Статья "Прессование порошкообразных материалов"

ДВУХСТОРОННЕЕ ПРЕССОВАНИЕ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА

Головкова О. Н., студентка гр. ЭА – 34.

Требукова Н. С., ст. преп.

Белгородский государственный технологический

университет им. В. Г. Шухова

В процессе производства изделий из порошкообразных смесей применяется процесс прессования [1]. Однако в настоящее время не существует прямых методов экспериментальной оценки качества получаемого при прессовании полуфабриката. В первую очередь, невозможно выполнить экспресс-анализ на основе экспериментальных исследований распределения плотности ρ в горизонтальном и вертикальном сечениях прессуемого образца, так как это распределение зависит от многих факторов, в том числе и от способа прессования. В целом имеется проблема определения физического параметра в процессе прессования полуфабрикатов из порошкообразных смесей в виде некоторой картины распределения плотности в них. Если бы имелась возможность определения этих данных, то соответственно они бы позволили судить о прочности полученных полуфабрикатов ещё до начала процесса термообработки, а также давали бы возможность проектировать пресс-формы с возможностью управления этими параметрами. Среди существующих способов прессования следует отметить основные три, при которых порошкообразная смесь уплотняется:

- с помощью прессов с односторонним давлением;

- с помощью прессов с двухсторонним давлением;

- с помощью прессов с двухсторонним давлением,      прикладываемым последовательно.

Известно, что однородное уплотнение достигается только при всестороннем постоянном прессовании, что в теоретическом плане возможно только для жидкости. Анализ существующих экспериментальных исследований [2] распределения плотности ρ при одностороннем прессовании с учётом неподвижной формы показывает, что распределение ρ в целом не равномерно в вертикальном сечении образца с учётом приложения давления в этом же направлении, причём экспериментальные данные при одностороннем прессовании показывают, что распределение ρ может быть неравномерно не только в вертикальном сечении образца, но и в горизонтальном его сечении. Экспериментальные данные [3] распределения плотности образца при одновременном двухстороннем давлении и с учётом неподвижной формы показывают, что распределение ρ более равномерно в вертикальном сечении образца, чем при одностороннем прессовании.

Существует подход [3, 4], однако определить распределение плотности, например, в керамических полуфабрикатах после прессования в вертикальных и горизонтальных сечениях весьма сложно, причём как с помощью экспериментальных исследований, так и на основе вычислительных экспериментов. Это связано с тем, что для вычислительных экспериментов не определены постоянные коэффициенты, входящие в уравнение. Коэффициенты предлагается определять и корректировать в процессе производства на основании опытных данных. Для получения такой информации необходимо использовать современные подходы автоматизированного мониторинга исследуемых процессов на базе автоматизированных систем нижнего уровня, входящих в состав многоуровневой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) производства керамических изделий.

Рассмотрим особенности одной из систем, входящей в состав нижнего уровня АСУТП, предназначенной для проведения операций прессования изделий из порошкообразных смесей на базе гидравлического пресса К/РУ-160 [2], показанной на рис. 1.

         Рис. 1. Схема процесса прессования порошкообразной смеси на базе гидропресса: а – заполнение формы;  б – уплотнение смеси; в – предварительное прессование смеси; г – окончательное прессование смеси

Обозначения на схеме процесса прессования (см. рис. 1) следующие: верхний штамп 1, каретка 2, матрица 3, нижний штамп 4, порошкообразная смесь 5, клапан обратный КО1 в гидравлической системе ГС пресса. Последовательность основных операций этого процесса следующая. В исходном положении в условиях процесса прессования изделий верхняя траверса со штампом 1 находится в крайнем верхнем положении (см. рис.1, а). В этой позиции каретка 2 выполняет двойной ход и заполняет пространство формы между нижним штампом 4 и матрицей 3. После этого верхний штамп 1 движется вниз и предварительно уплотняет смесь (см. рис.1, б). Затем происходит первое удаление воздуха из смеси и начинается предварительное прессование (при подъёме верхнего штампа 1 и его фиксации одновременно начинается выдвижение нижнего штампа 4, причём это происходит относительно медленно). Предварительное прессование порошка осуществляется нижним штампом (см. рис.1, в). Затем происходит второе удаление воздуха из смеси и наступает окончательное прессование смеси нижним штампом 4 (см. рис.1, г).

Согласно диаграмме прессования при двухстороннем давлении с неподвижной формой [2] основная последовательность этого процесса следующая (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма прессования при двухстороннем давлении

Последовательность операций при прессовании следующая: I – первое предварительное уплотнение порошка (осуществляется верхним штампом с прессующей силой порядка 10 кН на 2 плитки); II – первое удаление воздуха из смеси и начинающееся предварительное прессование (при подъёме верхнего штампа и его фиксации одновременно начинается выдвижение нижнего штампа, причём это происходит медленно); III – предварительное прессование порошка (осуществляется нижним штампом); IV – второе удаление воздуха из порошка; V – окончательное прессование порошка (осуществляется нижним штампом). Следует отметить, что двухстороннее прессование в определённых случаях применяется, также и в процессах прессования силикатных изделий из порошкообразных смесей.

Экспериментальные исследования в натурных условиях на базе автоматизированных систем нижнего уровня АСУТП, на основе «интеллектуальных» датчиков технологических параметров, осуществляющих непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров процесса, а затем с помощью контроллеров КСУ, осуществляющих в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с этих датчиков, накопление, обработку и передачу их в систему автоматизации, будет получена информация, необходимая для углублённого исследования формуемых с помощью гидравлических прессов керамических изделий из порошкообразных смесей.

Выводы: для получения практических результатов с учётом особенностей процессов прессования полуфабрикатов необходимо развивать математическую модель [3] в направлении её применения для различных порошкообразных смесей. В настоящее время известны постоянные коэффициенты только для прессования силикатных изделий. Важно разработать методику экспериментального определения распределения ρ в образцах с выходом на вычислительный эксперимент.

­­­­­­­­­­______________________________

1.            Зейфман М.И. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячеистых материалов/ М.И. Зейфман. – М.: Стройиздат, 1990. – 184 с.

2.            Maschinelle Formgebung von Keramic/ D. Hulsenderg, H-G. Kruger, T. Rothis, G. Ferriere. – VEB, Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, 1980. (Механизация процессов формования керамических изделий/ Д. Хюльзенберг, Х-Г. Крюгер, Т. Рётиг, Г. Ферриер. – М.: Стройизд., 1984. – 263 с.

3.            Potapenko, A.N. Modeling and Optimization Possibilities for the Process of Compaction of Objects with Cavities / A.N. Potapenko, A.G. Titov, Potapenko E.A.// In a book: Materials and Processing Trends for PM, Components in Transportation.- Munich, Germany: EPMA, 2000. V.1. P. 102 – 110.

4.            Ломакин В.В. Автоматизация производства силикатного кирпича на базе программно-аппаратных комплексов управления/ Автореф. дис. канд. тех. наук: спец. 05.13.06. – Белгород, 2002. – 18 с.

5.              Требукова Н. С. Разработка компьютерного моделирования процесса прессования керамических изделий с коррекцией на основе экспериментальных исследований/ БГТУ им. В. Г. Шухова.