Процеси у виробництві будівельних матеріалів і виробів (стр. 6 из 14)
Гідродинамічне пресування - це пресування порошкових матеріалів (особливо важко пресованих) енергією гідравлічного імпульсу, що виникає в рідині унаслідок вибуху або електричного розряду (при електродинамічному пресуванні).
Високошвидкісне пресування - це пресування, здійснюване за рахунок вибухової хвилі, електромагнітного імпульсу, механічного удару або інших подібних енергій.
Ударне пресування - це пресування за рахунок енергії удару прес-інструменту, магнітного імпульсу, хвилі рідини або газу.
Пряме пресування - це пресування, при якому переміщення пресування і інструменту відбувається в одному напрямі.
Зворотне пресування - це пресування, при якому закінчення матеріалу відбувається в напрямі, протилежному руху прес, - інструменту.
Найширше розповсюдження в промисловості будівельних матеріалів одержало статичне, екструзійне (мундштучне) і вібраційне пресування. Машини, вживані для пресування, називаються пресами або агрегатами для пресування.
Статичне пресування (одностороннє, двостороннє, пряме, холодне, циклічне, одноступінчате, багатоступінчате, з жорсткою і "плаваючою" прес-формою і т.п.) здійснюється в закритій прес-формі з переміщенням прес-пороша і пресуючого інструменту, головним чином, в одному напрямі (мал.6.7).
Мал.6.7. Схеми статичного пресування: а - одностороннє; б - двостороннє; в - одностороннє з "плаваючою" прес-формою.
При пресуванні будівельних формувальних сумішей в закритих прес-формах вони піддаються всесторонньому стисненню (об'ємної деформації). При цьому відбувається ущільнення спочатку за рахунок видалення повітря, а потім за рахунок переорієнтації і більш щільної упаковки частинок матеріалу. Необоротна зміна об'єму матеріалу, що стискається, при пресуванні можлива тільки при деформації, що перевищує пружну. Залишкова деформація виникає в матеріалі при певній величині додатку навантаження, яке прийнято називати граничною. Протягом всього циклу пресування у будь-який момент часу збільшення тиску пресування викликає приріст пластичної деформації і зміну густини матеріалу (пресування).
Пресування, що одержало задану форму і розміри, володіє певною міцністю, яку можна пояснити таким чином [53, 70, 102].
1. Дією міжмолекулярного електростатичного зчеплення, що виникає в місцях контактів частинок формувальної суміші.
2. Взаємним переплетенням частинок і упровадженням виступів одних в западини інших, створюючим механічну міцність. На думку М.Ю. Балишина, міцність пресування, одержаного з сухих металокерамічних порошків, є переважно механічною. Електростатична міцність тут невелика. Обидва міцності пропорційні контактній поверхні частинок і, у свою чергу, тиску пресування.
3. Склеюючою дією тонких плівок води, здатною утворювати міцну структуру під впливом власних силових полів, тобто за рахунок зчеплення частинок суміші.
4. Натягненням мікро- і макрокапілярів, не повністю заповнених водою, що приводить до зближення твердих частинок між собою. За даними Д. Терцаги, капілярні сили можуть створювати вельми великий питомий тиск, наприклад, в глинах ці сили додають зв'язність грунтам [92].
Таким чином, в ущільнюваній формувальній суміші є умови для одночасної дії різних сил, що додають міцність пресуванню. Вплив кожної з приведених сил може мінятися в досить широких межах і залежить від великої кількості чинників.
Вивчення процесу стиснення матеріалу при пресуванні дає можливість пов'язати фізико-механічні і технологічні властивості порошкоподібних будівельних матеріалів з циклом пресування, конструкцією, кінематикою і режимом роботи пресів. При вивченні об'ємної деформації порошкоподібних матеріалів розглядаються наступні питання: розподіл тиску в об'ємі пресування; спресованість матеріалу; залежність густини від тиску пресування; вплив фізико-механічних і технологічних властивостей формувальної суміші і її компонентів на тиск пресування і міцність пресування, вплив тривалості пресування, вплив формувальної вогкості суміші і т.д.
2.4.2 Закономірності пресування
Кінетика процесу ущільнення матеріалу при пресуванні визначається умовами пластичної деформації пористого тіла, що стискається, механічні властивості якого залежать від фізико-механічних властивостей формувальної суміші.
Криві статичного пресування (стиснення) відображають сучасне представлення теорії пресування дисперсних (сипких, порошкоподібних і ін) матеріалів і дозволяють виявити фізичну сторону процесу (мал.6.8).
Як показник ефективності пресування приймається зміна міцності, густини, пружності і інших властивостей матеріалу (пресування) залежно від тиску пресування (мал.6.8), або зміна зусилля пресування (навантаження) від деформації матеріалу (зміни об'єму, товщина пресування, ходу прес-інструменту і т.п.) (мал.6.8, 6.9).
Рис.6.8. Залежність міцності (а) і густини (б) пресування від тиску пресування і вогкості суміші
По кривих пресування видно, що до утворення суцільної однорідної структури пресування з максимальним ущільненням маси (суміші) спочатку відбувається різке підвищення густини залежно від тиску, а потім незначне підвищення густини при різкому збільшенні тиску пресування.
Характер кривих пресування (мал.6.9) може бути різним і залежить від прессованості формувальних сумішей (мас). Під прессованістю (ущільнюваністю) розуміється здібність сипкого матеріалу до формування і ущільнення. На практиці залежно від прессованості сипкі формувальні матеріали умовно розділяються на важко-, середньо- і легкоущільнюючі матеріали.
Мал.6.9. Криві (діаграми) пресування: а - важкоущільнюючих матеріалів; б - середньоущільнюючих матеріалів; в - легкоущільнюючих матеріалів.
До важкоущільнюючих матеріалів відносяться такі, які після тривалого попереднього ущільнення (без великої витрати енергії) перед максимальним ущільненням випробовують різке зростання навантаження (зусилля пресування). Спостерігається незначне підвищення густини при різкому збільшенні тиску пресування. Діаграма пресування легкоущільнюючих матеріалів має малу зону попереднього ущільнення. Навантаження поволі зростає протягом всього часу пресування. Більшість матеріалів (середньоущільнюючих) володіє великою пружною післядією.
В зоні А (мал.6.9, б), відповідної початку пресування, відбувається більш швидка зміна об'єму матеріалу за рахунок вільного переміщення і зсуву його частинок. При цьому з матеріалу віддаляється велика частина повітря і на ущільнення затрачується небагато енергії. Енергія витрачається, в основному, на подолання сил внутрішнього тертя частинок і зовнішнього тертя частинок об стінки прес-форми. Ущільнення матеріалу по висоті прес-форми відбувається нерівномірно. Найбільшому ущільненню піддається шар матеріалу, прилеглий до пресованого інструменту. Протяжність зони А залежить від багатьох чинників: фізико-механічних і технологічних властивостей матеріалу, ефективності засипки прес-форми, порожнистості виробу, тривалості додатку навантаження і ін.
В зоні Б ущільнення можливе лише при деформації частинок матеріалу, що вимагає великої витрати енергії. Частина енергії витрачається на подолання сил внутрішнього і зовнішнього тертя частинок, а інша - на пружно-пластичну деформацію матеріалу. В кінці процесу пресування при найбільшому тиску відбувається перехід пружної деформації в пластичну, унаслідок чого структура пресування зміцнюється і зберігається її форма. На вживаних в промисловості будівельних матеріалів пресах важко (майже не можна) здійснити так зване квазістатичне пресування (зони А і Б), оскільки потрібен відносно повільний додаток навантаження. В більшості випадків швидкість пресуючого органу дуже велика, тому в результаті невідповідності швидкості деформації і релаксації напруг в матеріалі на діаграмі пресування спостерігається ділянка (зона В), відповідна розширенню пресування після зняття навантаження. При підвищенні часу витримки пресування під тиском пружні деформації можуть переходити в залишкові.
В теорії пресування порошкоподібних матеріалів можна відзначити два основні підходи до вивчення процесу: перший характеризується введенням ряду допущень, які дозволяють вирішувати задачі експериментальним шляхом для певного виду формувального матеріалу (прес-порошку); другий грунтується на фізичному єстві процесу пресування з його математичним описом і є складним для інженерного вирішення [6, 44, 53, 70, 102]. Перший підхід з урахуванням використовування математичних методів планування експерименту і математичної статистики одержав найбільше вживання при вивченні процесу пресування порошкоподібних будівельних формувальних сумішей (мас, прес-порошків).
Для опису процесу пресування розроблено достатньо багато рівнянь. З численних рівнянь велике розповсюдження одержало рівняння М.Ю. Бальшина [6, 53]:
(6.20)де т - константа, що характеризує матеріал і умови пресування, визначається досвідченим шляхом; ρ - густина матеріалу; р - тиск пресування; ротах - тиск, відповідний максимальному ущільненню матеріалу, тобто отриманню пресування достатньої густини і міцності.
Рівняння, що зв'язує густину пресування і питомий тиск пресування, має вигляд
(6.21)де ρо - густина засипки (суміші в прес-формі); р - питомий тиск пресування; а, b - досвідчені коефіцієнти. Рівняння, що характеризує зміну тиску по висоті (товщині) пресування, запропоноване Л.П. Баландиным [102]