2. Вплив мастил на процес ущільнення пресовок

Певною мірою більш рівномірному розподілу щільності в пресовках сприяє введення мастил в матеріал, який ущільнюється. Застосування мастила при пресуванні - один з кращих способів зменшення зовнішнього тертя і поліпшення пресуємості порошку, що призводить до підвищення і більш рівномірного розподілу щільності за об'ємом виробу.

Мастила підрозділяються на дві групи: інертні і поверхнево-активні.

До інертних мастил відносяться такі, які знижують тертя між порошком і стінками матриці і не діють на порошок. Ці мастила можуть бути рідкими і твердими. Як рідке мастило найчастіше використовується машинне масло, яке вводиться в порошок в процесі приготування шихти для пресування, його масова частка 0,5... 1,5%.

Як тверде мастило можна використовувати графіт, дісиліцид молібдену і інші матеріали, які є структурними складовими готових виробів.

Часто як інертні мастила можуть використовуватися зв'язки і пластифікатори, які застосовуються при пресуванні твердих крихких порошкових матеріалів.

До поверхнево-активних мастил відносяться такі мастила, які разом із зменшенням тертя полегшують деформацію частинок порошку, знижуючи тим самим тиск, необхідний для досягнення заданої щільності. Механізм дії поверхнево-активних мастил зводиться до адсорбції молекул цих мастил на поверхні частинок порошків з подальшим проникненням їх в гирлі мікропор і мікротріщин на поверхні частинок. При цьому виникають значні розклинюючі зусилля, які можуть зруйнувати частинку або полегшити її пластичну деформацію. Як поверхнево-активні мастила можна використовувати олеїнову, пальмінову або бензойну кислоту, стеарати цинку тощо. При цьому найчастіше використовуються їх розчини у вазеліні, ацетоні, бензолі, чотирихлористому вуглеці та інших легколетучих органічних середовищах. Кількість поверхнево-активного мастила, що вводиться, повинна бути такою, щоб вона могла покрити мономолекулярним шаром всі частинки. У зв'язку з цим її кількість в значній мірі залежить від розміру частинок порошків і їх питомої поверхні. Так, наприклад, при використанні як мастило розчину олеїнової кислоти в бензолі її вводять 3...5 г на 1 кг порошку з розміром частинок 20...50 мкм і 1 г на 1 кг порошку з розміром частинок 100...200 мкм.

1.1.3 Тиск виштовхування і пружна післядія

З тиском пресування і тертям об стінки прес-форм також пов'язаний тиск виштовхування. Останнє обумовлене тим, що при пресуванні зовнішній тиск врівноважується протилежно направленими внутрішніми пружними силами, які діють у всі сторони. Внутрішні пружні сили виникають через пружну деформацію частинок порошку і стінок прес-форми. Після зняття тиску пресування ці пружні сили звільняються і під їх впливом пресовка прагне розширитися у всі сторони. Але розширенню в радіальному напрямі перешкоджають стінки прес-форми, а у напрямі пресування - тертя об стінки матриці і зв'язки, що утворилося, між частинками порошку. При цьому пресування все ж таки частково розширяється по висоті, внаслідок чого бічний тиск знижується, але не стає рівним нулю. У зв'язку з цим пресовка залишається щільно затисненою в матриці, і для її виштовхування з неї потрібне значне зусилля, яке називається тиском виштовхування. Він повинен перевищувати сили тертя пре совки об стінки матриці:

, (1.7)

де - сила тертя, яка виникає при випресовці (виштовхуванні) пресовки з прес-форми; - коефіцієнт тертя в парі пресування - стінки матриці; - бічний тиск, що залишається після зняття тиску пресування і часткового розширення пресування по висоті; - площа зіткнення пресовки з матрицею.

Зусилля виштовхування має практичне значення при розрахунку і конструюванні пристроїв і оснащення для пресування.

Звичайно тиск виштовхування росте пропорційно збільшенню тиску пресування. Так, при пресуванні залізних порошків при тиску до 300 МПа зусилля виштовхування змінюється в межах 0,15...0,2 тиск пресування і надалі збільшується з його зростанням до 0,3...0,39. Зазвичай прийнято вважати, що для більшості матеріалів тиск виштовхування лежить в межах 0,2...0,39 тиску пресування.

Окрім тиску пресування на зусилля виштовхування також впливають і інші чинники, такі як розміри пресувань, наявність мастила, властивості порошків. Зусилля виштовхування зростає із збільшенням висоти пресування, що пов'язане із збільшенням поверхні тертя.

В процесі пресування важливе значення має чистота внутрішньої поверхні матриці і її стабільність. Збільшення класу чистоти поверхні призводить до зниження зусилля виштовхування.

Помітно впливає на зусилля виштовхування наявність в ущільнюваному матеріалі мастила. В цьому випадку зусилля виштовхування, в порівнянні з пресуванням без мастила, може знижуватися на порядок.

Серед властивостей порошків, що мають вплив на зусилля виштовхування, важливе значення мають їх пружні властивості, а також властивості, що визначають формовність порошків. Чим більш пластичний матеріал порошку, що ущільнюється, тим менше пружна деформація, тим менша різниця між тиском виштовхування і втратами тиску на тертя, тим більше зусилля виштовхування. Аналогічна залежність спостерігається між формовністю та зусиллям виштовхування.

Викладене знаходиться в прямій залежності з пружною післядією, під якою мається на увазі явище збільшення об'єму спресованого виробу під впливом внутрішніх напруг, що спостерігається після зняття тиску пресування, а також після випресовування виробу з матриці прес-форми.

Пружна післядія може бути визначена, виходячи з відносної зміни лінійних розмірів виробів, %:

, (1.8)

де - абсолютне розширення пресування по довжині або по діаметру; , - довжина (діаметр) пресування відповідно тій, що знаходиться в прес-формі під навантаженням і після видалення її з прес-форми.

Знання закономірностей пружної післядії важливе при проектуванні прес-форм для урахування можливого збільшення розмірів пресованих виробів.

Пружна післядія залежить від тиску пресування і характеристик пресованого порошку: розміру, форми і стану поверхні частинок, вмісту оксидів, механічних характеристик матеріалу. Крім того, пружна післядія також залежить від наявності мастила в порошку, пружних властивостей матриці прес-форми і пуансонів та інших чинників.

Рисунок 1.5 – Ідеалізована залежність пружної післядії

від тиску пресування

Теоретично залежність пружної післядії від тиску пресування має складний характер (рис.1.5). Спочатку при збільшенні тиску пресування пружна післядія росте, потім досягає якихось максимальних значень і надалі із зростанням тиску зменшується. Такий характер залежності може бути обумовлений наступним. З одного боку, пружна післядія є наслідком пружної деформації матеріалу частинок порошку. При цьому, чим вищий ступінь пружної деформації, тим більшої слід чекати пружної післядії. З другого боку, і пружна післядія, яка супроводжує його розширення, пов'язана з відносним переміщенням частинок. Цьому переміщенню протидіятиме тертя між частинками (внутрішнє тертя), а також зв'язки, що утворюються в процесі пресування, між частинками за рахунок зчеплення, схоплювання, зварювання і т.п., тобто чинники, які сприяють поліпшенню формованості порошків. Останні, у протилежність пружній деформації, сприяють зменшенню пружної післядії. У зв'язку з цим, в тих випадках, коли переважаючий вплив на величину пружної післядії робитиме пружна деформація, спостерігатиметься його зростання із збільшенням тиску пресування, що відбувається у разі пресування при низькому тиску (рис. 1.5, 1 ділянка). Надалі із збільшенням тиску пресування відбувається збільшення контактної поверхні, збільшується міцність зчеплення між частинками. Це призводить до уповільнення темпу зростання пружної післядії із збільшенням тиску пресування. І, зрештою, в тих випадках, коли прикладений тиск викликає усередині частинок напруги, що перевищують межу пружності матеріалу, відбуватиметься перехід пружної деформації в необоротну пластичну або крихке руйнування. У зв'язку з розглянутим раніше механізмом ущільнення порошкових матеріалів, цей процес спочатку буде характерний для приконтактних об'ємів частинок порошку і із збільшенням тиску пресування розповсюджуватиметься на весь об'єм частинок. Все це разом із зміцненням контакту між частинками призводитиме до зменшення пружної післядії із збільшенням тиску пресування .

Якщо розглядати вплив конкретних чинників на пружну післядію, то тут коректно це робити за інших рівних умов, тобто коли решта властивостей порошків і параметрів пресування співставні. Встановленим є той факт, що пружна післядія при пресуванні твердих, крихких матеріалів вища, ніж при пресуванні пластичних, що зумовлене великими значеннями межі пружності цих матеріалів. Цим же зумовлюються вищі значення пружної післядії при пресуванні окиснених порошків у порівнянні з неокисненими. При цьому, чим вище вміст оксиду, тим більше пружна післядія. Останнє обумовлене збільшенням частки твердого крихкого матеріалу (оксиду) в пресованому порошку. При цьому необхідно враховувати, що вплив форми, розміру частинок та інших характеристик порошків може мати переважний вплив на пружну післядію у порівнянні із здібністю матеріалу до пружної деформації.

Разом з властивостями порошків на пружну післядію мають вплив також і інші чинники. Це, перш за все, напрям пресування, наявність мастила і зв'язки тощо.

Зазвичай, пружна післядія у напрямі пресування може бути до 6%, тоді як в перпендикулярному напрямі вона не перевищує 3%. Останнє, обумовлено різними діючими зусиллями в цих напрямах (осьове зусилля більше бічного), а також тим, що розширенню виробу по висоті після зняття тиску сприяє пружна деформація матриці.