double arrow

Пластическое формование

Этот метод нашел применение главным образом в промышленности керамической, полимерных строительных материалов, иногда при производстве мелких бетонных изделий.

Формование изделий из теста пластической консистенции осуществляется ленточным формованием (экструзией), реже штамповкой в формах и в отдельных случаях ручным формованием (лепкой) керамики.

В технологии керамики к массам пластической консистенции относятся дисперсные системы, у которых сумма сил внутреннего трения (когезия) больше сцепления с поверхностью большинства материалов (адгезия).

Наиболее распространено ленточное формование в шнековых прессах (рис. 8.8), которые обеспечивают продавливание формуемой массы через формообразующую насадку (мундштук). Мундштук выполнен так, что его поперечное сечение к выходному концу постепенно уменьшается. Благодаря этому создаются условия объемного обжатия массы и ее уплотнения.

1 – загрузочная воронка; 2 – корпус; 3 – шнек; 4 – переходная головка; 5 – мундштук

Рисунок 8.8 – Принципиальная схема шнекового пресса

Отформованная масса (брус) заданного профиля непрерывно выходит из мундштука, а затем разрезается на заготовки. Основным недостатком технологии ленточного формования является наличие в полуфабрикате свилей и продольных трещин, возникающих в результате крутящих усилий, создаваемых лопастями шнека и трением массы о стенки выходного мундштука.

Способность массы формоваться определяется как конструктивными особенностями формующего агрегата, так и структурно-механическими свойствами самой массы. Последние зависят как от химико-минералогического состава сырья, так и от влажности, массы, вида и количества отощающих и пластифицирующих добавок.

При продавливании массы через мундштук между массой и стенкой пресса возникают тормозящие усилия, и тем они выше, чем больше скорость движения массы, коэффициент внешнего трения, конусность головки пресса и длина мундштука. В головке пресса и мундштуке, а также на некотором расстоянии от выхода из него центральные слои массы в результате этих тормозящих усилий движутся с большей скоростью, чем внешние, соприкасающиеся со стенками формующей машины.

Значение структурно-механических характеристик формуемых масс для процесса формования заключается в том, что зависимость между значением напряжения сдвига и степенью разрушения структуры позволяет установить допускаемые напряжения сдвига в процессе формования.

Если напряжения сдвига, возникающие между отдельными слоями массы в процессе формования, превышают прочность сцепления между отдельными частицами массы, то происходит отрыв слоев внутри бруса, выходящего из мундштука пресса. Такие дефекты в структуре отформованной массы при дальнейших технологических операциях (сушке и обжиге) могут вызвать появление трещин в изделии.

Кроме продольных трещин, вызванных различием скоростей движения периферийных и центральных слоев бруса, значительным дефектом структуры бруса является свиль.

Осевое движение массы в корпусе шнекового пресса происходит не прямолинейно. Вместе с поступательным масса имеет вращательное движение, частично проворачиваясь относительно внутренней поверхности корпуса. Скорость осевого движения массы в корпусе неравномерна: она минимальна у ступицы шнековых лопастей и поверхности корпуса и максимальна в промежуточной части. В итоге такого характера движения масса представляет собой спираль.

Формуемая масса при выходе из шнека в зависимости от числа лопастей разделяется на две или три части. Соединяясь в прессующей головке, они образуют неоднородную свилеватую структуру бруса. Если липкость массы и противодавление, возникающее в головке и мундштуке пресса, недостаточны для срастания этих частей, то в сформированном изделии в скрытом виде возникает S-образная трещина, проявляющаяся при сушке и обжиге. Если сдвиговые усилия, возникающие в массе при ее вращении, превысят прочность сцепления между отдельными частицами массы, то произойдет разрыв ее по спиральной поверхности.

Эти неоднородности полностью не устраняются прессующим давлением в мундштуке, и при сушке и обжиге в местах расслоения образуются трещины. Для ослабления или разрушения свили применяют отощение массы песком или шамотом, а также различные механические приспособления, устанавливаемые после шнека, – виброрешетки, поперечные скобы, вращающиеся ножи и др.

Таким образом, в любом случае нарушение сплошности массы, как в самом прессе, так и при выходе из него происходит тогда, когда возникающие в ней напряжения превышают предел текучести массы. Избежать этих напряжений можно как правильным проектированием самого шнека (расстояние в свету между осью и стенкой шнека, подбором соответствующих скоростей вращения шнека, выбором уклона головки шнека и длины мундштука и т. д.), так и изменением реологических характеристик массы, а также применением технологических приемов, уменьшающих внешнее трение массы (применение соответствующих покрытий внутренних поверхностей шнековых машин, ПАВ и т. д.).

В общем случае склонность массы к свилеобразованию можно выразить

C св = f (P, fвнешн.т / fвнут.т, C, Л), (8.17)

где Р – давление прессования; fвнеш.т, fвнут.т – соответственно коэффициенты внешнего и внутреннего трения; С – связанность; Л – липкость, прилипаемость, определяемая адгезионными свойствами контактируемых однородных слоев массы.

Усилие выдавливания через мундштук зависит от структурно-механических свойств массы:

, (8.18)

где D – диаметр цилиндра; d – приведенный диаметр выходного отверстия мундштука;
α – угол конуса образующейся воронки при установившемся потоке α ~45°; υ – истинная скорость истечения массы; – вязкость предельно разрушенной структуры; τ0 – динамическое предельное напряжение сдвига.

Формулы (8.17) и (8.18) хорошо согласуются, если интерпретировать fвнут.т, С, Л, как и τ (см. раздел 4.6, рис. 4.9, формула 4.34), что для рассматриваемых масс вполне возможно. Тогда при прочих равных условиях, способность массы к свилеобразованию зависит от соотношения диаметров шнека и мундштука, скорости истечения массы и коэффициента трения массы о стенки формующего агрегата, что согласуется с практическими результатами.

Метод пластического формования экструзией и штамповкой в формах широко распространен и в производстве полимерных строительных материалов. Этим методом формуются различные погонажныеизделия и трубы (поручни, плинтусы, полиэтиленовые и поливинилхлоридные трубы). Назначаемые при этом температурные режимы определяются теми же принципами, что и при прессовании.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: