Виды прессования (описание):
Различают несколько видов прессования: одно и 2-х ступенчатое прессование, гидростатическое прессование, спд прессование.
∙ОДНО-И-2-Х СТУПЕНЧАТОЕ ПРЕССОВАНИЕ: сжимающее усилие в этом случае создается с помощью гидравлических или механических прессов. Конструкция пресс-форм определяется формой изделий или величиной давления прессования. Материалы пресс-форм в большинстве случаев служат инструментальные стали марок: ШХ15,У-10,У-8,реже используют конструкционные стали. Иногда с вкладышей твердосплавных материалов.
В случаях плецезионного изготовления изделий используют твердые сплавы. Например: ВК6,Т15К6.Размеры прессовок и пресс-формы должны иметь припуски на величину усадки и последующей мех.обработки. Кроме того размеры рабочих поверхностей пресс-форм должны иметь припуски на износ для периодической и подшлифовки. Разъемные пресс-формы дороже неразъемных, однако качество прессовки в 1-вых значительно выше.
Для получения необходимой высоты изделия применяются 2-а метода: 1.прессование при определенном давлении;
2.прессование с ограничением высоты (т.е. с упором).
1)При p=const (постоянном давлении) а => плотности прессовок для одинаковых навесок, получается одинаковая высота изделий;
2)Во 2-м случае за давлением следить не нужно;
3)Возможен третий способ: формование с помощью механических прессов, в которых можно регулировать интервал хода поршня.
Высота матрицы пресс-форм должна быть, по крайней мере, больше высоты брикета. Как правило в лабораториях и мелкосерийных производствах используют гидравлические пресса, отличающиеся широким диапазоном давлений и плавнорегулируемой скоростью изменения p при прессовании. Однако они малопроизводительны и тихоходны. В условиях крупносерийного массового производства целесообразнее применять мех.пресса, для которых изготавливаются автоматические и полуавтоматические устройства загрузки порошка, выемки, контроля размера и массы полученного изделия.
∙ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ: для повышения плотности прессуемых изделий помимо 2-х стороннего приложения давлений можно использовать и всестороннее при этом прессование производится в среде жидкости, в которую помещается порошок в пластичной оболочке (чаще всего резиновой).Затем жидкость сжатая с помощью компрессора уплотняет порошок равномерно со всех сторон.
Основные преимущества заключаются в том, что порошок может быть оформлен в изделиях больших размеров (до 3-х м в диаметре, до 2-х метров в высоту и сложной формы, при этом хорошо формуются тонкостенные изделия).
Процесс прессования складывается из следующих этапов: 1.растягивание резинового чехла с помощью сжатого воздуха; 2.засыпка пресс-порошка; 3.вакуумирование засыпки; 4.подача давления (прессование-это этап); 5.растягивание изделия.
∙ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ (прессование при сверхвысоких давлениях): в практике прессования давление соизмеримое с давлениями необходимыми для пластической деформации, называют сверхвысокими. Величины этих давлений должны быть ≈ твердости прессуемых материалов. Например: для уплотнения мет. порошков достаточно давление порядка единиц ГПа. Для порошков Al2O3, BeO, MgO, карбид-вольфрама (WC),давление порядка 10-тков ГПа, позволяет добиться относительной плотности – 96-97 %,а давление порядка 40-70 ГПа можно добиться пористости не более 2-5-ти %-тов на любых тугоплавких и твердосплавных материалов. После такого прессования материалы весьма легко спекаются, при сравнительно невысоких температурах. Прессование изделий 40-70 ГПа производится как правило в оружейных стволах, путем взрыва такого вещества, как гиксоген, со скоростью детонации 6,2 км/с. Методом такого прессования получают небольшие пластинки, трубки, тигли и т.п.Однако дороговизна и наличие спец.условий не способствует массовому распространению технологий.
∙ПРОТЯЖКА (ЭКСТРУЗИЯ): применяется при производстве изделий любой длины, но с постоянной формой сечения. Существует несколько видов экструзии: 1)экструзия с помощью прессов; 2)экструзия с помощью смесителей, создающих давление, достаточное для продавливания керамической смеси через фильеру. Данные способы различаются количеством применяемых пластификаторов.
1)Изделие полученное пресс-методом отличается большей плотностью, однородностью и из них значительно проще извлекать пластификаторы перед спеканием. Недостатками такого метода являются периодичность процесса, ограниченность длины получаемого изделия.
2)При работе с порошками, отличающиеся высокой дисперсностью и способностью к окислению, нагревание их на воздухе выше 50-60 ºC опасно, поэтому при подготовке термопластичных масс, в смеситель вначале вводят смазку – пластификатор и только потом холодный порошок. Хотя такая процедура ухудшает условия перемешивания.
Для получения высококачественных изделий, формование как правило проводят при давлениях от 40-100 МПа. Удаление термопластичного пластификатора из заготовок проводят аналогично технологией горячего литья под давлением.
ШЛИКЕРНОЕ ЛИТЬЕ: представляет собой процесс формования керамических заготовок из порошков суспензированных в жидкости. Объемное содержание жидкости от 70-80 %.Дисперсионная жидкость из шликера после заливки в формы, отводится либо под действием капиллярных сил, при литье в пористые формы, либо под действием центробежных сил или вакуумов, через пористые перегородки. Готовая отливка имеет влажность не более 5-10-ти %-тов.Основное достоинство шликерного литья - это возможность изготовления тонкостенных изделий, практически любой сложной формы. Недостаток - сравнительно низкая производительность.
∙ЛИТЬЕ ИЗ ВОДНЫХ ШЛИКЕРОВ: для изготовления заготовок методом шликерного литья, применяют наливной и сливной способы:
При наливном способе шликер заливают между 2-мя формами, в которых происходит отбор влаги, при этом полость между поверхностями образует соответственно внутреннюю и наружную стенки изделия.
При сливном методе шликер заполняет всю форму, отбор влаги при этом происходит по поверхности соприкосновения формы и шликера. После образования заданной толщины стенки заготовки, избыток шликера сливают.
В настоящее время методом шликерного литья можно получать изделия практически из любых порошков, в том числе: металлов, карбидов.
∙ПЛЕНОЧНОЕ (ЛЕНТОЧНОЕ) ЛИТЬЕ: для производства менее 1 мм толщиной, используют метод шликерного литья (как водного, так и горячего),который по существу аналогичны технологии бумажного картона.
Шликер подается из термостатированного напускного устройства в ряде случаев с избыточным давлением, который после этого начинает двигаться по мелкопористой ленте или сетке. Толщина пленки регулируется затвором. Удаление избытка влаги или связки происходит под влиянием температуры, а также разряжение в отсасывающих устройствах, расположенных под лентой. Поверхность этих устройств кроме того поддерживает ленту и обеспечивает равномерность его движения. Для прессовки пленки дополнительного ее выравнивания или придания ей необходимого профиля, можно использовать прижимной вал. Для облегчения отделения пленки от транспортирующей сетки, используют воздушный поток, который направляется через перфорированный вал к нижней поверхности пленки. После этого пленка попадает на обжимающие и формующие вальцы, которые придают окончательный профиль получаемому изделию. Таким способом можно получать пленки до 1,5 м в ширину и толщиной от нескольких мм до долей мм. Кроме того возможно получение многослойных пленок, каждый слой которых состоит из разных материалов. Подача шликера из наливного устройства зависит от вида шликера, как показала практика водные шликеры лучше подавать на ленту в турбулентном режиме, а термопластичные шликеры подаются в ламинарном режиме.
∙ГОРЯЧЕЕ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ: особенность шликеров предназначенных для формования методом горячего литья, состоит в том, что дисперсионной средой служат термопластичные и термореактивные высокомолекулярные соединения, содержание которых в шликере может достигать 50 %,обычно 30-40 %.При температурах, которые выше температуры размягчения шликер подается в мет. формы, а после застывания и затвердевания изделие заготовку извлекают из формы. Благодаря равномерности распределения давления в жидком шликере, можно получать изделия любой по сложности конфигурации и точности размеров. При использовании термореактивных шликеров, нагревание служит средством уменьшения вязкости и ускорение затвердевания.
Шликер для горячего литья должен обладать след. реологическими характеристиками: отсутствием делатантности, минимальной вязкостью при максимальном содержании твердой фазы, минимальными значениями мгновенных напряжений сдвига и модуля упругости. При этом повышение давления формования позволяет снизить %-нтное содержание дисперсионного вещества, что в последующем упростит работы по ее извлечению перед процессом обжига.
Тщательно перемешанный шликер, требует обязательного вакуумирования для удаления воды и газов. Дисперсионная среда должна отличаться большим интервалом температур, на которых происходит различное отвердевание. Этому способствует разложение пластификаторов и ПАВ. Наиболее употребимыми связками пластификаторами при горячем литье служат высшие алканы, парафины, воск и т.п.
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ: литье производится на спец.литьевых машинах. Шликер под давлением выжимается из емкости в патрубок и затем попадает в литьевую форму, имеющую устройство для нагрева в процессе литья и устройство охлаждения водой или воздухом. Развитие технологии шликерного литья показало эффективность использования шнекпрессов для подачи массы в форму. Это позволит создавать более высокие давления, использовать более концентрированные шликеры и уменьшает вероятность пофазного расслоения материалов.
Удаление термопластичной связки из отливки должно протекать в режиме, исключающей ее деформацию. Термопластичные связки на основе высших алканов удаляют при температуре 450-470 К.Жидкая связка, ее пары и продукты пиролиза поглощаются пористыми подставками или засыпкой, в которую помещают отливку. Материалом засыпки служит прокаленные до 700-1000К глинозем, тальк или сажа. Основной движущей силой извлечения связки из изделия служит сила капиллярного всасывания порошка засыпки. При остаточном содержании связки 1-2 %-тов извлечение считается законченным.
Засыпку после извлечения повторно прокаливают, что позволяет ее использовать повторно.
УДАЛЕНИЕ СВЯЗКИ: в некоторых случаях процесс удаления связки совмещают с процессом обжига. Например, изделие из α-Al2O3 в засыпке обжигают до температур 1470-1500К. Затем извлекают, очищают от засыпки и подвергают окончательному обжигу. Такое извлечение временного связующего обеспечивает большую вероятность сохранения целостности заготовки. Также применяются вакуумные методы удаления связки. Такие методы обеспечивают более полное извлечение временного связующего и кроме того предотвращает окисление порошков.
ГОРЯЧЕЕ ПРЕССОВАНИЕ: метод формования давлением, при одновременном спекании порошков получил название горячего прессования. В нем совмещаются операции прессования и спекания. Этот метод имеет ограниченное применение.
Его применяют как правило для изготовления из материалов, которые не спекаются при отсутствии давления, например: карбиды кремния и бора, нитриды бора и другие. Однако горячее прессование иногда используют и для оксидной керамики, а также керметов.
Такой вид прессования позволяет проводить спекание, при более низких температурах, нежели ненагруженное спекание. Кроме того при таком спекании не происходит процесс рекристаллизации, поэтому полученное изделие, имеет мелкозернистую структуру и высокую относительную плотность.
Метод горячего прессования в значительной степени ограничивает разнообразие форм получаемых изделий. Как правило, используют изделие простейшей формы, под последующую механическую обработку.
Недостатки: в качестве форм, при горячем прессовании используют графит, что обуславливает высокую стоимость и низкую долговечность форм. В отдельных случаях применяют корундовую керамику, реже жаропрочные сплавы.
Нагрев при такой технологии производится индукционный.