Значення бічного тиску і тертя об стінки прес-форми

Одним з бажаних результатів процесу виготовлення пресовок з порошків є отримання їх з рівномірно розподіленою щільністю (пористістю) по об'єму. Проте у багатьох випадках, особливо при односторонньому статичному пресуванні в прес-формах (рис.1.1) спостерігається нерівномірний розподіл щільності. Так, у верхньому шарі пресовок, прилеглому до торця рухомого пуансона, щільність зростає від центру пресовок до їх периферії. У прошарках, прилеглих до бічних поверхонь, щільність зменшується у міру віддалення від місця прикладання навантаження. У нижньому прошарку, що прилягає до нерухомого пуансона, має місце розподіл щільності, протилежний верхньому прошарку, тобто вона збільшується від периферії до центру.

Такий характер розподілу щільності в пресуванні обумовлений проявом зовнішнього і внутрішнього тертя при пресуванні. До зовнішнього тертя відноситься тертя порошку об стінки матриці, при його переміщенні в процесі ущільнення. Його виникнення обумовлене тим, що порошок при дії на нього тиску поводиться в деякій мірі подібно рідині, тобто прагне передати тиск рівномірно у всі сторони. В результаті виникає тиск на стінки прес-форми, який називається бічним.

Останнє обумовлює зовнішнє тертя, на подолання якого і витрачається частина тиску, що прикладається до порошку. В результаті, як було відмічено раніш, в пресовці в місцях, прилеглих до стінок матриці, у міру віддалення від місця прикладання навантаження спостерігається зменшення щільності.

Проте на відміну від рідини, в порошках спостерігається значна нерівномірність передачі тиску в різних напрямах. В результаті ступінь ущільнення порошку в цих напрямах не однаковий, а на бічні стінки прес-форми передається менший тиск, ніж у напрямі пресування, що обумовлене, в основному, наявністю внутрішнього тертя (тертя між частинками), ступенем деформації і іншими чинниками.

Бічний тиск і його залежність від тиску пресування має практичне значення при визначенні характеру розподілу тиску по висоті пресування, а також для розрахунку прес-форм. Він може бути визначений за формулою

, (1.2)

Тоді , (1.3)

. (1.4)

Величина достатньо велика і складає 0,25...0,40. Коефіцієнт бічного тиску практично для всіх матеріалів зростає із збільшенням прикладеного тиску, щільності брикету і залежить від фізичних характеристик і, перш за все, від пластичності, дисперсності і форми частинок порошку.

Так, для більшості порошкових матеріалів, що ущільнюються, коефіцієнт бічного тиску зростає із збільшенням тиску пресування і щільності пресування. Це обумовлено тим, що із збільшенням тиску зменшується опірність зрушенню контактів між частинками. Така ж залежність спостерігається із збільшенням пластичності матеріалів, які ущільнюються. Для твердих матеріалів коефіцієнт бічного тиску росте із збільшенням тиску пресування тільки у області структурної деформації, тобто при невеликому тиску. У області високого тиску збільшення його не призводить до зростання коефіцієнта бічного тиску. Властивості порошків, сприяючи збільшенню міжчасткового тертя (зменшення розміру частинок, складніша їх форма тощо) сприяють зменшенню коефіцієнта бічного тиску.

З бічним тиском безпосередньо пов'язане тертя об стінки прес-форми (зовнішнє тертя). Сила тертя об стінки прес-форми визначається за формулою:

, (1.5)

де - коефіцієнт тертя матеріалу об стінки прес-форми;

- бічний тиск;

- площа поверхні тертя.

Сили тертя зростають із збільшенням висоти і діаметру виробу.

Оскільки сила тертя направлена убік, протилежну силі пресування, то вона рівна втраті частини зусилля пресування. Тому на певній відстані від місця прикладення тиску воно менше. Закон розподілу тиску по висоті циліндричного виробу може бути описаний за допомогою формули:

(1.6)