Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория и технология процессов прессования ЭНМ. Учебное пособие
.pdf
физико-механические свойства по всему объему прессованного
изделия.
Следует отметить, что при гидростатическом прессовании для
получения изделий заданной плотности необходимо давление
меньшее, чем при прессовании его в замкнутой матрице.
Если необходимо получить прессованные изделия с
центральным каналом, то используют схему гидростатического
прессования, представленную на рис. 7а. Для этого внутрь матрицы
4 корпуса гидростата помещается эластичная оболочка 1 и эластичные
прокладки 2. Герметизация гидростата обеспечивается верхней 1 и
нижней 7 крышками. В зазор между стенкой матрицы и эластичной
оболочкой засыпается порошкообразный материал – 3. За счет
давления жидкости – 6, подаваемой в эластичную оболочку с
помощью насосов высокого давления, происходит уплотнение
порошка.
При прессовании трубчатых и канальных изделий точных
размеров в центр корпуса гидростата − 3 помещается сердечник,
центрируемый сверху и снизу (рис. 7.б). Между сердечником и
эластичной оболочкой − 4 помещают предварительно спрессованные,
при сравнительно низком давлении, пористые заготовки − 1. Эти
заготовки прессуются в замкнутой матрице небольшой высоты
(отношение высоты к диаметру ~ 0,5) с равномерным распределением
плотности по объему. Предварительное прессование заготовок
необходимо лишь для того, чтобы обеспечить возможность
транспортировки и вставки заготовок в оболочку. Далее гидростат
закрывается крышкой − 2. Насосом высокого давления подается
жидкость в гидростат. В результате гидростатического прессования
предварительные заготовки приобретают конфигурацию монолитного
пористого тела нужных геометрических размеров и прочности. Для
удаления воздуха, находящегося в поровом пространстве заготовок, в
крышке гидростата устанавливают фильтрующие устройства [2; 11].
41
а б
Рисунок 7. Схемы гидростатического прессования изделий:
а – с центральным каналом и б – трубчатых
Частным случаем гидростатического прессования является
квазиизостатическое прессование. При квазиизостатическом
прессовании вместо воды используется эластичный элемент из
полиуретана или из каучука, который при высоких давлениях ведет
себя подобно жидкости.
Первые сообщения о гидростатическом прессовании появились
в 1913 году. В нашей стране этот метод впервые был применен в
порошковой металлургии в 1948 году Бороком Б.А. с сотрудниками, а
затем был использован для производства крупногабаритных
пиротехнических изделий.
К преимуществам гидростатического способа прессования
можно отнести:
− отсутствие трения частиц порошка о стенки матрицы – что не
приводит к потере давления по высоте прессуемого изделия и
обеспечивает равномерное распределение плотности по его объему;
− сжатие порошка является всесторонним и равномерным по
величине во всех направлениях;
− за счет равномерного распределения плотности и образования
изотропной структуры (отсутствует преимущественная ориентация
частиц порошка, т. е. не образуется текстуры, что имеет место при
обычном прессовании), обеспечивается одинаковость физикомеханических свойств во всех направлениях прессованного изделия;
− гидростатическим прессованием можно получать сплошные
цилиндры, трубы, шары и изделия более сложной формы массой более
500 кг.
42
Вместе с этим при гидростатическом прессовании необходимо
выполнение некоторых обязательных требований, предъявляемых к
материалу оболочек и герметизирующих прокладок:
− материал оболочки должен обладать способностью принимать
и сохранять определенную форму, соответствующую форме изделия;
− вести себя подобно жидкости, что необходимо для
равномерной передачи давления на порошок;
− иметь определенную упругость, обеспечивающую
возвращение оболочки в первоначальное положение после снятия
давления;
− не склеиваться и не взаимодействовать с уплотняемым
порошком;
− быть долговечным, обеспечивая многократное использование.
Оболочки, как правило, изготавливают из специальных
резиновых композиций на основе натуральных каучуков.
Один из главных недостатков гидростатического прессования это трудно выдерживать размеры изделий близкими к заданным и по
этой причине необходимо применять механическую обработку при
изготовлении изделий, точных по форме и размерам.
Одним из вариантов прессования при всестороннем обжатии
порошка является газовое изостатическое прессование (давление на
оболочку различными газами, в том числе и подогретыми) и
прессование в эластичных оболочках, помещенных в прессинструмент и подвергающихся одностороннему и двухстороннему
давлению.
Формование изделий распрессовкой – изготовление зарядов
методом запрессовки в оболочку (корпус, стакан, матрицу и другое)
под действием давления пресса предварительно спрессованной
навески (брикета) ЭНМ.
Формирование брикетов и изделий производится в прессинструментах, разработанных в соответствии с конструкцией изделия.
Изготовление изделий производится в два этапа. Вначале
формуется брикет диаметром d, чуть меньше соответствующего
диаметра оболочки d1 для распрессовки. На втором этапе
производится наполнение оболочки распрессовкой в ней брикетов под
действием давления пресса. В зависимости от технических требований
к изделиям можно использовать один и более брикетов разной
конфигурации, при этом брикеты могут быть изготовлены из разных
43
ВВ, с заданной плотностью и разноплотностью, что позволяет
регулировать качество изделий. Полученное распрессовкой изделие
отличается более высокой плотностью и равномерным
распределением плотности по объему прессовки, по сравнению с
изделиями, сформованными в замкнутой матрице односторонним
прессованием [1−3].
Метод значительно уменьшает величину хода пуансона при
давлении прессования по сравнению с прессованием из
порошкообразных материалов. Давление прессования брикета
(порошкообразного ЭНМ) меньше на 30−40 МПа давления на втором
этапе прессования, что способствует повышению безопасности
процесса формования изделий. Наличие зазора ∆ = (d1 – d)/2 между
стенкой матрицы и брикетом, которое строго соблюдается, уменьшает
отрицательное влияние внешнего трения.
Боковое давление на стенку оболочки брикета при одном и том
же давлении прессования меньше бокового давления при глухом
прессовании. Уменьшение бокового давления объясняется тем, что
предварительно сформованная заготовка при повторном прессовании
ведет себя как твердое компактное тело, благодаря чему давление на
стенку матрицы
снижается. Другими словами, приложенное давление при
распрессовке предварительно спрессованных брикетов, не расходуется
на преодоление сил внутреннего и внешнего трения частиц о стенки
матрицы, на разрушение частиц, на вытеснение воздуха из
прессуемого порошка, а расходуется на объемное уплотнение брикета.
Снижение бокового давления приводит к уменьшению сил
контактного трения, что позволяет распрессовывать брикеты ЭНМ в
малопрочные (тонкостенные) оболочки.
Применяя данный способ при формовании удлиненных изделий,
можно не ограничиваться только вторичным прессованием, а
проводить прессование в третий, четвертый раз и так далее. На
каждом последующем этапе прессования заготовка устанавливается на
торец ранее спрессованной до определенной плотности заготовки,
после чего производится очередное прессование. Количество этапов
прессования определяется высотой формуемого изделия. Метод
позволяет получать равноплотные и качественные изделия с
отношением высоты к диаметру до 10–15, значительно упрощая
аппаратурное оснащение процесса. Описанный метод особенно
44
эффективен для запрессовки ЭНМ в оболочки или непосредственно в
корпус боеприпаса, внутренние поверхности которых
обрабатываются сравнительно грубо и оказывают большее
сопротивление прессованию.
Упрощается технология изготовления удлиненных зарядов из
термопластичных составов за счет изготовления брикетов при
температуре помещения, с последующим подогревом их совместно с
оболочкой до заданной температуры перед распрессовкой.
Проходное (или мундштучное) прессование является одним из
распространенных способов формования изделий из
порошкообразных материалов. Данный способ применяется для
изготовления брикетов из различных видов порошкообразного
топлива (черного и бурого угля, торфа, других горючих материалов), а
также изделий из порохов, ЭНМ и составов на их основе [1; 3].
Проходное прессование осуществляется в пресс-инструменте,
матрица которого имеет свободный выход. Необходимое при
прессовании усилие противодавления создается за счет сил трения
уплотняемого порошкообразного материала о внутреннюю
поверхность формующего канала матрицы.
Принципиальная схема проходного прессования показана на
рис.8. Сыпучий материал − 2 из бункера − 1 через загрузочное окно
поступает в пространство между торцом пуансона − 3 и торцевой
поверхностью, образованной предыдущей порцией материала − 4. При
движении пуансона в направлении выходного сечения матрицы
происходит уплотнение порошка, упором которому служит торцевая
поверхность предыдущей запрессовки.
Рисунок 8. Принципиальная схема проходного прессования
45
Во время прессования одновременно с уплотнением материала
происходит его выдавливание через формующий канал матрицы. При
обратном ходе под пуансон подается очередная порция сыпучего
вещества.
В зависимости от конструкции пуансона при проходном
прессовании можно получать как отдельные брикеты, так и изделия с
большим соотношением длины к диаметру. Для осуществления
процесса проходного прессования могут быть использованы прессы,
как с гидравлическим, так и механическим приводом.
Анализ проходного прессования позволил выявить несколько
стадий этого процесса. В начальный период прессования Ι, как
показано на рис.9, торец пуансона при своем движении на
цилиндрическом участке матрицы пресс - инструмента не испытывает
заметного сопротивления со стороны уплотняемого материала
(участок ab на диаграмме давления прессования).
При достижении частицами порошкообразного материала
плотной упаковки начинаются их упругопластические деформации (ΙΙ
период прессования). Это приводит к резкому увеличению давления
(участок bc) до его максимального значения, когда пуансон достигает
положения 2. С этого момента (ΙΙΙ период прессования) весь слой
материала начинает перемещаться внутри сквозного канала матрицы
на длину, соответствующую одной запрессовке, и заканчивается, когда
пуансон достигает положения 3. Давление прессования снижается по
кривой «cd», которое вызвано уменьшением суммарной силы
внешнего трения на поверхности контакта материала со стенкой
матрицы как за счет снижения коэффициента трения при скольжении,
так и уменьшении длины спрессованного слоя.
Рисунок 9. Последовательность операций при проходном прессовании
46
В момент достижения пуансоном положения 2 средняя
плотность в объеме последней запрессовки достигает максимального
значения и соответствует среднему значению плотности уже
спрессованного материала. При обратном движении пуансона
давление резко падает по кривой «de». Затем процесс уплотнения
сыпучего материала давлением повторяется.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования
влияния геометрических параметров формующих элементов на
технологические характеристики процесса прессования и качество
получаемых изделий, позволили предложить следующий
геометрический профиль формующего канала матрицы прессинструмента (рис.10).
Рисунок 10. Геометрический профиль формующего канала
В рабочем участке (Ι) создается основное противодавление со
стороны сужающегося конического канала. Полный угол раскрытия
конуса находится в пределах (1−2) град. Высота конуса составляет
h1 = (1,5–2,5) D0,
где D0 – диаметр калибрующего участка.
Калибрующий участок (ΙΙ) придает изделию окончательную
форму поперечного сечения и выполнен в форме цилиндра с
соотношением высоты к диаметру
h2/D0 = 0,5–0,8,
где h2 – длина калибрующего канала.
Расширяющийся участок (ΙΙΙ) обеспечивает плавное снятие
упругих деформации и исключает образование поверхностных и
внутренних трещин в выходящих из пресс - инструмента изделиях.
47
Выполненный в виде расширяющегося конуса с полным углом
раскрытия порядка (2−3) град., этот участок матрицы имеет
протяженность
h3 = (0,4–0,6)D0.
Суммарная высота формующего канала матрицы
h = h1 + h2 +h3 = (2,5–4,0)D
0.
Отношение диаметра калибрующего участка D0 к диаметру
пуансона D1 характеризует степень сжатия материала в рабочем
канале матрицы и рассчитывается с учетом физико-механических
свойств порошкообразного материала и качественных параметров
готовых изделий. Для большинства композиционных металлических
порошков отношение D0/D1 = 0,85–0,95.
В процессе уплотнения каждой очередной дозы порошка за счет
сил внешнего трения имеет место, строго говоря, неравномерное
распределение плотности, как по высоте, так и по поперечному
сечению отдельных запрессовок. Однако если навески отдельных доз
невелики и высота каждой отдельной запрессовки Hп мала по
сравнению с диаметром калибрующего канала матрицы D0, то
указанная неравноплотность незначительная; при Hп/D0 = 0,20–0,25
неравноплотность спрессованного материала не превышает 1–2 %.
Это указывает на то, что при проходном прессовании наблюдается
снижение контактных сил внешнего трения при переходе
уплотняемого материала из состояния относительного покоя в режим
скольжения (т.е. перемещения материала в канале формующей
матрицы). Вследствие этого, разноплотность по высоте отдельной
запрессовки снижается с одновременным увеличением ее средней
плотности.
Анализ распределения плотности по высоте изделий показал,
что по сравнению с прессованием в замкнутой матрице, для одного и
того же порошка, метод проходного прессования обеспечивает
получение изделий большей плотности, с более равномерным ее
распределением в объеме изделий и лучшими показателями
механической прочности.
48
Задачи и вопросы для повторения
1. Чему равно манометрическое давление при прессовании, если
диаметр плунжера пресса равен 140 мм, диаметр пуансона 10 мм, а
удельное давление прессования 1500 кг/см2?
Решение:
Р
= Руд∙d2/D
ман
Ответ:7,65 кг/см
2
=1500∙12/142=7,65 кг/см
пл
2
2
2. Вычислить массу навески для формования шашки
цилиндрической формы: H = 20 мм, D = 10 мм, имеющей с верхнего
торца выемку – усеченный конус: h = 10 мм, d
= 5 мм. Плотность
нижний
изделия принять равной 1,56 г/см3.
Решение:
m = ρ⋅V,
Объем заданной фигуры, представляющий собой объем цилиндра
без выемки, в виде усеченного конуса, вычисляется по формуле:
V = Vц – V
= πD2⋅H/4 – 1/3πh(R2 + R⋅r + r2).
ус.к.
m. = 1,56⋅[3,14⋅1⋅2/4 – 1/3⋅3,14⋅1⋅(0,52 + 0,5⋅0,25 + 0,252)] = 1,73 г.
Ответ: 1,73 г
3. Оценить давление защемленного воздуха в прессовке
плотностью ρк = 1,758 г/см3 (плотности ПМ: насыпная ρн = 0,86 и
предельная ρпр = 1,782 г/см3). Давление прессования 150 МПа.
Решение:
Воспользуемся законом Бойля-Мариотта:
Р
⋅ V
в.н.
= Р
где Р
в.н.
⋅и Р
в.н.
– давления воздуха в порошковом теле (в насыпном
в.к
виде) до прессования и после него (в компактном теле), V
объемы воздуха, соответствующие этим состояниям ПМ. Р
⋅ V
в.к.
,
в.н
и V
в.н.
−
в.к.
⋅≈ 1
в.к..
кг/см2 (атмосферное давление).
V
в.н
= Vн − V
тв.
=
н
−
пр
,
49
V
= Vк − V
в.к
тв.
=
н
−
пр
,
где Vн., V.к, – объемы ПМ в насыпном и компактном состояниях,
соответственно. Vтв – объем твердых частиц в ПМ, т.е. тела, с
плотностью предельной, близкой к плотности монокристалла данного
материала (в случае ВС − к плотности расчетной).
Отсюда,
Р
⋅= Р
в.к..
Р
⋅=1 ⋅
в.к..
н.
⋅
в.н.
к
,(,,)
,(,,)
= Р
ρк(ρпрρн)
⋅
в.н
ρн(ρпрρк)
,
= 89,91 кг/см2 ~ 9 МПа.
Конечно, в сравнении с давлением прессования, давление
защемленного воздуха мало, но сопоставимо с когезионной
прочностью прессовки, отсюда и возможные последствия −
разрушение прессовки при выталкивании из матрицы и существенные
изменения размеров прессованного изделия после снятия нагрузки.
Ответ: 9 МПа
4. На прессе П-908 с компенсатором прессуются изделия
диаметром d= 5 мм. Усилие пресса 20 т. Удельное давление
прессования 800 кг/см2. Определить число одновременно прессуемых
изделий, приняв коэффициент использования мощности пресса
равным 0,8.
Решение:
Число одновременно прессуемых изделий определяется по
формуле:
n =
,
где F – усилие, развиваемое прессом, а Fi – усилие прессования одного
изделия.
Fi = Pуд⋅Si = Pуд⋅πd2/4 = 157 кг.
n = 20⋅103⋅0,8/157 = 102 изделия.
Ответ: 102 изделия
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]