1. Анализ теоретических исследований вибрационного уплотнения металлических порошков

Большой вклад в развитие вибрационной техники вообще и вибрационных машин и технологии в частности, внесли следующие известные отечественные ученые Азимов Ф.Н. Артоболевский А.А., Баглюк Г.А., Быховский И.И., Гусев Б.В, Десов А.Е., Иващенко В.В., Лихтман В.И., Миронюк А. Ф., Назаренко И.И., Олехнович К.А., Пановко Я.Г., Потураев В.Н., Рудь В.Д., Савинов О.А., Хабло Г.П., Чмых О.В., Чубук Ю.Ф., Шаталова И.Г., Шмигальский В.Н. и другие ученые. Рассматривая общие закономерности формования дисперсных сред, обычно выделяют три обычных механизма уплотнения – структурная деформация порошковой системы, пластическая деформация частиц и хрупкое разрушение металлических частиц. В зависимости от характеристик порошка, схемы виброформования и величины формующих усилий могут иметь место все три механизма уплотнения, либо какие-то из них будут преобладать. Мнения различных авторов относительно того, какой из механизмов действуют при виброформовании противоречивы [ ]. По их мнению, это объясняется различием в оценке величины усилий, действующих на порошок при виброформовании. А проведенные исследования позволяют сделать вывод, что механизм структурной деформации в процессе виброформования является основным. Очевидно, что этот вопрос требует более детального изучения. При всех способах формования увеличение плотности происходит за счет структурной деформации. В процессе виброформования под действием вибрации наблюдается снижение эффективных коэффициентов трения [ ] как внутри порошка, так и между порошков и инструментом. Таким образом, разрушение первоначальных связей и арочных образований происходит при меньших усилиях, чем при статическом прессовании, а их укладка идет более плотно [ ].

1.2. Факторы, влияющие на процесс вибрационного уплотнения металлических порошков

Установлено, что на процесс уплотнения и достигаемую плотность влияют следующие факторы[ ]: параметры прессуемого порошка – химический состав, форма частиц, гранулометрический состав, наполнители и ПАВ и параметры вибрационного воздействия – схема виброформования, амплитуда и частота колебаний, влияние пригружения, форма импульсов колебаний и продолжительность вибрационного воздействия.

1.2.1. Влияние формы частиц и гранулометрического состава металлического порошка на процесс уплотнения

В работах [ ] было установлено, что уплотнение металлических порошков идет в основном за счет их структурной деформации и весьма незначительно за счет хрупкого разрушения и пластического деформирования их металлических частиц. При этом достигаемая плотность практически целиком будет зависеть от формы частиц и количества их фракций в общем объеме. На данный момент фракционный подбор является практически единственным способом, который позволяет регулировать плотность формуемых изделий, получаемых из порошков непластичных металлов. Однако этот аспект также изучен не достаточно как в теоретическом, так и в прикладном плане. Наиболее полно вопросы фракционного подбора и формования из них изделий изучены применительно к порошкам со сферической формой частиц. В работах [ ] показано, что чем больше форма металлических частиц отличается от сферической, тем меньшее значение плотности прессовки может быть достигнута при вибрационном формовании. Однако степень повышения относительной плотности при вибрационном воздействии у таких металлических порошков выше. Это объясняется их низкой насыпной плотностью [ ]. Плотность укладки металлических частиц у стенки пресс-формы, как правило, ниже, так как нарушается правильность укладки [ ]. В этом случае развивается так называемый «пристенный эффект», который тем больше, чем меньше отношение размера пресс-формы к размеру металлических частиц. Эффект ощутим при отношении, равном 10.

Тонкодисперсный порошки с размером частиц 1 – 2 мкм уплотняются хуже, так как силы адгезии между частицами соизмеримы с инерционными силами, которые действуют при вибрационном формовании. Чем выше удельная плотность порошка, тем интенсивнее идет процесс уплотнения [ ]. Достаточно хорошо уплотняются порошковые смеси, состоящие из порошков различной плотности, при этом сегрегации частиц не происходит [ ].

При уменьшении частиц металлического порошка частоту вибрирования и ускорение рекомендуют увеличивать [ ]. Величину ускорения колебаний предлагается увеличивать в случае прессования металлических частиц со значительно развитой шероховатостью поверхности и малым удельным весом [ ]. Для уплотнения металлических порошков с хрупкими частицами рекомендуется более высокая частота вибрирования и низкая амплитуда колебаний [ ].