Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория и технология процессов прессования ЭНМ. Учебное пособие
.pdf
Пуансоны пресс-инструментов при этом закрепляются на верхней
траверсе пресса, а матрицы выполняются съемными. Такой прессинструмент применяется для производства средств инициирования и
пиротехники для запрессовки в оболочки и футляры.
Прессованные изделия из ВВ чаще всего имеют форму
поверхности вращения, что обусловлено формой изготавливаемых
изделий.
Торцевая поверхность изделий может быть плоской или фигурной, что
обеспечивается формой элементов инструмента – пуансона и поддона,
выполняемых с плоскими торцами, с торцевыми выемками или
сквозными каналами. Выемки и каналы могут быть цилиндрическими,
коническими или более сложными, состоящими из нескольких
поверхностей.
В некоторых случаях прессованные изделия из ЭНМ могут
содержать инородные элементы: кумулятивные воронки, втулки,
трубки, экраны, линзы и другие элементы.
Ограничитель при прессовании выполняет двойную функцию.
Во-первых, он ограничивает глубину вхождения пуансона в матрицу и
тем самым обеспечивает необходимые размеры прессуемого изделия
по высоте. Во-вторых, служит надежным предохранителем от
перепрессовки уплотняемого порошка и выдавливания его в зазоры,
т.е. обеспечивает безопасность прессования ВВ [15].
Материалы, применяемые для изготовления прессинструментов, должны обладать высокими механическими
свойствами (прочностью, твердостью, износостойкостью), не должны
взаимодействовать с прессуемыми веществами, должны иметь
хорошую обрабатываемость (легкое отделение стружки, чистота
получаемой поверхности), минимальную деформацию при
термической обработке, что очень важно при изготовлении
инструментов сложных форм.
Этим требованиям лучше всего отвечают инструментальные и
цементируемые конструкционные стали. Для изготовления
инструментов относительно небольших размеров и несложных форм
используют углеродистые инструментальные стали марок У8А–У12А.
Достоинством их является сравнительная дешевизна, высокая
прочность, хорошая обрабатываемость резанием и давлением в
отожженном состоянии и возможность получения высокой твердости
71
(62–65 HRc) в поверхностном слое при одновременном сохранении
вязкости в сердцевине инструмента.
Для увеличения срока службы деталей пресс-инструмента,
работающих на износ (матрицы, штыри, стержни для формирования
гнезд и каналов в прессованных изделиях) рекомендуется хромировать
их рабочие поверхности. Сравнительно тонкие слои хрома (толщиной
5– 10 мкм) значительно увеличивают износостойкость поверхностей и
соответственно удлиняют срок работы пресс-инструмента. При
истирании слоя хрома, поверхности инструмента можно вновь
хромировать. Еще большего увеличения долговечности инструмента
можно достичь покрытием его рабочих поверхностей карбидом титана
(титанированием) [15].
Инструменты для прессования составов, которые вызывают
коррозию стали, рекомендуется изготавливать из нержавеющих сталей
марок 4Х13, 3Х13. Поверхность деталей из этих материалов не
подвергается коррозии и обладает способностью самополироваться в
процессе прессования.
3.3 Дефекты прессованных изделий
Основным видом дефектов прессованных изделий являются
трещины на боковой поверхности, расслоения, сколы. В некоторых
случаях трещины могут быть внешне незаметными и обнаруживаются
только после специальных методов контроля, при определении
механических характеристик изделий, а также при стендовых
испытаниях и на полигоне.
Выявление дефектов внутренней структуры зарядов ВВ с
помощью различных методов называется дефектоскопией. К наиболее
распространенным методам дефектоскопии зарядов ВВ относятся:
визуальный, рентгеновский и капиллярный [2].
Визуальный метод используют для обнаружения внутренних
дефектов в тонкостенных (до 20 мм) зарядах из ВВ, не имеющих в
своем составе компонентов, которые ухудшают прохождение света
через заряд и затеняют общую картину внутренней структуры заряда.
Контроль осуществляют в проходящем свете при подсветке
обычной лампой накаливания, которая располагается за специальным
защитным экраном, обеспечивающим взрыво- и пожаробезопасность.
72
При контроле в проходящем свете выявляются трещины, расслоения,
раковины, посторонние включения.
Рентгеновский метод является универсальным методом
контроля внутренней структуры зарядов ВВ и, поэтому, получил
наибольшее распространение. Для просвечивания заряда
используются рентгеновские аппараты, дающие мягкое (10−60 кв)
излучение. Внутренняя структура заряда снимается на рентгеновскую
пленку.
Для расширения возможностей метода по обнаружению
дефектов внутренней структуры заряда съемка одних и тех же его
участков при необходимости производится под различными углами.
Оценка качества запрессовки ВВ проводится путем сравнения
полученного изображения с эталонными рентгенограммами. С
помощью этого метода выявляют раковины, посторонние включения,
внутренние трещины размером от нескольких десятых миллиметра и
выше.
В последние годы для контроля внутренних дефектов
малогабаритных деталей используется рентгенотелевизионный
метод, позволяющий наблюдать внутреннюю структуру заряда на
экране монитора компьютера. Рентгенотелевизионный метод контроля
позволяет сохранить картину внутренней структуры в памяти
компьютера и, при необходимости, вызывать требуемое изображение
на экран компьютера для контроля и сравнения с имеющимся
эталоном.
Капиллярный метод применяется для контроля дефектов в виде
поверхностных трещин и рыхлостей. Метод капиллярной (цветной)
дефектоскопии основан на заполнении полости дефектов под
воздействием капиллярных сил цветоконтрастными составами. Для
цветной дефектоскопии зарядов из ВВ в качестве цветоконтрастного
материала чаще всего используют черные чернила (типа «Радуга»).
Дефектоскопию проводят следующим образом. На
предварительно обезжиренную спиртом поверхность заряда наносят
чернила и выдерживают в течение нескольких минут на открытом
воздухе или в вакуумной камере. Затем чернила смывают водой. В тех
местах, где имеются поверхностные трещины и рыхлоты, в полости
которых проникли чернила, цвет детали изменяется. Этот метод
контроля является весьма чувствительным и позволяет выявлять
микротрещины шириной несколько сотых миллиметра [2].
73
Появление трещин в изделиях определяется совместным
действием ряда факторов, которые зависят:
− от свойств уплотняемого порошка (природы материала,
наличия флегматизатора, формы, размеров частиц и других факторов);
− от конструкции и качества пресс-инструмента (величины
зазора между пуансоном и матрицей, величины твердости рабочих
поверхностей и качества их обработки);
− от условий прессования (уровня давления, отношения h/d,
смазки рабочих поверхностей);
− от способа извлечения сформованного изделия из матрицы.
Причем трещины могут образовываться в процессе прессования
(при перепрессовке), когда неправильно выбран уровень давления
прессования, а также при их хранении под действием циклических
изменений температуры и влажности.
Наиболее характерным дефектом прессованных изделий,
является неравноплотность – непостоянство плотности по объему
изделия. Она приводит к снижению механических и некоторых
эксплуатационных характеристик зарядов. Особенно сильное влияние
она оказывает на метательное и кумулятивное действия зарядов.
Поэтому к изделиям, используемым в кумулятивных боеприпасах,
предъявляются очень жесткие требования по неравноплотности, она
должна быть не более 0,01–0,02 г/см3.
Как уже отмечалось ранее, при изготовлении заряда (особенно
сложной конфигурации) степень уплотнения порошковых ВВ в
отдельных его зонах может существенно различаться. Обусловлено
это как технологическими свойствами уплотняемого ВВ, так и
особенностями используемого метода его уплотнения.
Для того, чтобы количественно оценить степень равномерности
уплотнения ВВ в заряде, вводится понятие разноплотности заряда.
Величина разноплотности заряда численно равна разности между
максимальным и минимальным значениями плотности ВВ,
определенными в отдельных зонах заряда.
По-видимому, чем больше объемы изготовленного заряда, тем
выше будет величина его разноплотности. Теоретически, если принять
во внимание тот факт, что в массе запрессованного ВВ всегда
существуют закрытые микропустоты, максимальная разноплотность
заряда составляет величину, равную значению плотности
монокристалла наиболее плотного компонента.
74
Практически эффективность работы заряда в целом
d
определяется значительно более крупными (по сравнения с размером
микропустот) его участками, поэтому в большинстве случаев
достаточной является, довольна грубая оценка величины
разноплотности заряда по специально разработанной и принятой
методике. Определяемое при этом значение разноплотности заряда
наряду с величиной его средней плотности служит для сравнительной
оценки качества изготавливаемых зарядов с аналогичными изделиями,
прошедшими экспериментальную проверку эффективности их работы.
Кроме того, сохранение установленного уровня разноплотности
определенного вида заряда служит критерием стабильности
отработанного технологического процесса его изготовления.
Неравноплотность возникает в результате неравномерного
распределения давления прессования по объему прессованного
изделия. Это может быть вызвано, как уже отмечалось ранее, разными
причинами. Во-первых, потерей части давления на преодоление сил
внешнего и внутреннего трения, сил реакции порошкообразного
материала на приложенное давление. Во-вторых, непостоянством
поперечного сечения прессованного изделия по высоте или
неодинаковой высотой (неравновысотностью) изделия. Причиной
неравноплотности изделия может стать неравномерность слоя
засыпанного вещества в пресс-инструменте и т.д.
Падение давления прессования по высоте прессовки за счет
преодоления сил внешнего и внутреннего трения в уплотняемом
материале выражаются формулой:
P
h = P0·
exp (−4ζf·
h
), (22)
где Ph – величина давления на расстоянии h от торца пуансона; P0 –
осевое давление прессования (у торца пуансона); f – коэффициент
внешнего трения прессуемого вещества; d –диаметр цилиндрической
прессовки, а в случае прессовки сложной формы − гидравлический
диаметр прессовки, равный отношению площади сечения
прессованного изделия к ее периметру; ζ – коэффициент бокового
давления.
Как видно из формулы (22), потери давления на преодоление
трения возрастают с увеличением высоты и уменьшением
гидравлического диаметра (или увеличением периметра)
75
прессованного изделия. Эти потери тем выше, чем больше
коэффициент внешнего трения. При прочих равных условиях они
меньше всего в цилиндрических изделиях, имеющих минимальное
значение h/d. С усложнением формы прессовки эти потери
увеличиваются. Особенно сильно влияние трения сказывается в
прессованных изделиях в виде тонкостенных трубок, имеющих малые
значения отношения площади сечения к периметру.
Потери давления на внешнее трение заставляют ограничивать
размеры прессуемых изделий по высоте. Для прессовок из ЭНМ даже
при наиболее благоприятных условиях высота не может превышать
размер диаметра более чем в 1,5–2,0 раза. Для прессования изделий
более сложной формы отношение высоты к диаметру должно быть
еще меньше. Поэтому для получения качественных изделий с
большим отношением высоты к диаметру, а также изделий более
сложных форм, необходимо использовать специальные приемы и
меры, позволяющие уменьшить их неравноплотность [2; 3; 14; 15].
Как было отмечено выше, эффективным методом уменьшения
неравноплотности прессованных изделий из ЭНМ является
двухстороннее прессование. По этому методу прессуемое вещество
уплотняется с двух сторон (со стороны пуансона и поддона),
соответственно в два раза увеличивается и максимальная высота
прессуемого изделия. Этот метод рекомендуется также и для
прессования изделий из ЭНМ сложных форм, особенно при наличии у
них тонкостенных элементов.
Из формулы (22) видно, что распределение плотности по высоте
может быть улучшено за счет снижения внешнего трения. Это может
быть достигнуто повышением чистоты обработки рабочих
поверхностей инструмента, покрытием их материалами, снижающими
коэффициент трения (например, хромом) или же смазыванием их
перед прессованием антифрикционными веществами (парафином,
вазелином, тальком, пудрой и другими смазками).
Все описанные выше приемы по снижению неравноплотности
направлены на уменьшение влияния сил внешнего трения,
отрицательно влияющих на процесс уплотнения порошков.
Необходимо отметить, что эти же самые силы при определенных
условиях могут совершать полезную работу по уплотнению порошков
и улучшению распределения плотности в объеме прессованного
изделия.
76
В качестве примера рассмотрим процесс прессования изделий со
сквозным каналом (рис.15). В этом случае силы трения, возникающие
между прессуемым веществом и стержнем, формирующим канал, в
зависимости от направления прессования могут оказать как
положительное, так и отрицательное влияние на процесс уплотнения
вещества. Если при прессовании давление прикладывать к пуансону
сверху вниз, то силы трения будут препятствовать процессу
уплотнения (рис.15 а). Эти же самые силы будут увлекать вещество и
способствовать его уплотнению, если прессование проводить не
пуансоном, а поддоном, на котором укреплен стержень (рис.15 б).
Величина давления Р, в случае прессования пуансоном, будет снижена
на величину силы трения Fт ( Р = Fп – Fт), при прессовании поддоном
давление прессования будет увеличено на эту же величину (Р = Fп +
Fт).
а б
Рисунок 15. Направление сил трения при прессовании
пуансоном (а) и поддоном (б)
Как было отмечено выше, непостоянство сечения формуемого
изделия может также вызвать неравноплотность. Считается, что при
прессовании изделий непостоянного сечения, давление по высоте
меняется обратно пропорционально площади его сечения. Такое
утверждение не учитывает влияние сил реакции стенок матрицы и сил
трения на распределение давления по высоте прессуемого изделия.
Рассмотрим реакции стенок матрицы и изменение
относительной доли сил внешнего трения в общем процессе
уплотнения (рис.16).
Реакция стенки матрицы в каждой точке равна давлению
прессуемого вещества на эту точку и направлена перпендикулярно
поверхности стенки.
77
При цилиндрической форме изделия реакция боковых стенок Rz
направлена перпендикулярно оси цилиндра и практически не влияет
на картину распределения давления по высоте (при этом давление
прессования равно усилию прессования). При отклонении формы
изделия от цилиндрической, реакция стенки приобретает
вертикальную составляющую Rн, которая будет либо тормозить
уплотнение нижележащих слоев прессуемого изделия, так как
направлена против усилия прессования в случае б) для прессовки с
суживающимся сечением (рис. 16 б), тогда Р = Fп – Rн.
И наоборот, для расширяющейся к низу прессовки (рис.16 в) Rн
совпадает с направлением усилия прессования и способствует
уплотнению нижележащих слоев (Р = Fп +Rн).
а б в
Рисунок 16. Влияние реакции стенок матрицы
при постоянном (а), суживающемся (б), расширяющемся (в)
сечениях формуемого изделия
Аналогичное влияние оказывает и внешнее трение. При сужении
сечения уменьшается гидравлический диаметр формуемого изделия и
в соответствии с формулой (22) повышаются потери давления на
преодоление внешнего трения. При увеличении сечения, наоборот, эти
потери уменьшаются.
Кроме того, при прессовании в суживающийся канал, вещество
подвергается поперечному сжатию вследствие уменьшения сечения.
Причем, степень сжатия его по высоте неодинакова. Верхние слои,
примыкающие к пуансону, перемещаются при уплотнении быстрее,
чем нижележащие и подвергаются большему поперечному сжатию.
Вследствие этого они быстрее переуплотняются, образуя жесткие
слои, поддерживаемые коническими стенками матрицы, они
становятся препятствием для передачи усилия прессования на
78
нижележащие слои. Для их преодоления нужно затратить
дополнительную энергию. Влияние этого фактора особенно велико в
прессованных изделиях, не имеющих цилиндрического участка в
верхней части конической формы.
Вклад каждого из перечисленных факторов в процессе
уплотнения зависит от формы и размеров прессуемых изделий. При
определенных условиях влияние этих факторов может быть весьма
существенным и превышать по величине приращение давления,
обусловленного уменьшением сечения изделий.
Было показано, что при небольших величинах конусности более
качественные и плотные изделия получаются при прессовании их с
торца с малым сечением, в противном случае, не удается получить
изделия с большой плотностью из-за образования перепрессовочных
трещин в верхней части. Следует отметить, что получить
качественные изделия переменного сечения труднее, чем постоянного,
вследствие этого необходимо ограничивать их высоту или
использовать двухстороннее прессование.
В некоторых случаях, для повышения производительности
процесса прессования используются групповой и многоярусный
методы прессования. Суть этих методов состоит в том, что при
групповом методе прессование изделий производится группами
одновременно в нескольких матрицах, а при многоярусном – в
нескольких матрицах, установленных одна на другую, ярусами,
разделяемыми промежуточной плитой. Процесс прессования и
выталкивания изделий из матриц, осуществляется так же, как и при
одностороннем прессовании.
Кроме того, в зависимости от назначения изделий
конструкторской документацией определяются требования,
предъявляемые к геометрическим размерам деталей из взрывчатых
веществ.
Для снижения погрешности определения фактических значений
геометрических размеров деталей из ВВ их контроль проводится в
специальных кондиционируемых помещениях, в которых
обеспечивается относительное постоянство температуры и влажности
окружающего воздуха: 18−20 С и 60−80 %, соответственно.
Контролируемую деталь предварительно выдерживают на воздухе или
в ванне с водой при температуре 18−20 С. Длительность
предварительной выдержки определяется массой и формой
79
контролируемой детали, ее начальной температурой, видом
dxh
теплоносителя (воздух, вода) и некоторыми другими факторами.
Для контроля геометрических размеров применяются
стандартные и специальные средства измерения (шаблоны, мерители,
калибры и т.д.). Поля допусков и износ средств измерения должны
располагаться в полях допусков на размеры детали. Суммарный
допуск на изготовление и износ не должен превышать 20 % от допуска
на соответствующий размер детали, но не должен быть более 0,06 мм
[2].
Средства измерения должны иметь эксплуатационную
документацию (паспорт, аттестат, сопроводительный ярлык) с
отметкой о проведенной поверке. Периодичность поверки
устанавливается расчетом пригодности к применению средств
измерения. Перед проверкой геометрических размеров деталей,
средства измерения должны быть выдержаны на воздухе при
температуре 19 10С.
3.4. Распределение плотности в прессованных изделиях
Кроме неравномерного распределения плотности по высоте,
плотность прессованного изделия (особенно большого диаметра)
изменяется и по поперечному сечению. Такое неравномерное
распределение плотности по высоте и поперечному сечению изделия
приводит к тому, что отдельные его зоны будут иметь пониженные
или повышенные физико-механические свойства [1−3].
Для расчета поля напряжений, возникающих под действием
давления в различных сечениях прессовки, нужно знать
геометрические размеры изделия: высоту, диаметр, давление
прессования, коэффициенты бокового давления и внешнего трения.
При одностороннем статическом прессовании среднее по
поперечному сечению давление в прессованном изделии, можно
рассчитать по уравнению:
Px = Pо·exp (− ζ·f
), (23)
где Px − среднее давление в слое прессуемого материала,
расположенного на расстоянии x от дна пресс-инструмента; ζ –
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]