Спосіб виготовлення заготівок з дрібнозернистих матеріалів

Винахід відноситься до області виробництва виробів з дрібнозернистих матеріалів на підприємствах машинобудівної, електротехнічної, легкої промисловості, будівництві і металургії. Відомий спосіб виготовлення виробів з дрібнозернистих керамічних матеріалів шляхом періодичної навантажувально-розвантажувальної дії і статейного пресування [а. с №1761479, Б. И. №34, 1992, М. кл. В28В1/26, 1/08]. Недоліком даного способу є недостатня рівнощільність пресованих виробів, особливо фасонних, яка обумовлена одностороннім верхнім навантаженням заготівки без її розвантаження, що не дозволяє дрібнозернистим частинкам матеріалу зайняти оптимальні положення в об'ємі заготівки, повітря не встигає вийти через шпаринки і запресовується в виробі. Це погіршує якість виробу. Відомий спосіб виготовлення заготівок із дрібнозернистих матеріалів, переважно бетонних, шляхом періодичної навантажувально-розвантажувальної дії і статичного пресування [а. с. №1423392, Б. И. №34, 1988, М. кл.В28В1/10]. Недоліком способу є незадовільний вихід повітря із заготівки в результаті початкового навантаження її робочим зусиллям пресування, при цьому часткові розвантаження виробу не дозволяють отримати необхідну рівнощільність заготівки по об'єму, що негативно впливає на якість виробу. Найбільш близьким до винаходу технологічним рішенням є спосіб виготовлення заготівок із дрібнозернистих матеріалів шляхом періодичної навантажувально-розвантажувальної дії з 1-2 пікоподібними навантаженнями і розвантажуваннями, величини зусиль яких відповідно рівні 1-10 і 0,2-1 величини статичного навантаження [а. с. №996188, Б.И. №6, 1983, М. кл. В28 В3/00]. Недоліком способу є відсутність повних розвантажень заготівки в процесі навантажень, які сприяють кращому розподіленню дрібних зерен матеріалу по об'єму і виходу повітря із заготівки. Статичне навантаження на початку і в кінці періодичної навантажувально-розвантажувальної дії не змінюється і є максимальним статичним, що не сприяє виходу повітря із заготівки, що призводить до низької якості виробів. Для дрібнозернистих матеріалів характерним є наявність значної кількості повітря в шихті. На початковій стадії пресування повітря максимально виходить із заготівки, в результаті цього малі зусилля навантаження спричиняють значні деформації. Тому великі робочі навантаження на початковій стадії пресування не сприяють виходу повітря із заготівки і погіршують її якість навіть при періодичній навантажувальнорозвантажувальній дії. В основу винаходу поставлена задача створення способу для виготовлення заготівок із дрібнозернистих матеріалів, в якому за рахунок зміни режимів та їх послідовності досягається видалення повітря з дрібнозернистого матеріалу, частинки матеріалу щільніше розміщуються між собою, що призводить до підвищення якості готових виробів. Поставлена задача вирішується тим, що відповідно запропонованого способу статичне навантаження змінюється ступеневе від 0 до Рmах, де Рmах - величина максимального статичного навантаження, при якому досягається необхідна середня щільність заготівки, при цьому збільшення наступного статичного навантаження здійснюється після зменшення попереднього статичного навантаження на 0-100% за період, менший часу прикладання попереднього періодичного навантаження, а періодична навантажувальнорозвантажувальна дія відбувається при розвантажувальних зусиллях, рівних 0¸1 величини статичного навантаження. На Фіг.1 схематично зображено пристрій для реалізації запропонованого способу; на Фіг.2 і Фіг.3 - епюри навантажень запропонованим способом для виготовлення заготівок з сухих і напівсухих дрібнозернистих матеріалів та крупногабаритних заготівок із дрібнозернистих матеріалів вологістю більше 10% з вмістом в'яжучих матеріалів до 40% відповідно. Виготовлення фасонних і пустотілих виробів з дрібнозернистих матеріалів, наприклад, керамічних згідно з запропонованим способом виконується на вібростолі 1 в прес-формі 2 між нижнім пуансоном 3 і верхнім пуансоном 4. На верхньому пуансоні 4 встановлено інерційний вантаж 5, прикладено безінерційне статичне зусилля Рс. Спосіб реалізовується наступним чином. Для виготовлення заготівок з сухих і напівсухих дрібнозернистих матеріалів в прес-форму 2 (Фіг.2) засипають дрібнозернистий матеріал і вводять верхній пуансон 4. На пуансон 4 встановлюється інерційний вантаж 5 вагою G і прикладають безінерційне статичне зусилля Рс. При імпульсному ході вібростола 1 вверх (ділянка І, Фіг.2) дрібнозернистий матеріал навантажується пікоподібним зусиллям Nb яке більше зусилля статичного навантаження Р 1, де Ρ1 = Рс1 + G, Pс1 - величина статичного безінерційного зусилля на ділянці 1. Після завершення ходу вібростола вверх, останній рухається вниз, а інерційний вантаж 5 під дією сил інерції рухається вверх і розвантажує заготівку до зусилля Νр1. Величина зусилля Nр1 менша за величину Р1, але більше повного розвантаження заготівки (Р1 > Nр1 > 0). Обумовлено це силами тертя в прес-формі і рухом вібростола. При поверненні вантажу 5 у вихідне положення відбувається повторне навантаження заготівки до величини N2 в результаті удару вантажу 5 по верхньому пуансону 4. Через період Τ при ході вібростолу вверх відбувається повторна навантажувально-розвантажувальна дія на заготівку з пікоподібними зусиллями Ν1' і N2' і розвантаженням до зусилля Nр2'. При невеликих статичних навантаженнях Ρ 1 (ділянка 1, Фіг.2) відбувається інтенсивне видалення повітря із зазорів між дрібнозернистими частинами і попереднє формування виробу. Для підвищення середньої щільності матеріалу підвищується статичне навантаження до величини Р2 (ділянка 2, Фіг.2) за рахунок збільшення статичного безінерційного зусилля Р с2. Безперервна навантажувально-розвантажувальна дія на дрібнозернистий матеріал у поєднанні зі ступеневим збільшенням статичного навантаження не припиняється до максимальної величини Р mах і дозволяє отримати необхідну середню щільність виробу з максимальною рівнощільністю по об'єму. Кількість ділянок ступінчатого навантаження визначається складністю конфігурації і необхідною рівнощільністю виробу. При збільшенні кількості ділянок зміни статичного навантаження поліпшується якість виробу за рахунок полегшення виходу повітря при менших статичних навантаженнях і поліпшенню переорієнтації частинок дрібнозернистого матеріалу. Для сухих і напівсухих матеріалів небажане повне розвантаження заготівки. Тому мінімальна зміна величини наступного ступеневого навантаження здійснюється без зменшення величини попереднього статичного навантаження (Фіг.2). Із збільшенням вологості дрібнозернистих матеріалів більше 10% і особливо при введенні в'яжучих матеріалів зчеплення між частинками шихти зростає, ускладнюється вихід повітря із заготівки в процесі її деформації. Для таких матеріалів необхідно поєднання ступеневого збільшення статичного навантаження, періодичної навантажувально-розвантажувальної дії і повного розвантаження заготівки. Навантаження крупногабаритних заготівок із дрібнозернистих матеріалів вологістю більше 10% з вмістом в'яжучих матеріалів до 40% відбувається наступним чином (Фіг.3). Після засипання дрібнозернистого матеріалу вібростіл 1 рухається вверх і навантажує заготівку пікоподібним зусиллям N1, після якого йде повне розвантаження (ділянка 1, Фіг.3). Статичне навантаження відсутнє (Рс = 0), а заготівка ущільнюється під дією прискореного ходу вібростола вверх і власної ваги дрібнозернистого матеріалу. Із заготівки інтенсивно видаляється повітря і частинки займають оптимальні положення по об'єму. На наступному етапі (ділянка 2, Фіг.3), при зворотно-поступальних рухах вібростола, в прес-форму 2 вводиться пуансон 4, який навантажують вагою вантажу 5 (G). Статичне навантаження Р2 фактично дорівнює вазі вантажу 2 (Р2 = G). Після пікоподібного навантаження Ν1' (ділянка 2, Фіг.3) йде повне розвантаження заготівки при ході вібростола 1 вниз і відриві вантажу 5 від пуансона 4. Пікоподібне навантаження N2' відбувається при досягненні вантажем 5 вихідного нижнього положення і ударом його по верхньому пуансону 4. Періодичні навантажувальнорозвантажувальні дії на заготівку з повним розвантаженням сприяють додатковому виходу попередньо затисненого в об'ємі заготівки повітря. Затиснене повітря активно видаляється із заготівки при повних розвантаженнях на ділянці 3 (Фіг.3), коли статичне навантаження зменшено на 100%. Така періодична навантажувально-розвантажувальна дія без статичного навантаження ефективна перед наступним збільшенням статичного навантаження до величини Р mах = Рc max+ G, коли досягається необхідна середня щільність заготівки. При цьому відсутнє повне розвантаження заготівки (Рmах > Np > 0, ділянка 4, Фіг.3). Час навантаження t3 при зменшенні статичного навантаження на 100% повинен бути меншим за час t2 попередньої навантажувально-розвантажувальної дії. Обумовлено це можливістю руйнування структурних зв'язків між частинками попередньо сформованого в заготівку дрібнозернистого матеріалу і обумовлену цим необхідністю подальшого збільшення часу t4 наступного етапу навантажувально-розвантажувальної дії. Ступінчате збільшення статичного навантаження і повне розвантаження заготівки як в процесі навантажувально-розвантажувальної дії, так і між ступеневою зміною статичного навантаження сприяє поліпшенню виходу затисненого повітря із заготівки, покращує укладку частинок дрібнозернистого матеріалу по об'єму, що сприяє покращенню якості заготівки в цілому. Збільшення вологості дрібнозернистих матеріалів і введення в'яжучих добавок підвищують зчеплення між частинками, при цьому ускладнюється вихід повітря із заготовки. Для поліпшення виходу повітря необхідно поєднання періодичної навантажувально-розвантажувальної дії на заготівку зі ступінчатою зміною статичного навантаження і забезпеченням розвантаження заготівки менше статичного навантаження. При вологості матеріалів більше 10% і вмісту в'яжучих добавок близько 40% необхідно забезпечити повне розвантаження заготівки при навантажувально-розвантажувальних діях, а також забезпечення повного розвантаження при ступінчатій зміні статичного навантаження. При зміні вологості і вмісту в'яжучих добавок можливі проміжні епюри навантажень заготівки у межах запропонованого способу. Відносна рівнощільність керамічних шамотних виробів типу "кадушка" виготовлених за запропонованим способом підвищилась на 10% у порівнянні з прототипом, а для напівсухих керамічних матеріалів відносна щільність збільшилася на 7%.