Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Теория и технология процессов прессования ЭНМ. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 136 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

5. Тротиловая шашка изготовлена методом гидростатического прессования в эластичной оболочке под давлением жидкости. Плотность изделия составила 1,55 г/см3. Определить среднее давление прессования шашки. Для расчетов принять гравиметрическую плотность ρ

= 0,85 г/см3, модуль объемного сжатия равным 0,7 ГПа.

грав

Решение:

При гидростатическом прессовании реализуется процесс объемного сжатия. Среднее давление прессования определяется из зависимости:

= Есж∙εv.

ср

Здесь εv = ΔV/V0, где ΔV – изменение объема вещества при прессовании шашки, V0 – исходный объем навески вещества.

εv.= ΔV/V0 =





 = 1 − 

к



= 1 –

/

/грав

= 1 -

грав



где Vк и ρ – конечный объем и плотность спрессованного изделия, соответственно.

Таким образом, εv.= 1 –

,

= 0,452

,

Среднее давление прессования:

σср = 0,452 ∙ 0,7 = 316МПа.

Ответ: 316 МПа

6. Приведите классификацию способов прессования по

характеру силового воздействия на порошковый материал.

7. Назовите широко используемые способы прессования для формования изделий из ЭНМ и опишите, как происходит процесс прессования.

8. Опишите процесс одностороннего прессования, отметьте недостатки данного метода.

9. Двухстороннее прессование, в чем отличие его от глухого прессования.

10. Послойное прессование, опишите суть метода.

11. Порционное прессование, в чем особенности метода.

12. Гидростатическое прессование. Преимущество этого способа по сравнению с традиционными методами прессования.

13. Назовите основные отличия изостатического прессования от гидростатического.

14. Формование изделий распрессовкой: за счет чего достигается повышение качества изделий.

15. Изложите суть проходного прессования и проведите анализ стадий процесса.

3. МЕХАНИЗМ ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

В исходном (насыпном) состоянии у порошковых тел между частицами, главным образом, действуют силы механического зацепления, а действие связей межмолекулярного взаимодействия, часто вообще отсутствует. Плотность порошкового материала в насыпном состоянии равна ρ

и зависит от формы, размеров и

нас

состояния поверхности порошка.

При прессовании под действием давления наблюдается несколько стадий образования связей между частицами ПМ (рис.11), которые будут отличаться также по преобладающему характеру, происходящих при этом явлений [1−7].

На первой стадии уплотнения в порошковом материале в основном происходят структурные деформации, связанные с перемещением твердых частиц, заполнением пустот и образованием более плотной упаковки частиц. При этом уплотнение происходит без деформации частиц. На этой стадии нет принципиальной разницы между поведением частиц разной твердости и пластичности. Темп нарастания плотности на этой стадии практически постоянен dρ/dР = const, повышается лишь число контактов и происходит упорядочение укладки частиц.

Рисунок 11. Типичный вид истинной (1) и технологической (2)

кривых прессования

Отсутствие же достаточной степени поджатия последних и малая поверхность контактов не позволяют существенно увеличить силы аутогезии и уплотненное тело на данной стадии остается порошкообразным, т.е. после снятия нагрузки оно обычно рассыпается (вплоть до ρн , от точки В к точке А на кривой АС).

С ростом давления доля структурных деформаций уменьшается, начинают преобладать сдвиговые деформации, сопровождающиеся изменением формы, разрушением отдельных частиц и, имеющихся на частицах, различных пленок. В результате деформаций твердых частиц, увеличивается число взаимных контактов в поверхностном слое, и создаются условия для межмолекулярного взаимодействия структурных элементов на последующих стадиях уплотнения.

На второй стадии, при дальнейшем увеличении давления, происходит упругопластическое сжатие уплотняемого материала. Контактные поверхности частиц сближаются до расстояния, не превышающего радиуса действия межмолекулярных сил, в результате чего образуются отдельные микроучастки в объеме прессуемого материала, где происходит схватывание (спайка) частиц между собой.

Давление, необходимое для образования спайки между частицами, зависит от пластических свойств твердых компонентов сыпучего материала. Чем ниже предел текучести материала частиц, тем меньше давление, при котором формируются контакты между отдельными частицами.

На контактных поверхностях частиц при пластических деформациях возможно спекание частиц даже для веществ с относительно низкой температурой плавления. Если пластические деформации уплотняемого материала незначительны, что характерно для ЭНМ (твердых и хрупких частиц), то прочность, образующихся при спекании объединений (агломератов) частиц, будет невелика.

В конце второй стадии уплотняемый материал достигает определенной плотности, при которой происходит, близкое к полному, формирование контактов между частицами. Пор в прессованном изделии остается ~ 10 – 15%, при этом прочность изделия достаточно велика и в точке С (рис.11) образуется прессованное изделие.

На третьей стадии процесса прессования скорость нарастания плотности dρ/dР стремится к нулю. Спрессованное изделие при этом деформируется целиком по массе, как сплошное монолитное тело. Если режим прессования выбран правильно, то объемная деформация будет протекать в режиме вязкой или пластической деформации путем вытеснения воздуха из оставшихся пор в материале (за счет необратимой деформации всего объема частиц). В результате пористое тело приобретает максимально возможную для конкретного материала плотность, а количество пор в прессованном изделии уменьшается до 4 – 9%.

Следует отметить, что разбивка технологической кривой на три стадии весьма условна, так как между ними не может быть установлено строгих границ.

Технологическая кривая прессования (рис.11) отличается от истинной (кривая – 1) лишь третьей стадией процесса прессования. Для некоторых материалов, в зависимости от условий прессования, третья стадия может либо совсем отсутствовать, либо на ней будет происходить снижение плотности спрессованного изделия. Это явление − понижение плотности с ростом давления, получило название «перепрессовки». Оно сопровождается образованием послойных кольцевых трещин, сколов и других дефектов в сформованном изделии. Чаще всего перепрессовку связывают с неправильным выбором уровня давления прессования. В результате повышения давления выше предела прочности прессованного изделия, происходит его разрушение. От перепрессовки можно избавиться, снизив давление прессования.

В окончательно сформованном изделии возникают внутренние напряжения, как реакция уплотненного материала на приложенное давление. После снятия давления прессования в прессовках остаются значительные внутренние напряжения, величина которых может достигать 60 – 80 % от предела их прочности. Это может стать причиной возникновения трещин и растрескивания изделий после извлечения их из матриц. Для снижения остаточных напряжений в конце прессования вводят операцию временной выдержки прессованного изделия под постоянным давлением.

Завершающей операцией в цикле прессования является выталкивание прессованного изделия из матрицы, для чего необходимо приложить определенное давление. Величина этого давления будет определяться силой трения Fтр между материалом прессованного изделия и матрицы, т.е.:

где f − коэффициент трения; Р

≈ Fтр ≈ f ·Р

выт

– боковое давление.

бок

, (13)

бок

Боковое давление пропорционально приложенному давлению прессования, поэтому давление выталкивания также зависит и от него. Установлено, что давление выталкивания для многих порошкообразных материалов составляет ~ 12 ÷ 20 % от давления прессования.

После выталкивания прессованного изделия из матрицы, вследствие упругого последействия, его размер увеличивается, т.е. происходит его рост. Причем, рост прессовок в продольном направлении в 1,5 ÷ 3 раза больше, чем в поперечном направлении. Наибольший рост изделий происходит в течение первых 4 − 5 часов после выталкивания, затем рост замедляется и через 25 – 30 часов практически прекращается. Однако практика показывает, что рост изделий продолжается в течение всего времени хранения.

С целью снижения потерь приложенного давления при формировании изделий, уменьшения внутреннего и внешнего трения ПМ, рабочие поверхности пресс-инструментов выполняются с особой тщательностью и точностью: они шлифуются и полируются до необходимой степени шероховатости. Кроме этого, перед каждым прессованием рабочие поверхности пресс-инструмента очищаются ацетоном или спиртом и обрабатываются (опудриваются) различными смазками: парафином, тальком, силиконовой жидкостью. Эти меры

обеспечивают безопасность и технологичность метода прессования, особенно при прессовании порошков ЭНМ.

3.1. Основы теории уплотнения порошковых материалов давлением

Одной из главных задач теории прессования является задача установления зависимости между приложенным давлением и показателями уплотнения: плотностью ρ и пористостью П. Эта зависимость, выраженная в аналитической форме, называется уравнением прессования. Существует достаточно большое количество уравнений для широкого круга различных материалов. Предпринимаются попытки получить универсальные, обобщенные зависимости, устанавливающие влияние различных факторов на плотность прессуемых изделий. Такие зависимости могут быть либо эмпирическими, которые получаются при обработке экспериментальных зависимостей, либо выведенные теоретически, на основе принимаемых физических предпосылок и допущений. В последнем случае роль эксперимента сводится к определению постоянных, входящих в уравнения, а также к проверке их применимости и подтверждению принятых допущений.

Примером теоретической зависимости может служить уравнение Бальшина [13]:

lgPi = lgP

– L(β - 1), (14)

max

где β – относительный объем прессовки, равный ρi/ρпр; Pi − давление текущее и P

− давление, соответствующее максимальной степени

max

уплотнения, когда β = 1; L – фактор прессования.

По теоретическим выкладкам, графическая зависимость, выражаемая этим аналитическим уравнением должна изображаться прямой линией в координатах lgPi – (β - 1), тангенс угла наклона которой равен величине L. Однако экспериментальная проверка на многих материалах показала, что графическая зависимость, как правило, криволинейная и L не является константой. Отсюда следует, что данная формула (14) лишь приблизительно описывает связь между давлением прессования и относительным объемом прессовки. Позже Бальшин вывел новую зависимость между давлением и плотностью прессовки, имеющую вид показательной функции [13]. И вновь

оказалось, что данное выражение пригодно лишь для некоторых











материалов, а в большинстве случаев показатель прессования − величина не постоянная, а зависящая от природы вещества, условий прессования и т.д. Однако, эти выражения в определенной степени полезны, так как позволяют выяснять влияние тех или иных факторов на процесс прессования.

В качестве примера эмпирического уравнения может служить уравнение, описывающее поведение порошка тротила, которое имеет вид:

Pi =

, (15)





67,1

где a и b − изменяющиеся с температурой; коэффициенты, 1,67 – асимптота, близка к величине плотности монокристалла тротила.

Можно продолжить перечисление достаточно большого количества уравнений прессования: Конопицкого, Казакевича, Торре, Зайцева, Рассказова и других, однако из всех предложенных, наиболее удачным и получившим наибольшее применение как для металлов, полимерных материалов, так и для ВВ, является уравнение Кунина – Юрченко [1; 11; 12]:

ρi = ρпр 

нпК

exp( - псPi), (16)

пс



где пс, Кнп, ρпр – константы; ρпр – условная предельная плотность, Кнп – начальный коэффициент прессования, αпс – коэффициент потери

сжимаемости порошкового материала.

Следует отметить, что данное эмпирическое уравнение оказалось наиболее пригодным для описания второй стадии прессования (рис.7), а именно в интервале используемых на практике давлений.

Физический смысл постоянных, входящих в уравнение (16), следующий:

Кнп – отражает изменение плотности на единицу

приложенного давления (

);

р

αпс – характеризует изменение коэффициента прессования

при изменении давления;

ρпр – хотя и называется условной, так как определяется при экстраполяции на бесконечно большое давление, но тем не менее она достаточно правильно отражает свойства прессуемых порошков, т.е. является реально допустимой и предельной. Условно предельная плотность для всех веществ лежит в пределах (0,93−0,99)ρ

мнк

, т.е.,

естественно меньше плотности монокристалла.

Следует отметить, что величины коэффициентов этого уравнения могут существенно изменяться от свойств конкретной партии исходного вещества (чистоты, дисперсности, технологии изготовления и т.д.). Поэтому для получения достоверных результатов необходимо провести специальные испытания порошкового материала одной партии и определить константы опытным путем. Для этого необходимо измерить как минимум три плотности при трех разных уровнях давления для составления системы из трех уравнений, решение которой позволит получить необходимые коэффициенты.

Как было отмечено выше, предложенные уравнения прессования различных по природе порошковых материалов, могут быть сведены к одной и той же форме выражения. Практически все уравнения прессования описывают процессы, характеризующиеся непрерывным снижением интенсивности (скорости) уплотнения по мере увеличения давления.

Эта общая закономерность обусловлена тем, что способность прессованного изделия к дальнейшему уплотнению падает по мере увеличения его плотности. Следовательно, любая функциональная зависимость может относиться только к определенному режиму прессования и только к тонкому слою порошка, непосредственно воспринимающему приложенное давление. Важность такого ограничения часто недооценивается, хотя практически установлено, что часть внешнего давления теряется вследствие трения между порошком и рабочими поверхностями пресс-инструмента.

Следует отметить, что в литературе приводятся уравнения прессования, показывающие связь давления с плотностью изделия уже после выталкивания их из матрицы и не учитывающие изменения величин плотности на различных этапах прессования. Кроме этого в уравнениях прессования не учитывается время действия внешнего давления на процесс уплотнения порошка. Наконец, все эти зависимости выведены исходя из средней плотности прессованного изделия, что также не совсем точно отражает существо явления,

поскольку плотность неравномерно распределяется по объему изделия.

3.2. Основные факторы, влияющие на плотность прессованных изделий

Свойства прессованных изделий оцениваются большим количеством показателей, которые условно можно разделить на две группы − входные и выходные характеристики. Входные показатели определяются при изготовлении прессовок методами прямого и косвенного контроля − это масса изделий, размеры, плотность и другие. Выходные − определяют при испытаниях на стендах, полигонах и разных испытательных устройствах, где производится оценка изделий в условиях их хранения, эксплуатации и боевого применения. Выходные характеристики изделий зависят от ряда входных величин. Допустимые границы входных и выходных характеристик устанавливаются на основе теоретических исследований и обобщения статистических экспериментальных данных при их изготовлении, хранении и боевом применении.

При установлении показателей качества необходимо предусматривать возможность их контроля доступными средствами. Универсальными критериями качества изделий из ЭНМ могут быть приняты сравнительно легко определяемые показатели: средняя величина кажущейся плотности прессованных изделий, распределение плотности по объему, прочность при сжатии и сколе. Эти же показатели могут служить для объективной оценки эффективности выбранной технологии прессования. В качестве универсального критерия эффективности технологии прессования принимают плотность прессованных изделий.

Влияние давления. Плотность прессованных изделий зависит от давления прессования. При увеличении давления их плотность увеличивается [1−3]. Порошковые материалы под давлением уплотняются как вследствие деформации отдельных частиц, так и вследствие их смещения и заполнения пор (рис.12).

Рисунок 12. Схема изменения объема при прессовании порошков:

1 – исходное состояние порошка; 2 – после прессования

Деформация сыпучего тела, в отличие от компактного, изменяет не только форму, но и объем. Обычно при формовании высота прессованного изделия по отношению к высоте насыпанного порошка уменьшается в 3–4 раза и более.

При прессовании может происходить одновременно упругая, хрупкая и пластическая деформация частиц [1−3]. На рис.13 показаны возможные схемы перемещения частиц порошкового материала. Под действием приложенного давления происходит сближение частиц, за счет чего происходит увеличение площади контактных участков как без деформации частиц (рис.13 а), так и с их деформацией (рис.13 б).

Удаление частиц (рис.13 в) вызывает уменьшение контактных участков и даже может привести к разрыву контакта; скольжение частиц сопровождается смещением контактных участков (рис.13 г); одновременно с перемещением частицы могут разрушаться вследствие хрупкой деформации (рис.13 д).

Рисунок 13. Схемы перемещения частиц порошков при прессовании

В результате хрупкой деформации могут разрушаться как скопления частиц, так и сами частицы. Это наблюдается при

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 136 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]