Теоретичні основи процесу пресування

Дослідження багатьох вчених в області процесів пресування (В.П. Горячкін, М.Н. Летошнєв, В.И. Особов, И.А. Долгов и др.) дають підставу вважати, що похідна тиску по щільності є неперервною функцією прикладеного тиску

                                                                                          (3.1)

Проведені дослідження також показують, що функцію f(p) процесу пресування можна вважати лінійною, тобто

                                                                                   (3.2)

Розділивши змінні і зінтеґрував праву і ліву частину рівняння (3.2) в межах від ρ₀ до ρ та від 0 до ρ, отримаємо

                                                                           (3.3)

де ρ – необхідний тиск пресування (МПа), щоб отримати брикет з густиною ρ (кг/м3); ρ₀ і ρ – відповідно початкова і кінцева щільність брикету ρ (кг/м3); а і с – експериментальні коефіцієнти.

Отримане рівняння 3.3 називається основним рівнянням пресування зернистих і волокнистих капілярно-пористих колоїдних матеріалів, визначальними однозначну залежність нормального тиску пресування від щільності одержуваного брикету.

Параметри а і с залежать від структурно-механічних властивостей матеріалу (міцність, вологість, крупність частинок і визначають собою опірність матеріалу стиску.

В сучасних поршневих пресах ущільнення виробляються у відкритих камерах з рухомим упором, яким є раніше сформований брикет початку пресування. Для здійснення такого способу потрібно виробляти багатоциклічне пресування, тобто формувати один брикет з декількох порцій (рис. 3.1).

Матриця 1 довжиною L на ділянці L – H заповнена формується монолітом 2, що складається з ряду 3 порцій, кожна з яких утворюється за один цикл пресування. Таким чином камера пресування складається з двох частин першої (ділянка n), де проходить первинний цикл стиснення сипучого матеріалу 4, і другий (ділянка L – H), де відбувається проштовхування раніше ущільнених порцій і одночасно триває обтиснення моноліту.

Рис. 3.1. Схема процесу пресування у відкритій камері з рухомим упором.

З аналізу розглянутого процесу випливає, що у відкритій камері з рухомим упором при пресуванні відбувається ущільнення з зміцненням матеріалу і проштовхування брикету вздовж камери. На проштовхування витрачається додаткова енергія, що витрачається на подолання опору зовнішнього тертя брикету об стінки камери.

У зв'язку з цим важливе значення має правильне вирішення питання про вибір довжини каналу пресування. Щоб отримати брикети заданої щільності ρ (кг/м³), необхідно створити тиск в каналі згідно рівняння (3.3). Але для цього необхідно створити в камері проштовхування протитиск, достатній для утримання спресованого брикету в каналі при досягненні тиску ρ_max.

Протитиск в камері проштовхування створюється силами тертя брикету об стінки каналу. Сумарна сила тертя F_тр дорівнює:

=     (3.4)

где f_ст – статичний коефіцієнттертя; N – нормальна реакція; τ – дотичне напруження, що виникає від бокової напруги в камері, Па (τ = ξ· р_уп); р_уп – нормальна напруга на упорі, Па; S_кан – площина бокової поверхні каналу, м; L – довжини камери проштовхування, м.

З формули 3.4 видно, що при середніх значеннях f_ст і τ, які визначаються фізико-механічними властивостями контактуючих матеріалів, і постійної площі поперечного перерізу камери сумарна сила тертя F_тр залежить тільки від довжини каналу L камери проштовхування. Таким чином для отримання брикету заданої щільності ρ має бути виконана умова:

                                                                                            (3.5)

де S_пс – площа поперечного перетину каналу, м².

З урахуванням виразу (3.4) і (3.5) довжина каналу камери проштовхування повинна бути

                                                             (3.6)

Вирішення питання в тому, скільки порцій доцільно розмістити на довжині L, визначається продуктивністю поршневого преса і кінематичним режимом його роботи.