4.3.2. Механізм пресування порошкоподібних мас

Процес пресування порошкоподібних мас під дією зовнішніх супроводжується істотною зміною первісного обсягу відрізняє його деформування від деформування компактного монолітного тіла, що спостерігається при руйнуванні порід. При стиску порошкоподібних мас з різними физикомеханічними характеристиками (гранулометрическим складом ,насипной масой, пластичністю і т.д.) спостерігається загальна закономірність - экспоненціальна залежність зміни об'ємної щільності прессовки від тиску пресування Р. Це наочно виявляється при побудові діаграмм пресування (мал. 4.12), отриманих при ущільненні порошків у замкнутій матриці.

До початку ущільнення порошкоподібна маса має велику пористість (малу насипну щільність) обумовлену тим що частки матеріалу ,і, взаємодіючі між собою і стінками матриці , утворять аркі зводи, що створюють внутрішні порожнечі. На пер­шій стадії пресування (ділянка ОА) під впливом зовнішньої сили Р відбувається струк­тур­не ущільнення матеріалу - частки змішаються відносно один одного і запов­нюють порожнечі.

Зусилля, подолані при цьому , звичайно незначні. Енергіявитрачається на подолання сил тертя часток відносно один одного і на тертя об стінки пресформ ,а також на руйнування деякої частини крупних часток. Тому ущільнення матеріалу по висоті засипання відбувається не однаково. Спочатку ущільнюється шар матеріалу в самого штемпеля, а за тим тиск передається на нижній шар, причому тиск і ступінь уплотнения з глибиною зменшуються.

Рис. 4.12. Діаграма пресування порошкоподібних мас

Довжина першої стадії залежить від кількості порожнеч (порозности) шихти в її насипному стані і визначається гранулометрическим складом і механізмом аутогезионного взаємодії часток.

На другій стадії пресування (ділянка АВ), після того як укладання часток в основному завершилася, ущільнення матеріалу происходит за рахунок деформації часток. Частина подводимой ззовні енергії витрачається на преодоление внутрішнього і зовнішнього тертя часток, а основна - на пружне-пластичне дефор­му­ван­ня зерен , що вимагає підвищеної витрати енергії. Під впливом зусилля, що пресує, відбувається зближення часток, збільшення поверхні їхнього контакту як за рахунок взаємного зіткнення зерен суміші , так і за рахунок появи нових поверхонь при тендітних разрушениях часток.

Міцність спресованого тіла обумовлена механічним зчепленням, дією електростатичних сил,а також міжмолекулярною взаимодействием як самих часток ,так і речовин, адсорбованих на їхній поверхні. Сили електростатичного і межмо­ле­ку­лярного взаємодії часток прямо пропорційні поверхні контакту і назад пропорциональны квадрату відстані між ними. Остання взаємодія проявляеться лише на відстані порядку 10^-10м. Із збільшенням тиску пресування дія зазначених сил зростає.

Третя стадія процесу пресування (ділянка ВС) характеризується сжатием міцного тіла, що утворилося, і зростаючою часткою пружних деформацій. Пружна деформація відновлює систему в колишній стан після зняття тиску (ділянка СЕ) і приводить до порушення структури спресованого тіла й ослабленню зв'язків між частками. При збільшенні часувитримки суміші під тиском пружні деформації можуть переходити в остаточні.

Таким образом,формование спресованого тіла - результат последовательно процесів ущільнення, що протікають, і зміцнення порошкообразного матеріалу під впливом прикладеного тиску (ділянка ОВ) і ослабления його структури після зняття тиску (ділянка BD).

На діаграмі пресування (див. мал. 4.12) крива ОВ характеризує властивість матеріалу ущільнюватися при стиску. Робота, витрачена на стиск еквівалентнаі площі F₁, фігури ОВК. Крива BD характеризує пружні властивості матеріалу (здат­ність його до розширення після стиску) а плошадь F₂ фігури KBDN - роботу, чинену стиснутим матеріалом при його пружному розширенні.

Відношення вихідної висоти матеріалу Н₀ у прес-формі до висоти його під тиском Н₁, називається коефіцієнтом ущільнення:

К_упл=Н₀/Н₁`

Відношення висоти прессовки Н₁` після пружного розширення до її высоте під тиском Н₁, називається коефіцієнтом пружного розширення:

К_упp=Н₁`/Н₁

Виходячи з умов сталості мас

(4.12)

де р₀,р₁,р₁` - щільність матеріалу , відповідно у вихідному, уплотненном станах і після зняття тиску.

По величина К_упл і К_упр можна судити про пресуємість матеріалів. З підвищенням пресуемості суміші коефіцієнт К_упл зростає, а коэфіцієнт К_УПР зменшується. По діаграмі пресування визначається количественное співвідношення між корисною енергією Е₁, затрачуваної на пластические деформації, у результаті яких матеріал ущільнюється й упрочняется, та енергією пружних деформацій Е₂ стиснуті матеріали при знятті давления , що послабляють структуру пресованого тіла. Більш повно про пресуємість матеріалів можна судити по показнику пластичності k :

У сумішей гарної прессуемости показник пластичності складає 14.. .19. Для забезпечення раціональних режимів обробки тиском порошкообразных сумішей необхідно знати їх реологические властивості і фізикомеханічні характеристики в процесі ущільнення.