DE2508074B2

DE2508074B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus halbtrockenen, schüttbaren Massen

Info

Publication number: DE2508074B2
Application number: DE19752508074
Authority: DE
Inventors: Vladimir M. Jam; Genrich E. Semiluki Voroneschskoj Oblasti Karas; Vasilij A. Semiluki Voroneschskoj Oblasti Kovtun (Verstorben); Ljudmila P. Leningrad Lebedeva; Vladimir V. Miroschnitschenko; Anatolij A. Muchin; Vladimir T. Olejnik; Anatolij D. Pivovarov; Voroneschskoj Oblasti Semiluki; Vladimir I. Skrynnikov
Original assignee: VSESOJUZNYJ GOSUDARSTVENNYJ INSTITUT NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKICH I PROEKTNYCH RABOT OGNEUPORNOJ PROMYSCHLENNOSTI LENINGRAD (SOWJETUNION)
Current assignee: VSESOJUZNYJ GOSUDARSTVENNYJ INSTITUT NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKICH I PROEKTNYCH RABOT OGNEUPORNOJ PROMYSCHLENNOSTI LENINGRAD (SOWJETUNION)
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1980-03-06
Also published as: YU13575A; DE2508074A1; JPS5197610A; FR2261865A1; FR2261865B1; JPS5345206B2; YU35724B; BG27273A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach γ, dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.

Aus der FR-PS 20 33 909 sind Verfahren und Vorrichtungen zum Formen bekannt, bei denen das Verdichten der Formmassen zwischen einem Oberstem- _ho pel und einem Unterstempel mit senkrecht gerichteten Rüttelstoßschwingungen erfolgt, während der Preßdruck auf die Masse von oben her ausgeübt wird. Dabei ist auch wie bei dem Formen nach der US-PS 18 82 528 vorgesehen, die Seitenwände der Form mit zu den _hr, vertikalen Rüttelstoßschwingungen senkrechten Schwingungen in horizontaler Richtung zu beaufschlagen.

Es hat sich aber gezeigt, daß die damit erreichbare Verbesserung der Verdichtung der Formmasse relativ gering ist Es ist auch schon beispielsweise aus der DE-PS 6 57 574 oder der DE-OS 22 35 363 bekannt, die Masse in der Form zunächst einzurütteln, während r.ach der DE-OS 21 51 622 vorgesehen ist, die Masse unter Einwirkung von RüttelschwLngungen in eine aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzte Preßform mit einer Auskleidung aus elastisch verformbaren Material einzubringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus halbtrokkenen, schüttbaren Massen anzugeben, das diese durch Erhöhung der Fließeigenschaften schneller und leichter zu verformen gestattet

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale. Überraschenderweise hat sich nämlich ergeben, daß vertikale harmonische Schwingungen, der die Seitenwände bildenden Formteile, vor und während des Pressens die Fließfähigkeit der Formmasse so zu erhöhen gestatten, daß der Verdichtungsvorgang auf den gewünschten Verdichtungsgrad schneller und leichter erfolgen kann. Unter der Einwirkung von vertikalen harmonischen Schwingungen, der die Seitenwände bildenden Formteile wird nämlich die halbtrokkene Ma-ise beweglich, wodurch es nicht nur möglich wird, das Einschütten zu beschleunigen und die Form gleichmäßig zu füllen, auch wenn die Gestalt kompliziert und die Höhe groß ist, sondern auch die Masse in der Form vorzuverdichten, was die Schichthöhe beim Beginn des Formens vermindert und damit dessen Dauer zu verringern, gestattet, wodurch die Leistungsfähigkeit des gesamten Prozesses erhöht wird.

Die Masse wird dann weiter in der Form unter der Einwirkung von Rüttelstoßschwingungen nachverdichtet. Letztere wirken von unten her auf die zu formende Masse mit einem Druck P\, der zusammen mit dem Anpreßdruck P2, welcher von oben her wirkt, und den Schwingungen an den Seitenflächen ausgeübt wird. Die Rüttelstoßschwingungen werden in der Masse durch den Unterstempel und der Anpreßdruck durch den Oberstempel erzeugt, während die Schwingungen längs der Seitenflächen durch die die Seitenwände bildenden Formteile erzeugt werden. Letztere vermindern stark die effektive Reibungszahl der Masse an den Formteilen, und das Verdichten der Masse jnter Einwirkung von Rüttelstoßschwingungen und Anpreßdruck erfolgt unter Bedingungen, bei denen die Reibungskraft der Masse an den Seitenflächen der zu formenden Masse weitgehend vermindert ist. Auf diese Weise können hohe und gleichmäßige Dichte in den Erzeugnissen bei niedrigen Werten des Anpreßdrucks und der Unwucht des Schwingungserregers sowie geringe Dauer des Prozesses erhalten werden.

Außerdem vermindert die kombinierte allseitige Krafteinwirkung auf die Masse (Schwingungen längs der Seitenflächen, Rüttelstoßschwingungen von unten her und Anpreßdruck von oben her) bei erhöhter Intensität der Krafteinwirkung die effektive Reibungszahl innerhalb der Masse und erhöht deren Beweglichkeit. Hierdurch wird es möglich, bei niedrigen Werten des Anpreßdrucks und der Unwucht des Schwingungserregers sowie kurzer Dauer des Prozesses eine gleichmäßige Verdichtung der Masse während des Formens eines Erzeugnisses sogar mit komplizierter Gestaltung, bedeutender Höhe und geringem Querschnitt sicherzustellen.

Am wirksamsten sind die obenerwähnten Besonderheiten in den Fällen, in denen das Verhältnis-^ des

Anpreßdrucks P₂, der von oben her auf die Masse wirkt zum Druck P\ durch die senkrechten Rüttelstoßschwingungen, welche von unten her auf die Masse wirken,

p,
zwischen 0,1 und 035 liegt Bei Verhältnissen -y-, die

kleiner als 0,1 sind, werden die Schwingungen des Oberstempels instabil, und ihre Frequenz wird kleiner als die der von unten her wirkenden Schwingungen. Hierbei werden die Intensität der Kxafteinwirkung auf die Masse und die Effektivität des Prozesses geringer.

Bei Verhältnissen -gS die über 0,35 liegen, werden

Rüttelstoßwirkungen nur von unten her auf die Masse übertragen, dh, letztere wird einseitig verdichtet wodurch die Ungleichmäßigkeit der Dichte in Höhenrichtung größer wird

Die seitlichen Schwingungen vermindern am wirksamsten die Reibungszahl zwischen Masse und den die Seitenwände bildenden Formteilen, wenn die Amplitude A\ der Formrahmenschwingungen um 0,2... 0,5 mm größer als die Amplitude A₂ der Schwingungen des Unterstempels ist Bei einer Differenz (A\ — A₂) der Schwingungsamplituden, welche kleiner als 0,2 ist, werden der Effekt der Reibungszahlverminder jng und der Erhöhung der Intensität der Einwirkung von Schwingungen an den Seitenflächen der Erzeugnisse auf die Masse fast unmerklich, wodurch die Gleichmäßigkeit der Dichte in Höhenrichtung und die Gesamtdichte der eingeformten Erzeugnisse vermindert werden und auch die Dauer des Verdichtungsprozesses verlängert wird, wodurch wiederum die Leistungsfähigkeit des Formprozesses vermindert wird. Bei einer Differenz (A]-A₂) der Schwingungsamplituden, welche größer als 0,5 ist, wird infolge des wechselseitigen Einflusses der Rüttelstoßschwingungen, die auf die Masse von unten her wirken, und der Schwingungen längs der Seitenflächen, der für stabile Schwingungen der seitlichen Formteile und des Unterstempels bestehende Bereich verlassen, wodurch die Intensität der Einwirkung auf die Formmasse stark vermindert wird. Dies hat zur Folge, daß die erreichbare Erzeugnisdichte vermindert und der Verdichtungsprozeß verlängert wird.

Zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich vorteilhaft eine Vorrichtung der im Anspruch 4 gekennzeichneten Art.

Die dabei vorgesehene Verwendung eines weiteren Querträgers, der derart aufgehängt ist, daß er längs den Stützen hin- und herbewegbar ist, ist beispielsweise aus den US-PS 25 09 783 und 25 98 016 an sich bekannt.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der eine erfindungsgemäßt Vorrichtung zum Formen von Kapseln, die zum Reduzieren von Eisenpulver aus Zunder bestimmt sind, dargestellt ist, und zwar zeigt

F i g. 1 die Vorderansicht mit Teilausschnitten und

F i g. 2 die Seitenansicht dieser Vorrichtung.

Auf einer Grundplatte 1 (Fig. 1 und 2) ist über eine Gummizwischenlage 2 ein Rüttelrahmen 3 aufgesetzt, an dem Stützen 4 befestigt sind. Am Oberteil der Stützen 4 ist ein unbeweglicher Querträger 5 befestigt, an dem wiederum ein Druckzylinder 6 angebracht ist, an dessen Kolbenstange 7 ein beweglicher Querträger 8 mit einem Oberstempel 9 befestigt ist. Auf den Unterbau I sind Druckzylinder 10 aufgesetzt, auf deren Kolben-11 über Federn 12 ?.!s elastische Elemente ein Zusatzquerträger 13 aufgesetzt ist, auf dem elektromechanische Schwingungserreger 14 zur Schwingungserzeugung und ein Formrahmen mit den die Seitenwände bildenden Formteilen 15 befestigt sind Der Rüttelrahmen 3 wird durch Anpreßvorrichtungen 16 an die Gummizwischenlage 2 angedrückt Rüttelrahmen sind zwei elektromechanische Schwingungserreger 17 mit Unwuchtmassen 18 zur Schwingungserzeugung eingebaut Am Rüttelrahmen 3 ist ein Unterstempel 19

ίο befestigt Die Formteile 15 bestehen aus zwei koaxial angeordneten zylindrischen Elementen 20 und 21, die miteinander auf der Unterseite durch vier Steine 22 verbunden sind, welche gleichmäßig über dem Umfang verteilt sind, wobei der Unterstempel 19 in den Spalt

zwischen seinen zylindrischen Elementen 20 und 21 eintritt, so daß ein auf der Unterseite geschlossener Raum entsteht, der beim Einschütten der Masse diese aufnehmen kann. Rüttelrahmen 3, Stützen 4 und beweglicher Querträger 5, die miteinander verbunden sind, bilden eine starre Konstruktion, welche eine ausreichende Führungsgenauigkeit für den beweglichen Querträger 8 mit dem Oberstempel 9 und für den Zusatzquerträger 13 mit dem Formrahmen bei deren Hin- und Herbewegungen in Bezug auf den Unterstempel 19 gewährleistet. In der Ausgangsstellung befindet sich der bewegliche Querträger 8 (F i g. 1 und 2) mit dem Oberstempel 9 sowie auch der Zusatzquerträger 13 mit dem Formrahmen in der äußersten Lage. Hierbei bilden die Elemente 20 und 21 und die Oberfläche des

jo Unterstempels 19 einen Raum, von dem die eingeschüttete Masse 23 aufgenommen wird.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren bei der Formung von z. B. Kapseln.

Eine erforderliche Menge halbtrockener Siliziumkarbidmasse wird mittels Einschüttungsvorrichtung oder von Hand in die Form gebracht. Es werden die Schwingungserreger 14 (Fig. 1) eingeschaltet, deren Unwuchtwellen bei ihrer Drehung im entgegengesetzten Sinn senkrechtgerichtete Schwingungen des an Federn 12 aufgehängten Zusatzquerträgers 13 mit den die Seitenwände bildenden Formteilen 15 erzeugen. Unter der Einwirkung der Rüttelbewegung füllt die halbtrockene Masse gleichmäßig den Formraum und wird gleichzeitig vorverdichtet.

Dann wird der Druckzylinder 6 eingeschaltet, welcher den beweglichen Querträger 8 mit dem Oberstempel 9 herabschiebt. Bei seiner Abwärtsbewegung verdichtet der Oberstempel 9 die Masse 23 in der Form, und gleichzeitig werden die die Seitenwände bildenden Formteile 15 mit dem Zusatzquerträger 13 herabgeschoben. Beim Herabschieben des Zusatzqwerträgers 13 drücken die Kolbenstangen 11 die Druckflüssigkeit aus den Druckzylindern 10 heraus und in den Abfluß. Jetzt

>5 werden die Elektromotoren 24 (F i g. 2) des Antriebs für die Schwingungserreger 17 eingeschaltet; diese Motoren setzen über Kupplungen 25 einen Synchronisator 26 in Drehung, welcher über Kardanwellen 27 die Drehbewegung auf die Unwuchtwellen 18 des Schwin-

bo gungserregers 17 überträgt, wobei diese im entgegengesetzten Sinn, aber synchron in bezug auf Drehzahl und Phase gedreht werden. Auf diese Weise werden die senkrechtgerichteten Schwingungen des Rüttelrahmens 3 und des auf ihm befestigten Unterstempels 19 erzeugt.

b5 Der Rüttelrahmen 3 wird unter Einwirkung der Rüttelkraft des Erregers 17 von der elastischen Zwischenlage 2 abgehoben und dann bei seiner λ Hu/S pt cKp\L/giTuniT 'jfiter dem Einfluß der vibrierenden

Anlageteile (Rüttelrahmen 3, Unterstempel 19, Stützen 4, oberer Querträger 5, Druckzylinder 6, Schwingungserreger 17) sowie der durch Federn 28 der Anpreßvorrichtung 16 erzeugten Kraft auf die elastische Zwischenlage 2 gedrückt, wodurch Schwingungsamplitude und -beschleunigung vergrößert werden. Damit wird ein Schwingungszustand erzeugt, der in bezug auf die Effektivität seiner Wirkung auf die zu verdichtende Masse, die von harmonischen Schwingungen und Beschleunigungen des Formprozesses bei den bekannten Verfahren übertrifft. Auf diese Weise befindet sich die Masse in der Form unter der Einwirkung von Rüttelschwingungen, die auf sie von unten her durch den Unterstempel 19 übertragen werden, von Anpreßdruck von oben her, der durch den Oberstempei 9 erzeugt wird, und von Schwingungen längs der inneren und äußeren Seitenflächen, wobei diese Schwingungen durch die Elemente 20 und 21 übertragen werden. Durch die erwähnten Krafteinwirkungen wird die Masse schnell und gleichmäßig verdichtet, bis die erforderliche endgültige Dichte erreicht wird.

Nach Ablauf von 20 bis 25 Sekunden (die Zeit wird in Abhängigkeit von den Erzeugnismaßen und der Massenzusammensetzung bestimmt) werden die Elektromotoren ausgeschaltet und die Drehbewegung der Unwuchtwellen der Schwingungserreger 14 und 17 hört auf. Hiermit ist der Verdichtungsprozeß beendet.

Der Druckzylinder 6 schiebt den beweglichen Querträger 8 mit dem Oberstempel 9 nach oben in die höchste Stellung, während die Druckzylinder 10 den Zusatzquerträger 13 mit den die Seitenwände bildenden Formteilen 15 herablassen, wodurch das eingeformte Erzeugnis freigegeben wird. Gleichzeitig mit dem Einschalten der Druckzylinder 10 werden die Elektromotoren der Erreger 14 eingeschaltet. Die Schwingungen der die Seitenwände bildenden Formteile 15 während der Befreiung des eingeformten Erzeugnisses aus der Form vermindern stark die hierzu erforderliche Kraft und beschleunigen diesen Proßez, wodurch der Verschleiß der Elemente 20 und 21 verringert wird. Nachdem das Erzeugnis mit seiner Oberkante aus der oberen Ebene der Elemente 20, 21 ausgetreten ist, werden die Schwingungserreger 14 ausgeschaltet.

Das Erzeugnis (die Kapsel) bleibt auf dem Unterstempel 19 stehen, wird aus der Vorrichtung herausgenommen und zur folgenden technologischen Bearbeitung (dem Trocknen) weitergeleitet. Hiernach wird der Zusatzquerträger 13 mit den Elementen 20, 21 in höchster Stellung gehoben.

Das Arbeitsspiel beim Formen der Kapsel ist beendet, und die Anlage ist für das nächste Arbeitsspiel bereit.

Nachstehend werden einige Beispiele der Erfindung erläutert.

Beispiel 1

Es wurden Kapseln zum Reduzieren von Eisenpulver aus Zunder hergestellt, die aus einem Rohr mit 510 mm Außendurchmesser, 450 mm Innendurchmesser und 310 mm Höhe bestanden. Zu diesem Zweck wurde eine halbtrockene Siliziumkarbidmasse verwendet, die Ton und Sulfitalkohol-Ablauge (technologisches Bindemittel) in einer Menge von 3 bzw. 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Grundmassen (Siliziumkarbid), enthielt Es wurde eine Form aus miteinander nicht verbundenem Unter- und Oberstempel, aus Innen- und Außenteil des Formrahmens, die miteinander durch vier unter 90° über dem Formrahmenumfang angeordnete Steine verbunden waren, verwendet Der Unterstempel besitzt durchgehende Längsnuten und ist in den Spalt zwischen den Formteilen so eingesetzt, daß die Steine in seine Nuten eintreten.

Die trockene Masse wurde in die Form eingeschüttet, und gleichzeitig wurde der Formrahmen harmonichen Schwingungen ausgesetzt, die mit HiIe elektromechanischer Erreger erzeugt wurden. Der Formrahmen hatte eine Schwingfrequenz von 50 Hz, die Differenz der Schwingungsamplituden des Formrahmens und des

ίο Unterstempels betrug 0,4 mm. Während des Einschüttens der Masse wurde diese um 15% vorverdichtet. Sie wurde bei gleichzeitiger Wirkung von Formschwingungen und Anpreßdruck P₂ von oben her auf die zu verdichtende Masse, der 1,8 bar betrug, sowie einer Rüttelkraft, die einen i 5 bar großen Druck P\ auf die Masse von unten her erzeugte, nachverdichtet, wobei

das Verhältnis -— = 0,12 betrug. Der Verdichtungspro-

"l

zeß dauerte 25 s.

Die nach dem beschriebenen Verfahren erhaltenen Erzeugnisse hatten eine scheinbare Durchschnittsdichte von 2,60 g/cm³ und eine räumliche Dichtenungleichmäßigkeit (Dichtendifferenz) von höchstens 0,06... 0,08 g/ cm3.

Beispiel 2

Es wurden Führungen für Zementieröfen hergestellt, die aus einem Parallelepiped mit 575 χ 180 mm Abmessung im Grundriß und 90 mm Höhe bestanden, an dessen einer Seitenfläche zwei 80 χ 30 mm große Fasen entlang einer Längsseite vorhanden waren. Zu diesem Zweck wurde eine halbtrockene Siliziumkarbidmasse verwendet, die in Gew.-% enthielt:

Siliziumkarbid 80

kristallines Silizium 20

alkoholische Bakelitlösung 7,5

Dichte 1,16 g/cm³

(technologisches Bindemittel)

Die Menge des technologischen Bindemittels ist in einem Überschuß, bezogen auf das Gewicht von trockenen Pulvern, enthalten. Es wurde eine Form aus Unter- und Oberstempel sowie Formrahmen, die miteinander nicht verbunden waren, verwendet. Die Masse wurde analog den Angaben des ersten Beispiels eingeschüttet und vorverdichtet.

Sie wurde bei gleichzeitiger Wirkung von Formschwingungen und Anpreßdruck von oben her, der 2,5 bar betrug, sowie einer Rüttelkraft, die einen 7,8 bar großen Druck P\ auf die Masse von unten her erzeugte.

nachverdichtet, d. h. das Verhältnis -^- betrug 0,32. Der Verdichtungsprozeß dauerte 10 ... 15 s. Die erhaltenen Erzeugnisse hatten eine scheinbare Durchschnittsdichte von 2,70 g/cm³ und eine räumliche Dichtenungleichmäßigkeit von höchstens 0,05 g/cm³.

Beispiel 3

Es wurden Untersätze zum 3rennen von Keramikwaren hergestellt die aus einem I-Träger mit 200 mm Länge, 200 mm Höhe und 100 mm Flanschbreite sowie 25 mm Stegdicke bestanden. Zu diesem Zweck wurde eine halbtrockene Siliziumkarbidmasse verwendet deren Zusammensetzung aus dem ersten Beispiel ersichtlich ist Ebenso wie bei den vorhergehenden Beispielen wurde eine Form aus Unter- und Oberstempel sowie Formrahmen, die miteinander nicht verbun-

das Verhältnis^- betrug 0,25. Der Verdichtungsprozeß

den waren, verwendet. Stempel und Formrahmen einen Druck P\ von 8,4 bar auf die Masse erzeugte, d. h. hatten einen I-förmigen Querschnitt.

Die Masse wurde analog den Angaben des ersten Beispiels eingeschüttet und vorverdichtet. Die Nachverdichtung erfolgte analog dem ersten und zweiten Beispiel, aber bei einem Anpreßdruck Pi von 2,1 bar von oben her und bei einer Rüttelkraft, die von unten her

dauerte 20 s. Die erhaltenen Erzeugnisse hatten eine scheinbare Durchschnittsdichte von 2,62 ... 2,64 g/cm³ und eine Dichtenungleichmäßigkeit von höchstens 0,06 g/cm³.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus halbtrockenen, schüttbaren Massen, vorzugsweise aus feuerfesten und keramischen Massen, durch Schütten der Masse in eine die Seitenwände des Erzeugnisses bildende Form und durch darauffolgendes Verdichten derselben zwischen einem Oberstempel und einem Unterstempel mit senkrecht gerichteten Rüttelstoßschwingungen, während der Preßdruck auf die Masse von oben her ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse bereits während des Schüttens in die Form der Einwirkung von vertikalen harmonischen Schwingungen der die Seitenwände bildenden Formteile ausgesetzt wird und daß diese harmonischen Schwingungen während der darauffolgenden Einwirkung des Preßdrucks und der Rüttelstoßschwingungen andauern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Preßdruckes auf die Masse von oben (P₂) zu dem durch die Rüttelstoß-

schwingungen ausgeübten Druck (Pi), d.h.— im ^ Bereich zwischen 0,1 und 0,35 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen mit einer Differenz (A 1 — A 2) der Schwingungsamplituden von Formrahmen und Unterstempel von 0,2 bis 0,5 mm erfolgt, jo

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer aus Unterstempel, Oberstempel und die Seitenwände des Erzeugnisses bildenden Formteilen bestehenden Preßform mit einem mittels einer elastischen Zwischenschicht auf einer Grundplatte aufgesetzten Rüttelrahmen mit an ihm befestigten vertikalen Stützen, die an ihren oberen Enden durch einen festen Querträger mit einem Kraftzylinder miteinander verbunden sind, auf dessen Kolbenstange ein beweglicher Querträger mit dem Oberstempel sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundplatte (1) Druckzylinder (10) angeordnet sind, an deren Kolbenstangen (11) mittels elastischer Elemente (12) ein weiterer Querträger (13) so aufgehängt ist, daß v, er längs den Stützen hin- und herbewegbar ist und dieser weitere Querträger (13) Schwingungserreger

(14) und die die Seitenwände bildenden Formteile

(15) trägt, während der Unterstempel (19) am Rüttelrahmen (3) koaxial zu den die Seitenwände _w bildenden Formteilen (15) angeordnet ist.