

Розчин каучуку в бензині

10:1

0,94

1,55

Розчин полівінілового спирту у воді

4:1

0,58

1,15

Крохмальний клейстер

4:1

2,45

6,75

Розчин-бакеліту в спирті

10:1

0

50-52

Розчин сополіаміду в спирті

5:1

0

0

Розчин метилцелюлози у воді

5:1

2,05

4,35

Неорганічні (глини, рідке скло)

ТУ

-

-

Неорганічні пластифікатори мають істотний недолік, який полягає в тому, що, як правило, після виконання свого технологічного призначення, вони залишаються в матеріалі виробу, змінюючи його властивості. У зв'язку з цим їх застосування можливе тільки в тих випадках, коли вони входять до складу матеріалу, з якого виготовляють виріб.

Пластифікатори органічного походження, як правило, при спіканні виробів практично повністю видаляються за рахунок вигоряння або сублімації. Проте і в цих випадках деякі з них мо-

жугь вносити в матеріал виробу певну кількість золи або коксу (табл. 39). У зв'язку з цим при виборі пластифікатору органічного походження необхідно враховувати допустимість внесення цих домішок у матеріал виробу, що виготовляється. В цьому відношенні найприйнятнітими є парафін, віск, розчини парафіну в бензині або бензолі, які після сублімації практично не вносять домішок у матеріал.

Пластифікатори не повинні взаємодіяти з матеріалом порошку, а також бути технологічними. Останнє зумовлене тим, що деякі пластифікатори мають необхідні властивості пластичності в розчинах (полівініловий спирт, крохмаль, каучук, розчинний сополіамід тощо), а інші набувають цих властивостей при нагріві, оскільки є термопластичними (парафін, віск, сополіаміди тощо). Вид пластифікатору і обумовлює його технологічність. Розчинні пластифікатори вимагають операцій приготування розчину, сушки пластифікованої суміші, строгого контролю вологості й властивостей пластичності. Застосування термопластичних пластифікаторів вимагає проведення процесу замісу і формування за підвищених температур, що ускладнює процес у цілому.

Один із головних етапів при мундштучному пресуванні – підготовка пластифікованої суміші до пресування. При цьому важливо визначити оптимальний вміст пластифікатору. Від кількості введеного пластифікатору залежать властивості реологій суміші, умови пресування і якість готового виробу. При змішуванні порошків частинки твердої фази повинні бути покриті плівкою пластифікатору, товщина якої залежить від кількості і виду пластифікатору, а також від питомої поверхні використовуваних порошків. Об'ємна кількість введеного пластифікатора для забезпечення заданих властивостей може становити 50 % і більше. Зрештою пластифіковані суміші повинні бути в'язко- пластичними бінгамівськими тілами і мати просторову структуру коагуляційного типу з високо концентрованою дисперсною фазою.

Властивості пластифікованих сумішей залежать від способу введення пластифікатору, а також від вологості суміші та способу і температури її сушки. Властивості сумішей, зокрема їх сформованість. значною мірою залежать від обробки сумішей перед пресуванням. Найчастіше це багатократне продавлювання суміші через багатоканальну філь'єр} і брикетування з вакуумуванням. Останнє необхідне для видалення газових порожнин із суміші, оскільки при формуванні вони не видаляються, а тільки обтискуються. У подальшому при виході виробу з канал} мундштука відбудеться розширення газу, стиснутого в порожнинах, що призводить до спотворення форми виробу, тобто до браку.

У цілому якість пластифікованої суміші може бути охарактеризована трьома величинами: пластичною міцністю структури, пластичною в'язкістю й умовною динамічною межею текучості. Що ж до процесу мундштучного пресування в цілому, то він додатково характеризується необхідним зусиллям пресування в конкретних умовах і характером кривих витікання (рис. 120).

Вигляд ідеалізованих кривих тиску витікання при мунштучному формуванні

Рисунок 120 – Вигляд ідеалізованих кривих тиску витікання при мунштучному формуванні

Пластична міцність структури використовується як контрольний параметр при виборі оптимальних співвідношень порошку пластифікатору і вологи, а також температури процесу при використанні термопластичних пластифікаторів. Пластична міцність структури залежить від виду пластифікатору, способу вве-

дення в суміш, вологості суміші, її температури тощо.

Пластична міцність структури з використанням результатів випробувань пластифікованої суміші методом конічного пластометра (рис. 121) визначається за формулою

(7.1)

де- стала конуса,:

Р – навантаження на коше:

Н- глибина занурення конуса в суміш.

Схема вимірювання пластичної міцності суміші за методом конічного пластометра

Рисунок 121 – Схема вимірювання пластичної міцності суміші за методом конічного пластометра

Глибина занурення конуса визначається при сталій рівновазі. тобто коли швидкість занурення конуса стає рівною нулю. Пластична міцність зазвичай зменшується зі збільшенням вмісту пластифікатору, а також зі зменшенням його концентрації (збільшенням вологості) (рис. 122).

Зменшення розміру частинок твердої фази і пов'язане з цим підвищення питомої поверхні порошків приводять до значного збільшення пластичної міцності (рис. 122. З, 4). Підвищення пластичної міцності сумішей на основі більш дисперсних порошив зумовлене збільшенням числа зв'язків між твердою і рідкою фазами в одиниці об'єму і зменшенням товщини прошарків пластифікатору між частинками пороши. Аналогічна залежність спостерігається при збільшенні питомої поверхні, пов'язаної з формою частинок.

Чим більшій фактор форми (). тим вища пластична міцність суміші.

Залежність пластичної міцності пластифікованих сумішей віл вмісту пластифікатору (розчину сополіаміду в спирті) за його концентрацій, %

Рисунок 122 – Залежність пластичної міцності пластифікованих сумішей віл вмісту пластифікатору (розчину сополіаміду в спирті) за його концентрацій, %

За інших рівних умов важливе значення має вологість сумішей, у яких використовуються пластифікатори у вигляді розчинів. Зазвичай оптимальна кількість вологи для різних сумішей лежить у межах 10-16 %. При цьому вони мають пластичну міцність. При нижчій вологості суміші стають непластичними, а при вищій – формуються за малого тиску, що не забезпечує заданої та рівномірно розподіленої щільності виробів.

Для сумішей, що містять термопластичні пластифікатори, важливе значення має температура. Пластична міцність сумішей зі збільшенням температури зменшується. При використанні парафіну як пластифікатору на наведених залежностях спостерігається перегин за температури 35 °С, що пояснюється зміною кристалічної форми парафіну за цієї температури. У зв'язку з тим, що в інтервалі температур 35-45 °С пластична міцність змінюється незначно, цей температурний інтервал можна вважати оптимальним. За вищої температури відбувається надмірне розрідження парафіну і його плавлення. В результаті суміш втрачає свої властивості пластичності.

В'язкість пластифікованих сумішей залежить від швидкості переміщення і характеризується пластичною в'язкістю, тобто в'язкістю за великих швидкостей деформації, коли рівноважна структура в суміші не встигає відновлюватися. У разі визначення пластичної в'язкості з допомогою віскозиметрів капілярного типу її розраховують так:

(7.2)

де R, І- відповідно радіус і довжина капіляра віскозиметра;

G – секундна витрата маси;

- відповідно діюче і граничне значення тиску, за якого виникає рух суміші.

Умовна динамічна межа текучості, яка слугує динамічною характеристикою суміші, також визначається за допомогою віскозиметра капілярного типу. Для обчислення пластичної в'язкості й умовної динамічної межі текучості будуємо графіки залежності витрати суміші G, м3/с, від тиску (рис. 123). Ця залежність для бінгамівських тіл, властивості яких повинні мати пластифіковані суміші, має вигляд (рис. 123, А), тобто для таких тіл, на відміну від ньютонівських (в'язких рідин) (рис. 123, В), залежність буває лінійною тільки після стабілізації потоку за достатніх швидкостей деформації. Вона має ділянку переходу пластичного тіла від чисто пружного стану до стану незворотної деформації або стабілізованого потоку.

Відрізок ОС, що відсікається прямою АС на осі тиску, рівний. Звідси обчислюється. який пов'язаний іззалежністю:

(7.3)

Зазвичай з підвищенням вмісту в суміші пластифікатору, температури суміші пластична в'язкість знижується. При цьому для випадку застосування пластифікаторів у вигляді розчинів швидкість зміни пластичної в'язкості збільшується з пониженням концентрації пластифікатору.

Вплів дисперсності порошку на пластичну в'язкість аналогічний впливу її на пластичну міцність. тобтопідвищується зі зменшенням середнього розміру частинок і збільшенням питомої поверхні порошків.

Умовна динамічна межа текучості пластифікованих сумішей залежно від перелічених чинників змінюється аналогічно пластичній в'язкості. Збільшення дисперсності твердої фази за інших рівних умов приводить до збільшення сумішей. Це пов'язано з тим. що суміші, які містять більш дисперсну тверду фазу, менш схильні до ефекту фільтрації пластифікатору з них і мають більш стабільні характеристики реологій.

Вплив форми частинок порошків наіаналогічний для випадку пластичної міцності, тобто їх значення істотно зростають зі збільшенням фактора форми.

Залежність витрати суміші Q від тиску Р для бінгамівських (А) і ньютонівських (В) тіл

Рисунок 123 – Залежність витрати суміші Q від тиску Р для бінгамівських (А) і ньютонівських (В) тіл

Зусилля пресування залежить від геометрії використовуваної прес-форми і властивостей пластифікованої суміші. Загальне зусилля пресування витрачається на переміщення суміші, що міститься в конічній частині воронки мундштука, сил тертя в циліндровій частині прес-формиі мундштука, а також подолання сил внутрішнього тертя частинок. Повний тиск може бути представленим у вигляді суми складових, що йдуть на подолання перерахованих реактивних сил:

(7.4)

У зв'язку з тим, що переміщення шарів суміші в циліндрових частинах прес-форми і мундштука практично не спостерігається, а пластифікатор є добрим мастилом, можна вважати, що основна частка зусилля пресування витрачається на переміщення суміші в конічній частині прес-форми. Для випадку циліндрових прес-форм зусилля пресування визначають за формулою

(7.5)

де D – діаметр матриці прес-форми.

Тиск пресування можна визначити за формулою

(7.6)

яка є розв'язком рівняння Бінгама-Шведова для руху пластичних тіл у циліндрових капілярах. У рівнянні (7.6) – градієнт швидкості деформації суміші в радіальному напрямі в конічній частині мундштука. За інших рівних умов зусилля пресування залежить від реологічних характеристик пластифікованих сумішей, розглянутих раніше.

Як було відзначено, про якість пластифікованих сумішей можна судити за характером кривих витікання (див. рис. 120), які є залежностями зусилля пресування від руху пуансона при пресуванні. Тут залежність (7) свідчить про те, що суміш містить малу кількість пластифікатору або її вологість нижча оптимальної. Залежність (3) свідчить про підвищений вміст пластифікатору або вологи. В цьому випадку властивості пластифікованої суміші не відповідають властивостям бінгамівського тіла. І, нарешті, залежність (2) – оптимальна. В цьому випадку суміш є в'язко- пластичним тілом Бінгама-Шведова, оскільки перебіг її починається при досягненні цілком визначеного для даної суміші тиску.

Пониження тиску при сталому витіканні відносно первинного відзначається перегином на кривих; це пояснюється тим, що після сформування потоку і досягнення певного тиску відбувається перехід від контактного тертя спокою до тертя ковзання. Одночасно відбувається релаксація напруг і позначається тепловий ефект від деформації та контактного тертя, які знижують характеристики міцності суміші.

У межах оптимального режиму витікання суміші тиск пресування зменшується зі збільшенням вмісту пластифікатору в суміші (рис. 124), зменшенням питомої поверхні порошків і збільшенням температури. Останнє слід пов'язувати з характеристиками пластичної міцності і в'язкості таких сумішей.

Пресування за високого тиску недоцільне, оскільки щільність виробів зі збільшенням тиску практично не збільшується. При пресуванні твердосплавних пластифікованих сумішей за участю парафіну оптимальним вважається тиск 50-100 МПа.

Криві тиску витікання пластифікованої суміші порошку сплаву ВК6В при вмісті парафіну, %

Рисунок 124 – Криві тиску витікання пластифікованої суміші порошку сплаву ВК6В при вмісті парафіну, %

Важливий вплив на щільність і рівномірність її розподілу по довжині формованого виробу має ступінь обтиснення

(7.7)

де І) – діаметр матриці прес-форми; d – діаметр вихідного канат.' мундштука.

У разі застоювання як пластифікатору парафіну заготівки з максимальною щільністю отримують при ступені обтиснення 94,0-99,6 %, а при використанні крохмального клейстеру – при 85-95 %.

За вищих ступенів обтиснення значно зростає тиск витікання і пресування стає скрутним, а у виробах, спресованих за нижчих ступенів обтиснення. з'являються несуцільності і тріщини. При оптимальному обтисненні в мундштуку відбувається усереднення прошарку пластифікатору між частинками порошку твердої фази і заповнення пустот, а за малих ступенів обтиснення цього ефекту немає, що і є причиною виникнення тріщин і раковин у готовому виробі.

Певний вплив на якість заготівок має довжина циліндрової частини каналу мундштука. Для ступенів обтиснення в межах 79- 96 % якісні заготівки виходять за довжини каналу 35-55 мм. За меншої довжини витікання суміші відбувається нерівномірно, виріб скривлюється і має неоднакову щільність по довжині і в радіальному напрямку. Для ступенів обтиснення більше 96 % і діаметра виробу менше 6 мм допустима довжина мундштука 15-20 мм.

Слід зазначити, що щільність пресовок і готових виробів за інших рівних умов залежить від вмісту пластифікатору в вихідній пластифікованій суміші. Так, зі збільшенням його вмісту пропорційно збільшується пористість сирих і спечених заготівок (рис. 125).

Залежність пористості виробів із твердого сплаву ВК63 від вмісту парафіну в вихідній суміші до (1) і після (2) спікання

Рисунок 125 – Залежність пористості виробів із твердого сплаву ВК63 від вмісту парафіну в вихідній суміші до (1) і після (2) спікання

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси