Давление прессования при производстве то

Технологические параметры прессования

Основными технологическими параметрами прямого и литьевого прессования являются температура и время предварительного нагревания, температура и давление прессования, время выдержки при отверждении и удельное давление.

Предварительный подогрев пресс-материалов перед их подачей в пресс-форму позволяет в 2…3 раза снизить цикл прессования, так как из-за малой теплопроводности пластмасс требуется длительное время для их нагрева в форме до температуры отверждения. Кроме того, предварительный нагрев позволяет снизить давление прессование в среднем на 50%, уменьшить износ пресс-форм.

Для предварительного подогрева используют токи высокой частоты (ТВЧ). Главное преимущество которых состоит в том, что прогрев происходит одновременно во всем объеме материала, а степень нагрева регулируется с высокой точностью.

Длительность нагрева t_н таблеток пресс-материала ТВЧ может быть рассчитана из уравнения

, (7)

где с – удельная теплоемкость, кДж/(кг К); ρ – плотность, кг/м 3 ; Т₁ и Т₂ – начальная и конечная температура таблетки, К; η_Т=0,4…0,5 – термический КПД генератора ТВЧ; f – частота колебаний, Гц; Е – напряженность электрического поля, Кв/м; tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь материала; ε_r – диэлектрическая проницаемость материала, Ф/м (Ф – фарады).

При нагревании выше 100…120 о С пресс-материалы вследствие плавления связующего переходят в вязкотекучее состояние и приобретают способность течь и заполнять формующие полости пресс-формы. По характеру течения пресс-материалы в нагретом состоянии представляют собою неньютоновские псевдопластичные. В логарифмических координатах имеют линейный вид, что указывает на возможность использования степенного реологического уравнения состояния.

Температура прессования, давление прессования и вязкость пресс-материала жестко связаны условиями процесса. Для уменьшения давления прессования вязкость материала необходимо снизить за счет нагревания его до более высокой температуры. Однако при увеличении температуры уменьшается время пребывания пресс-материала в вязкотекучем состоянии. При высокой температуре материал начинает быстро отверждаться и текучесть его понижается. Поэтому при изготовлении тонкостенных изделий материал не успевает полностью заполнить полости формы и они получаются вообще недооформленными или с плохим внешним видом и способностью к повышенному водопоглощению.

Формование изделия происходит в результате растекания пресс-материала по формующим полостям, а при литьевом прессовании дополнительно возникает течение в литниковых каналах. Таким образом, удельное давление, которое возникает в момент заполнения формы расплавом, зависит от вязкости, скорости опускания пуансона (подвижной части формы), а также от размеров изделия и литников. Поэтому температуру нагревания материала следует выбирать с учетом возникающего давления и длительности вязкотекучего состояния. Зависимость времени пребывания материала в вязкотекучем состоянии t_вт от температуры является экспоненциальной и может быть описана уравнением

, (8)

где А, U – постоянные уравнения; R – газовая постоянная; Т – температура, К.

В конце формования изделия, когда растекание материала прекращается, давление в формующей полости и в литниковых каналах почти выравнивается и достигает максимального значения. Удельное давление обычно задается по усилию прессования пресса с учетом площади изделия (уравнение (6)). Чем больше давление, создаваемое в пресс-форме, тем выше плотность, прочность изделия.

Под действием температуры в связующем пресс-материала начинается химическая реакция отверждения. Считают, что на начальной стадии отверждения реакции протекает не в направлении общего роста молекулярной массы связующего, а в направлении сужения его молекулярно-массового распределения за счет увеличения молекулярной массы более подвижных низкомолекулярных фракций. В этот период вязкость композиции в большей степени определяется сцеплением частиц наполнителя, образующего каркасные структуры, чем вязкостью связующего. После образования сшитой структуры пресс-материалы теряют способность к вязкому течению.

Степень отверждения С связана с константой скорости реакции поликонденсации уравнением

, (9)

где К (Т) – зависящая от температуры константа скорости реакции; m – порядок реакции, m ≈ 1,42.

Общее время отверждения t_отв очень сильно зависит от температуры материала и описывается следующим уравнением

, (10)

где В, β – постоянные; Т – температура, К.

На скорость реакции отверждения влияет также давление. При увеличении давления вначале скорость возрастает, а затем реакция замедляется.

Диаграммы примерных режимов прямого прессования реактопластов приведены на рис. 5.

Рис. 5. Диаграмма различных режимов прямого прессования реактопластов: а – без подпрессовки: б – подпрессовка «без паузы»; в – подпрессовка «после паузы»; г – подпрессовка с паузой»; 1 – ход на низком давлении; 2 – ход на высоком давлении; 3 – выдержка под давлением; 4 – подпрессовка; 5 – пауза перед подпрессовкою; 6 – высота подпрессовок; 7 – подъем пресса.

Как уже отмечалось, прессование – это процесс, в котором материал, находящийся под давлением в нагретой форме, расплавляется, заполняет все формующее пространство и выдерживается до полного отверждения.

Выдержка начинается с момента создания давления прессования в сомкнутой форме и заканчивается в момент подъема пуансона и размыкания формы для удаления полученного изделия.

Формообразование изделий из пресс-материалов происходит в результате реакции поликонденсации, происходящей в связующем и сопровождающейся выделением поликонденсационной воды. При температуре прессования (160…180 о С) такая влага находится в газообразном состояния. Одновременно из связующего могут выделяться и остатки непрореагировавших мономеров (фенол, формальдегид, резол). Если толщина стенки изделия более 1…2 мм, а масса изделия существенна, то образовавшиеся в этом случае летучие значительны по количеству и их необходимо удалять, поскольку в противном случаи они, образуя в изделии микропустоты, будут ухудшать его свойства. Для удаления летучих при прессовании выполняют так называемые подпрессовки, т.е. периодическое кратковременное размыкание-смыкание пресс-формы. Подпрессовки могут быть высокими и низкими, ранними или поздними – в зависимости от массы изделия, химических особенностей процесса отверждения, количества летучих и т.д. (рис. 5).

При извлечении готовых изделий из пресс-формы они имеют высокую температуру (160…200 о С). Охлаждение изделий происходит вне формы на воздухе. Для предотвращения коробления крупных изделий под влиянием остаточных напряжений их охлаждают в специальных зажимных приспособлениях или на оправках.

Крупногабаритные изделия с большой разнотолщинностью иногда после прессования подвергают дополнительной термообработки или нормализации в термостатах при температуре 120…150 о С в течение 2…4 часов. Такая термообработка способствует более полному и равномерному завершению химической реакции отверждения, что способствует повышению физико-механических свойств, твердости, а также однородности материала.

Нормализация состоит в плавном медленном охлаждении изделий после непродолжительной выдержки при повышенной температуре и способствует более полной релаксации напряжений в материале, вызванных неравномерностью нагрева и неодинаковой скоростью отверждения пресс-материала.

Источник

ДАВЛЕНИЕ ПРЕССОВАНИЯ

При пластическом (мокром) формовании глиняных масс удельное давле­ние прессования, в зависимости от влажности массы, колеблется в пределах от 2—3 до 15—17 кг/см?, и поскольку при влажности глины в 18—25% акр меньше указанных значений, имеет место интенсивное пластическое течение массы.

При полусухом способе прессования, когда формуется порошок с влаж­ностью в среднем 8—10%, акр материала, при котором происходит пласти­ческая или хрупкая деформация, имеет более высокие значения, что, в свою очередь, вызывает необходимость приложить усилия порядка 150—200 кг! см? и более, чтобы получить необходимое уплотнение порошка.

Характер изменения кривых, выражающих зависимость между давлением и осадкой глиняного порошка при его прессовании в форме, представлен на фиг. 107. Характерной особенностью кривых прессования является то, что угол, составляемый конечной ветвью диаграммы с осью ординат, умень­шается с увеличением влажности массы. По диаграмме находим, что при W = 5% угол равен 6°30′, в то время как при W = 11,15% значение его сни­жается до Зс05′. При влажности порошка 13,2%, начиная с давления около 80 кг/аи2, конечная ветвь диаграммы параллельна оси ординат. Отмеченные изменения кривых «удельное давление — осадка» имеют строгую законо­мерность, показывающую, что предельная величина удельного ‘давления прессования, при котором наступает полное уплотнение порошка, снижается с увеличением его влажности. Вторая особенность та, что по достижении определенной критической величины удельного давления прессования

прекращается осадка порошка, и всякое дальнейшее увеличение давления вызывает бесполезную затрату энергии.

Фиг. 107. Кривые прессования удельное да­вление р — осадка h в зависимости от влаж­ности порошка W.

Как видно из фиг. 107, кривые зависимости р — f (h) типичны, вследствие этого полагаем, что зависимость между р и /г для данного случая можно в общем виде представить выраже­нием

где р — удельное давление прессо­вания в кг/см2; а и п — постоянные коэффициенты; е — основание натуральных ло­гарифмов; h — осадка массы в см.

Логарифмируя уравнение (264), находим

Ig у = lg а + nx lg е.

Подставляя в это уравнение зна­чения у и х (р и Н) (по кривым, пред­ставленным на фиг. 107) для началь­ной и конечной точек (например, для кривой W = 8,1 % точки А и Б), найдем значения awn.

В табл. 5 приводятся значения коэффициентов а и п.

Давление, необходимое для прес­сования порошков, складывается из следующих основных частей:

1) давления рх, требующегося для уплотнения порошка до заданной пористости (плотности) изделия, при равномерном распределении давления во всех частях изделия (по высоте) и при отсутствии потерь на трение

j частиц о стенки формы;

Фиг. 108. Схема к определению зависимости между деформацией и давлением.

2) давления р 2 на трение частиц порошка о стенки пресс-формы;

3) избыточного давления р3, вызывае­мого неодинаковым распределением давле­ния в отдельных участках прессуемого изде­лия вследствие неравномерной влажности массы, неоднородности зернового состава и неравномерности засыпки формы массой.

Таким образом, общее давление прессо­вания равно

Р общ — Pi + Рг + Р 3-

Для определения зависимости между деформацией и давлением заполним пресс-форму (фиг. 108) глиняным порошком влажностью W%. Введем сле­дующие обозначения: h0 — начальная высота засыпки; hU3d — высота спрес­сованного порошка при наименьшем возможном коэффициенте пористости (| — 0 при W — 0%), увеличивающаяся затем с повышением влажности прессуемого порошка; h — осадка порошка при удельном давлении, рав­ном р; 1гм — максимально возможная осадка прессуемого порошка:

Значения коэффициентов а и п

При прессовании огнеупорной шамотной массы (влажность 5%)

При прессовании глиняного порошка (влажность 8,1%) .

При прессовании порошка, идущего на изготовление метлахских плит (влажность массы 8%).

При прессовании известково-песчаной (силикатной) массы. . .

Закон пропорциональности между давлением и осадкой в пределах упругой деформации для твердых тел в дифференциальной форме выра­жается, как известно,

где у — относительное сжатие; р — удельное давление;

Е — модуль упругости.

Зависимость между давлением и необратимой деформацией при прессо­вании глиняных порошков подобна зависимости между относительным сжа­тием и нагрузкой в твердых телах, с тем, однако, существенным различием, что прямой пропорциональности между нагрузкой и деформацией нет.

По аналогии с формулой (267) можем записать

где величина Б, называемая нами модулем прессования, является перемен­ной, зависящей от величины прилагаемой нагрузки, влажности прессуемого порошка и его осадки. Модуль прессования характеризуется углом наклона касательной в какой-либо точке кривой прессования к оси абсцисс. Как пока­зывают приведенные на фиг. 107 кривые прессования, модуль прессования увеличивается с повышением нагрузки или, что то же самое, с увеличением осадки и уменьшается с повышением влажности прессуемого порошка. Указанную зависимость можно представить следующим уравнением:

где с — постоянный коэффициент;

W — влажность; п — показатель степени;

hM — h — величина, характеризующая осадку порошка.

Заменяя в уравнении (269) выражение cW—n через К и подставляя зна­чение Б в формулу (268), будем иметь

Интегрируя выражение (270), получаем для данной влажности

р + с = — К In (h м— К). (272)

Величину с определяем из условия, что h = 0 при р = О,

р = — К In К — К In (hM — h) = — К In ;

Формула (274) выражает закон изменения кривой прессования. Зная величины hM и К, можно определить осадку порошка при принятом давле­нии прессования.

По приведенному ранее определению hM — максимально возможная осадка прессуемого порошка. При влажности массы, равной нулю, hM равна разности между высотой засыпки и высотой спрессованного изделия при коэффициенте пористости 1 = 0.

При прессовании влажного порошка нельзя достичь положения, при котором £ = 0, поскольку находящаяся в массе вода (практически несжи­маемая) будет занимать определенный объем. Таким образом, наименьший возможный объем пор влажной массы будет соответствовать объему воды, содержащейся в массе.

Коэффициент пористости Ё; равен

где Vn — объем пор;

Vm„ — объем твердого вещества;

F — сечение формы в плоскости, перпендикулярной к прилагаемому давлению; hme — высота твердого тела;

Согласно фиг. 108 hQ = hM + hU3d подставляя в уравнение (277), полу­чим

hu — b hmn ; — h-воды

Определив по формуле (283) | и зная высоту h0 засыпки, найдем по фор­муле (277) значение h, m. Высота слоя вот, ы в массе будет равна объему воды (вес, деленный на весовую плотность воды), поделенному на сечение формы.

Величина К. фактора прессования может быть определена по диаграмме, представленной на фиг. 109.

Фиг. 109. Диаграмма для определения фактора прессования.

Формулу (274) можно представить в виде

При h, приближающемуся к hM, получим максимальное уплотнение. По­лагая, например, hM — h — 0,005 hM, будем иметь

и найдем значение. Фактор прессования К изменяется с повышением

давления прессования (фиг. 109). Для расчетов по определению рабочего давления рекомендуется принимать среднее значение К по диаграмме.

В. А. Полюх [7] рекомендует определять зависимость между осадкой массы и давлением прессования по формуле

где Е — осадка массы в конце прессования;

п — безразмерная величина, характеризующая свойства глиняной массы;

р0 — параметр, характеризующий отношение свойства массы к давлению; р — давление прессования.

П. П. Баландин [8] зависимость между осадкой массы и давлением прес­сования рекомендует определять по формуле

где б — полная осадка массы;

Н — глубина засыпки массы в пресс-форму; е — основание натуральных логарифмов; а — давление под подвижным штампом; шп — параметры уравнения.

В процессе уплотнения глиняного порошка в зонах, прилегающих к стен­кам пресс-формы, возникает торможение частиц массы вследствие сопро­тивления трения. Силами внутреннего трения частиц тормозящее действие стенок передается от частицы к частице, постепенно затухая по направлению к центру формы. Потеря давления от трения изменяет уплотнение массы по высоте, следовательно, соответственно изменяются и внутренние напря­жения. Пористость спрессованного изделия увеличивается по мере удаления от нагружаемой плоскости.

При прессовании порошка часть давления расходуется на преодоление трения порошка о стеики пресс-формы. Если нагрузить силой Р прессовый штамп, то при уплотнении порошка эта сила Р (фиг. 110) будет полностью без потерь воспринята опорной площадкой, однако при этом часть нагрузки, равная потере давления на преодоление внешних сил трения, будет передана стенкам пресс-формы, а другая часть, расходуемая на уплотнение порошка,— через уплотняемый порошок непосредственно опорной площадке.

Сила трения частиц о стенки пресс-формы равна произведению силы, создаваемой боковым распором массы, на коэффициент трения:

где Т — сила трения;

Q — боковой распор массы, вызываемый силой Р; f — коэффициент трения массы о стенки формы.

Если обозначать через q удельное давление на боковые стенки формы, то коэффициент бокового распора £ в дифференциальном виде будет равен

Интегрируя уравнение (288), получим

Фиг. 110. Схема к определе­нию потери давления на тре-

где с — постоянная интегрирования, зависящая от начальных условии прессования. Если порошок засыпан в форму в рыхлом состоянии без пред­варительного уплотнения, то р — 0 и, следовательно, q = 0, откуда с также равно 0. Таким образом, при прессовании порошка, свободно (без уплот­нения) засыпанного в форму, имеем окончатель­ную зависимость

Давление, оказываемое на стенки пресс-формы за счет бокового распора, будет равно

Q = qh-2 (а + b) = plh2 (а + Ь), (291)

где h — высота уплотненного порошка; а и b — стороны формы.

Для определения величины Т— потерь на тре­ние, рассмотрим действие сил на участке высотой АЛ, отстоящем от верхней плоскости спрессован­ного изделия на величину h (фиг. 110).

По формулам (287) и (291) имеем

Т = Qf = рЩ2 (а + Ь). (292)

Заменяя р его выражением через — у, где F — площадь прессуемого изде­лия, получим

Давление Ph на глубине h равно давлению на глубине h + А/; плюс АТ:

Ph — AT = Plh+m; (294)

AT по аналогии с формулой (293) будет равна

Подставляя значение АТ в формулу (294), найдем

Величину потерь давления на участке высотой Ah обозначим через АР, тогда согласно формулы (297)

При Л/г, стремящемся к нулю, получим

. j dP_ = If-2(a+b) j dh_ (300)

In P — In Ph = -^2 (a+9 h (301)

In Ph — In P = — S/2-(° + fc) /?; (302)

Величина АР (потери давления) может быть определена исходя из сле­дующего:

т (О+Ь) h I If2 (a+b) Д

ДР = Р —РЙ=Р —Pe f = Р^ —е г j. (306)

Величина коэффициента бокового распора в зависимости от влажности глиняного порошка изменяется в следующих пределах: при W = 8% I = 0,57; при W = 11,0% I — 0,63; при № = 13% I = 0,66; при W = 16% | = 0,725.

Коэффициент трения частиц о стенки пресс-формы зависит от влажности порошка, снижаясь с повышением влажности. Средние значения коэффи­циента трения рекомендуется принимать равными: при W = 7% / = 0,5; при W = 8% f = 0,435; при Г = 9% f = 0,357; при Г = 10% f = 0,31; при W = 11 % / = 0,246; при = 12,5% / = 0,155. При влажности порядка 12,5% во время прессования поры полностью насыщаются водой; с этого момента появляется полностью жидкостное трение и поэтому коэффициент трения остается постоянным. Необходимо отметить, что приведенные выше значения величин бокового распора и коэффициентов трения относятся к так называемым кирпичным глинам (И класс пластичности).

При одностороннем прессовании из-за потерь от трения частиц о стенки формы плотность прессуемого изделия с удалением от нагружаемой плоско­сти будет уменьшаться, что отрицательно сказывается на качестве изделий. Таким образом, при прочих равных условиях двустороннее прессование обеспечивает, во-первых, меньшие потери от трения и, во-вторых, плотность получаемого изделия более равномерна. Необходимо отметить, что опреде­лять величину потерь давления от трения частиц о стенки пресс-формы по усилию, потребному для выталкивания из формы спрессованного изде­лия, неправильно, поскольку после того, как нагрузка снята, боковое давление немедленно уменьшится, так как после снятия нагрузки проис­ходит упругое расширение прессовки по ее высоте.

Усилие выталкивания N для глиняных масс изменяется в следующих пределах: при W = 8% N составляет 7% от давления прессования, при W = 10% N = Ь%, при №=12% N — 3%. В процессе уплотнения порошка масса может запрессоваться в форме и тогда усилие выталкивания резко возрастает.

Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий

Промышленные станки и их виды

Любое серьезное предприятие, в производственные задачи которого входит работа с металлом, стеклом, деревом, полимерами, укомплектовано соответствующими станками. Это незаменимое оборудование, от качества которого зависит соответствие конечной продукции все предъявляемым стандартам. …

Что необходимо знать о клеевом оборудования от компании Moryl

Если вы имеете некоторые базовые навыки работы с клеевыми машинами, тогда клеевое оборудование от немецкого производителя Moryl GmbH будет надежным помощником на вашем производстве.

КАЛАНДРЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИНОЛЕУМА ВАЛЬЦОВО-КАЛАНДРОВЫМ СПОСОБОМ

При безосновном способе производства пластицированную на вальцах линолеумную массу (нагретую до 140—150°С) подают на каландр, где фор­муют в непрерывную ленту требуемой толщины. При прохождении через каландр масса уплотняется, при этом …

Источник