Сепарация в вертикальном потоке жидкости

Рис. 17. Сепарация в вертикальном потоке

Данный способ сепарации обеспечивает получение микропорошков высокой однородности.

Сепаратор (рис. 17) имеет форму конуса 2 с цилиндрической верхней частью 3. Конус загружается пульпой из перемешанного с водой порошка, затем в нижнюю часть конуса через регулировочные краны 6, ротаметр 5 и вортекс 1 пускают с заданной скоростью воду. Ротаметр показывает при этом скорость движения воды, а вортекс равномерно распределяет водную струю по объему конуса. Кроме того, вортекс имеет разгрузочное устройство для слива пульпы при прочистке сепаратора. Скорость подъема воды в разных сечениях сепаратора различна: наибольшая в нижней части конуса, наименьшая в верхней, постоянная в цилиндрической части сепаратора. В каждой части конуса будут находится зерна, скорость оседания которых равна скорости потока в данном сечении.

В цилиндрической части скорость потока постоянна, и поэтому в ней производится окончательная классификация зерен. Мелкие зерна, скорость оседания которых меньше, чем скорость потока воды, удаляются вместе с водой через сливной воротник 4.

В промышленности используются сепараторы, состоящие из нескольких последовательно соединенных конусов, каждый из которых выделяет фракцию определенной зернистости.

Магнитная сепарация

Рис. 18. Магнитная сепарация керамических порошков

Магнитная сепарация проводится для удаления посторонних ферромагнитных частиц. Операция проводится на импульсном сепараторе (рис. 18), который включает в себя подпружиненный лоток 1, установленный под углом 5^о к горизонту, взаимодействующий с лотком вибратор 2, электромагнит 3, загрузочный бункер 5, приемную тару 6 для отсепарированной массы.

Работа производится следующим образом. Просушенную массу засыпают в бункер, включают магнитный сепаратор и устанавливают величину щели в бункере и положение шибера так, чтобы обеспечить равномерное поступление материала 4 по всей ширине лотка. Качество сепарации проверяют по наличию следов металла на электромагните 3 постоянного тока. При необходимости операцию повторяют до устранения следов металла.

 

Смешивание порошков

Необходимо для обеспечения требуемого гранулометрического состава порошка, а также для получения материала требуемого состава

Рассмотрим конструкцию трубчатого смесителя, рабочие камеры которого выполнены в форме неправильного октаэдра, что обеспечивает интенсификацию процесса смешивания (рис. 19). Такие смесители применяют в приборостроении для получения исходной шихты в производстве деталей из ферритов.

 

Рис. 19. Смеситель в форме неправильного октаэдр

На станине 1 с одной стороны установлен электродвигатель 2, а с другой – зубчатый венец 4, через который проходит горизонтальный вал 3. На вал насажен вращающийся диск 9, на котором в корпусах установлено шесть валов 11. На их концах закреплены зубчатые шестерни 10, а на противоположных концах установлены гнезда 8 с замками 5. В гнездах установлены рабочие камеры 6. Крышки 7 закрывают камеры после загрузки их компонентами смеси.

При включении электропривода за счет диска 9 обеспечивается вращение камер вокруг горизонтальной оси вала 3, а за счет контакта с зубчатым венцом 4 они получают вращение вокруг осей валов 11. Такое сложное вращение, а также специальная форма камер 6 обеспечивают хорошее перемешивание материала.

 

 

Прессование порошков

 

Формирование деталей, рассматриваемых в рамках настоящего учебного пособия, производится прессованием. В пресс-формы для прессования порошковых материалов в качестве основных элементов входят матрицы и пуансоны для создания требуемого давления в толще прессуемого порошка, а также стержни (вкладыши) для формирования различных полостей.

В качестве технологического оборудования для прессования применяются универсальные гидравлические прессы, имеющие одно рабочее движение прессующего поршня (в отличие от специального оборудования для металлокерамического производства, обеспечивающего несколько независимых движений прессования).

Используемые универсальные прессы позволяют реализовать как одностороннюю, так и двухстороннюю схемы прессования. При этом двухсторонняя схема применяется как для прессования деталей относительно сложных конфигураций, так и в тех случаях, когда высота прессуемой детали больше ее поперечного размера.

 

Дозирование

 

Дозирование шихты производят по массе (формула (7)) и по объему (формула (8)). В зависимости от выбранного способа дозирования дозу рассчитывают по формулам:

                                                       (7)

,                                              (8)

где         М — величина навески шихты, г;

              V_нас — насыпной объем, см³;

              V_дет — объем готовой детали, см³;

              П — заданная пористость готовой детали, %;

              К — коэффициент, учитывающий потери при прессовании и спекании (К = 1,04);

 

                                                                   ,                                                          (9)

где         К₁ = 1,005-1,01 — коэффициент, учитывающий потери порошка при прессовании и зависящий от точности изготовления формы;

              К₂ = 1,01-1,03 — коэффициент, учитывающий потери порошка при спекании в результате выгорания добавок и примесей;

              r_нас — плотность насыпки шихты, т.е. плотность порошка в свободно насыпанном состоянии, г/см³;

              r — плотность шихты в компактном состоянии, г/см³;

                                                       ,                                               (10)

где         m_i — весовое содержание компонентов в долях единицы;

          r_i — плотность компонентов, г/см³.

Кинетика прессования

 

В процессе прессования происходит увеличение плотности насыпанного в полость пресс-формы порошка и превращение его в брикет (рис. 20).

Рис. 20. Зависимость плотности брикета от давления при прессовании

На стадии I приложения давления р происходит укладка частиц, нарастание контактов, удаление воздуха, разрушение мостиков, арок, интенсивные перемещения частиц в направлении приложения усилия (в меньшей степени в поперечном направлении). Заполняются поры, и частицы занимают устойчивое положение. В результате увеличения суммарной контактной поверхности частицы приобретают механическое сцепление.

С дальнейшим увеличением р (стадия II) нарастание плотности происходит из-за деформации частиц в области контактов. Этот участок соответствует упругой деформации. При выпрессовке брикета в этой области давлений изделие сохраняет размеры. При чрезмерном давлении (стадия III) происходит хрупкое разрушение или пластическое течение материала. При выпрессовке в результате упругого последствия изделие увеличивает размеры на 0.5-1%. Причины расширения: упругость (особенно при деформации изгиба) неизометрических частиц и растягивающие напряжения, создаваемые запрессованным воздухом.

 

Формообразование

 

Основным методом является формообразование в стальных пресс-формах, чаще называемое прессованием. Прессование производится на специализированных прессах для металлокерамического производства. В зависимости от размеров детали применяют одностороннее и двустороннее прессование. Одностороннее прессование применяют для деталей простой формы при h/d <1 и h/d <3, где h, d, d - высота, диаметр и толщина стенки детали. Для двустороннего прессования h/d <5 и h/d <20.

Усилие прессования определяется по формуле

,                                                       (11)

где:

q – давление;

F – площадь прессования, равная горизонтальной проекции изделия;

n – число оформляющих гнезд в пресс-форме;

q = (0,1-1) ГПа - в зависимости от материала и требуемой плотности изделия.

Усилие выталкивания составляет 20-25% от усилия прессования.

Существует два варианта прессования: “по давлению” и “до упора”. Для второго варианта высоту детали h определяют по формуле:

 

(12)

где:

hном - высота детали по чертежу, мм;

Dhус - абсолютная усадка при сжатии, мм;

Dhупр - абсолютное упругое расширение заготовки, удаленной из пресс-формы, мм;

e-относительная усадка, %;

eпр - относительное упругое расширение, % (при давлениях прессования до 0,4 ГПа и eупр~3%)

Схемы прессования приведены на рис. 21.

                          а                                                                   б

Рис. 21. Одностороннее (а) и двустороннее (б) прессование

При прессовании изделий возникают внутренние напряжения, под действием которых после снятия внешнего давления и выталкивания, деталь расширяется. Это явление на зывается упругим последствием. Упругое последствие в направлении прессования в несколько раз больше, чем в поперечном. Величина его зависит от плотности. При большей плотности (90%) она составляет 5% в продольном и 1% в поперечном направлении.

Cилы упругого последствия и силы сжатия изделия, направленные в противоположные стороны, являются причинами появления поперечных трещин в детали при выталкивании (рис. 22). Для их предотвращения в матрице предусматривают конус с уклоном 10-30’.

 

 

А                                                                 б

Рис. 22. Возникновение поперечных трещин в детали (а) и способ их устранения (б)