Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

ПРАКТИКА ПРЕСУВАННЯ

У практиці пресування, залежно від форми і габаритних розмірів виробів, що виготовляються, вимог, що пред'являються до властивостей порошкових виробів, і інших чинників, застосовуються різноманітні методи і схеми пресування. Найпоширеніші з них є:

1)статичне пресування. Відповідно до цього методу пресування здійснюється в закритих прес-формах на механічних або на гідравлічних пресах;

2) ізостатичне пресування, ущільнення порошку в цьому випадку відбувається в оболонці з використанням тиску, рідини або газу;

3) імпульсне (динамічне) пресування. Відрізняється від двох попередніх високою швидкістю навантаження;

4) прокатка порошків і клинове пресування;

5) бездеформаційні методи формування:

а) вібраційне формування;

б) мундштучне пресування, екструзія;

в) шлікерне литво, литво з термопластичних мас і інжекційне формування.

Далі розглянемо характеристики цих методів формування.

Загальним для всіх цих методів формування (пресування) порошків є їх підготовка, на чому зупинимось нижче.

3.1. Підготовка порошків до пресування

Необхідність підготовки порошків зумовлена тим, що вони у стадії поставки не завжди відповідають стандартам і технічним умовам, тобто мають різні значення фізичних і технологічних параметрів навіть для порошків з одного і того ж матеріалу. Крім того, їх властивості можуть змінюватися в процесі зберігання за рахунок окиснення, адсорбційного поглинання вологи і т.п.

До підготовчих операцій перш за все відносяться: відпал порошків, розсівання (класифікація), змішування, грануляція.

3.1.1. Відпал

Попередній відпал порошку сприяє відновленню оксидів, рафінуванню хімічного складу в результаті видалення домішок. Під час відпалу також знімається наклеп порошку, стабілізується його кристалічна структура. Відпалу звичайно піддаються порошки, одержані механічним подрібненням, електролізом, розкладанням карбонилів. Ці порошки містять значну кількість оксидів вуглецю, розчинених газів, мають спотворені кристалічні грати, що погіршує і утрудняє пресуємість. Для відновлених порошків відпал застосовується рідше. Наприклад, він в цьому випадку може застосовуватися для укрупнення дуже дрібних частинок для запобігання самозагорання, де от гонки і з титанової губки після магнійтермічного відновлення хлористого титану.

Температура попереднього відпалу звичайно складає 0,5…0,6 температури плавлення. У цих випадках частинки порошку спікаються слабко і губка порівняно легко розтирається в порошок.

Операція відпалу звичайно проводиться в прохідних печах, що обертаються і конвейєрного типу. Середовище відпалу може бути відновним або інертним, у ряді випадків застосовують вакуум. У разі потреби видалення оксидів застосовують відновне середовище ( , конвертований газ, генераторний газ і ін.). Інертні гази використовуються для відпалу з метою зняття наклепа або агломерації частинок. Вакуумна обробка порошків застосовується для відгонки залишків відновника або електроліту.

Для отримання залізного порошку, чистішого по відношенню до кремнію і марганцю, відпал часто проводять в суміші водню з хлористим воднем. Наявність хлористого водню сприяє утворенню і випаровуванню хлоридів кремнію і марганцю.

3.1.2. Класифікація порошків

Проводиться з метою отримання порошків з частинками певного розміру, що вимагається для виготовлення даного виробу.

Під класифікацією порошків мається на увазі розділення їх на фракції за допомогою різних методів.

При цьому деякі фракції можуть виявитися непридатними для використання в конкретному виробництві і їх додатково обробляють (укрупняють або мелють).

Класифікація порошків з розміром частинок більше 40...50 мкм проводиться розсіванням на ситах, а менше 50 мкм за допомогою повітряної сепарації, електросепарації або седиментації.

3.1.3. Змішування

Одна з найвідповідальніших додаткових операцій перед пресуванням - змішування. Властивості спечених виробів багато в чому залежать від того, наскільки рівномірно в результаті змішування були розподілені компоненти шихти. У порошковій металургії застосовується також змішування різних фракцій порошку одного сорту, змішування партій порошку, одержаного різними методами. Мета цих операції - поліпшити пресуємість шихти, а також здешевити її за рахунок деякого розбавлення дорогих сортів порошку дешевшими.

Змішування можна здійснювати механічними і хімічними методами. Змішування однорідних компонентів, відмінних гранулометричним складом і методом отримання, проводиться механічними методами в змішувачах різної конструкції: барабанах, млинах.

Рівномірність механічного змішування визначають наступні чинники: розмір і форма частинок змішуваних компонентів, густина компонентів, характер середовища змішування, тип устаткування змішувача тощо.

У зв'язку з тим, що теоретичні уявлення про процеси змішування стосовно порошкової металургії розроблені слабо, умови змішування на практиці підбираються у кожному конкретному випадку дослідним шляхом.

Для змішування порошків часто застосовуються порожнисті барабани змішувачів з ексцентричною віссю обертання (типу "п'яної бочки"). Перемішування шихти досягається шляхом струшування її при обертанні барабана.

Застосовують також конусні змішувачі. Такі змішувачі застосовують в тих випадках, коли компоненти не повинні наклепувати і подрібнюватися в процесі змішування. Тривалість змішування 2...8 годин і більше.

У кульових і вібраційних млинах поєднується процес помелу і змішування. У цих установках досягається інтенсивніше змішування і частинки матеріалу одночасно подрібнюються.

У тих випадках, коли змішувані компоненти шихти значно відрізняються за густиною, в шихту вводиться машинне мастило в кількості 1-2%. В результаті цього запобігається сегреція шихти і досягається більш рівномірне змішування компонентів.

В даний час методи хімічного змішування мають менше розповсюдження, ніж механічні. Проте вони відносно рівномірності розподілу компонентів мають перевагу перед механічними, особливо коли кількість "другого" компоненту, що вводиться в шихту, менше 1%.

Хімічний метод змішування полягає в осадженні з розчинів на поверхні частинок основного металу добавки металу у вигляді його солі, у випаровуванні водного розчину солі металу-добавки при одночасному інтенсивному перемішуванні з порошком основного металу. Надалі сіль може розкладатися або відновлюватися в процесі подальшого відпалу або безпосередньо в процесі спікання виробу.

Як вже наголошувалося, велике значення має якість перемішування, яка має визначальний вплив на властивості одержуваних матеріалів. У зв'язку з цим зупинимося на розгляді критеріїв оцінки якості змішування.

В процесі перемішування відбувається переміщення частинок різних компонентів, які в первинному стані знаходяться порізно або в неоднорідно упровадженому стані. У граничному стані в процесі змішування повинна вийти суміш, в якій до кожної частинки основного матеріалу примикають частинки інших компонентів в заданих кількостях. Наприклад, якщо змішуванню піддаються чотири компоненти, маси яких відносяться як цілі числа, то: у будь-якій малій пробі, узятій з готової суміші, маси компонентів повинні знаходитися в такому ж співвідношенні. Проте в реальних умовах, у зв'язку з впливом різноманіття чинників на якість перемішування, в мікрооб'ємах готової суміші існує різноманітність взаємного розташування частинок компонентів, а їх співвідношення - величина випадкова.

У зв'язку з цим більшість сучасних методів оцінки якості переміщення порошків заснована на методах статистичного аналізу.

Методами математичної статистики найбільш просто аналізувати статистичний матеріал за однією випадковою величиною. Стосовно змішування порошкових матеріалів суміш умовно вважають двокомпонентною. Для оцінки якості змішування з суміші виділяють один компонент, вважаючи його основним, а всі інші відносять до другого. За ступенем розподілу умовно основного компоненту і судять про якість змішування. При цьому вміст основного компоненту в суміші позначають випадковою дискретною величиною, яка може бути повністю охарактеризована, якщо відомі закон її розподілу, математичне очікування, дисперсія або середнє квадратичне відхилення. Середнє квадратичне відхилення і приймається як найчастіше основним критерієм оцінки якості змішування. Воно може бути визначене за формулою

, (168)

де - зміст основного компоненту в -й пробі (значення випадкової величини в -й пробі); - середнє арифметичне вмісту основного компоненту у всіх пробах; - загальне число відібраних проб.

У разі достатньо великої кількості проб величина сходиться по вірогідності з математичним очікуванням величини . При цьому залежить від величини і має її розмірність. Це робить некоректним використовування величини в чистому вигляді для порівняльної оцінки якості змішування порошкових шихт з різним вмістом в них основного компоненту, у зв'язку з чим величину визначають у відносній формі, відносячи її до . В цьому випадку якість змішування можна охарактеризувати за допомогою коефіцієнта неоднорідності (варіації), ,%:

, (169)

У багатьох випадках аналізу проб якості змішування доцільно визначати не кількість частинок основного компоненту, а його концентрацію. Тоді вирази (168) і (169) можна представити так:

; (170)

,(171)

де - число проб; - значення концентрації основного компоненту в -й пробі; - середнє арифметичне значення концентрації основного компоненту в пробі, %.

Приведені вирази (170) і (171) для оцінки якості змішування правомірні тільки в тому випадку, якщо об'єм аналізованої суміші великий в порівнянні з сумарним об'ємом окремих проб, що і спостерігається в реальних технологічних процесах порошкової металургії. У зв'язку з цим при визначенні якості змішування важливий вибір необхідного числа проб.

Умовно розіб'ємо суміш, що готується, на елементарних об'ємів, в кожному з яких має місце своє середнє значення концентрації основного компоненту . При невеликих значеннях елементарних об'ємів величина досягатиме великих значень. Це дозволяє вважати послідовність випадкових значень концентрації основного компоненту в кожному з елементарних об'ємів генеральною сукупністю, яка достатньо повно може бути охарактеризована генеральною середньою і середнім квадратичним відхиленням . У зв'язку з цим число відібраних проб повинне бути таким, щоб значення і були близькими по значенню відповідно до і . При . Проте це практично не здійсненно. Достатня чисельність проб по Ю.І.Макарову може бути визначена з виразу

де - нормоване відхилення, . У свою чергу ; - для більшості промислових змішувачів може бути прийнято рівним 20%;

- абсолютна відносна гранична погрішність визначення С %.

У оцінці якості змішування велике значення має також маса відібраної проби. Вона повинна бути такою, щоб випадкові відхилення співвідношень компонентів не закривали б загальну картину розподілу речовини в суміші. Зазвичай, чим менша маса проби, тим точніше може бути визначена якість змішування. Проте мінімальна маса проби обмежується тим, що при зменшенні проби може наступити момент, коли надлишок або недолік в пробі одного з компонентів, обчислюваний однією або декількома його частинками, істотно позначатиметься на величині і тим самим на величині .

Мінімальна маса, г, проби може бути визначена таким чином:

для суміші, що не грудкує

, (172)

для сумішей, що грудкуються

, (173)

де - середній діаметр частинок відповідно порошку і грудок, см; - густина матеріалу частинок, г/см³; - насипна густина грудок, г/см³; - задана концентрація основного компоненту в суміші.

Після визначення кількості проб і їх маси важливе значення має вибір методу аналізу проб.

Існуючі методи аналізу проб можуть бути розділені на дві групи. До першої групи, в основному, відносяться гравіметричні, а також радіометричні, засновані на безпосередньому аналізі порошкових проб, до другої - методи, засновані на аналізі проб, розчинених в спеціальних рідинах. До цієї групи відносяться хімічні, кондуктометричні, потенціометричні, оптичні і гравіметричні методи аналізу розчинів.

Гравіметричні методи першої групи засновані на розділенні проби за складовими і подальшому їх зважуванні. Для цієї мети застосовуються ситовий аналіз, магнітна в повітряна сепарації.

Ситовий аналіз застосовується в тому випадку, якщо компоненти шихти відрізняються за розміром частинок. Для аналізу проб, малих по масі, цей метод неприйнятний.

Магнітна сепарація застосовується в тому випадку, якщо компоненти шихти відрізняються за магнітними властивостями (мають магнітні і немагнітні складові). В цьому випадку розділення проби на магнітну і немагнітну складові проводять таким чином.

Пробу тонким шаром наносять на немагнітну підкладку і прикривають зверху тонким шаром паперу. Потім до верхнього листка підносять електромагніт, внаслідок чого магнітна складова проби пристане до листка. Після розділення проби проводять зважування складових.

Повітряна сепарація звичайно застосовується для розділення грубозернистих проб на складові, які значно відрізняються за густиною.

Гравіметричні метод другої групи засновані на розчиненні основного або інших компонентів проби з подальшим визначенням розчиненої речовини і залишку.

Гравіметричні методи аналізу проб, особливо другої групи, трудомісткі і не відрізняються високою точністю.

Вищою точністю відрізняються хімічні методи аналізу розчинів, в основі яких лежить титрування. В цьому випадку спеціально підібраний реагент (титрант) вибірково реагує з основним компонентом, що знаходиться в розчині, за схемою:

де - основний компонент; - титрант; і - продукти реакції.

За кількостю титранта, який пішов на титрування, можна розрахувати процентний вміст основного компонента в пробі.

Кондуктометричні методи засновані на здатності розчинів проводити електричний струм, яка залежить від концентрації і природи розчиненої речовини. Здатність проводити струм характеризується електропровідністю розчину, яка обернено пропорційна його опору. Опір розчину, Ом:

, (175)

де - відстань, між електродами, см; - питома електропровідність, Ом• см; - площа електродів, см².

Знаючи величину , можна знайти величину , за якою можна розрахувати концентрацію аналізованого розчину .

Для масових аналізів одних і тих же сумішей звичайно будують калібрувальну криву , по якій надалі за величиною визначають концентрацію речовини. Даний метод неприйнятний при визначенні концентрації в сумішах елементів, іони яких в розчині мають однакову або сумірну рухливість.

Методи потенціометрів засновані на вимірюванні електродних потенціалів, що виникають при електролізі розчинів електролітів. При цьому

, (176)

де - вимірювана ЕДС; стандартний потенціал виділення визначуваного елементу; - валентність елементу; - концентрація елементу в розчині.

Оптичні методи аналізу проб засновані на здатності рідких середовищ частково поглинати або заломлювати світло, що пропускається через них, а також обертати площину поляризації світла, яке проходить через них.

Радіометричні методи аналізу засновані на кількісному визначенні випромінювання, яке витікає з радіоактивної речовини, присутньої в пробі (метод "мічених атомів") або яке проходить від зовнішнього джерела через пробу. Для визначення радіоактивного випромінювання найчастіше використовують лічильники Гейгера.

3.1.4 Грануляція

Грануляція вихідної шихти зазвичай проводиться з метою поліпшення її текучості, особливо в тих випадках, якщо вона складається з порошків, з малим розміром частинок (менше 5...10 мкн). Грануляцію можна проводити різними методами, серед яких найпоширенішим є метод, заснований на замішуванні порошку із зв'язкою (парафін, розчин каучуку в бензині, розчин полівінилового спирту в воді тощо.). Надалі одержана суміш протирється на протирочних ситах і гранулюється обкаткою в спеціальних барабанних або конусних грануляторах.

Можлива також грануляція за рахунок розпилювання суспензій, які вміщують розчин зв’язки (наприклад розчин парафінового воску та стеорінової кислоти в трихлоретані) та порошків з їх вмістом в суспензії 70…80%. Для розпилювання суспензій можна використовувати установку розроблену датським підприємством А/C Ніро Атомайзер грануляції твердосплавних сумішей , схема якої приведена на рисунку Я . Отримання гранул в цій установці відбувається в закритому контурі, що запобігає внесення в продукт домішок. Згідно технологічної схеми цього процесу суспензія подається в камеру розпилювання і за допомогою спеціальних сопел і зустрічниого потоку азоту диспергується на краплі, які під дією поверхневого натягу рідини сфероідизуються. Завдяки тому, що температура азоту та середовища камери підтримується на рівні 110…120 ºС розчинник зв’язки практично миттєво випаровуєть і частинки міцніють. Частина їх збирається внизу камери а частина уноситься струменем суміші азоту та розчинника і осідає в циклоні. Азот і пар розчинника, які мають температуру на виході 60…70 ºС, надходять в скруббер-конденсатор де охолоджуються. Розчинник конденсуєтья і знову використовується для приготування суспензії а азот після підогріву рециркулюється в камеру розпилювання.

Отриманий порошковий продукт просіюють з метою вилючення потрібної фракції ( зазвичай 50…100 мкм) . Частинки більшого та меншого розміру після спеціальної обробки з метою видалення зв’язки знову надходить на операцію приготування суспензії.

Рисунок Я – Схема установки для отримання гранул розпилюванням

суспензій з одночасною сушкою: 1 – пристрій для подачі суспензії в камеру розпилювання; 2 – форсунка; 3 – камера розпилювання; 4 – циклон; 5 – скруббер-конденсатор;

6 – охолоджувач; 7 - підігрівач

Грануляцію (укрупнення) частинок шихти можна також проводити її спіканням з подальшим дробленням. Найчастіше цей метод прийнятний для укрупнення дисперсних порошків з метою підвищення їх текучості і зниження пірофорності.

3.2. Статичне пресування в прес-формах

3.2.I. Загальні положення

Процес пресування виробів з порошків в прес-формах складається з наступних основних операцій:

1) визначення наважки і дозування шихти;

2) засипка шихти в матриці прес-форми;

3) пресування;

4) видалення брикета з прес-форми;

5) від правильно вибраної наважки багато в чому залежить розмір і форма деталі, що виготовляється. Для визначення маси наважки використовують формулу.

, (177)

де - густина безпористого матеріалу; - об'єм готового виробу; - відносна густина, ; - коефіцієнт, що враховує втрати порошку при пресуванні, ; - коефіцієнт, що враховує втрати маси при інших операціях (відновлення оксидів при спіканні, вигоряння домішок, мастил тощо).

У випадках багатокомпонентної шихти необхідно знати середню густину

,(178)

де - густина окремих компонентів шихти; - вміст окремих компонентів в шихті, %.

Шихту дозують ваговим або об'ємним методом. При цьому метод дозування вибирається залежно від типу вживаного устаткування. При автоматичному пресуванні вибирається об'ємне дозування, при періодичному (в основному на гідравлічних пресах) - вагова.

Дуже важливо, особливо, при об'ємному дозуванні, щоб шихта мала хорошу текучість. Для цього часто застосовують гранульовану шихту.

При пресуванні виробів складної форми необхідне рівномірне заповнення порожнини матриці шихтою, для чого використовують різні вібратори і віброструшувачі.

1. Основним пристроєм при пресуванні виробів з порошків є прес-форма. Сучасна прес-форма, особливо для пресування виробів складної форми, є складним пристроєм. Проте основними деталями в будь-якій прес-формі є три:

- матриця - забезпечує формування бічної поверхні;

- нижній пуансон - формує нижню поверхню і запобігає висипанню порошку з прес-форми;

- верхній пуансон - формує верхню поверхню і, як правило, передає зусилля на порошок.

Прес-форми класифікуються за наступними принципами:

1) експлуатаційні особливості (знімні або стаціонарні);

2) за принципами заповнення порошком порожнини матриці (об'ємне або вагове дозування);

3) за методом пресування (одностороннє або двостороннє);

4) за конструкцією матриці (суцільна або розбірна);

5) кількості "гнізд" (одно- або багатогніздові).

3.2.2. Варіанти пресування (одно- і двостороннє пресування)

Одностороннє пресування застосовується для пресування простих виробів з відношенням .

При виготовленні виробів з відношенням застосовується двостороннє пресування. Схема різних варіантів пресування показані на рис.29.а

Рисунок 29 - Варіанти пресування: а - двостороннє; б - з плаваючою матрицею; в - з рухомою матрицею

При двосторонньому пресуванні з рухомою матрицею процес ущільнення відбувається таким чином.

Верхній пуансон, переміщаючись вниз, ущільнює сильніше шари порошку під пуансоном, ніж в протилежному кінці пресованого виробу. У зв'язку з цим у верхній частині між стінками матриці і пресованим виробом виникають значніші сили тертя, ніж в нижній частині, тому нижній пуансон починає рухатися - до тих пір, поки сили тертя внизу не перевищать сили тертя біля верхнього пуансона і т.д.

Застосування розглянутих варіантів пресування сприяє отриманню виробів з більш рівномірним розподілом густини за об'ємом матеріалу.

3.2.3. Пресування на механічних і гідравлічних пресах.

Пресування із застосуванням різного виду прес-форм здійснюється на механічних і гідравлічних пресах.

Механічні преса застосовуються в основному при пресуванні деталей малих і середніх розмірів, де допускаються високі швидкості навантаження. Потужність механічних пресів може досягати 120 т, а кількість пресованих виробів - близько 60 шт./хв.

Номенклатура пресованих виробів на гідравлічних пресах набагато ширша. Потужність гідравлічних пресів складає 4...10 до 5000...200000 т, проте принципова будова їх однакова.

При пресуванні металевих порошків на гідравлічних пресах забезпечується можливість плавного ущільнення з порівняно малими швидкостями, що важливе при пресуванні дрібних порошків з додатком великих зусиль, коли особливо можлива поява розшарування. Крім того, важливою обставиною є також можливість забезпечення будь-яких витримок під тиском і регулювання режимів пресування на одному і тому ж пресі.

Недоліком пресування на механічних і гідравлічних пресах є скрутне (або взагалі неможливе) пресування виробів з складною формою, з великим відношенням висоти до діаметру тощо. Це пов'язано з тим, що не можна одержати рівномірний розподіл густини у виробі за рахунок зовнішнього і внутрішнього тертя, пружної післядії і інших чинників. В цьому випадку необхідно застосовувати інші методи формування.

Нижче зупиномось на характеристиці обладнання, яке використовують для статичного пресування.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЗАЛЕЖНІСТЬ ГУСТИНИ ПРЕСОВОК ВІД ТИСКУ ПРЕСУВАННЯ. ОСНОВНІ ТЕОРІЇ ПРЕСУВАННЯ	\|	Устаткування для статичного пресування

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.016 сек.