Способ определения энергосиловых параметров процесса экструдирования порошков в шнеке

 

Изобретение относится к способам определения энергосиловых параметров процесса экструдирования порошков в шнеке. Цель изобретения - оптимизация параметров процесса. При помощи динамометра тарируют тензоэлементы. На первом этапе экструдирования измеряют окружную силу трения порошка по основанию винтовой канавки шнека путем вращения витков шнека вокруг центрального неподвижного стержня Затем измеряют окружную силу трения порошка по всей поверхности канавки шнека путем вращения витков шнека совместно с центральным стержнем. Величину окружной силы трения порошка по боковой поверхности канавки шнека определяют как разность между окружными силами трения порошка по всей поверх- ; ности канавки шнека и по основанию канавки шнека. На обоих этапах измеряют мощность, развиваемую электродвигателем . С учетом коэффициента полезного действия определяют мощность , затрачиваемую шнеком на экст- S рудирование изделий. 5 ил, 1 табл. (Л o со Од СД

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3889081/22-02 (22) 24.04.85 (46) 15.02.87. Бюл. й- б (71) Витебский технологический институт легкой промышленности (72) С.С.Клименков и А.Н.Красновский (53) 621.762.4.043(088.8) (56) Тензометрия в машиностроении/Под ред. P.À.Èàêàðoâà, М. : Машиностроение, 1975, с. 126-143.

Касаткин Б.С. и др. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. Киев: Наукова думка, 1981, с. 234-245. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ

ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭКСТРУДИРОВАНИЯ

ПОРОШКОВ В ШНЕКЕ (57) Изобретение относится к способам определения энергосиловых параметров процесса экструдирования порошков в шнеке. Цель изобретения — оптимиза„„SU„„1290135 А 1 (5g 4 С 01 N 1/28, В 22 F 3/20 ция параметров процесса. При помощи динамометра тарируют тензоэлементы.

На первом этапе экструдирования измеряют окружную силу трения порошка по основанию винтовой канавки шнека путем вращения витков шнека вокруг центрального неподвижного стержня.

Затем измеряют окружную силу трения порошка по всей поверхности канавки шнека путем вращения витков шнека совместно с центральным стержнем, Величину окружной силы трения порошка по боковой поверхности канавки шнека определяют как разность между окружными силами трения порошка по всей поверхО ности канавки шнека и по основанию щ канавки шнека. На обоих этапах измеряют мощность, развиваемую электродвигателем. С учетом коэффициента полезного действия определяют мощность, затрачиваемую шнеком на экструдирование изделий. 5 ил, 1 табл.

1 129013

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к методам исследования энергосиловых параметров процесса эструдирования металлических порошков и их смесей.

Целью изобретения является оптимизация параметров процесса.

На фиг. 1-3 изображено устройство для осуществления способа определения энергосиловых параметров процесса 10 экструдирования порошков; на фиг. 4— схема сил, действующих на тензоэлементы; на фиг. 5 — схема сил, возникающих при экструзии порошка в шнеке.

Способ определения энергосиловых 15 параметров процесса экструдирования порошков осуществляют следующим образом.

При помощи динамометра производят 20 предварительное тарирование тензоэлементов с целью уменьшения погрешности измерения. Далее измерение энергосиловых параметров производят поэтапно.

На первом этапе экструдирование осу- 25 ществляют путем вращения витков шнека вокруг центрального неподвижного стержня. При этом измеряют силовые параметры, воздействующие на основание винтовой канавки шнека. Появление Ю окружной силы трения порошка по основанию канавки сопровождается деформацией соответствующего тензоэлемента.

Величина окружной силы трения регистрируется самописцем эаписывающеro при- 35 бора на бумажной ленте. После установления стационарного режима работы, т.е. спустя некоторое время с начала течения порошка в отверстие матрицы, 1 первый этап измерений заканчивают. 40

На втором этапе измерений центральному стержню сообщают вращательное движение совместно с витками шнека.

При этом измеряют силовые параметры, воздействующие на всю поверхность 45 канавки шнека, Величина окружной силы трения порошка по всей поверхности шнека регистрируется соответствующим самописцем. Величину окружной силы трения порошка по боковой поверхности 50 канавки шнека определяют как разность между .окружными силами трения порошка по всей поверхности канавки шнека и по основанию канавки шнека. На обоих этапах измерений ваттметром, вклю- 55 ченным в цепь электродвигателя, измеряется мощность, развиваемая электродвигателем. Исходя из нее с учетом коэффициента полезного действия и передаточного отношения всех промежуточных звеньев кинематической цепи определяют мощность, затрачиваемую шнеком на экструдирование изделий.

Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

От привода (не показан) вращательное движение сообщается шнеку 1, внутри которого установлен центральный неподвижный стержень 2, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру винтовой поверхности шнека (фиг. 1), Одновременно из загрузоч- ного бункера 3 на витки шнека поступает порошок. Продвигаясь по нарезке шнека, порошок достигает зоны уплотнения матрицы 4, в которой начинается

его прессование в готовое изделие 5.

Плотность изделия определяется степенью обжатия матрицы, реологическими характеристиками порошка и максимальным усилием прессования, которое может развить шнек, причем усилие прессования изменяется от нуля до некоторой величины, при которой начинается течение порошка в отверстие матрицы, Соответственно возрастанию усилия прессования растет и окружная сила трения порошка по поверхности шнека, Эта сила создает соответствующий момент трения порошка по поверхности шнека, направление действия которого противоположно направлению перемещения порошка. При достижении шнеком критического усилия прессования под влиянием указанного момента силы трения порошок начинает проскальзывать относительно гильзы 6 и стержня 2 в радиальном направлении.

Возникающая при этом окружная сила трения порошка по основанию канавки шнека через рычаг 7 (фиг. 2 и 3), соединенный со стержнем 2, вызывает деформацию тензоэлемента. 8, на котором наклеены тензорезисторы 9, соединяющиеся с тензостанцией (не показана), Самописец регистрирующего прибора регистрирует на ленте величину этой силы. На этом первый этап измерений заканчивают. На втором этапе производят измерение окружной силы трения порошка по всей поверхности канавки шнека, Для этого рычаг 7 снимают со стержня, а последний соединяют со шнеком скользящей шпонкой 10. Цикл работы устройства повторяется. При этом окружную силу трения порошка по всей поверхности ка12901 навки шнека воспринимает тензоэлемент

11, соединенный посредством рычага l2 с гильзой 6. Величину указанной силы регистрирует соответствующий самописец регистрирующего прибора. 5

Измеренные величины окружных сил соответствуют длине плеча рычага, т.е. расстоянию от центра пересечения осей симметрии устройства до точки пересечения перпендикуляра, проведен- 10 ного из точки контакта рычага и тензоэлемента с горизонтальной осью устройства. Действительную величину окружной силы трения определяют пересчетом на действительный радиус ее 15 действия (фиг. 4).

Величина окружной силы трения порошка по основанию винтовой канавки шнека

20 ,пь

Р—

««»

1 1 где P — измеренная величина окруж1 ной .силы, соответствующая длине плеча рычага 7;

d, - — радиус приложения окружной

2 силы трения порошка по основанию канавки шнека; 30 — длина плеча рычага 7; — коэффициент трения материала стержня по материалу шнека.

Величина окружной силы трения порошка по всей поверхности канавки шнека р М.

Р =

1 ° f

35 4 где M M — величина моментов окруж1 д ной силы трения порошка соответственно по основанию канавки шнека и по всей поверхности канавки шнека.

Величину окружной силы трения и момента этой силы по боковой поверхности канавки шнека определяют как разность соответствующих сил и моментов по всей поверхности канавки шнека и по основанию канавки шнека:

M = M — M

Окружные силы трения являются проекциями соответствующих сил трения на радиальную ось шнека, что позволяет определить величину самих сил трения, так как направление их действия известно.

Сила трения порошка по основанию канавки шнека

F р

0 cosa где о — угол подъема витков .винтовой поверхности шнека.

Сила трения порошка по боковой поверхности канавки шнека

cos

Сила трения порошка по всей по-. верхности канавки шнека

М = F

М = F . н

42, f, Pa du

41 где Р— измеренная величина окружной

2 силы, соответствующая длине плеча рычага 12;

†. Радиус поверхности, Воспри- 45

:нимающей силу трения порошка по всей поверхности канавки шнека;

à — длина плеча рычага 12;

f — коэффициент трения материала50 гильзы по материалу шнека.

Зная величину окружных сил трения, величину моментов этих сил определяют как

Fg

F совы

Измерение мощности на каждом эта- пе измерений позволяет определить мощность, затрачиваемую шнеком непосредственно на прессование изделия.

Так, мощность, развиваемая шнеком при неподвижном стержне, определяется как

N = N

У где И вЂ” измеренная мощность, развиваемая электродвигателем на первом этапе из..:ерений;

, i — - КПД и передаточное отношение кинематической цепи от двигателя до шнека.

12901

3 - 4

М и

97400

20.Р

М ° п

97400

N =М -N

N =N -И

Ъ 6

Мощность, развиваемая шнеком при вращающемся вместе с витками шнека стержне: где М вЂ” измеренная мощность, развиваемая электродвигателем на втором этапе измерений.

Мощность, затрачиваемая шнеком на преодоление силы трения. порошка по боковой поверхности канавки шнека (стержень неподвижен): где М вЂ” момент силы трения порошка по боковой поверхности канавки шнека (кгс см);

n — - частота вращения шнека (об/мин).

Мощность, затрачиваемая шнеком на преодоление силы трения порошка по всей поверхности канавки шнека (стержень вращается вместе с винтами шнека): где М вЂ” момент силы трения порошка по всей поверхности канавки шнека (кгс см).

Исходя из этого мощность, затра- . чиваемая шнеком непосредственно на прессование изделия на первом и втором этапах измерений, определится соответственно:

В таблице представлены сравнительные данные исследования процесса

35 6 экструдирования сплошных профилей из пластифицированного порошка марки.

ПЖЗМЗ (12K парафина) в зависимости от различных конструктивных параметров шнека.

Анализ экспериментальных данных позволяет оптимизировать процесс экструдирования порошков путем совершенствования конструкции рабочих органов экструдирующих устройств, формы и профиля канавки, шага винтовой поверхности, соотношения наружного и внутреннего диаметров винтовой поверхности и т„д. для различных порошков и порошковых смесей.

Применение предоставляет возможность определения затрачиваемой мощности, сил и моментов сил трения порошка по поверхности канавки шнека, что позволяет оптимизировать процесс экструдировки порошков.

Формула изобретения

25 Способ -определения энергосиловых параметров процесса экструдирования порошков в шнеке, включающий тарирование тензоэлементов и измерение окружной силы трения, о т л и ч а ю30 шийся тем, что, с целью оптимизации параметров процесса, после тарирования тензоэлементов первоначально измеряют окружную силу трения порошка по основанию винтовой канавки шнека путем вращения витков шнека вокруг центрального неподвижного стержня, затем измеряют окружную силу трения порошка по всей поверхности канавки шнека путем вращения

4(} витков шнека совместно с центральным стержнем, а окружную силу трения порошка по боковой поверхности канавки шнека определяют как разность между окружными силами трения порошка по

45 всей поверхности канавки и по основанию канавки шнека.

1290135

Усилие

Параметры винтовой поверхности шнека

Шаг винтовой по

Ширина винтовой рошка по основани поверхности каканавки, а, мм канавки навки шне ка, кН шнека, кН

265

21

20

20

290

24

30

50

295

41!

20

50

228

63!

35

12

216

22

35

50

Наружный диаметр, д !1, Внутрен ний диаметр, аьу мм верхности, MM

Окружная сила трения поОкружная сила трения по боковой прессо вания, кН

Проиэводительность процесса экструдирова" ния, мм/мин

1290135

Корректор М. Поко

Тираж 799

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор А. Лежнина

Заказ 7892/38

Составитель Т. Шевелева

Те>Ред И.Попович