Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Боковое давление. Трение о стенки пресс-формы частиц порошков

01.05.2019

При уплотнении в пресс-форме частицы порошка находятся в условиях неравномерного объемного сжатия. В упругой области в соответствии с обобщенным законом Гука боковое давление Pr, как это нетрудно показать, равно vP/1-v, здесь P — осевое или вертикальное давление прессования, v — коэффициент Пуассона. Уплотнение при прессовании происходит не под действием вертикального давления, а под действием несколько меньшего среднего давления, равного одной трети первого линейного инварианта тензора напряжений
Боковое давление. Трение о стенки пресс-формы частиц порошков

Однако такой расчет Pср не учитывает сил трения, возникающих между прессуемым брикетом, стенками пресс-формы и пуансонами. Этот расчет является также оценочным потому, что исходит только из существования упругой деформации при прессовании. Более строгое рассмотрение этого вопроса с учетом возможности пластической деформации и сил трения должно быть еще предпринято.

М.Ю. Бальшин предложил считать коэффициент бокового давления, как и коэффициент Пуассона, зависящим от пористости. Многие исследователи ставили под сомнение такую зависимость. Эксперименты А.Я. Артамонова и В.И. Даниленко, проведенные в ИМСС АН Украины, показали, что коэффициент Пуассона, определенный динамическим методом, уменьшается с ростом пористости железных брикетов. Поэтому идею М.Ю. Бальшина о зависимости е и v от пористости можно считать правильной, однако сам характер этой зависимости нуждается в уточнении, ибо применяемая М.Ю. Бальшиным формула е'=те недостаточно обоснована и не согласуется с опытными данными.

Экспериментальные исследования бокового давления были предприняты в работах. При прессовании железных порошков зависимость Pr от давления прессования имела линейный характер (Pг = 0,38—0,41 Р), по крайней мере до предельного применявшегося в этих опытах давления (1,6—4 т/см2). Для порошков меди и нержавеющей стали в интервале давлений до 7 т/см2 зависимость Pг от P оказалась нелинейной. Данные качественно соответствуют представлениям М.Ю. Бальшина о росте е с уменьшением пористости. Заметим, что методики определения P в работах отличались: В.Н. Гончарова определяла боковое давление по деформации пресс-формы; В.Г. Филимонов использовал специальное приспособление по определению противодавления, создаваемого боковыми стенками пресс-формы при прессовании; Дувез и Цвелл применили специальные датчики, на которые передавалось давление боковой стенки прессуемого брикета.

Для аналитического выражения е предлагались и другие формулы, основанные на рассмотрении условий трения в сыпучих телах. По мнению Торкара, наиболее близко соответствует экспериментальным данным выражение e=tg2(45 - pi/2), где pi — угол трения. Как показал М.Ю. Бальшин, эта формула для коэффициента бокового давления характерна для неспрессованных порошков, причем экспериментальные данные хорошо подтверждают теоретические расчеты. Можно заключить, что вопрос о боковом давлении нуждается в дальнейшем теоретическом и экспериментальном изучении. Важность такого изучения обусловлена тем, что без знания величины бокового давления нельзя определить Pcp, т. е. нельзя перейти к установлению закономерностей изменения плотности брикетов при прессовании. Другим не менее важным обстоятельством является то, что знание бокового давления необходимо для обоснованного расчета пресс-форм.

Боковое давление не остается постоянным по высоте прессуемых брикетов. Силы трения, возникающие между перемежающимися частицами порошка и стенками пресс-формы, уменьшают величину осевого давления. В.И. Гончарова отмечает, что в нижних слоях железного образца высотой 7 см боковое давление по сравнению с таковым в верхних слоях образца уменьшалось на 40—50%. По данным, боковое давление для медных брикетов резко уменьшается по высоте при давлениях прессования более 4 т/см2. Это снижение носит примерно линейный характер, но угол наклона прямых Pг = кН увеличивается с ростом давления прессования.

Определение потерь осевого давления на трение о стенки пресс-формы (или на так называемое внешнее трение) производится путем измерения давления на дно пресс-формы. Ункель предложил для этой цели использовать специальную пресс-форму (рис. 74). По величине отпечатков шариков на железных или медных подкладках 3 и 5 судят с помощью калибровочных кривых об усилиях вдавливания, т. е. о распределении усилий при прессовании. Усилие трения в данном случае пропорционально величине отпечатков шариков на подкладке 5. Методика Ункеля использовалась также в работах. Результаты этих исследований противоречивы: по одним данным, для железного порошка с увеличением давления прессования до 4,7 т/см2 потери давления на внешнее трение с увеличением P уменьшались; С.Я. Плоткин и Г.В. Самсонов, однако, указывают, что при прессовании железного порошка под давлением до 2,5 т/см2 потери давления увеличиваются с ростом Р. При прессовании твердосплавных смесей, как можно судить из опытов А.Г. Самойлова, потери давления на внешнее трение уменьшаются с ростом давления прессования.

Более надежными нам кажутся эксперименты, в которых давление на дно пресс-формы определялось с помощью датчиков или манометра. В этих опытах была обнаружена независимость потерь на внешнее трение от давления прессования. На рис. 75 показана зависимость усилия, передающегося на нижний пуансон, от общего усилия при прессовании порошков нержавеющей стали без смазки (1) и со смазкой стенок пресс-формы (2—4). Потери давления на внешнее трение при прессовании без смазки составили 88%, при смазке стенок пресс-формы раствором стеариновой кислоты в четыреххлористом углероде эта величина за счет уменьшения трения снижалась до 42%. Аналогичные зависимости N' = кN были получены при прессовании железного и медного порошков. Давление прессования в этих опытах доходило до 3—6 т/см2.

Из результатов работ следует, что потери давления на внешнее трение очень велики, при отсутствии смазки они достигают 60—90%. Это обусловливает неравномерное распределение плотности по высоте прессуемого брикета и заставляет прибегать к использованию смазок, на действии которых мы остановимся ниже.

В общем случае потерн усилия прессования на внешнее трение должны зависеть от коэффициента трения в паре материал прессуемого брикета материал пресс-формы, склонности к схватыванию в этой паре, качества обработки стенок пресс-формы, наличия смазки, высоты прессуемого порошка, диаметра пресс-формы.

В литературе приводится формула для потерь усилия прессования на внешнее трение

где N' — усилие на дно пресс-формы; N — усилие верхнего пуансона; u — коэффициент трения; H и D — высота и диаметр прессуемого брикета.

Зависимость (III.2а) можно вывести из условия

где АN — потери усилия прессования на трение; Nг — общее боковое усилие.

К аналогичному выражению пришел Бальгаузен, который коэффициент бокового давления принимал равным tg в, где в — угол естественного откоса порошка.

Торкар при выводе зависимости потерь давления на трение предлагает учитывать затраты давления на упругие деформации, которые он принимает равными uNг. Тогда с учетом (III.3) для зависимости N1 от высоты получается следующее выражение

которое отличается от (III.2а) увеличенным в два раза показателем степени, что предполагает более резкое изменение давления по высоте.

Обработка экспериментальных данных Дувеза и Цвелла, проведенная Торкаром, показала, что произведение ue в показателе степени выражения (III.2б) является постоянным и не зависящим от давления прессования. С ростом последнего наблюдается увеличение коэффициента бокового давления и уменьшение коэффициента трения. Отсутствие полных сведений о методике проведения экспериментов не позволило полностью апробировать выражение (III.2б), однако оно все же удовлетворительно соответствовало опытным данным.

Падение давления по высоте брикета по экспоненциальному закону подтверждается также результатами работы, в которой была получена эмпирическая зависимость, подобная (III.2а) и (III.2б).

Кроме трения порошка о стенки пресс-формы, при прессовании определенную роль играет трение между частицами порошка, иногда называемое, в отличие от внешнего трения, внутренним трением. В литературе отмечалось, что внутреннее трение может влиять только на давление прессования, но не оказывает влияния на его уменьшение по высоте прессуемого брикета. Это влияние может проявляться лишь при сравнении распределения плотности брикетов, спрессованных из разных порошков, постольку, поскольку коэффициент бокового давления, по данным, зависит от характеристик внутреннего трения (см. формулы (III.2)). Коэффициент внутреннего трения порошков в несколько раз выше коэффициента внешнего трения, что обусловлено несовершенством поверхности порошковых частиц. По данным, коэффициент внутреннего трения для медных порошков может составлять 0,3—2,2.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: