Прессование изделий

Изготовление изделий способом прессования порош­кообразной массы (из пресс-порошков) широко исполь­зуется в производстве строительной и технической кера­мики, но еще не нашло применения в производстве бы­товой керамики в нашей стране, несмотря на то, что проведенные исследования и опыт отдельных зарубеж­ных фирм («Дорст», «Нетчш», ФРГ) подтверждают его целесообразность.

Полусухое прессование изделий имеет ряд преиму­ществ перед пластическим формованием: устраняется длительный и сложный процесс сушки полуфабриката, сокращается производственный цикл, изделия имеют правильную форму и более точные размеры, а также значительно меньшую усадку при обжиге.

Параметры прессования. Структурно-механические свойства изделий, изготовленных полусухим прессова­нием, формируются в период уплотнения пресс-порошка при прессовании и закрепляются при обжиге. Уплотне­ние порошкообразной массы при прессовании сопряже­но с преодолением сил внутреннего трения между ча­стицами и необходимостью удаления воздуха, препятст­вующего уплотнению и связыванию частиц при относи­тельно малой влажности массы — обычно 8—12%.

Уплотнение преос-порошков сопровождается про­цессами, в которых участвуют все фазы: твердая (ми­неральные частицы), жидкая (вода) и газообразная (воздух). В начальной стадии прессования твердые ча­стицы перемещаются в разных направлениях, разруша­ются крупные поры и арки (мостики), образовавшиеся из зерен в момент заполнения формы, частично уда­ляется воздух. Увеличивается контактная поверхность между зернами порошка.

С повышением давления происходит дальнейшее уп­лотнение частиц и их деформация (пластическая, хруп­кая, упругая). Влага с глинистых коллоидов выжимает­ся с глубинных слоев на контактную поверхность ча­стиц, цементируя их. В местах контакта зерен происхо­дят необратимые деформации. При этом не успевший удалиться воздух защемляется между зернами порошка и сжимается. При дальнейшем уплотнении порошка пе­ремещение зерен происходит по их увеличенным кон­тактным поверхностям, имеющим водные пленки, воз­можно частичное разрушение поверхности зерен в ме­стах выступов и на углах. Упругое сжатие воздуха на­растает, и наступает упругая деформация тонких удли­ненных частиц, пропорциональная действующим напря­жениям. На последней стадии прессования изделие на­иболее уплотняется вследствие дальнейшего развития контактных поверхностей.

При уплотнении порошков эти процессы протекают быстро, они как бы накладываются друг на друга, что существенно затрудняет их регулирование. Качество прессования изделий зависит от свойств порошка и ре­жима прессования.

Правильный подбор зернового состава обеспечивает минимальное содержание воздуха в порошке (обычно до 30%), наименьшую среднюю плотность изделия при наивысшей их прочности.

При повышенном содержании крупных зерен, нали­чии зерен шамота, песка порошок становится сыпучим, при прессовании из него легче удаляется воздух, поро­шок уплотняется более равномерно, но при этом тре­буется повышенное давление. Тонкие фракции увеличи­вают вязкость и уменьшают подвижность порошков, за­трудняют прессование ввиду медленного удаления воз­духа, увеличивают неравномерность уплотнения и сред­нюю плотность, а также возможность расслоения изде­лий.

Влага уменьшает силы внутреннего трения при прес­совании, способствует большему сцеплению частиц и уп­лотнению порошка, снижает прессовое давление, повы­шает качество сырца и готовых изделий. Прессование порошков пониженной влажности 5—8% сопровождает­ся неоднородностью уплотнения по высоте изделий. По­вышение влажности до 13—16% - нецелесообразно, так как это вызывает необходимость сушки полуфабриката и интенсивную осадку порошков при относительно не­большом прессовом давлении. При прессовании изделий из неравномерно увлажненного порошка создается рых­лая, неоднородная структура и возникают мелкие тре­щины на поверхности изделий.

Прогрев порошка (70—90°С) ускоряет процесс гид­ратации зерен, повышает его пластические свойства, способствует снижению прессового Давления и получе­нию полуфабриката более высокого качества, сокраща­ет продолжительность сушки изделий, уменьшает их рас­трескивание, снижает износ пресс-форм и расход мощ­ности. Считается, что нагрев массы при прессовании на каждые 10° С равноценен повышению ее влажности на 1%.

Вакуумирование порошка способствует снижению ко­личества воздуха, уменьшает упругое расширение по­луфабриката на 20—50% (снижается до 1, 7—2, 8%) и прессовое давление до 14, 7—17, 6 МПа, улучшает каче­ство изделий.

Режим прессования характеризуется продолжитель­ностью прессования, условиями приложения давления (одно- или двустороннее), его характером (мгновенное, переменное, нарастающее), а также величиной давле­ния. Режим прессования устанавливается в каждом от­дельном случае и зависит от свойств массы, зернового состава, влажности и вида прессуемых изделий.

За последние годы в нашей стране (ВНИИФ, УНИИСП) и за рубежом установлена возможность из­готовления плоских изделий любой формы (круглой, квадратной, овальной и др.) способом полусухого прес­сования из порошкообразных масс, получаемых обезво­живанием суспензий в распылительных сушилках. По­следовательность операций при полусухом прессовании тарелок приведена на рис. 58.

Разработаны конструкции прессов с механическим и гидравлическим односторонним и двусторонним ступен­чатым приложением давления, а также прессов, рабо­тающих по принципу гидростатического прессования. Серия гидравлических прессов с усилием прессования 250, 500 и 1000 Нм для прессования круглых и некруг­лых тарелок и других изделий разной величины создана фирмой «Дорст» (ФРГ). Схема автоматического пресса Р1Т500-А1 «Изомат» указанной фирмы приведена на рис. 59. Масса влажностью 1—3% из бункера / (рис. 59, 6) дозатором подается в форму четырехпози-ционного пресса 2. Пресс имеет два верхних пуансона, работающих попеременно. Благодаря поворотному уст­ройству штамп после каждого прессования поворачивает­ся на 180°. В то время как один из верхних пуансонов выполняет прессование, отклонившийся пуансон очи­щается специальным устройством. На первой позиции поворотного стола производится загрузка пресс-порошка в форму, на второй позиции происходит прессование изделия, на третьей — снятие его пневмосъемником, на четвертой — очистка сжатым (0, 4—0, 5 МПа) воздухом резиновой матрицы (мембраны) и ее замена при изме­нении ассортимента изделий. После засыпки пресс-по­рошка специальное устройство (шаблон по конфигура­ции изделия) разравнивает порошок в форме. Прессо­вание изделий осуществляется стальным пуансоном пу­тем передачи давления масла через мембрану. Мембра­на закрывает сверху напорный резервуар, заполнен­ный маслом для гидросистемы. При движении вниз верхний пуансон контактирует с массой в форме (на мембране) и плотно закрывает форму. Давление, изо-статически создаваемое в гидроузле, через мембрану уплотняет равномерно порошок по всей поверхности из­делия (снизу, вверх). После выдерживания в течение небольшого промежутка времени давление снимается, верхний пуансон поднимается и изделие снимается с мембраны. Прессуют изделие ножкой вниз. Гидравли­ческий агрегат 3 расположен рядом с прессом. Он обо­рудован саморегулирующимся аксиально-поршневым элементом, приводимым в действие электродвигателем, и обеспечивает сжимающее усилие матрицы (и пуансо­на, механическую фиксацию матрицы и изостатическое прессование изделия). Пневматический переставитель 4 устанавливает изделия на вращающийся стол 5, имеющий десять приводных плавно регулируемых шпинде­лей с отверстиями для центрирования и вакуумного за­крепления изделий. Вращение стола для зачистки изде­лий синхронно вращению стола пресса. Края тарелки шлифуются приводным шлифовальным кругом 6, после чего они зачищаются сначала при правом, а затем при левом реверсивном вращении шпинделя на двух узлах зачистки 7 и замываются влажной губкой на двух по­зициях 8 при помощи двух валиков, вращающихся в противоположные стороны. Пневматическим перестави-телем 9 изделия переносятся на штабелировочную ма­шину, на столе /7 которой после замывки ножки изделия влажной губкой устройства 10 изделия укладыва­ются стопировщиком 12 в штабеля высотой не более 15 шт. Расход воздуха при прессовании составляет при­мерно 20 нл/м при давлении 4—5 МПа.

Производительность прессов от 200 до 900 шт/ч при установленной мощности электродвигателей в 15, 20 и 30 кВт.

Прессы Р1500С и Р11000С используют для изготов­ления изделий овальной, прямоугольной и квадратной формы, прессы PIT500 и PIT250 — для изготовления та­релок обычной формы.

Дефекты прессования. При прессовании изделий на­иболее часто возможны следующие дефекты. Трещины расслоения обычно являются результатом упругого рас­ширения запрессованного воздуха после снятия давле­ния. Устраняют этот дефект корректировкой грануло­метрического состава пресс-порошка, повышением влаж­ности и однородности увлажнения порошка, вакуумиро-ванием, регулировкой режима прессования.

Заусеницы по краям изделия возможны при изно­шенной облицовке формы и штампа.

Вырывы на поверхности изделия образуются при по­вышенной влажности порошка, неправильном обогреве штампа, наличии прилипшей массы на поверхности штампа и матрицы.

Внедрение в производство полусухого прессования изделий позволяет резко снизить их стоимость за счет исключения гипсовой формы, снижения расхода топли­ва и электроэнергии, исключения процесса сушки, уменьшения числа основных и вспомогательных опера­ций и т. д. Кроме того, на 80—85% уменьшается произ­водственная площадь, необходимая для установки пресс-автоматов, по сравнению с производственной пло­щадью, необходимой для установки обычных линий для формования изделий.

Вопросы для самопроверки

Охарактеризуйте режимы прессования изделий.

Последовательность операций при полусухом прессовании изде­лий и их особенности.

Охарактеризуйте дефекты прессования.