ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ПРЕССПОРОШКОВ

Прессование порошкообразных масс представляет собой всю совокупность общих, технологических особенностей, присущих процессам уплотнения под давлением разнообразных пресс-порошков, используемых в технологии огнеупоров и керамики. Возможность использования такого метода, дает нам улучшение разработки используемых технологий и конструкций, достойное качество выпускаемого продукта, расширение ассортимента продукции, повышение производительности труда.

Развитие технологии электротехнического, хозяйственно-бытового и санитарно-технического фарфора связано в настоящее время главным образом с интенсификацией технологических процессов и сокращением производственного цикла. Переход от пластического формования заготовок к прессованию из порошкообразных масс делает возможным:

-исключение из технологии производства процесса сушки и, следовательно, ликвидацию брака, имеющего место на этом переделе;

- получение более плотного полуфабриката с низкой и равномерной усадкой при обжиге;

-механизацию и автоматизацию производства;

Открытие изостатического прессование было в 1913 г. Но реализация этого способа была начата только в 1930-1940 гг. «На Гжельском заводе «Электроизолятор» ряд лет идут работы по внедрению технологии изостатического прессования заготовок высоковольтных изоляторов, в том числе и стержневой группы. Это потребовало решения ряда проблем не характерных для производства электротехнического фарфора. А именно:

• Во-первых, обеспечение необходимой структуры и эксплуатационных характеристик высоковольтного электрофарфора прессованием из относительно грубодисперсных порошкообразных масс;
• Во-вторых, разработка комплекса технологических процессов, обеспечивающих прессование бездефектных крупногабаритных заготовок с однородной по весу объему структурой;
• В-третьих, создание и организация системы технологического контроля, отличающейся от традиционной схемы контроля, принятой при пластическом формовании изделий, где контролируется:

-содержание в прессуемом материале влаги и пластифицирующих добавок;

-гранулометрический состав пресспорошков;

-предварительное уплотнение пресспорошков вибрацией;

-конечное давление прессования;

-время выдержки при конечном давлении прессования;

-скорость и характеристики декомпрессии.

Были проведены эксперименты по определению интервалов давлений прессования и пористости заготовок, обеспечивающие формирование после обжига материала с плотностью, соответствующей требованиям к высоковольтному фарфору.

При разработке технологии прессования дополнительным осложнением явилось то, что процессы изостатического прессования в литературе с технологической точки зрения практически не рассмотрены. Фундаментальные работы по прессованию порошкообразных масс относятся главным образом к полусухому прессованию в жестких формах. Основные (кардинальные) отличия между этими процессами заключаются в:

• Характере деформирования (уплотнения) порошка,
• Количестве жидкой фазы,
• Механизме удаления газовой фазы из заготовки.

«Метод изостатического прессования заключается в приложении всестороннего давления к порошку, помещенному в эластичную оболочку. Создание в прессуемой заготовке напряженного состояния со значениями нормальных напряжений, превышающими величины, достигаемые при обычном прессовании, а также одновременное снятие давления. Это обеспечивает большую плотность и лучшую пропрессовываемость заготовок.

Рис.1.Эффективность изостатического прессования по сравнению со статическим:1-по степени уплотнения (Δρ);2-по давлению (ΔР) для достижения того же приращения плотности.

Из [1, с.89] видно, что с увеличением давления прессования разность в плотности Δρ заготовок сначала линейно растет, а затем уменьшается (кривая 1). Кривая 2 показывает, насколько необходимо увеличить давление при обычном прессовании, чтобы получить тот же прирост плотности, что и при изостатическом прессовании. Наибольший выигрыш достигается при давлении 70 МПа.»[1, с. 89].

При полусухом прессовании с целью снижения трения традиционно вводят технологическую связку в количествах, соответствующих заполнению 75-85% объема пор в отформованной заготовке. При этом удаление газовой фазы (воздуха) из заготовки происходит в процессе уплотнения (по мере повышения давления) через зазоры формы и при отработанных режимах прессования проблем не вызывает. В случае изостатического прессования воздух удаляется, либо при предварительном вакуумировании пресспорошка после загрузки формы («мокрый» мешок), либо после достижения максимального давлении в процессе декомпрессии («сухой» мешок). Последний вариант предпочтительнее и определяется процессами фильтрации газовой фазы через объем заготовки, имеющей малую пористость (25-28%) при размере пор на уровне 10 мкм. Процесс снижения внешнего давления должен обеспечить уменьшение давления газа в объеме заготовки до безопасного уровня (менее предела прочности заготовки на разрыв), что требует организации специальных режимов декомпрессии и снижения влажности пресспорошка до 1-2 %.Установлено, что наиболее важным фактором является скорость декомпрессии на последних стадиях, она должна быть минимальной и в нашем случае подбирать опытным путем.

Дополнительным фактором, определяющим возможность успешной реализации процесса изостатического прессования, является гранулометрический состав пресспорошка. Опробованы различные гранулометрические составы пресспорошка и определены допустимые области изменения распределения гранул по размерам. Пресспорошок должен отличаться хорошей текучестью, что особенно важно при заполнении прессформ и способствует получению заготовок с гомогенной структурой и удовлетворительной плотностью.

Различие в поровой структуре заготовок, отформованных  по пластической технологии и изостатическим прессованием, меняет характер фильтрации жидкой фазы в объем заготовки, а, следовательно, требует изменения параметров процесса глазурования. Были подобраны параметры глазурной суспензии (вязкость, плотность, влажность), обеспечивающие получение бездефектных покрытий на поверхности изоляторов, изготовленных методом изостатического прессования.

Хотя переход от традиционного пластического формования изоляторов на изостатическое прессование потребовал коренного пересмотра всех параметров технологии от массоподготовки до обточки и глазурования заготовок. Его внедрение обеспечило сокращение технологического цикла с 18-20 суток до 7-8 суток.

Снижение деформационной способности заготовок за счет уменьшения их влажности при достаточно высокой прочности в воздушно-сухом состоянии позволило прейти к выпуску изоляторов стержневой группы с уменьшенным диаметром и толщиной ребра и снизить материалоемкость изделий на 15-20%.

«Различают два варианта изостатического прессования. При гидростатическом прессовании [1, с.90]. пресс-порошок или отформованную при небольших давлениях заготовку помещают в резиновую или полиуретановую тонкую оболочку, вакуумируют, затем переносят в сосуд высокого давления и повышают давление рабочей жидкости (вода, глицерин, машинное масло). После прессования давление медленно снижают до атмосферного. Рабочую камеру открывают и извлекают отпрессованную заготовку из оболочки.»[1, с. 90].

Рис.2.Схема гидростатического прессования:1-прессующий пуансон; 2-гидроцилиндр;3-заготовка;4-рабочая жидкость.

Список литературы:

1. Гузман, И.Я. Химическая технология керамики.учеб.пособие./ И.Я.Гузман //. М.:ООО РИФ Стройматериалы - 2003.-С.496.