Прессование. 
Материаловедение. 
Технология конструкционных материалов: абразивные инструменты

Прессование полусухой формовочной смеси, содержащей 2,5—4,0% влаги, производится в пресс-формах и подчиняется общим закономерностям процесса прессования порошковых материалов, развитых Р. Я. Попильским и Ю. Е. Пивинским 11 711.

Уплотнение формовочной смеси обеспечивается более плотной укладкой частиц, а прочность сырца — составом связок и увлажнителями.

Изменение объема формовочной смеси при формообразовании характеризуется коэффициентом спрессовывания К_с, показывающим, во сколько раз высота насыпной разровненной формовочной смеси более высоты запрессованного изделия, и определяется по формуле.

где #_нас — высота насыпной разровненной формовочной смеси до прессования, мм; Я_изд — высота запрессованного изделия, мм; К_с — коэффициент спрессовывания.

Формовочная смесь в зависимости от зернистости, вида шлифовальных материалов и содержания связки обладает различной рыхлостью. Коэффициент спрессовывания К_с изменяется в зависимости от давления при прессовании. С учетом закономерности поведения формовочной смеси рекомендуется первый этап прессования производить при помощи насоса низкого давления со скоростью перемещения плунжера примерно 30—50 м/с, а окончательное прессование — второй этап — насосом высокого давления (скорость перемещения плунжера — от 2 до 4 мм/с). Для крупнозернистых изделий К_с = 1,6— 1,8, а для мелкозернистых К_с = 2,5—2,8.

Для получения изделия требуемой высоты навеску формовочной смеси засыпают в пресс-форму и подвергают прессованию методом «до упора» или «до определенного постоянного давления». В первом случае при сборке формы необходимо подобрать плиты (верхнюю и нижнюю) и кольца с такими высотами, значения которых удовлетворяли бы следующему уравнению:

где Т— заданная высота изделия (круга), мм; Н— высота кольца, мм; Л_в — высота верхней плиты, мм; h_H — высота нижней плиты, мм.

При прессовании «до упора» обе плиты входят целиком в кольцо прессформы. Для обеспечения этого на верхнюю плиту укладывается прижимная плита, диаметр которой равен диаметру кольца или несколько больше диаметра формовочной плиты. Конец прессования определяется моментом соприкосновения (упора) прижимной плиты с горцем кольца. Пользуясь указанным методом, изделие всегда будет получаться с постоянной высотой при разных давлениях. Но применение этого метода формования ограничено, поскольку завышение давления при прессовании часто приводит к деформации и разрушению кольца пресс-формы. Чтобы избежать этого, в конструкциях гидропрессов иногда предусматривается соответствующее приспособление «высотомер» для автоматического выключения пресса в момент, когда плунжер пресса поднимется (или опустится) на определенную высоту. Этим достигается прессование изделий всегда определенной высоты.

При использовании метода прессования «до постоянного давления» следует предварительно установить (по показаниям манометра) то давление, которое должно быть применено для получения изделия определенной (заданной) высоты.

С этой целью в рецептуре формовочных смесей обычно указывается необходимое удельное давление для получения изделий определенной характеристики, рассчитываемое по формуле.

где Р— рабочее давление (по показаниям манометра), кг/см²; /)_кр — диаметр абразивного круга, см; Я — диаметр отверстия круга, см; — диаметр плунжера, см; р — удельное давление, кг/см².

Подсчитав величину давления, производят пробное прессование в соответствии с показаниями манометра. У первого заформованного изделия замеряется высота, и если она меньше или больше заданной, то для прессования последующих изделий соответственно уменьшают или увеличивают давление. При прессовании до постоянного давления диаметр прижимной плиты должен быть равен или несколько меньше диаметра формовочной плиты.

При прессовании весьма существенное значение имеет скорость прессования смеси, равная скорости движения плунжера пресса.

При высокой скорости прессования из формовочной смеси не успевает удаляться воздух, что приводит к браку изделия («расслоение»). Для мелкозернистых формовочных смесей скорость прессования должна быть ниже, чем для крупнозернистых смесей.

Прессование должно осуществляться последовательно, с применением сначала низкого давления в целях постепенного удаления воздуха, находящегося в формовочной смеси, затем высокого давления, обеспечивающего формовку изделия нужной плотности.

При формовании абразивных изделий малой высоты применяют одностороннее прессование, т. е. прессование без подпрессовки. В этом случае нижняя формовочная плита не перемещается относительно стенок пресс-формы (рис. 3.16).

При одностороннем прессовании формовочных смесей часть усилия прессования передается через кольцо пресс-формы на плиту пресса. Этим объясняется возникновение сил трения F_rp между формовочной смесью и стенкой кольца пресс-формы. В итоге на нижний пуансон передается усилие, меньшее на значение силы трения. По этой причине в процессе прессования участки изделия, прилегающие к верхнему пуансону имеют большую плотность, чем нижние. Так как неравномерная плотность круга вызывает его неравномерный износ, то для выравнивания плотности по высоте применяется прессование с подпрессовкой или двухстороннее прессование, которое осуществляется по.

Рис. 3.16. Пресс-форма (до прессования):

• 1 — кольцо; 2— верхняя формовочная плита; 3— оправка;
• 4— дополнительная плита;
• 5— формовочная смесь; б — нижняя формовочная плита

трем основным схемам, влияющим на конструкцию пресс-формы.

По схеме I прессование производится верхней и нижней формовочными плитами при неподвижных стенках пресс-формы. Движение плит может быть как одновременным, так и поочередным. По такой схеме работают, например, механические прессы.

По схеме II прессование с подпрессовкой выполняется с применением подкладок в виде металлических пластин. Опытным путем установлено, что высота металлической пластинки Л_1П может быть выражена следующим равенством:

где И — высота свободно насыпанной в пресс-форме смеси, что составляет около 20% высоты формовочной смеси.

По этой схеме, как правило, прессуются заготовки высотой 100 мм и более [172, 173|. Непосредственно процесс осуществляется следующим образом. Под стенки пресс-формы устанавливаются подкладки, засыпается формовочная смесь, разравнивается и производится предварительное прессование, обеспечивающее такое уплотнение смеси, при котором стенки пресс-формы силой трения удерживаются на месте после удаления подкладок. При первом прессовании верхняя плита полностью входит в пресс-форму. После удаления подкладок происходит окончательное прессование, и в пресс-форму входят как нижняя, так и верхняя плиты. Применение подкладок сопряжено с неудобствами, и прежде всего.

Рис. 3.17. Пресс-форма для формования с подпрессовкой при помощи действующих пружин сжатия:

1 — пружина сжатия; 2— кольцо; 3— нижняя формовочная плита; 4 — пуансон пресса; 5— оправка; 6— формовочная смесь с затратой лишнего времени на включение давления и извлечение подкладок. Кроме того, при снятии подкладок портится кольцо пресс-формы. Часто вместо подкладок применяются специальные приспособления для подпрессовки.

По схеме III изделия прессуются при неподвижной нижней формовочной плите и подпружиненных стенках пресс-формы.

Стенки пресс-формы могут быть подпружинены при помощи или горизонтальных кулачков, или вертикально действующих пружин сжатия (рис. 3.17).

Движение подпружиненных стенок пресс-формы начинается самопроизвольно с того момента, когда возникающая сила трения формовочной смеси о стенки пресс-формы преодолеет сопротивление предварительной нагрузки пружин.

Принцип прессования по схеме III сохраняется, если, например, подпружинены оси тележки с пресс-формой или участок рельсового пути под прессом, по которому перемещается тележка с пресс-формой (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Схема прессования с подпрессовкой при подпружиненном рельсовом пути:

/— тележка с пресс-формой; 2— подпружиненный рельсовый путь Рис. 3.19. Схема фиксации тележки при выталкивании и при обратном ходе ползуна пресса после прессования при усилии до 300 Н (а, в) и при усилии более 300 Н (б) Фиксирование тележки в исходном положении во время выталкивания изделия из пресс-формы или во время обратного хода ползуна пресса при автоматическом прессовании может осуществляться по схемам, показанным на рис. 3.19.

Пресс-формы для автоматического прессования отличаются от обычных пресс-форм тем, что их верхняя формовочная плита крепится к траверсе пресса соосно с пресс-формой на позиции прессования.

При соблюдении технологического процесса (дозирование, разравнивание формовочных смесей, применение качественных пресс-форм и т. д.) очень сложно получить равномерную укладку формовочной смеси в пресс-форме по всему объему круга, особенно в кругах больших диаметров (400—1100 мм), и обеспечить современные требования по неуравновешенности инструмента (первый класс неуравновешенности по ГОСТ 3060–86). Кроме того, на получение неравномерной плотности большое влияние оказывает отсутствие необходимой жесткости и точности прессового оборудования.

Для устранения этого недостатка С. Г. Вороновым и В. А. Яшиным была предложена простая конструкция — гидроплита, которая встраивается в верхнюю формовочную плиту пресса 1174|. Это устройство (рис. 3.20) было запатентовано во многих странах мира и до настоящего времени применяется на всех заводах России и других стран СНГ, обеспечивая выпуск кругов высокого класса, А и АА по твердости и неуравновешенности.

Гидроплита представляет собой верхнюю формовочную плиту', которая состоит из гидроподушки, вклеенной в гнездо металлической обоймы (рис. 3.21).

Рис. 3.20. Общий вид гидроплиты.

Г идроподу ш к, а — полая резиновая плита, наполненная водой и изготовленная из сырой листовой протекторной резины марки ЧРЛ-660 по ГОСТ 2631–79 определенной толщины (для кругов диаметром 600— 1100 мм — 5 мм, для меньшего диаметра — 4 мм).

Для изготовления гидроподушки лист резины раскраивают на две заготовки, которые укладывают в подготовленную металлическую форму (рис. 3.22) на 15—20 ч для придания резине нужного профиля, затем извлекают их из формы, срезают ножом края верхней и нижней заготовки под клин «на нет» по всей окружности периферии и отверстия заготовок. Срезанные концы очищают от жира, например, бензином и склеивают; шов склейки прокатывается роликом.

Рис. 3.21. Пресс-форма с гидроплитой:

• 1— верхняя формовочная плита; 2— резиновая камера; 3— вода; 4 — кольцо пресс-формы;
• 5 — нижняя формовочная плита; 6 — оправка

Рис. 3.22. Закладка нижней заготовки в форму:

/— кольцо наружное; 2— кольцо внутреннее; 3, 6— прижимные грузы; 4— резиновая заготовка; 5— нижняя плита; 7— круг Склеенную камеру наполняют воздухом, прокалывая периферию камеры иглой шприца; количество воздуха, вводимого в камеру, составляет 1,5−2 объема камеры. Затем камера укладывается в металлическую форму (рис. 3.23), которая устанавливается в сушильный шкаф для вулканизации. Режим вулканизации: температура в сушильном шкафу при загрузке — 45 °C; температура вулканизации — 160−150 °С; выдержка при температуре вулканизации — 30 мин; температура в шкафу при выгрузке формы — 30−40 °С.

Рис. 3.23. Установка резиновой камеры в металлическую форму для вулканизации:

/ — кольцо; 2— резиновая заготовка;

• 3— нижняя плита; 4— болт; 5 — керн;
• 6— верхняя плита

По окончании вулканизации и остывании формы из нее извлекают камеру, прокалывают ее иглой, соединенной шлангом с вакуум-насосом для удаления из камеры воздуха, и затем заполняют ее водой, положив на лист стекла или оргстекла. При правильном наполнении камеры водой ее поверхность должна касаться поверхности стекла.

Вклеивание гидроподушки в гнездо металлической обоймы (рис. 3.24) производится клеем БФ-88.

Размеры гнезд обоймы должны соответствовать размерам гидроподушки. Гидроподушка должна помещаться в гнездо обоймы без зазоров. Коробление резины не допускается.

Поскольку давление жидкости внутри гидроплиты во все стороны передается одинаково, то при прессовании поверхность абразивного инструмента,.

Рис. 3.24. Металлическая обойма для гидроподушки.

соприкасающаяся с резиновой камерой, воспринимает одинаковое давление по всей поверхности абразивной смеси независимо от ее рельефа.

Верхняя формовочная плита, снабженная гидроподушкой, может быть закреплена на пуансоне пресса либо укладывается в форму вручную. Поверхность гидроплиты непосредственно обращена к поверхности формуемого изделия, на которую осуществляется давление, и, по закону Паскаля, позволяет осуществить одинаковое давление во всех ее точках, что обеспечивает получение одинаковой плотности, а следовательно, и равномерной твердости изделия.

В случае неравномерного распределения смеси, неправильно установленной оснастки или перекоса заготовок появляются выпуклости или вогнутости, которые удаляются при механической обработке прессованных изделий.