книги из ГПНТБ / Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов

Очень простая по своему устройству установка для определения газопроницаемости должна найти широкое применение в ремонтных мастерских текстильных предприятий для контроля проницаемости рабочей поверхности пористых подшипников после механической обработки.

Г л а в а IV

ФИЛЬТРЫ ИЗ СПЕЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Область применения

При выполнении ряда технологических операций в текстильном производстве необходима хорошая очистка от механических приме­ сей, воды, щелочи, кислот, растворов и расплавов искусственных и синтетических волокон, отделочных растворов и осадительных ванн. В настоящее время для этих целей применяют в основном раз­ личные ткани, ежегодный расход которых для фильтрования пре­ вышает 40 млн. м. Однако использование в качестве фильтроваль­ ного материала тканей во многих случаях не отвечает современ­ ным требованиям.

Интенсификация процессов фильтрования за счет повышения температуры и давления, конструирование более эффективных и производительных аппаратов возможны только в результате при­ менения новых фильтровальных материалов. Опыты, проведенные во ВНИИВ и в других лабораториях, показали, что в качестве фильтровальных материалов с успехом можно использовать кера­ мические и особенно пористые спеченные материалы.

Фильтры, изготовленные из спеченных материалов, могут вы­ держивать сравнительно высокие перепады давлений.

Использование для производства фильтров из легированных сталей и специальных сплавов сообщает им необходимую коррози­ онную стойкость, жаростойкость и теплопроводность. Фильтры из спеченных материалов сопротивляются резким перепадам темпе­ ратур, не засоряют фильтруемый продукт и позволяют получать требуемую тонкость очистки и соответствующую производитель­ ность. Они также хорошо регенерируются продувкой воздухом, промывкой жидкостями и выжиганием. Наиболее перспективно ис­ пользование спеченных материалов в виде свечевых фильтроваль­ ных элементов из крупногабаритных пористых втулок. Такие филь­ тровальные элементы в отличие от рамных, дисковых и других компактны, имеют высокую конструкционную прочность, позволяют создавать большую поверхность фильтрования, удобны в монтаже и эксплуатации.

Широкое применение для фильтрования пористых спеченных материалов в виде крупногабаритных изделий тормозится недоста­ точной разработкой эффективных методов их изготовления. Полу­ чивший наибольшее распространение метод статического прессова­

130

ния в пресс-формах имеет ряд недостатков. Он позволяет изготав­ ливать пористые изделия, сравнительно небольшие по размерам и несложные по форме. Это обусловлено тем, что для прессования металлических порошков требуется высокое давление на единицу площади. Поэтому для изготовления крупногабаритных изделий необходимы мощные прессы и сложная технологическая оснастка. Однако часто и этого оказывается недостаточно. Вследствие малой подвижности металлических порошков под давлением и трения их о стенки пресс-форм изделия получаются с большой неравно­ мерностью в распределении плотности, что ухудшает их эксплуата­ ционные характеристики.

Разработанный в настоящее время метод вибрационного прес­ сования порошковых материалов позволяет получать изделия за­ данной пористости с равномерным распределением ее по высоте при использовании относительно небольших по величине давлений прессования. Вибрационным прессованием можно получать детали сравнительно крупных размеров и сложной формы. При этом от­ падает потребность в мощных прессах и улучшается качество вы­ рабатываемых изделий.

Исследования, проведенные кафедрой технологии текстильного машиностроения Московского текстильного института, позволили создать установку и необходимую технологическую оснастку для изготовления крупногабаритных пористых втулок, применяемых в качестве фильтровальных элементов машин и аппаратов тек­ стильного производства *.

Вибрационное прессование

Принципиальная схема установки для вибрационного прессова­ ния порошковых материалов отличается тем, что жестко соеди­ ненным матрице и нижнему стержню сообщаются продольные и вращательные колебания или их комбинации при совпадении или сдвиге фаз действия продольной составляющей возмущающих сил и момента возмущающёй пары сил на 90°. При этом статическое усилие прессования передается через систему упруго подвешенным трамбующим грузам, которые, получая вибрационные колебания от уплотняемого материала через верхний пуансон, оказывают на него динамическое трамбующее воздействие за счет сил инерции.

Установка для вибрационного прессования порошковых мате­ риалов состоит из двух основных узлов — вибростенда 1 (рис. 78) и привода 2, установленных на общей плите 3. Вибростенд пред­ ставляет собой винтовой пресс, на основании которого между че­ тырьмя рабочими и четырьмя компенсирующими пружинами упруго подвешена виброплощадка с вибратором 4. Сверху к виброплощадке крепится пресс-форма. На нижнем конце грузового винта находится направляющая плита, к которой с помощью четырех рабочих и четырех компенсирующих пружин упруго подвешена трамбующая площадка. Снизу к ней крепится пуансон 5, а сверху можно уста­

* Авторское свидетельство № 209764.

131

навливать дополнительные трамбующие грузы для увеличения ди­ намического воздействия на уплотняемый порошковый материал.

Величины ходов рабочих и компенсирующих пружин рассчи­ таны так, что при перемещении вибрационной и трамбующей пло­ щадок и сжатии рабочих пружин компенсирующие пружины, раз­ жимаясь, сохраняют упругую подвеску. Усилие прессования фиксируется по величине деформации предварительно протарированных пружин. Привод вибратора осуществляется через клиноре­ менную передачу, промежуточный подшипник и гибкий вал б. Управление приводом производится при помощи кнопочного вклю­ чателя.

132

Основной частью установки для вибрационного прессования порошковых материалов является вибратор направленного дейст­ вия, принципиальная схема которого показана на рис. 79. Он сос­ тоит из четырех валов с эксцентриками, вращающимися попарно один навстречу другому. Такая схема вибратора позволяет созда­ вать колебания различной направленности:

продольные колебания, когда продольная составляющая воз­ мущающих сил направлена в одну сторону;

вращательные колебания, когда моменты возмущающих пар сил направлены в одну сторону;

винтовые колебания, когда совпадают фазы действия продоль­ ной составляющей возмущающих сил и момента возмущающей пары сил;

чивать таким образом различное на­ правление вибрационных воздействий. Эксцентрики крепятся на

валах гайками. Привод вибратора осуществляется через ведущий вал и четыре конические шестерни, которые обеспечивают син­ хронное вращение всех валов.

При всех существующих способах вибрационного прессования уплотняемый порошковый материал подвергается воздействию только продольных колебаний. Вследствие быстрого затухания про­ дольных колебаний при их распространении в порошковом ма­ териале трение частиц порошка о стенки пресс-форм снимается не полностью, что влияет на равномерность укладки частиц по вы­ соте прессовок и на общую степень их уплотнения. Как показали исследования, применение комбинации продольно-вращательных колебаний при совпадении фаз действия продольной составляющей возмущающих сил и момента возмущающей пары сил (винтовые колебания) обеспечивает более высокую равномерность уплотне­ ния пористых втулок. Так, для втулок с наружным диаметром 60 мм, внутренним диаметром 30 мм и высотой 120 мм при отно­ шении высоты к толщине стенки 8: 1 неравномерность уплотнения составляла 4,4%. Для таких же втулок, но высотой 150 мм при отношении высоты к толщине стенки 10:1 неравномерность

133

уплотнения составляла в среднем- 6,5%, т. е. также находилась в пределах технологического допуска на их изготовление.

При вибрационном прессовании втулок из железного порошка ПЖ2К (ГОСТ 9849—61) с пористостью около 50% требуется дав­ ление прессования ПО кгс/см2, тогда как при статическом прессо­ вании для получения изделий той же пористости требуется дав­ ление выше 1000 кгс/см2. При этом увеличение величины возму­ щающих сил, моментов возмущающих пар сил и трамбующих грузов позволяет интенсифицировать процесс вибрационного прес­ сования.

Для проведения предварительных исследований с целью уста­ новления основных технологических характеристик крупногаба­ ритных пористых втулок, используемых в качестве фильтроваль­ ных элементов, их изготовляли из стандартного железного по­ рошка ПЖ2К со средней пористостью 50—55%. Как показали исследования, максимальный размер пор таких втулок составляет около 140 мк, а средний размер — около 100 мк. Путем применения одноили трехфракционных составов порошков можно в широких пределах регулировать величину пористости, свойства поликомпо­ нентной смеси и размер пор пористых спеченных изделий.

Фильтрующую способность втулок определяли, исходя из про­ изводительности фильтрования воздуха и воды при различных перепадах давлений (рис. 80). При фильтровании воздуха с уве­ личением давления от 20 до 250 мм вод. ст. производительность фильтрования увеличилась с 0,53 до 3,5 дц3/мин/см2. Производи­

поверхности. Эти данные показывают, что крупногабаритные по­ ристые втулки могут обеспечивать высокую производительность процесса фильтрования газов и жидкостей при небольших избы­ точных давлениях.

При статическом прессовании порошковых материалов наибо­ лее важные свойства прессовок — прочность, плотность, равномер­ ность уплотнения — определяются в основном величиной давления и методом прессования. Одним из основных принципов вибрацион­ ного прессования является принцип предельного разрушения пер­ воначальных связей между структурными элементами порошковых материалов для достижения их равномерного распределения и плотной упаковки. Поэтому при разработке процессов вибрацион­ ного прессования важное значение приобретает исследование влия­ ния гранулометрического состава, размера и формы частиц исход­ ных порошковых материалов, так как в основном эффект уплотне­

канд. техн. наук Ю. М. Шуляковым под руководством автора.

134

а иногда и сотни раз меньших, чем при статическом прессовании, и при отсутствии пластической деформации частиц прочность по­ ристых прессовок является в основном «конструкционной» проч­ ностью, т. е. обеспечивается за счет сил сцепления частиц между собой. Этой прочности часто оказывается недоста­ точно для выполнения после­ дующих технологических опе­ раций, поэтому важное значе­ ние приобретает применение связывающих веществ, кото­ рые, во-первых, увеличивают прочность прессовок, и вовторых, выгорая в процессе спекания, повышают порис­ тость готовых изделий.

ния такого связывающего ве­ щества и способа их введения, которые бы не влияли отрица­ тельно на наиболее важные технологические характерис­ тики порошковых материалов, такие как насыпной вес, вес утряски и сыпучесть.

Кроме того, наряду со скле­ иванием частиц в процессе формования связывающее ве­ щество не должно затруднять дозирование,заполнение прессформ и процесс уплотнения порошков.

В результате проведенных исследований из большого количе­ ства применяющихся связывающих веществ была выбрана кани­ фоль (ГОСТ 797—64), которая с успехом используется как пласти­

135

фицирующее, связывающее, поверхностно-активное вещество. В процессе исследования канифоль вводили в виде пудры (просев через сито номер 01) и в виде раствора в ацетоне в железный по­ рошок ПЖ2К (ГОСТ 9849—61) и в порошок нержавеющей стали Х18Н15 (ТУ 1325—65). Порошки после введения в них канифоли в виде раствора в ацетоне высушивали до полного испарения рас­ творителя. При этом только с введением 18% (объемных) связы­ вающего вещества начинается незначительное комкование порош­ ков. Просев через сито с протиранием легко разрушает образо­

вавшиеся конгломераты.

Полученные в результате исследований кривые изменения на­ сыпного веса и веса утряски порошков ПЖ2К и Х18Н15 показы­ вают, что наименьшее влияние на насыпной вес и вес утряски оказывает введение канифоли в виде раствора в ацетоне, а наи­ большее — введение канифоли в виде пудры.

При изучении влияния канифоли на прочность прессовок для сравнения были изготовлены образцы, в которые вводилось сильно клеящее вещество в виде раствора нитроцеллюлозы в ацетоне, и после формования подвергались сушке.

Установлено, что характер влияния связывающих веществ ла порошки различен. При введении небольшого количества связы­ вающего вещества, в железный порошок ПЖ2К прочность прессо­ вок резко уменьшается и только со значительным его увеличением начинает возрастать. Введение любого количества связывающего вещества в порошок нержавеющей стали Х18Н15 повышает проч­ ность прессовок. Это, вероятно, объясняется тем, что железный порошок ПЖ2К обладает большой конструкционной прочностью и введение небольших количеств связывающих веществ оказывает разобщающее действие, уменьшая заклинивание частиц и препят­ ствуя холодной сварке в местах контактов. При введении кани­ фольной пудры в шихту прочность прессовок снижается в меньшей степени, так как канифоль располагается между частицами формуе­ мого материала. При введении канифоли в виде раствора в ацетоне она покрывает тонким слоем каждую частицу, закрывает шерохо­ ватости и, проникая в них, действует как поверхностно-активное вещество. Порошок нержавеющей стали Х18Н15 имеет осколочную форму и при низких давлениях без связывающего вещества вообще не поддается формованию. Поэтому даже небольшие добавки ка­ нифоли резко увеличивают прочность прессовок. Однако исследо­ вания показали, что при прессовании металлических порошков с канифольной пудрой происходит большое пыление. Кроме того, канифоль налипает на стенки пресс-форм. В связи с этим введение канифоли в виде пудры нельзя рекомендовать для практического использования.

Изучение влияния связывающего вещества при введении его в виде раствора канифоли в ацетоне на плотность прессовок при различных усилиях прессования показало, что введение канифоли

136

повышают плотность прессовок по сравнению с прессовками из порошка без связывающих добавок.

Наблюдающееся изменение характера кривых уплотнения объ­ ясняется тем, что с увеличением количества связывающего вещества плотность смесей металлических порошков с канифолью уменьша­ ется. Однако это происходит только при более низких пределах плотности, что особенно наглядно видно при введении в металли­ ческие порошки 36% (объемных) канифоли.

Использование вибрационного прессования порошковых мате­ риалов позволяет изготовлять прессовки со значительной и малой пористостью при максимальной однородности структуры и свойств получаемых изделий. В первом случае это достигается только при использовании порошков с частицами приблизительно одного раз­ мера, а во втором необходимо, чтобы порошок состоял из частиц с определенным соотношением между их размерами и количе­ ством.

Крупные и мелкие фракции железного порошка ПЖ2К и по­ рошка нержавеющей стали Х18Н15 дают более высокую плотность. Характер уплотнения порошков из крупных, средних и мелких частиц медной дроби свидетельствует о том, что приближение формы частиц к круглой резко увеличивает эффективность вибра­ ционного прессования.

Для частиц с неправильной формой наиболее высокое уплот­ нение при вибрационном прессовании обеспечивается использова­ нием трехфракционных составов порошков.

Методика определения максимальных и средних размеров пор

спеченных фильтрующих материалов

Выше указывалось, что размеры пор являются одной из основ­ ных характеристик фильтрующего материала. От размера пор за­ висят как фильтрующая способность, так и гидравлическое сопро­ тивление фильтра.

Для определения максимального и среднего размеров пор спе­ ченных фильтрующих материалов используют метод максималь­ ного давления пузырьков.

Этот метод основан на измерении давления, которое необхо­ димо для проталкивания воздуха через поры тела, погруженного в жидкость с известным поверхностным натяжением.

Диаметр пор определяют по формуле

где а — поверхностное натяжение; А р — перепад давления, дин/см2.

Эта формула справедлива, если жидкость полностью смачивает стенки пор.

137

При проведении испытания фильтрующий материал погружают в емкость с водой так, чтобы сверху над ним был слой воды 5 мм. Затем медленно поднимают давление воздуха до тех пор, пока на поверхности его появится первый пузырек. При этом воздух под действием давления проходит через поры с максимальными разме­ рами. С повышением давления количество пузырьков увеличива­ ется, затем наступает момент, когда пузырьки начинают выходить из многих пор по всей поверхности. Этому давлению, которое оп­ ределяют с помощью манометра, соответствует средний размер пор фильтра. Максимальный и средний диаметры пор фильтра вычис­ ляют по формуле, преобразованной из приведенной выше, в еди­ ницах, удобных для измерения:

4- ІО4-«

407,89 — ,

98,0665Др Ар

где а — поверхностное натяжение воды, дин/см (при 20° С сс =

=72,75);

Ар — перепад давления на дифманометре, мм/вод. ст.; d — максимальный или средний диаметр пор, мк.

Отсюда для воды

При проведении испытаний группы фильтрующих элементов по данной методике для удобства подсчета среднего и максимального размеров пор целесообразно составлять таблицу по форме, приве­ денной ниже.

Средний и максимальный перепад давления определяют из по­ казаний манометра, а средний и максимальный диаметр пор вы­ числяют по формуле.

В примечании указываются температура среды, вязкость и т. п. Относительная погрешность определения составляет ±10% и рассчитывается при расходе 25 л/мин и перепаде давления 1 атм. При измерении пор диаметром менее 20 мк перепад давления А р удобнее^замерять в мм рт. ст. В качестве рабочей жидкости можно

использовать, кроме воды, бензин и спирт.

138

Глава V

САМОСМАЗЫВАЮЩИЕСЯ КОЛЬЦА ИЗ СПЕЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРЯДИЛЬНЫХ И КРУТИЛЬНЫХ МАШИН

Одним из путей повышения износостойкости пары кольцо — бе­ гунок является применение колец из пористых спеченных материа­ лов, пропитанных маслом. Проблема повышения износостойкости пары кольцо — бегунок особенно остро стоит в шерстопрядении, а также при переработке химических волокон.

Еще в 60-х годах во ВНИИЛТекмаш проводились работы по применению пористых колец, пропитанных маслом. Кольца прес­ суют и спекают из железного порошка, а затем обрабатывают на металлорежущих станках. Обработанные кольца поверхностно уп-

рочняют методом газовой нитроцементации и закалки. После за­ калки микротвердость колец составляет 800—1000 кгс/мм2. Кольцо подвергают окончательной обработке (доводке), а затем пропиты­ вают маслом. В работе такое кольцо становится самосмазываю­ щимся.

При движении бегунка по кольцу происходит нагревание их ра­ бочих поверхностей, масло из пор вытесняется наружу и образует тонкую пленку. Во время длительной работы непрерывная подача масла осуществляется маслоподающим фитилем, сообщающимся с маслосборником через кольцедержатель. В посадочной части кольца с горизонтальным бортиком имеется канавка, в которой находится фитиль (рис. 82). Фитиль соединен с маслосборником, из которого масло непрерывно подается к рабочей поверхности кольца. Кольцедержатели обеспечивают не только крепление колец, но и индивидуальное питание маслом.

В пористых кольцах с вертикальным бортиком на наружной поверхности имеется кольцевая канавка для фитиля вместо спи­ ральной канавки на внутренней поверхности стального кольца (рис. 83). Сочетание высокой поверхностной твердости со способ­ ностью выделять из пор масло обеспечивает и более высокую из­ носостойкость колец.

В настоящее время пористые самосмазывающие кольца приме­ няют в камвольном прядений и кручении, прядении и кручении хи­ мических волокон, в производстве шинного корда, прядении и кру­ чении искусственного шелка и т. д.

139