CC BY
10
Марковцев Владимир Анатольевич, кандидат технических наук, зал*. генерального директора Ульяновского НИАТ. Окончил Ульяновский политехнический институт. Работает в области профилирования.
* . -ч 4 •
Филимонов Вячеслав Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение и обработки металлов давлением» УлГТУ, окончил Университет дружбы народов. Работает в области обработки ме-
таллов давлением и производства летательных аппаратов.
■ ?
УДК 621.762
В. Н. КОКОРИН, М. В. КОКОРИН
К СТАДИЙНОСТИ ПРЕССОВАНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ
СМЕСЕЙ С РАЗЛИЧНЫМ АГРЕГАТНЫМ СОСТОЯНИЕМ ФАЗ
\
•Ч'
Рассмотрены проблемные вопросы прессования двухкомпонентпых смесей с различным агрегатным состоянием фаз, одна из которых является э/ендкой. Установлены основные закономерности формирования структурнонеоднородного тела.
Под двухкомпонентной смесью понимается в данном случае двухком-понентная шихта, состоящая из твердой (тонкодисперсная пыль доломита или известняка, металлический порошок) и жидкой (свободная вода; водный раствор силиката натрия (калия) - жидкое стекло - холоднотвердеющее жидкое связующее средство (ХТЖСС)) фаз.
При прессовании такой шихты наблюдается эффект интенсивного разрыхления (пыления) приконтактной зоны отпрессованного брикета при значительных давлениях прессования (> (300...400) МПа), что не позволяет получать качественный конечный продукт. Это явление не отмечается в классических процессах прессования тонкодисперсных однокомпонентных порошковых сред.
Рассмотрим процесс прессования двухкомпонентных фаз, одна из которых - жидкая. Процесс формования - осевого холодного прессования - условно подразделяется (согласно классификации Бальшина М.Ю., Кипарисо-ва С.С. [1], Перельмана В.Е. [2]) на три стадии.
Первая стадия уплотнения характеризуется значительным преобладанием автономной, нарушающей контакты насыпки деформации . На этой стадии формовка под нагрузкой не полностью консолидируется в связанный конгломерат, т.е. после снятия нагрузки превращается в несвязанное сыпучее тело. В таких случаях (при необходимости ограничиться первой стадией уплотнения) следует вводить в формуемую шихту связующие, в частности ХТЖСС [1].
В состоянии свободной засыпки площадь контактов между частицами порошка незначительна. На первом этапе прессования консолидация (уплот-нение) происходит главным образом за счет взаимного перемещения частиц и заполнения близлежащих пор (пустот) между частицами, т.е. однокомпонент-ная шихта уплотняется в основном за счёт заполнения твердыми частицами «арок». При использовании двухкомпонентной шихты, содержащей жидкую фазу, «арки» заполняются как твердыми частицами, так и жидкой фазой (ХТЖСС), причём преимущественное перемещение наблюдается прежде всего у жидкой фазы.
Вторая стадия прессования характеризуется пластической деформацией частиц твердой дисперсной среды приконтактных областей. Деформация частиц, преимущественно зависящая от свойств материала, может быть либо пластической, либо хрупкой, и начинается прежде всего в местах контактов, через которые передается усилие прессования от частицы к частице. С ростом давления площадь деформированных участков частиц увеличивается. Препятствием для образования контактов являются пленки окислов и смазка, при этом вязкая смазка частично или полностью выдавливается в поры. Как в состоянии свободной засыпки, так и на первом этапе прессования между сближенными порошковыми частицами действуют небольшие ван-дер-ва-альсовские силы. Кроме того, силы прилипания (адгезии) могут иметь электростатический характер и в определённых условиях достигать порядка десятков мегапаскалей [3].
Третья стадия прессования происходит за счёт деформации значительной части объёма частиц и истечения их материала в поры.
Границами между первой и второй стадиями уплотнения при характерном структурном или энергетическом состоянии среды по классификации И.Д. Радомысельского, Н.В. Андреева, Н.И. Щербаня [4] для одиокомпонент-ных материалов являются: нижняя граница первой стадии наблюдается при пористости (2 = (65...68) %, верхняя (граница между первой и второй стадиями) - при остаточной пористости (25...30) %. Это соответствует линейности границ первой и второй стадий уплотнения [5].
Многостадийность и сложность процессов консолидации (прессования) двухкомпонентных шихт являются причинами малой разработанности представлений о механизме прессования, описывающем процесс уплотнения.
Установлено, что введение в шихту жидких неметаллических компонентов (ЖСС) оказывает сложное влияние на характер уплотнения [6]. При малом давлении (< 400 МПа) присутствие второго компонента способствует интенсивному снижению пористости, при большем давлении ( > 400 МПа) -повышается пористость отпрессованного брикета. Это можно объяснить тем, что при низких давлениях прессования уплотнение происходит в основном за счёт скольжения частиц относительно друг друга, а введение второго (жидкого) компонента облегчает этот процесс, способствует лучшей укладке части; при повышенных давлениях уплотнение происходит главным образом за счёт деформации приконтактных областей частиц в присутствии гидростати-
Исстник УлГТУ 1/2002 39
стического сжатия жидкой фазы второго компонента шихты. При этом снижается интенсивность уменьшения порового пространства при росте давления прессования, т.е. наличие жидкой фазы способствует повышению пористости (по сравнению с однокомпонентной шихтой).
Таким образом, изучение влияния второго компонента на уплотняе-мость двухкомпонентных шихт (одна из которых жидкая) позволяет выявить область перехода от одной стадии прессования к другой.
Максимальная плотность брикета достигается только при оптимальном содержании ЖСС в порошке. Увеличение содержания ЖСС сверх оптимального нерационально, так как жидкая фракция, занимая часть объёма брикета, препятствует достижению высокой плотности; возрастает влияние упругого последствия в связи с несжимаемостью ЖСС, а прочность прессовки уменьшается из-за замены части контактов «металл - металл» контактами «металл- ЖСС-металл».
_ ' /
При этом наблюдается и обратный эффект, имеющий негативный характер: на второй стадии уплотнения двух компонентной шихты ЖСС из при-контактной зоны полностью вытесняется вглубь прессовки и при сушке (обезвоживании) чэта зона не связывается в виде прочного геля, наблюдается эффект повышенной осыпаемости, т.е. на второй стадии уплотнения образующиеся контакты «металл - неметалл» без связующего (ЖСС) не обеспечивают достаточной прочности верхнего слоя брикета.
Экспериментально установлено, что при дальнейшем повышении давления свыше 400 МПа - (вторая стадия прессования) наблюдается интенсивное истощение ЖСС прикоитактной зоны брикета. Это подтверждено практикой брикетирования: при прессовании с малыми давлениями наблюдается равномерное насыщение ЖСС материала брикета по его высоте (первая стадия прессования), при дальнейшем увеличении давления (вторая стадия прессования) после сушки брикета наблюдается повышенная осыпаемость материала прикоитактной зоны вследствие отсутствия в ней ЖСС (рыхлость, определяющая осыпаемость до 2 мм). При прекращении процесса прессования на первой стадии уплотнения (малые давления) осыпаемость отсутствует (при этом после сушки брикет имеет достаточную технологическую прочность).
Экспериментальные исследования характеристик уплотнения тонкодисперсных материалов при наличии ЖСС проводили с использованием неметаллических пылей известняка и доломита, образующихся при обжиге кусковых рудных пород, а также металлического конверторного шлама, улавливаемого электрофильтрами при плавке стали в конверторах.
Очевидно, с целью повышения качества отпрессованного брикета, исключения его поверхностной осыпаемости (повышения коэффициента использования материала), снижения энергозатрат и трудоёмкости процесса прессования двухкомпонентной шихты (при наличии ЖСС) целесообразно ограничивать процесс прессования первой стадией.
Наличие в шихте ЖСС вносит существенные коррективы в установленные границы стадийности уплотнения, а изучение влияния жидкого компо-
нента на уплотненность многокомпонентной шихты позволит выявить область перехода от первой стадии уплотнения ко второй.
_ ^
/
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
г
1. Балынин М. Ю., Кипарисов С. С. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1978. 183 с.
2. Перельмай В.Е. Формирование порошковых материалов. М.: Металлургия, 1979. 232 с.
3. Самсонов Г. В., Кушталова И. П. Прессование как первая стадия сте-кания. Теория и практика прессования порошков / Под ред. Г. В. Самсонова и др. Киев: ИМП АН УССР, 1979. 161 с.
4. Радомысельский И. Д., Андреев Н. В., Щербань Н. И. Об уплотняе-мости металлических порошков. Теория и практика прессования порошков / Под ред. Г. В. Самсонова и др. Киев: ИМП АН УССР, 1979. 161 с.
5. Радомысельский И. Д., Щербань И. И. Прессование двухкомпонент-ных неметаллических смесей // Порошковая металлургия. 1966. № 4. С. 16.
6. Радомысельский И. Д., Титаренко С. В., Щербань Н. И. Влияние второго компонента на прессуемость металлических смесей. Теория и практика прессования порошков. Киев: ИМП АН УССР, 1975. 161 с.
Кокорин Валерий Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение и обработка металлов давлением» УлГТУ} окончил Ульяновский политехнический институт. Имеет публикации в об-ласти промышленного рециклинга техногенных тонкодисперсных отходов.
Кокорин Максим Валерьевич, студент машиностроительного факультета УлГТУ.
УДК 621.767(075.8)
М. А. БЕЛОВ, И. Н. ЕРМОЛАЕВА
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ ТОЧНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
Обоснована необходимость автоматизации методики анализа точности технологического процесса механической обработки заготовки. Предложен алгоритм расчёта точности и выбора рационального технологического процесса на ЭВМ.
