способ полусухого прессования керамических изделий и устройство для его осуществления

область техники, к которой относится изобретение изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамических изделий, преимущественно, глиняного кирпича, получаемого методом полусухого прессования.

предшествующий уровень техники полусухое прессование керамических изделий из пресс-порошков имеет широкое распространение, поскольку позволяет получать изделия с достаточно высокой прочностью, имеющие точные размеры и конфигурацию, дающие минимальную усадку при сушке и обжиге.

известен способ полусухого прессования кирпича-сырца, при котором применяют двухступенчатое прессование на двухсторонних, вертикального действия, коленно-рычажных механических прессах CM-301A, CM-1085A. (см. книгу а.з. золотарский, е.ш. шейнман. производство керамического кирпича. M., высшая школа, 1989, стр. 12 — 127). этот способ характеризуется прессованием в два приема. сначала осуществляют прессование при относительно низком давлении, а окончательное прессование осуществляют сжатием массы высоким давлением в пределах 22,2 ...50 мпа, при этом между первой и второй ступенями нагрузка на прессуемую массу снимается, верхний штамп несколько приподнимают, обеспечивая выход воздуха из подпрессованной массы пресс-порошка. засыпка дозы порошка в пресс-формы осуществляется в направлении, совпадающим с направлением прессующего давления, что предопределяет достаточно равномерное перераспределение гранул порошка в прессующем объеме при их смещении в процессе первой ступени прессования.

однако такой способ характеризуется невысокой производительностью в связи с тем, что выталкивание готового изделия в прессе осуществляется через входное отверстие пресс-формы, загрузка пресс-формы порошком также осуществляется со стороны расположения прессующего инструмента, что требует

или вывода пресс-формы из зоны прессования, или отвод инструмента на большее, чем это требуется условиями формования, расстояние - все это приводит к увеличению по времени цикла работы. применение прессов из нескольких секций, позволяющих осуществлять формование одновременно нескольких изделий, является затратным по энергетическим и эксплуатационным показателям.

известен способ полусухого формования сырца-кирпича (см. патент RU 2229973, мпк B28Bз/00, опубл.10.11.2003), в котором также как и в вышеописанном способе прессования на прессах моделей CM, силовое воздействие инструмента на формуемую смесь прикладывается в две ступени, и увеличивают давление по ступеням с регулируемой разгрузкой усилия между ступенями. техническим результатом такого решения является повышение качества кирпича-сырца за счет удаления из подпрессованной смеси воздуха и релаксации внутренних напряжений. однако этому способу присущи те же недостатки — невысокая производительность, большие габариты оборудования, имеющего несколько секций для одновременного прессования определенного количества изделий, высокие эксплуатационные и энергетические затраты.

вышеперечисленные недостатки отсутствуют в технологиях непрерывного полусухого прессования методом «киpпич в киpпич», т.е. в способах полусухого прессования, включающих порционную подачу материала в прессующий канал, уплотнение его поршнем и сжатие уплотненного материала усилием, направленным вдоль прессующего канала, т.е. сжатие прессуемого материала между поверхностью прессующего поршня и поверхностью последнего из ранее отпрессованных изделий, заполняющих прессующий канал (см. описание к авт. св-ву N° 903207, мпк в 30 Bl 1/26, опубл. 07.02.82, см. патент RU 2198786, мпк B28B 3/02, опубл. 20.02.2003). способ полусухого прессования керамических изделий методом «киpпич в киpпич» позволяет прессовать изделия «нa пpoxoд», т.е. при прямом ходе прессующего поршня осуществляется вывод ранее отпрессованного изделия, находящегося на выходе прессующего канала, а засыпка дозы прессуемого материала в объем прессующего канала совмещена с возвратным ходом прессующего поршня. все это значительно сокращает время цикла изготовления одного изделия, и повышает производительность по

сравнению с прессованием изделий на механических рычажно-кривошипных прессах. кроме того, пресса с горизонтальным прессующим каналом характеризуются относительно небольшими габаритами, простотой конструкции, невысокими эксплуатационными затратами. однако способ полусухого прессования методом «киpпич в киpпич» не получил широкого распространения. при этом одной из причин является невысокое качество изделия, связанное с проблемой удаления воздуха из прессуемой массы в процессе ее сжатия, а также связанное с неравномерной плотностью изделия, обусловленной недостаточным перераспределением гранул порошка в объеме прессуемой массы.

в качестве прототипа заявляемого способа полусухого прессования керамических изделий принято изобретение по патенту RU JYoI 838101, мпк: B28Bз/24, опубл. 30.08.93. это изобретение решает задачу повышения качества изделия за счет сжатия прессуемой массы не только воздействием прессующего усилия, направленного вдоль прессующего канала, но и сжатием ее в поперечном направлении. способ по патенту NsI 838101 включает порционную подачу материала в прессующий канал, предварительное уплотнение его поршнем, и сжатие порции уплотненного материала вдоль продольной оси прессующего канала между поршнем и отпрессованной порцией материала, и перпендикулярно упомянутой оси при перемещении в мундштуке, причем сжатие материала в вертикальном направлении осуществляют за счет сходящихся створок мундштука, а в горизонтальном - за счет расширяющихся пустотообразователей.

разнонаправленное (трехосевое) воздействие прессующего усилия, которое имеет место в прототипе, способствует получению кирпича-сырца с более плотной структурой. однако сжатие прессуемого материала в поперечном направлении на стадии, когда основной процесс прессования уже завершен, т.е. тогда, когда произошла деформация гранул и их сцепление, не решает задачи получения кирпича с равномерной по его объему плотностью.

известно устройство для непрерывного полусухого прессования керамических изделий (см. патент SU JN2I8з8IOI, мпк B28 Bз/24, 3/26, опубл. 30.08.93), содержащее сообщенные между собой бункер подачи материала, прессующий канал с поршнем, мундштук с поворотньми, шарнирно

установленными на выходной части мундштука, створками, и пустотообразователи, установленные с расположением расширяющихся концевых частей между створками мундштука. подача материала из бункера в прессующий канал происходит за счет веса материала при происходящем при обратном движении поршня раскрытии окна, сообщающего бункер и объем канала. при рабочем ходе поршня, он сдвигает материал в зону прессования и при этом перекрывает своей верхней плоскостью загрузочное окно, обеспечивая, таким образом, дозирование прессуемой порции.

работоспособность известного устройства в значительной степени зависит от свойств материала, который обязательно должен быть сыпучим. наряду с этим ограничением существенным недостатком данного устройства является то, что предварительное уплотнение массы осуществляется в замкнутом объеме прессующего канала, что затрудняет удаление воздуха из пресс-порошка, и при дальнейшем прессовании происходит защемление воздуха в объеме спрессованной массы, что обусловливает низкое качество кирпича-сырца и его предрасположенность к расслаиванию. кроме того, в известном устройстве имеет место ограниченное перераспределение гранул при предварительном уплотнении массы, т.е. тогда, когда гранулы достаточно подвижны и их желательно «yпaкoвaть» плотнее и равномернее. однако этого не происходит, поскольку смещение гранул пресс-порошка, как при уплотнении, так и при последующем сжатии, происходит вдоль прессующего канала, т.е. по ходу движения поршня (в направлении приложения усилия), и при этом отсутствуют какие-либо факторы, которые способствовали бы перераспределению гранул в направлении, поперечном движению прессующего поршня. это обусловливает неравномерную плотность кирпича-сырца, что существенно снижает качество готового изделия.

в качестве прототипа заявляемого устройства принято решение по патенту RU ж 2198786, мпк в 28 в 3/02; опубл. 20.02.2003 - устройство полусухого прессования керамических изделий, являющееся наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков. прототип содержит бункер подачи материала и продольный прессующий канал, сообщенные между собой посредством загрузочного окна, перекрываемого совершающей возвратно- поступательное перемещение заслонкой, поршень, установленный в прессующем

канале с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и нажимной механизм, изменяющий поперечное сечение прессующего канала с целью обеспечить запирание отформованных изделий во время прессования очередной порции материала. основным недостатком прототипа является низкое качество формуемых изделий, обусловленное теми же причинами, которые имеют место в вышеописанном решении по патенту N° 1838101.

раскрытие изобретения заявляемым изобретением решается задача повышения качества керамических изделий, преимущественно кирпича-сырца, формуемого способом полусухого прессования методом «киpпич в киpпич», за счет достижения равномерной плотности изделия и за счет предварительного удаления воздуха из формуемой массы. поставленная задача решена тем, что в способе полусухого прессования керамических изделий, включающем подачу формуемого материала в прессующий канал, сжатие этого материала между рабочей поверхностью установленного в упомянутом канале прессующего поршня и поверхностью ранее отформованного изделия с направлением прессового усилия вдоль прессующего канала, и дополнительное воздействие на формуемый материал с приложением усилия в поперечном относительно прессующего канала направлении, согласно заявляемому изобретению дополнительное воздействие осуществляют на поданный в прессующий канал формуемый материал перед упомянутым сжатием, при этом усилие дополнительного воздействия прилагают со стороны загрузочного окна прессующего канала и создают его одинаковым по всей площади воздействия.

дополнительное воздействие на поданный в прессующий канал формуемый материал в направлении, поперечном относительно направлению действия прессующего поршня, и на стадии, когда формуемый материал только засыпан в прессующий канал, но еще не подвергался сжатию (в том числе и предварительному уплотнению) обеспечивает иной технический результат, чем тот, который имеет место при поперечном воздействии на уже отформованный

кирпич-сырец, которое осуществляют с целью дополнительного уплотнения в известных решениях. в заявляемом решении упомянутое дополнительное воздействие обеспечивает перераспределение гранул пресс-порошка, т.е. формуемого материала, тогда, когда гранулы не деформированы, в наибольшей степени подвижны, на поверхности гранул отсутствует влага, способствующая их сцеплению, вследствие чего происходит практически свободное их перемещение в направлении усилия дополнительного воздействия, совпадающего с направлением подачи материала в прессующий канал. причем такое поперечное воздействие, в первую очередь, способствует перераспределению засыпанных гранул, находящихся в верхней части заполненного объема, т.е. в той части, которая в наибольшей степени заполнена неравномерно, поскольку в центре или с одного краю (в зависимости от конструкции дозатора) формуемый материал ложится горкой, а на периферии - образуются пустоты. при вертикальном прессовании на кривошипно-рычажных прессах, за счет того, что направление приложения усилия прессования совпадает с направлением засыпки материала и за счет возможности применения невысокого давления в начале прессования, проблема равномерности распределения гранул частично может быть решена на первой стадии прессования. на горизонтальных прессах, так как движение прессующего поршня осуществляется в направлении, перпендикулярном направлению подачи материала, гранулы будут спрессованы так, как они перераспределились при свободном падении при подаче в прессующий канал. в итоге кирпич-сырец будет характеризоваться неравномерной плотностью, и дополнительное поперечное воздействие на отформованный кирпич на стадии вывода его из прессующего канала, как это имеет место в прототипе, не решает эту проблему, поскольку поперечное воздействие в известном решении способствует уплотнению кирпича-сырца, но не устраняет неравномерности уплотнения. заявленное изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в равномерности распределении гранул пресс-порошка в объеме материала перед его сжатием, что дает возможность получать изделия с максимально равномерной плотностью. кроме того, заявляемым решением достигается дополнительный технический результат, также направленный на повышение качества изделий, повышения их плотности и прочности, и

выражающийся в том, что поперечное воздействие способствует удалению воздуха из формуемой массы, и значительно снижает вероятность его защемления при прессовании.

при конкретном исполнении заявляемого способа величина усилия дополнительного воздействия может быть подобрана в зависимости от свойств формуемого материала. такой подбор может быть осуществлен экспериментально с учетом особенностей производства и характеристики пресс-порошка.

формуемый материал перед подачей в прессующий канал дозируют. вышеуказанный технический результат будет иметь место при осуществлении заявляемого способа с отсечением поступившей в прессующий канал порции, например, заслонкой, выполненной определенной формы. однако предпочтительней осуществлять подачу предварительно отмеренных доз формуемого материла, поскольку при дозированной подаче имеется возможность более точного подбора величины усилия дополнительного воздействия, являющегося оптимальным для всех изделий, прессуемых без останова оборудования. отсутствие дозирования может привести к тому, что некоторые отклонения объема формуемой массы при одной, выставленной при запуске оборудования величине усилия дополнительного воздействия, станут причиной ухудшения качества изделий. кроме того, дозированная подача упрощает процесс вакуумирования, которое может быть организовано с минимальными доработками оборудования.

поставленная задача решена также тем, что в устройстве для полусухого прессования керамических изделий, содержащем средство подачи формуемого материала и горизонтально ориентированный прессующий канал, сообщенные между собой посредством загрузочного окна, перекрываемого совершающей возвратно-поступательное перемещение заслонкой, поршень, установленный в прессующем канале с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения, согласно заявляемому изобретению заслонка смонтирована в направляющих, установленных под острым углом к продольной оси прессующего канала, и связана с приводом ее возвратно-поступательного перемещения, при этом исполнительная часть заслонки выполнена коробчатой формы, переходящей в клиновидную, со скосом в виде горизонтальной и параллельной относительно

продольной оси прессующего канала плоскости. другими словами, плоскость скоса заслонки ориентирована перпендикулярно рабочей плоскости поршня, и в процессе возвратно-поступательного перемещения заслонки, при ее подходе к рабочей камере прессующего канала, плоскость скоса осуществляет воздействие на загружаемый материал в области загрузочного окна в поперечном направлении (относительно направления прессования), обеспечивая тем самым поперечное уплотнение засыпанного в рабочую камеру материала. коробчатая форма заслонки, боковые стороны которой сопряжены с направляющими на некотором протяженном участке, исключает перекос заслонки и обеспечивает точность перекрытия упомянутой плоскостью загрузочного окна.

форма исполнения заслонки, характеризующаяся наличием плоскости, ориентированной перпендикулярно рабочей плоскости поршня, и установка заслонки в направляющих, которые смонтированы под острым углом к продольной оси прессующего канала, и которые обеспечивают перемещение упомянутой плоскости заслонки при ее рабочем ходе в направлении к рабочей камере прессующего канала и, одновременно, в направлении, совпадающем с направлением движения поршня, обусловливают то, что заслонка, помимо своей основной функции (перекрытие загрузочного окна) работает как дополнительный поршень, воздействующий на засыпанный в рабочую камеру прессующего канала материал в поперечном относительно прессующего канала (и относительно движения поршня) направлении. при этом обеспечивается упомянутое дополнительное воздействие на поданный в прессующий канал формуемый материал на стадии, когда этот материал только засыпан в прессующий канал, но еще не подвергался сжатию. таким образом, заслонка обеспечивает тот же технический результат, что и заявляемый способ, а именно: под действием поверхности скоса заслонки происходит перераспределение гранул пресс- порошка в объеме прессующего канала после его загрузки формуемой массой тогда, когда гранулы еще не деформированы и в наибольшей степени подвижны, при этом «yпaкoвкa» гранул способствует предварительному удалению воздуха из этой массы.

конструктивно привод возвратно-поступательного перемещения заслонки может быть проработан в виде жестко связанного с валом двигателя качающегося

кривошипа, шарнирно соединенного через шатун с хвостовиком заслонки. такой механизм привода обеспечит необходимую траекторию движения заслонки, при этом характеризуется надежностью работы, ремонтопригодностью, возможностью регулировок. с целью обеспечения требуемой ориентации плоскости скоса и исключения ее перекосов является целесообразной следующая конструктивная проработка привода. кривошип и шатун выполняются в виде парных элементов, симметрично разнесенных относительно линии, являющейся осью хвостовика заслонки, при этом связь хвостовика заслонки с элементами шатуна осуществляют посредством ш-образной вилки, включающей центральный держатель для хвостовика, и боковые щеки. каждая щека вилки соединена с центральным держателем с помощью стержня, предназначенного для шарнирного соединения вилки с соответствующим элементом шатуна.

плоскость скоса заслонки имеет прямоугольную форму и соразмерна с открытой частью загрузочного окна прессующего канала, который также выполнен прямоугольным.

для получения необходимой величины усилия поперечного воздействия заслонки на формуемую массу выбирают острый угол установки направляющих в пределах 30 ⁰ C - 60 ⁰ C. такая установки направляющих и заслонки обеспечивает необходимую для решения поставленной задачи величину усилия поперечного воздействия, и при этом заслонка не препятствует свободному поступлению подаваемой дозы формуемой массы в рабочую камеру прессующего канала.

при конкретной реализации заявляемого устройства в качестве средства подачи формуемого материала используют дозатор, конструкция которого может быть близка к известным в этой отрасли решениям, и совмещенную с дозатором, периодически сообщающуюся с ним промежуточную камеру. при этом дозатор и промежуточная камера установлены над загрузочным окном прессующего канала, последовательно, один над другим, промежуточная камера непосредственно над загрузочным окном, а над ней - дозатор. в этом случае направляющие для перемещения заслонки могут быть выполнены в виде части корпуса промежуточной камеры, а внутренний объем промежуточной камеры

может быть соединен с системой вакуумирования. кроме того дозатор может быть выполнен с системой регулировки объема отмеряемой дозы.

краткое описание чертежей на иллюстрирующих заявляемое изобретение чертежах показано:

на фиг. 1 — изображено устройство для полусухого прессования керамических изделий, продольный разрез;

на фиг. 2 - то же, в момент засыпки формуемого материала в рабочую камеру прессующего канала; на фиг. 3 - то же, в момент начала движения заслонки к рабочей камере;

на фиг. 4 - то же, в момент дополнительного поперечного воздействия на дозу формуемого материала со стороны заслонки;

на фиг. 5 — то же, в момент формования прессующим поршнем;

на фиг. 6 - вид а на фиг.l, изображена заслонка с приводом ее возвратно- поступательного движения; на фиг. 7 - вид в на фиг. 6.

лучший вариант осуществления заявленной группы изобретений заявляемый способ может быть осуществлен с помощью заявляемого устройства. заявляемое устройство для полусухого прессования керамических изделий содержит продольный прессующий канал 1 с установленным в его объеме прессующим поршнем 2. рабочая камера 3 прессующего канала через загрузочное окно 3 "сообщена со средством подачи формуемого материала, которое состоит из дозатора 4 и промежуточной камеры 5. корпус камеры 5 выполнен с направляющими 6, которые расположены под острым углом α (α = 35°) к продольной оси 7 прессующего канала. в направляющих 6 установлена заслонка 8, выполненная коробчатой формы (см. фиг.6, фиг.7), с боковыми сторонами 8\ контактирующими с рабочими поверхностями направляющих 6, и с плоскостью- скосом 8", посредством которой заслонка через загрузочное окно 3' осуществляет дополнительное воздействие на засыпанный в рабочую камеру 3 прессуемый материал в направлении, перпендикулярном направлению усилия прессования. хвостовик 9 заслонки 8 (см. фиг.6 и фиг. 7) связан через вилку 10 с кривошипно-

шатунным приводом возвратно-поступательного движения заслонки 8, обеспечивающим ее перемещение в упомянутых направляющих б. кривошипно- шатунный привод включает шатун 11, и кривошип 12, качательное движение которого обеспечено его установкой на вращающийся вал 13, связанный с двигателем (на чертелсе не показан). кривошип 12 и шатун 11 выполнены в виде парных элементов (12 ^λ и l2"; l г и l г ^λ - соответственно, см. фиг. 7), симметрично разнесенных относительно линии L, являющейся осью хвостовика 9 заслонки 8, при этом связь хвостовика заслонки с элементами 1 г и 1 г ^λ шатуна осуществлена посредством формы вилки 10, выполненной ш-образной, включающей центральный держатель 10' для хвостовика 9, и боковые щеки 10", каждая из которых соединена с центральным держателем стержнем 14, предназначенным для шарнирного соединения вилки 10 с соответствующим элементом шатуна 1 1.

внутренний объем промежуточной камеры 5 сообщен с системой вакуумирования 15. дозатор 4 снабжен средством 16 регулировки объема отмеряемой дозы формуемого материала. возвратно-поступательное перемещение поршня 2 обеспечивается приводом 17. устройство работает следующим образом.

с помощью дозатора 4 отмеряется необходимая порция формуемого материала и через промежуточную камеру 5 и загрузочное окно 3 ^λ прессующего канала 1 поступает в рабочую камеру 3. заслонка 8 перемещается по направляющим 6 к рабочей камере 3, т.е. опускается и запирает загрузочное окно, при этом плоскостью-скосом заслонки 8 осуществляется подлсатие формуемого материала, т.е. дополнительное воздействие на формуемую дозу в поперечном, относительно основного прессования, направлении. при этом сrлалшваются неровности засыпанного объема материала, гранулы пресс- порошка перераспределяются в направлении вглубь камеры 3 прессования, происходит уплотнение дозы формуемого материала и предварительно удаление воздуха из пресс-порошка. после запирания загрузочного окна 3' плоскостью- скосом заслонки 8 начинается прессование формуемого материала прессующим поршнем 2. посредством привода 17 поршень 2 перемещается вправо и прессует поданную порцию материала методом «киpпич в киpпич». после окончания прессования поршень 2 продолжает двигаться вправо в прессующем канале 1,

осуществляя процесс перемещения ранее отформованных кирпичей вдоль прессующего канала и выталкивание крайнего из них, готового изделия, на приемное устройство (не показано). затем поршень 2 возвращается в исходное положение, заслонка 8 поднимается по направляющим вверх, открывая загрузочное окно прессующего канала для подачи из промежуточной камеры 5 следующей дозы формуемого материала. далее цикл повторяется.

использование предлагаемого изобретения позволяет осуществлять непрерывное полусухое прессование керамических изделий с улучшенным качеством за счет более равномерного перераспределения гранул формуемого материала по объему сжатия и, соответственно, более однородной плотности отформованного готового изделия. повышается точность его размеров, благодаря более полному снятию внутренних напряжений, вызванных давлением газовой воздушной фазы в межзерновых контактах, что способствует лучшей сохранности структуры отпрессованного кирпича, более высокой его прочности за счет более тесных межзерновых контактов и исключает расслоение изделия.

промышленная применимость

из вышеизложенного описания группы изобретений, с учетом их характера, является очевидным то, что заявленный способ и конструкция устройства предназначены для промышленного применения.