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 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

прессовании порошков с хрупкими и твердыми частицами, например, при прессовании металлов - чугунной стружки и индивидуальных ЭНМ − порошков ТЭНа и гексогена. Степень деформации частиц и их хрупкого разрушения повышается с ростом уровня прикладываемого давления.

На рисунке 14 наглядно представлена схема уплотнения частиц порошка под действием приложенного давления. При засыпке порошка в пресс - форму его частицы располагаются хаотически, образуя при этом мостики и арки (арочный эффект − возникновение в порошке или прессовке пор, превышающих размеры наиболее крупных частиц порошка) [2; 13].

Рисунок 14. Стадии формования прессованного изделия

Плотность засыпанного порошка в этом случае равна его насыпной массе (рис.14 а). Приложение внешнего давления к такому свободно насыпанному порошку приводит к резкому повышению его плотности за счет заполнения пустот и пор. По мере увеличения давления мостики и арки разрушаются (рис.14 б, в) и частицы проникают в мелкие поры. На последующих этапах прессования происходит качественное и количественное изменение границ между частицами: от трения частиц при перемещении их друг относительно друга, до формирования контактов между частицами и увеличения площади этих контактов, в результате чего повышается прочность формуемого тела (рис.14 г, д).

Влияние температуры. Классическим примером прессования материала является уплотнение его при той температуре, при котором он находится в обычном состоянии. Чаще всего это температура производственного помещения. Такое прессование является наиболее выгодным, так как исключаются затраты на проведение

предварительного нагрева перерабатываемого материала и прессинструмента.

Это касается и ВВ, как разновидности порошкового материала. ЭНМ прессуют без применения предварительного нагрева, когда главным является экономичность изготовления изделий, а качество получаемых изделий вполне приемлемо для обеспечения поставленной цели при их использовании по назначению. В частности, такое прессование ВВ используется при изготовлении кумулятивных зарядов для перфорации нефтяных и газовых скважин [1; 2].

Однако в большинстве случаев требуется изготовление зарядов с высокими качественными показателями запрессовки (высокая плотность, низкая разноплотность и т.д.), что заставляет искать пути улучшения прессуемости (повышения пластичности) ВВ. Одним из них, как было показано выше, является повышение температуры прессования. Кроме того, повышенная температура прессования ВВ способствует снятию внутренних напряжений в формируемом заряде, что также положительно сказывается на его качественных характеристиках.

Температура переработки ВВ (индивидуальных и взрывчатых составов) выбирается в зависимости от их свойств (способности к плавлению; склонности к разложению при повышенных температурах и полиморфизму; наличию и количеству пластифицирующих добавок, их способности к размягчению и т.д.).

С повышением температуры порошка, а также за счет диссипативного (рассеивающегося) тепла, выделяющегося при механической работе деформирования частиц, большую роль при уплотнении начинают играть диффузионные процессы. При этом улучшаются пластические характеристики материала частиц. Так, при подогреве порошка тротила до 50−60 С в результате повышения пластичности материала его прессуемость улучшается. Увеличение температуры приводит также к интенсификации процесса спекания (схватывания) между частицами. При этом упрочнение прессованного изделия происходит за счет диффузионных процессов.

С увеличением температуры ускоряются процессы пластической деформации за счет возрастания скорости скольжения дислокаций, облегчаются процессы преодоления дислокациями различного рода барьеров, встречающихся на пути их движения.

Влияние температуры на процесс прессования можно выразить через температурный коэффициент давления прессования:



αT = −













, (17)









где знак минус указывает на уменьшение давления с повышением температуры.

Если допустить, что при данной плотности величина коэффициента αТ = const, то получим

Р = Р0· exp ( − αT·T), (18)

где Р0 – давление прессования при Т = 0С; Т – температура уплотняемого вещества; αТ – температурный коэффициент давления прессования.

Следует отметить, что влияние температуры на давление прессования подчиняется аналогичной закономерности, как и уравнение прочности σ=f(Т):

σ = σ0·exp (− β·Т) (19)

В уравнении (18) величина αТ равна тангенсу угла наклона зависимости давления от Т. С увеличением плотности коэффициент αТ уменьшается, например, для тротила при плотности 1,45 г/см3 он равен 10,9·10-3 1/град, а при плотности 1,60 г/см3 − 8·10-31/град.

Однако температура по-разному влияет на качество разрывного заряда. Так, прессуемость некоторых ВВ (тетрила, гексогена, ТЭНа) мало изменяется при нагревании до 40–60 С, а тетрил лучше прессуется при комнатной температуре (25 С). Другие ВВ (тротил, динитронафталин, динитробензол, амматолы) значительно повышают свою прессуемость с повышением температуры. Как уже отмечалось выше, это можно объяснить тем, что при нагревании тротила имеющиеся в его составе примеси, взаимодействуют с основным α – ТНТ, образуя эвтектики, температура плавления которых равна 42–45 С. Образующаяся при этом жидкая фаза повышает пластичность тротила.

Повышение пластических свойств характерно также и для составов на основе гексогена, частицы которого покрываются

парафино – церезиновым сплавами с низкими температурами плавления (составы A-IX-1, A-IX-2). Прессование ВВ и взрывчатых составов на их основе показало, что для достижения одной и той же плотности давление прессования будет тем меньше, чем выше температура прессования. Причем температура оказывает более значительное влияние при малых уровнях давления прессования [1; 3].

При выборе температуры прессования заряда ВВ кроме свойств прессуемого вещества учитываются также возможности производства в части обеспечения технологического процесса необходимыми теплоносителями (горячая вода, перегретый пар), а также экономические и ряд других факторов [2].

Прессование при температурах более 100С требует использования в качестве нагревающего агента сжатого перегретого пара. Последнее связано с усложнением конструктивного оформления технологического процесса, так как в этом случае используются прессформы, имеющие дополнительную наружную герметичную полость («рубашку»).

Если же процесс прессования ВВ ведется при температурах менее 100 С, то используются обычные конструкции пресс-форм (без индивидуального обогрева). Нагрев таких пресс-форм перед прессованием обычно осуществляется в ванне с горячей водой.

Поэтому при разработке технологического процесса всегда оценивают степень необходимости прессования ВВ при температурах более 100 С. В тех случаях, когда повышение температуры переработки ВВ не приводит к существенному повышению качественных характеристик заряда, стараются снизить температуру прессования до минимально необходимого уровня.

В настоящее время в реальных производственных условиях различные ВВ прессуются при температурах от 70 С до 150 С, причем высокие температуры прессования используются для получения качественных, физически стабильных зарядов из мощных труднопрессуемых взрывчатых композиций с добавкой в качестве связующих - пластификаторов термостойких компонентов.

Необходимая температура нагрева ЭНМ достигается при выполнении подготовительных операций непосредственно перед подачей нагружающего усилия пресса. Выполняется это различными способами, основными из которых являются:

− раздельный нагрев навески порошка и пресс-формы;

− засыпка "холодной" навески в пресс-форму и их совместный

нагрев.

В зависимости от того, какой из указанных способов нагрева ВВ применяется, в некоторых случаях сам процесс прессования условно называют соответственно "горячим" и "холодным" прессованием.

При раздельном нагреве вещества и пресс-инструмента навеску ЭНМ помещают в специальный нагревательный аппарат и выдерживают в нем в течение определенного времени, достаточного для прогрева всей массы порошкообразного материала до заданной температуры. Время нагрева вещества обычно составляет от 0,5 до 3 ч в зависимости от массы и заданной температуры прессования. Прессинструмент нагревают (также в зависимости от заданной температуры) или в разобранном виде в воде или в собранном виде теплоносителем, подаваемым в так называемую "рубашку" (внутреннюю замкнутую полость) пресс-формы.

Второй способ, заключающийся в одновременном нагреве пресс-формы с навеской ЭНМ, применяется в основном при температурах прессования более 100 С и нагреве теплоносителем через рубашку пресс-формы.

Влияние времени выдержки под давлением. Величина необходимого времени выдержки τ изделия под давлением Р в конце прессования, зависит от многих факторов и прежде всего от величины давления, геометрических размеров изделия и свойств прессуемого ВВ.

В процессе выдержки под давлением пресса происходит постепенное уплотнение ВВ. Сначала оно протекает более интенсивно, затем процесс уплотнения замедляется, так как растет сопротивление прессуемого материала.

В ряде случаев время выдержки под давлением имеет большее влияние в увеличении плотности изделия, чем скорость приложения давления на начальных стадиях прессования. Эта операция при прессовании позволяет снизить уровень давления прессования, что особенно важно при формовании изделий из составов повышенной чувствительности к механическим воздействиям [1−3].

Во время выдержки под давлением, в особенности при повышенной температуре, протекает процесс релаксации напряжений в уплотняемом материале, поэтому увеличение длительности выдержки изготавливаемой детали под давлением пресса в целом

благоприятно сказывается на качественных характеристиках прессуемого заряда.

С другой стороны увеличение времени выдержки детали под давлением приводит к снижению производительности процесса, повышению энергетических затрат. При длительных выдержках ЭНМ при повышенной температуре необходимо также принимать во внимание фактор сохранения физико-химической стабильности ВВ.

Следовательно, в каждом конкретном случае прессования заряда из определенного вида ЭНМ существует некоторое оптимальное значение длительности выдержки под давлением пресса, при котором обеспечивается выполнение предъявляемых требований к качеству заряда при минимальных затратах на его изготовление.

В результате опытов установлена связь между временем выдержки и высотой прессуемого изделия из порошков ЭНМ:

τ = А·h , (20)

где А – постоянный коэффициент, равный: для тротила – 0,60÷0,65; гексогена – 1,15÷1,25; A-IX-1 – 0,75÷0,80; h – высота изделий.

Из сравнения коэффициентов А индивидуальных веществ видно, что для менее пластичного вещества его значение больше. Поэтому для приведения прессованного изделия в устойчивое термодинамическое состояние для порошка менее пластичного потребуется большее время выдержки под давлением.

На практике при прессовании мелких зарядов (например, лабораторных образцов) максимальная длительность выдержки под давлением пресса не превышает нескольких минут. При прессовании крупногабаритных зарядов она может быть увеличена до нескольких часов.

Влияние скорости прессования. Неоднозначно мнение исследователей о влиянии скорости прессования ЭНМ (/P) на качество формуемых изделий. Дело в том, что скорость прессования, в существующих на практике пределах, оказывает сравнительно малое влияние на плотность и прочность прессованных изделий. Поэтому изза недостаточной точности методики исследования, при которой влияние других факторов перекрывает влияние скорости прессования, различные авторы приходили к противоположным выводам. Тем не менее, вопрос этот важный и требует своего решения, поскольку

скорость прессования во многом определяет производительность процесса формования изделий.

Опыт прессования порошков ЭНМ свидетельствует о том, что хотя высокие значения плотности, в общем, достижимы и при быстром подъеме давления, однако замедление подъема давления прессования, как правило, ведет к заметному повышению плотности изделий. Снижение скорости роста давления способствует более полному протеканию процессов перемещения и деформации частиц порошка, пластической деформации в отдельных зернах порошка, частичной релаксации внутренних напряжений, возникающих в прессовке, а также облегчает вытеснение воздуха из формуемых изделий [1–3; 14].

При обосновании оптимальной скорости прессования необходимо учитывать кинетику удаления воздуха из уплотняемого материала и степень увеличения сопротивления деформированию с ростом скорости приложения давления, что связано, главным образом, с изменением механизма пластической деформации порошка.

Поэтому, при отработке режимов прессования, скорость подъема давления подбирают для каждой стадии уплотнения опытным путем. На первой стадии (фаза укладки частиц) скорость прессования может достигать десятков см/с. На второй и третьей стадиях уплотнения, в идеальном случае скорости прессования должны быть сопоставимы со скоростями пластического течения каждого конкретного вещества, подвергаемого уплотнению. Экспериментально подобранные скорости прессования на II стадии составляют ~1 см/с, а третьей –~ 0,1-0,01 см/с. Эти значения являются ориентировочными и должны уточняться в зависимости от изменения газопроницаемости уплотняемого изделия на разных стадиях уплотнения, а также от величины остаточных упругих напряжений и преобладающего характера деформаций в прессовке. В общем, соблюдается следующая закономерность: на начальных стадиях прессования допустимая скорость определяется в основном режимом удаления воздуха из порошка, а на конечной стадии – временем выдержки изделия под давлением.

Кроме этого было показано, что уменьшение скорости прессования позволяет повысить давление прессования, при котором в изделии еще не возникают трещины. При этом нужно учитывать, что при формовании больших по размерам изделий (при высоких

скоростях уплотнения), воздух не успевает полностью выйти через

Росев

уплотняемую массу. Из чего следует, что при выборе оптимальной скорости уплотнения, необходимо решать задачу об установлении зависимости между допустимой скоростью прессования и размерами изделия.

Применение ступенчатого уплотнения обеспечивает более глубокую релаксацию упругих напряжений и способствует вытеснению воздуха при прессовании порошков [5; 6]. Замечено также, что на качество изделий, большое влияние оказывает не только соотношение скоростей уплотнения на разных стадиях, но и соотношение давлений прессования. На выбор соотношения давлений будет оказывать влияние свойства прессуемых порошков.

К сожалению, до настоящего времени нет надежных аналитических уравнений, которые позволили бы рассчитывать оптимальные давления на различных стадиях прессования, что вынуждает для каждого конкретного случая проводить многочисленные экспериментальные исследования.

Боковое давление. Трение. Порошок в пресс-форме во время уплотнения в известной степени ведет себя аналогично жидкости и стремится растекаться в стороны, в результате чего возникает давление на стенки пресс-формы, которое называют боковым [1−3].

Однако в отличие от жидкости, равномерно передающей приложенное к ней давление во всех направлениях, в порошке наблюдается значительная неравномерность его распределения. В результате степень сжатия порошка в различных сечениях неодинакова, а на боковые стенки пресс-формы передается значительно меньшее давление, чем в направлении прессования, в основном из-за трения между частицами, заклинивания и других факторов, затрудняющих перемещение частиц в стороны. В связи с этим важной величиной является так называемый коэффициент бокового давления , представляющий собой отношение бокового (горизонтального) давления (Рг), т.е. давления порошка на единицу поверхности стенки пресс-формы, к осевому давлению прессования (Р):

ζ =

Рбок

(21)

В общем случае величина  может качественно характеризовать пластичность уплотняемого материала. Обычно  = 0,2−0,5, причем, чем пластичнее материал, тем  выше. Коэффициент бокового давления растет с увеличением плотности, но для разных материалов по-разному; чем пластичнее материал, тем в большей степени величина  связана с давлением прессования. Объясняется это относительным уменьшением сопротивляемости контактов сдвигу, что наблюдается с возрастанием, как давления прессования, так и пластичности прессуемого материала.

Боковое давление уменьшается по высоте прессуемых деталей, так как силы трения, возникающие между перемещающимися частицами порошка и стенками пресс-формы, уменьшают величину осевого давления прессования.

Необходимость изучения вопроса о боковом давлении обусловливают несколько обстоятельств. Например, нужно знать величину Р

для определения затрат усилия прессования на трение

бок

порошка о стенки пресс-формы (без чего нельзя установить закономерности изменения плотности изделий при прессовании) и для расчета пресс-инструмента на прочность [2; 3; 15].

В литературе имеются противоречивые сведения как о характере зависимости Р

бок

от Р

, так и о величине коэффициента бокового

осев

давления. При определении бокового давления для некоторых ЭНМ отмечен его рост с увеличением давления прессования: для тротила до 700, A-IX-1 и A-IX-2 до 900 кгс/см2.

Влияние пресс-инструмента. Как было отмечено выше, качество прессованных изделий в основном определяется природой ЭНМ и режимом его прессования, однако немаловажную роль при этом играют конструкция и состояние пресс-инструмента. Правильным подбором конструкции и параметров инструмента иногда удается значительно улучшить качество прессовок и снизить брак по таким распространенным дефектам, как неравноплотность, трещины, сколы и другим [2; 3; 15; 16].

Инструмент для прессования ЭНМ должен соответствовать общим и специальным требованиям.

К общим требованиям относится: обеспечение формования качественных изделий заданной формы и размеров, малый вес инструмента при сохранении необходимой прочности, компактность и

простота конструкции, технологичность изготовления, долговечность и надежность работы, низкая стоимость.

Специальные требования обусловлены чувствительностью уплотняемых веществ к механическим воздействиям (удару, трению, сдвигу) и направлены на предотвращение условий, способствующих возбуждению взрыва прессуемого изделия. Они касаются выбора материала, конструктивного оформления отдельных деталей инструмента, соблюдения определенных зазоров между ними, а также качества изготовления рабочих поверхностей. Конструкция прессинструмента должна обеспечивать возможность прессования и выталкивания готовых изделий без участия человека.

Для уменьшения опасности процесса прессования необходима периодическая чистка инструмента от пыли и остатков ЭНМ. В некоторых случаях чистка требуется после каждого цикла прессования и поэтому она должна занимать минимально возможное время. Для этого конструкция пресс-инструмента должна быть удобной для разборки, чистки, протирки.

Следует указать еще одно требование к пресс-инструменту, которое приобретает особый смысл при прессовании ЭНМ: конструкция инструмента должна исключить возможность его неправильной сборки. Это одно из главных условий безопасного проведения прессования [15; 16].

Пресс-инструменты различают: по способу контроля за ходом прессования − это инструменты с ограничителем высоты, для контроля изделий по размерам и − без ограничителя, контролирующим процесс по величине давления прессования.

В зависимости от количества одновременно прессуемых изделий различают инструменты для одиночного и группового (многогнездового) прессования.

По эксплуатационным особенностям пресс-инструменты бывают съемными, стационарными и полустационарными. При прессовании в кабинах без присутствия людей, наиболее удобны съемные конструкции, подаваемые в кабину под пресс с помощью специальных транспортирующих устройств. Разборка, чистка и сборка инструмента в этом случае производится вне кабины на специально оборудованном рабочем месте.

Стационарные инструменты для прессования ВВ применяются редко. Чаще используются инструменты полустационарного типа.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]