1.2.4. Продолжительность вибрационного формования металлических порошков в пресс-формах

На продолжительность технологического процесса прессования металлических порошков и их смесей значительное влияние оказывают гранулометрический состав порока, размер и формы частиц [ ]. Наиболее существенное влияние из всех параметров вибрирующих рабочих органов оказывает частота колебаний – чем выше частота колебаний, тем интенсивнее идет процесс нарастания плотности и тем за более короткое время достигается наибольшая плотность прессовки [ ]. Так гладкие частицы сферической формы уплотняются быстрее, чем шероховатые частицы [ ]. Это объясняется тем, что между гладкими частицами действуют меньшие по значению силы трения, а значит и работа, затрачиваемая на осуществление процесса формования, будет меньше.

Длительное вибрационное воздействие на металлический порошок может привести к сегрегации частиц по размерам или плотности, что является нежелательным [ ].

В настоящее время недостаточно исследовано влияние массы и габаритных размеров формуемых изделий на продолжительность процесса формования. Время уплотнения связано только с общим количеством металлических частиц в прессуемом объеме: чем больше металлических частиц, тем больше требуется времени для достижения требуемой плотности [ ]. Предложенные рекомендации по выбору времени вибрационного воздействия вести вибрационную обработку в течении 5-60 секунд.

1.2.5. Анализ предложенных критериев оценки эффективности вибрационного формования порошковых сред

Анализ существующих работ, посвященных вопросам вибрационного формования металлических порошков, асфальтобетонных и цементобетонных смесей, грунтов показывает, что до настоящего времени нет единого мнения о превалирующей роли тех или иных параметров вибрационного воздействия на процесс вибрационного формования [ ]. Диапазон рекомендуемых частот и амплитуд колебаний широк – частоты звуковые и ультразвуковые [ ], средин и низкие [ ], амплитуды от нескольких миллиметров [ ] до десятых и сотых долей миллиметра [ ].

Многие исследователи сходятся во мнении о том, что эффективность вибрационного формования в большей степени зависит от ускорения вибрации и скорости движения рабочего органа [ ]. Установлено значение критического ускорения, превышение которого интенсифицирует процесс уплотнения [ ]. Некоторые авторы, оценивая вибрационное воздействие как энергию, подводимую к металлическому порошку, рекомендуют осуществлять вибрационное воздействие при частотах, близких к частотам собственным колебаний рассматриваемых динамических систем [ ].

Был сформулирован некий критерий эффективности вибрационного режима при формовании дисперсных материалов и сред. Одни авторы [ ] считали, что это амплитуды и угловой частоты вынужденных колебаний , другие [ ] предполагали, что это максимальное ускорение , третьи [ ] принимали критерием произведение . Однако ни один из этих критериев не описывает удовлетворительно сложный и многофакторный процесс вибрационного формования. Это можно объяснить сложностью экспериментального исследования вибрационных процессов и тем, что исследованию подвергались материалы, отличавшиеся формой и размерами частиц, химическим и фракционным составом, с различными физико-химическими свойствами. Вибрационное оборудование, используемое в экспериментах, не обеспечивало стабильности режимов в процессе вибрационного формования и не позволяло проводить независимую регулировку основных параметров процесса – амплитуды, частоты колебаний и ускорения. Поэтому выводы исследователей носили частный характер и отвечали конкретным условиям экспериментов [ ].

Чтобы выделить основные причины эффективности вибрационного формования, проанализируем более подробно особенности развития структурной деформации порошкового материала при вибрационном воздействии. Для этого представим, что каждая частица порошка является своеобразным резонатором, имеющим свою, собственную частоту. В случае, если частота вибрационного воздействия совпадает с собственной частотой частицы-резонатора, последняя возбуждается и начинает интенсивно вибрировать. Вибрирование частицы сопровождается периодической потерей контактов и нарушением связей с окружающими частицами, вследствие чего ее подвижность значительно увеличивается. При достаточно большом количестве колеблющихся частиц их вибрирование проявляется в возникновении эффективных коэффициентов трения в порошке, что к обеспечивает условия для более плотной его перекладки. Если учесть, что порошок содержит огромное количество частиц, отличающихся формой, размерами и физико-химическими свойствами, то легко представить, насколько широк спектр их собственных частот [ ]. Естественно предположить, что для возбуждения как можно большего количества частиц, к уплотняемому порошку необходимо приложить вибрационное воздействие, включающее сразу несколько различных частот, то есть поличастотное вибрационное воздействие.

Целесообразность использования поличастотных режимов виброформования подтверждена рядом работ по уплотнению бетонов [66, 68,70,71], в которых было показано, что подобные режимы создают более равномерное распределение амплитуд колебаний по высоте изделии и, тем самым, обеспечивают большую равномерность распределения плотности. Очевидно, что аналогичного эффекта можно ожидать и при поличастотном виброформовании порошков, однако, насколько известно, этот вопрос не изучался.

В последнее время внимание исследователей все больше привлекают виброимпульсные способы формования [44, 72, 7]. Частным случаем этого способа формования является виброформование с использованием ударных [8, 2 9, 54, 62] и импульсных [26, 56] вибраций. Эти способы отличаются резко выраженным импульсным (пиковым) характером перемещения рабочего органа, позволяющим резко интенсифицировать процесс уплотнения порошков и повысить равноплотность изделий [28, 74, 75].

Повышенную эффективность импульсных режимов в сравнении с гармоническими объясняют следующими соображениями: так в работе [26] показано, что при сокращении длительности действия импульсов колебаний увеличивается длительность свободной переукдадки частиц, а значит, увеличивается возможность достижения более высокой плотности. Однако справедливость подобного объяснения отношению к порошкам со связкой вызывает сомнение, так как переукладка «связанных» смазкой частиц при отсутствии силового воздействия, если и возможна, то только на начальных стадиях уплотнения. Наиболее обоснованным можно признать предположение, что виброимпульсные режимы позволяют создавать более мощное динамическое давление на порошок. Это обеспечивает быстрое и более полное уплотнение порошков [ ].

Таким образом, мнения исследователей о причинах вибрационного импульсного формования не однозначны, что свидетельствует о необходимости его более детального изучения. Это особенно важно, учитывая перспективность использования виброимпульсного формования изделий сложной формы и габаритных изделий из порошков непластичных металлов со связками, получение которых традиционными способами затруднено.