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.

(264)

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

ПІІ

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

у = аепх р = ае‘

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;

t

•к;

і

1

-с:

*

«зо

«с

■і

1

•с;

1

*

і

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.

(265)

Таким образом, общее давление прессо­вания равно

Р общ — Pi + Рг + Р 3-

(266)

изд’

hM = hv — h:

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:

Таблица 5

Значения коэффициентов а и п

Прессуемая масса

а

п

При прессовании огнеупорной шамотной массы (влажность 5%)

3,32

0,923

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

3,56

0,776

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

3,08

2,22

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

1,98

1,54

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

dy = 4- — (26?)

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

dh = (268)

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:

Б = (269)

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

dh = ^-{-MK~ dp r=-dhj-K — (270)

Интегрируя выражение (270), получаем для данной влажности

-271>

р + с = — К In (h м— К). (272)

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

С = —KlnhM

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

ПМ

P

h

(273)

и окончательно

(274)

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

(275)

Vn hnF hn

У те hmeF hme

где Vn — объем пор;

Vm„ — объем твердого вещества;

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

(276)

К hmя hu3g

hme h-tne

(277)

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

hu — b hmn ; — h-воды

(278)

откуда

(279)

‘воды■

Am So h-me hi

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

р_

(280)

ек = —

hM — h

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

л ж

л

к

= 200, lg<? = lg 200,

откуда получим значение максималь­ного (критического) давления прессо­вания, при котором достигается макси­мально возможное уплотнение

_ 2,3/(

Рнаиб — 0Д34 •

(281)

Величину К принимают по макси­мальным значениям (фиг. 109).

Рабочее давление прессования, есте­ственно, должно быть значительно ниже максимального. Чтобы установить величину рабочего давления при желаемом коэффициенте пористости, определим сначала высоту прессовки.

По формуле (276) и (277) можем записать

htne (1 г Ю — h-нзд і

h-me (1 "Ь 5о) — К

а

откуда

(282)

Учитываем, что величина h осадки равна

Н ‘ Hq h.

I

Высота засыпки формы h0 изменяется в зависимости от влажности гли­няного порошка и его зернового состава При влажности глиняного порошка 8—10% и зернах величиной до 3 мм насыпной вес порошка уэ находится соответственно в пределах 1,12—0,98, увеличиваясь с понижением влажности и увеличением крупности зерен. Зная насыпной вес, сечение формы и вес засыпки (по весу готового изделия), легко определить h.

Величина £0 определяется по формуле

(283)

Определив по формуле (279) hM и по формуле (282) h, подставим их зна­чения в формулу (280):

^ = = (284>

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

e=h{i-Vt)’ (285)

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

6 = ^(1 (286)

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:

Т = Qf, (287)

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

(288)

■г _ dq_ ё dp ■

Интегрируя уравнение (288), получим

(289)

Я = pi + с,

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

q = Pi — (290)

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)

р

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

T = -^-lhf-2{a + b). (293)

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

Ph — P(h+Mi) + AT;

Ph — AT = Plh+m; (294)

AT по аналогии с формулой (293) будет равна

(295)

jMi-f-2(a + b)

АТ = Ри

(296)

(297)

Подставляя значение АТ в формулу (294), найдем

PhlMif-2(a + b)

1 h — ^{h+&h) =————————— р————- •

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

При Л/г, стремящемся к нулю, получим

= + (299)

Интегрируя, 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)

ln-£«-ШЦ±9- h; (303)

_|f2Ja+b)

= e f (304)

и, наконец,

m (a+b) h

Ph = Pe F. (305)

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.



Производство и применение гипсокартона

Адреса и телефоны:

Украина, Кировоградская обл., г. Александрия, ул. Куколовское шоссе 5/1А,
Александрийский Авторемонтный завод,
тел./факс +38 (05235) 77193
+38 (050) 512 11 94 — Александр,  инженер-менеджер (цены, условия приобретения, консультации)
e-mail: msd@inbox.ru