Основні закономірності ущільнення порошкоподібних твердих тіл

 

Основним критерієм одержання якісного заряду методом ущільнення порошкоподібної речовини є його пресуємість. Пресуємість це здатність ВМС підвищувати щільність і механічну міцність зі збільшенням тиску пресування і перетворюватися із сипучого стану в тіла, що мають визначену форму і розміри. Пресуємість речовини визначається її природою, будовою, фізичними властивостями і хімічним складом. Добре пресуються речовини, що володіють хорошою пластичністю. До таких речовин зі штатних ВМС відносять тротил і тетрил. Тетрил є класичною речовиною з погляду пластичності і пресуємості. Непогану пресуємість має технічний лусковатий тротил. Це пояснюється, насамперед, присутністю ізомерів, які створюють с тринітротолуолом (ТНТ) легкоплавкі евтектики, а також специфічною формою часток (лусочки), що при пресуванні прагнуть розташуватися по площині базису. Менш пластичними є ТЕН, гексоген. Володіючи поганою пресуємістю, їх кристали руйнуються під навантаженням по типу крихких тіл. Для поліпшення пресуємості цих речовин їх флегматизують, тобто обробляють пластичними поверхнево-активними матеріалами, такими як церезин, стеарин, парафін. На основі гексогена, наприклад, створені сполуки ГФ, ГФА, що володіють непоганою пресуємістю. В даний час ці сполуки широко використовуються для створення з них зарядів методом пресування. Широко використовуються для пресування і різного роду амоніти.

Процес пресування - явище складне, воно пов'язано з деформацією часток і, насамперед, з їхньою пластичною деформацією. Механізм ущільнення сипучих тіл пресуванням можна представити таким чином. У першій стадії при незначних тисках площа контактних ділянок між частками мала. Ущільнення на цьому етапі зводиться до взаємного переміщення часток і заповнення існуючих між ними порожнеч. Таке переміщення супроводжується руйнуванням окремих часток, а також ростом контактних поверхонь. На цій стадії велику роль грає тертя між частками. На другій стадії з ростом тиску збільшується кількість деформованих часток і площа деформованих ділянок. Пресування супроводжується як крихкою деформацією, що приводить до руйнування часток, так і пластичною деформацією.

Процес пресування супроводжується наступними явищами:

1. Між зовнішнім шаром порошку і стінками прес-форми, а також пуансоном і піддоном виникають сили тертя. Величина цих сил тертя зростає зі збільшенням тиску. Наявність тертя приводить до появи значного перепаду тиску по висоті шашки, що, у свою чергу, приводить до нерівномірного розподілу щільності по об'єму шашки.

2. Оскільки в процесі пресування частки піддаються пружній і пластичній деформації, в шашці накопичуються значні внутрішні напруження. Після зняття тиску, під дією цих напружень, пресовка прагне розширитися. Такому розширенню перешкоджають стінки матриці і піддон. Таким чином, спресована шашка порівняно міцно утримується в прес-формі і для її виштовхування необхідно зробити зусилля, назване зусиллям виштовхування. Воно досягає звичайно 10-15 % від тиску пресування. Пружні напруження, що зібралися в шашці, після виштовхування приводять до її розширення (росту по висоті і діаметру).

Тиск, що йде на пресування шашки, витрачається на безпосереднє ущільнення шашки, на тертя часток речовини між собою і об стінки матриці та інші втрати.

Критерієм, що характеризує якість пресуємого заряду, служить його щільність і її розподіл. Щільність пресованого заряду залежить від фізичних і фізико-механічних властивостей речовини, а також від питомої ваги речовини, тиску пресування, висоти шару, що пресується, температури ВМС, наявності домішок у вибуховій речовині, ступеня подрібнення, відносини висоти заряду до його діаметра, форми і якості прес-інструмента, швидкості навантажування, часу витримки під тиском і деякими іншими факторами.

Якість пресованого заряду характеризується його щільністю і відсутністю різного роду дефектів. На заводах проводиться ретельний огляд пресованих виробів, визначення їхньої щільності і рівномірності розподілу.

При пресуванні шашок в них можуть виникнути наступні види браку: тріщини, відколи, брак за щільністю (рихлість чи перепресовка), брак за розміром, гребінці, осипання.

Найбільш розповсюдженими видами браку є тріщини і відколи. Найчастіше утворюються поперечні тріщини, рідше кільцеві і подовжні. Відколи утворюються найчастіше на торцях бічних поверхонь.

Якість пресованого заряду залежить від ряду причин: властивостей ВМС (дисперсності, пластичності, структури), конструкції і якості прес-інструмента (величини зазору між пуансоном і матрицею, обробки робочих поверхонь), методу і режиму пресування (витримки під тиском, змащення робочих поверхонь прес-збірки, однобічного чи двобічного пресування), тиску пресування.

Спорядження виробів пресуванням може виконуватися двома способами: безпосередньо в корпус виробу і роздільно-шашковим способом.

При роздільно-шашковому способі спорядження в корпус виробу вставляються окремі заздалегідь запресовані шашки і скріплюються між собою і стінками корпуса парафіно-церезиновою сумішшю. Окремі шашки пресуються в спеціальних прес-збірках (рис.1). Прес-збірки складаються з трьох основних частин: матриці, пуансона і піддона. Допоміжними деталями служать обмежник і підставка для виштовхування. Прес-інструмент виготовляється з інструментальної сталі марок У-8А і У-10А, піддається термообробці (до твердості по Роквеллу R=56-53одиниці), робоча поверхня шліфується по високому класу точності (6-8).

Пресування проводиться на пресах різної конструкції і потужності. Найчастіше користуються гідравлічними пресами, тому що вони мають широкий діапазон тисків і плавне навантаження. Спостереження за ходом пресування ведеться по манометру, встановленому на лінії, що підводить робочу рідину під плунжер.

Рисунок 1 – Прес-інструмент: 1 – матриця; 2 – пуансон; 3 – піддон; 4 - підставка для виштовхування; 5 – обмежник у вигляді скобки; 6 – обмежник-колонка.

 

Якщо є потреба пресувати вибухові матеріали, то преса, як правило, встановлюються в кабіні, оскільки процес пресування, особливо виштовхування, є вибухонебезпечними.

У залежності від розмірів і форми заряду використовуються різні способи пресування. Розрізняють наступні види пресування: однобічне, двобічне, порціонне, групове, багатоярусне, вібраційне, пресування кумулятивних шашок з лійкою та ін.