Оборудование для изготовления керамических изделий методом гидростатического прессования

             Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.

Кафедра  “Строительных материалов и технологий”

Оборудование  для изготовления керамических изделий  методом гидростатического прессования

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

“Механическое оборудование предприятий строительной индустрии”

Выполнил: студент гр. ПСК – 31

Акаев М.Р.

Проверил: доцент каф. СМТ, к.т.н.

Краюхин В. И.

                                         Саратов 2013

                                                    РЕФЕРАТ 

Курсовой проект состоит из 25 страниц. Источником литературы является интернет сайты. Учеб.пособие для студ. Строительные машины: Справчник: В2 т. Т.2: Оборудование для производства строительных материалов и изделий В.Н. Лямин, М.Н. Горбовец,

ГЛИНА, СЫРЬЕ, ПРЕСС, СТАНИНА, КЕРАМИКА, ТРАВЕРСА, ПРЕСС-ПОРОШОК, ПРЕСС-ФОРМА, ШТЕМПЕЛИ, ЧЕРЕПОК

Целью курсовой работы является рассмотрение способа изготовления керамических изделий методом гидростатического прессования.

                                      СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………….3

1.Назначения и класс проектируемого оборудование……………………...7

2.Компоновка и размещение оборудования в составе……………………...8

   технологической линии

3.Конструкция оборудования с подробным описанием……………………12

   основных деталей, узлов и агрегатов

4.Принцип и порядок работы оборудования с указанием………………….14

 очередности выполняемых операций

5.Техническая характеристика оборудования по основным……………….15

  параметрам в сравнении с существующими аналогами

6.Новые технические решения по разработке деталей……………………..17

  узлов и агрегатов оборудования данного типа

7.Расчет отдельных деталей, узлов, основных технических……………….19

  эксплуатационных параметров

8.Ремонт, обслуживание и условия безопасной работа…………………….24

  оборудования

Список использованных источников литературы…………………………..25 

                                         ВВЕДЕНИЕ       

Керамические изделия  вследствие их разнообразия изготовляют  разными технологическими приемами, но основные этапы их производства примерно одинаковы и состоят  из добычи глины, подготовки массы для  формования, формования сырца, сушки  и обжига   изделий.

Добыча глины, подготовка керамической  массы и формование изделий.

      В большинстве случаев глину добывают открытым способом, для чего используют одно- или многоковшовые экскаваторы, скреперы и другие механизмы. На завод глину доставляют рельсовым транспортом, автотранспортом, ленточными транспортерами, подвесными дорогами, люлечными конвейерами.

Карьерная глина обычно непригодна для получении изделий. Поэтому технология любого керамического изделия начинается с приготовления так называемой керамической, или рабочей, массы. Цель этой стадии производства — разрушить природную структуру глиняного сырья, удалить из него вредные примеси, крупные куски измельчить, а затем обеспечить равномерное смешивание всех компонентов с водой до получения однородной и удобоформуемой керамической массы. В зависимости pi вида изготовляемой продукции и свойств исходного сырья керамическую массу получают пластическим, полусухим и шликерным (мокрым) способами. В связи с этим выбирают и способ формования изделий — пластическое формование, полусухое или сухое прессование, литье.

При пластическом способе  подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности  или предварительно высушенные смешивают  друг с другом с добавкой воды до получения теста. Влажность получаемой массы колеблется от 15 до 25 % и более. Подготовленная глиняная масса поступает в формующий пресс, чаще всего в ленточный обычный или снабженный вакуум-камерой (3.3). Разрежение способствует удалению воздуха из глины и сближению ее частиц, что повышает однородность и формуемость массы и прочность сырца. Глиняный брус требуемого сечения, выходящий через мундштук пресса, разрезают резательным аппаратом на изделия (сырцовые изделия). Пластический способ подготовки массы и формования наиболее распространен при выпуске массовых материалов (кирпича сплошного и пустотелого, камней, черепицы, облицовочных плиток и т. п).

         Чтобы получить качественный высокоплотный и прочный прессованный сырцовый полуфабрикат целесообразно использовать монофракционные порошки с однотипной влажностью, минимальным содержанием пылевидных частиц и хорошей текучестью. Положительное влияние оказывает на качество изделий двухстороннее прессование, которое обеспечивает равномерность распределения массы по объему и предупреждает образование продольных трещин по толщине прессованного сырца.

Прессование плитки производят на колено-рычажных и гидравлических прессах. Давление прессования колено-рычажных прессов — не более 20—24 МПа, гидравлических [К/РКп-125 К/РУ-160 К/РУ-32] — 16— 55 МПа и выше, поэтому их используют чаще.

Глина представляет собой рыхлый материал, размером частиц около 0,02 мм и часто менее 0,002 мм; в основном она состоит из алюмосиликатов, содержащих химически связанную воду. Глина – основной материал для производства керамических плиток и плит. Глину, содержащую частички известняка, называют мергелем, а содержащую много песка – суглинком.   

Очень тонкие частички глины, благодаря своей большой поверхности, хорошо впитывают воду, поэтому глина  гигроскопична и во влажном состоянии  сохраняет способность к пластическому  формованию. Степень пластичности глины  зависит не только от химического  состава, но также от физических размеров и формы частичек глины, от количества содержащейся в ней воды. Очень чистая, пластичная (жирная) глина требует много воды для того, чтобы стать легко формуемой, менее «чистая» глина (тощая) нуждается в меньшем количестве воды. Жирные глины имеют большую усадку при сушке и обжиге, чем тощие.

Особо чистые, и наиболее ценные для производства керамики, глины содержат каолинит (Al₂O₃); содержание его может достигать 40%.  

Керамические глины характеризуются  особенно однородным химическим и минералогическим составом и содержат глинистого компонента до 25-30%. Фарфор, самый тонкий и плотный  продукт из глины, состоит из 40-65% каолина (фарфоровое сырье). Чистый каолин имеет белоснежный вид, а при  наличии в нем кварца и полевого шпата имеет серо-желтый цвет.

Керамическая  масса для формования керамических изделий должна быть приготовлена на основе глины, по составу соответствовать способу пластической обработки и требуемому качеству обжигаемого продукта. Окончательное приготовление керамической массы осуществляют смешением глины, воды и различных добавок, например кварцевого песка, полевого шпата, известнякового шпата или шамота. Для равномерного распределения воды по всей массе и большей пластичности, готовую массу выдерживают некоторое время для созревания во влажных погребах (ручное производство) или в специальных резервуарах или силосных башнях (промышленное производство). В зависимости от содержания влаги и предполагаемого способа формования керамические массы подразделяют на 3 вида: для полусухого прессования с содержанием воды 5-10%, пластического формования с содержанием воды 15-25%  и литьевой технологии с содержанием воды 26-40%.

При изготовлении керамических плиток и  плит применяют только массы для полусухого прессования и пластического формования. Для изготовления санитарно-технических изделий и сосудов способом заливки в гипсовые формы используют керамические массы для литьевой технологии. Эти массы с введенными в их состав добавками могут использоваться для глазурования (шликеры для глазури). Сырьем для глазурей служат кварц, карбонат кальция, доломит и различные окислы металлов, которые тонко размалывают в барабанных мельницах. При обжиге глазурь плавится, образуя на поверхности плиток или плит стекловидный слой, облагораживающий поверхность 

             1.Назначение и класс проектируемого оборудования.

Гидравлический пресс К/РУ-160 фирмы Тюрингия предназначен для прессования керамических плиток из порошкообразной массы влажностью 6-9%.

Для стадии прессования  важно установить зависимость: влажность порошка- давление прессования- плотность сырца. С уменьшением влажности порошка давление прессования растет, и требуются мощные прессы для получения плотного сырца (напольные плитки). Принято считать, что для получения качественного сырца наиболее эффективны гидравлические прессы. Однако высокая скорость сжатия—уплотнения приводит к попаданию воздуха в толщу сырца с последующим упругим последействием и разрыхлением его. В связи с этим заметна тенденция к возвращению к механическим прессам.

Керамическая плитка (см. EN 14411) – это тонкие пластины из глины и/или других неорганических материалов, обычно применяемые для покрытия полов и стен. Как правило, керамические плитки формуют протяжкой или прессованием из порошков при комнатной температуре, затем сушат и обжигают при температурах, достаточных для придания им требуемых свойств. Наиболее распространенная форма плитки – квадрат или прямоугольник, однако выпускаются Изделия и других форм (шести-, восьмигранник). Размеры плитки изменяются от нескольких сантиметров (мозаика) до 60 – 100 см, толщина составляет от 5 до 25 мм (для некоторых сортов экструдированной плитки). Выпускается много различных видов керамической плитки: плитка, отформованная путемПрессования порошков или протяжки (экструзии), с пористым, плотным или спекшимся черепком, белая (светлая) или красная (темная), глазурованная и неглазурованная

2. Компоновка и размещение оборудования в составе технологической линии.

1- карьер; 2-транспортировка; 3-склад сырья; 4-приемный бункер; 5-грохочение;

6-измельчение; 7-дезинтегратор; 8-приемный бункер; 9-выдерживание  в течение 14 суток; 10-прессование; 11-сушка; 12-глазурование; 13-обжиг;

14-упаковка; 15-склад готовой продукции;       

         Формование  и сушка. Керамические плиты изготовляют из пластичной керамической массы, влажность которой при формовании составляет в среднем от 15 до 17%. Формование плит осуществляют гидростатическим прессованием на гидравлических прессах К\РУ-160. Керамическая масса спрессовывается в форму плитки размерами 150х150 и 100х100. Из пресса отформованные плиты выходят сдвоенными, обращенными друг к другу тыльными сторонами      

Отформованные плиты транспортируют по всей технологической линии; они проходят последовательно сушку в камерных или туннельных сушилках, глазурование, затем их грузят на обжиговые вагонетки и обжигают.. После сушки в течение 2 суток уменьшается влажность плит вдвое от начальной, а их размеры – примерно на 4%, т.е. происходит усадка, и плиты становятся твердыми.        

Лицевая поверхность. Отделка лицевой поверхности плит осуществляется одним их следующих способов. Оставляют плиту неглазурованной, профилируют, придают определенную структуру, а затем проводят глазурование; глазурование выполняют цветными глазурями, художественное глазурование осуществляется вторичным обжигом. Глазурь наносят сразу после сушки изделия, а ее обжиг происходит при температуре около 1230°С, во время обжига самой плиты.       

Некоторые глазури (преимущественно интенсивной  окраски) обжигают при более низкой температуре. В этом случае вначале при более высокой температуре обжигают само изделие, затем наносят глазурь и изделие обжигают вторично (вторичный обжиг).       

Лицевую поверхность некоторых плит выполняют  профилированной или структурированной исходя из функциональных требований, например, чтобы препятствовать скольжению при ходьбе, либо из соображений эстетического оформления. Профилирование и рифление лицевой поверхности по длине плит осуществляют с помощью профильного мундштука. Другие виды структурирования лицевой поверхности плит выполняют профилируемыми вальцами, которыми сдавливают движущийся брус с двух сторон сразу не выходя из мундштука.        

Тыльная сторона плит. На тыльной стороне керамических прислонных плит в процессе производства образуется характерный профиль, который обеспечивает наилучшее сцепление строительного раствора с устанавливаемой плитой. При прохождении сдвоенного бруса через мундштук с установленным посередине керном осуществляется очень четкое профилирование обеих сдвоенных тыльных сторон плит.

Обжиг плит. После загрузки высушенных плит на обжиговые вагонетки по определенной схеме, плиты обжигают в туннельной печи длиной более 100 м. вагонетки с плитами одна за другой продвигаются вдоль печи последовательно через зоны подогрева, обжига и охлаждения. Обжиг продолжается примерно 50 ч.       

Программу температурного режима обжига выдерживают  в соответствии с рецептурным составом плит и заданным качеством конечного продукта. Температура режима обжига поддерживается автоматически по данным измерения температуры термоэлементами и результатам наблюдения за конусом Зегера. Конусы Зегера представляют собой пирамидальные образцы из силикатной массы, имеющей различные точки плавления в зависимости от ее состава; конусы устанавливают вместе с обжигаемыми изделиями из вагонетки, подвигаемые последовательно через все зоны печи. При температуре около 1230°С керамическая масса уплотняется; причем дополнительная усадка массы при обжиге составляет примерно 4%. Далее, в процессе спекания керамическая масса уплотняется без деформации изделия, превращаясь в керамический жесткий черепок с плотной структурой.       

Заключительные  стадии производства предусматривают расщепление сдвоенных плит, сортировку, упаковку, связывание в стопки. В зависимости от качества изготовления керамические фасадные прислонные плиты сортируют на три класса:

1. плиты I сорта имеют красную маркировку; они соответствуют высшему качеству по DIN 18 166, т.к. удовлетворяют наивысшим требованиям по морозостойкости, прочности на удар, цвету, уходу за ними в процессе эксплуатации;
2. плиты II сорта имеют синюю маркировку; они имеют небольшие дефекты поверхности, повреждения ребер и дефекты окраски, которые, однако, не искажают общее цветовое восприятие поверхности;
3. плиты III сорта маркируют зеленым цветом; цветовое восприятие таких плит значительно отклоняется от стандартных плит I сорта.

3. Конструкция оборудования с подробным описанием основных деталей, узлов и агрегатов.

       На сварном основании рамы (1), двух направляющих колоннах(2) и верхней неподвижной траверсе(8) монтируются все остальные узлы пресса. На основании установлены прессующий поршень с цилиндром(3), жестко соединенным с нижней подвижной траверсой(4), которая при прессовании может перемещаться по колоннам(2).

      На верхней неподвижной траверсе(8) установлен малый гидроцилиндр(10), предназначенный для подъема и опускания верхней подвижной траверсы(7) с верхними штемпелями(6), а также второй гидроцилиндр, поршень и шток которого соединены системой траверс и тяг с нижними прессующими штемпелями(5). Последние не только прессуют, но и выталкивают плитки из гнезд матрицы.

      Для разгрузки малого гидроцилиндра(10) в момент прессования предусмотрено запирающее клиновое устройство(14), которое жестко соединяет обе верхние траверсы (подвижную и неподвижную) к моменту приложения максимального давления. Для подачи пресс-порошка в пресс-формы имеется загрузочное устройство, состоящее из каретки(11), гидродвигателя, цилиндрической зубчатой передачи и кривошипа с роликом(21).

       На передней стороне каретки установлена вращающаяся щетка для очистки верхних штемпелей, приводимая от электродвигателя через клиноременную передачу. Гидравлическая система пресса состоит из гидроцилиндров, золотников, шестеренного насоса и трубопроводов высокого и низкого давления. Трубопроводы имеют аккумуляторы давления , из которых масло поступает в рабочие цилиндры при постоянном давлении, обеспечивая быстрое срабатывание всех механизмов.

      Электроаппаратура пресса размещена в аппаратурном шкафу и состоит из силовой части (пускателей приводов), системы подогрева штемпелей и электронного блока автоматической регулировки и управления. Система регулирования позволяет настраивать механизмы пресса на работу по различным циклограммам в зависимости от производительности и свойств прессуемой массы.

4. Принцип и порядок работы оборудования с указанием очередности выполняемых операций.

Пресс работает так. Пресс-порошок  из бункера подается загрузочной  кареткой (11) в пресс-форму(5). В это время основной прессующий цилиндр(3) находится в крайнем нижнем положении, верхняя подвижная траверса(7) занимает верхнее положение, а нижние штемпели(5) с помощью упоров и регулировочных гаек установлены на высоту, необходимую для получения требуемой глубины засыпки пресс-порошка. При начале прессования малый гидроцилиндр(10) опускает верхние штемпеля(6) и предварительно уплотняет массу; при этом штемпеля опираются на нижнюю подвижную траверсу(4). Далее основной гидроцилиндр(3) производит предварительное прессование, во время которого его движение передается через траверсу нижним штемпелям(5).   

      Затем цилиндр(3) опускается, создавая возможность для удаления воздуха. Окончательное прессование плитки происходит при вторичном подъеме гидроцилиндра(10). При этом гидроцилиндр клинового запирающего устройства(14) продвигает вперед клин, который соединяет верхние траверсы(7,8), штемпеля(5,6) и основание(1) в единую жесткую систему. Выталкиваются плитки нижними штемпелями(5); при очередном движении каретки засыпного устройства(11) вперед отпрессованные плитки сталкиваются на транспортер зачистной машины

5. Техническая характеристика оборудования по основным параметрам в сравнении с существующими аналогами.

        Пресс К/РУ-320 конструктивно аналогичен прессу К/РУ-160 и предназначен главным образом для производства плиток повышенной толщины.

       Таким образом, на прессе K/PY-160 происходит предварительное уплотнение пресс-порошка собственным весом верхней траверсы, предварительное прессование главным цилиндром и подъем штемпелей для удаления воздуха; окончательное прессование и выталкивание готовых плиток. Все рабочие движения   пресса   автоматизированы.

       Коленорычажный пресс К/РКп-125, фирмы Тюрингия поставляются в комплекте с машинами для зачистки и стопирования керамических плиток. В прессах такого типа для приводов верхнего штемпеля используются механизм коленчатого вала с системой рычажных пар и установка нижнего штемпеля на гидравлическом цилиндре.   

6.Новые технические решения по разработке деталей, узлов и агрегатов оборудования данного типа

       Изобретение относится к технологическому оборудованию и может быть использовано для производства керамических изделий, например облицовочного кирпича, керамической плитки и других изделий высокой прочности.

       Известен гидравлический пресс для производства огнеупорных изделий (авт. св. СССР 1286418, кл. B 28 B 3/04, 1986), содержащий бункер для засыпки материала, две неприводные траверсы со смонтированным на одной из них пуансоном, колонны для соединения траверс, матрицу с приводом ее перемещения и приводную траверсу. Пресс снабжен контейнером, охватывающим бункер и пуансоны в процессе засыпки и прессования материала. Контейнер жестко связан с приводом для его горизонтального перемещения, установленным на одной из неприводных траверс. При этом бункер жестко прикреплен к матрице, а контейнер свободно установлен на колоннах.

Недостатком данного пресса являются его металлоемкость, сложность  конструкции, а также ограниченные технологические возможности: вследствие стационарности матрицы на прессе можно  изготавливать ограниченный ассортимент  изделий.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является известное  из патентной литературы устройство для прессования керамических изделий, включающее силовую раму, в верхней  части которой закреплен основной гидроцилиндр, установленный соосно с матрицей и снабженный объемным пуансоном, основание матрицы жестко закреплено на столе, а на вертикальной колонне силовой рамы закреплен бункер с дозатором (авт.св. СССР 1021621,кл. B 28 B 3/02, 1983).

Недостатком данного технического решения являются ограниченные технологические  возможности вследствие стационарности матрицы и сложность конструкции.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей пресса и упрощение его конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в гидравлическом прессе для изготовления керамических изделий, включающем силовую раму, на столе которой закреплена матрица, основной гидроцилиндр со съемным пуансоном, установленный в верхней части  силовой рамы соосно матрице, и бункер для засыпки исходного материала в матрицу, закрепленный на вертикальной колонне силовой рамы и снабженный регулируемым дозатором, в верхней части стенки матрицы выполнено загрузочное окно, посредством которого внутренняя полость матрицы сообщена с бункером, а днище матрицы выполнено с возможностью поперечного стенкам матрицы перемещения посредством закрепленного на столе силовой рамы дополнительного гидроцилиндра.

Выпуск керамических изделий  других габаритов или иного вида возможно осуществить на гидравлическом прессе, произведя замену матрицы и пуансона и регулировку дозатора.

Формула изобретения: 

Гидравлический пресс  для изготовления керамических изделий, включающий силовую раму, на столе  которой закреплена матрица, основной гидроцилиндр со съемным пуансоном, установленный в верхней части  силовой рамы соосно матрице, и бункер для засыпки исходного материала в матрицу, закрепленный на вертикальной колонне силовой рамы и снабженный регулируемым дозатором, отличающийся тем, что в верхней части стенки матрицы выполнено загрузочное окно, посредством которого внутренняя полость матрицы сообщена с бункером, а днище матрицы выполнено с возможностью поперечного стенкам матрицы перемещения посредством закрепленного на столе силовой рамы дополнительного гидроцилиндра.

7. Расчет отдельных деталей, узлов, основных технических эксплуатационных параметров.

Производительность. Для  сравнения показателей различных  машин производительность определяется количеством условных плиток размером 0,4*0,4*0,0049м в течение часа. Для  каждого вида листового изделия  предусмотрен коэффициент перевода в условные плитки. Расчет производительности листоформовочной машины основывается на допущении, что технологический режим позволит получить с трех цилиндров на сукне пленку толщиной б_с = (0,8…1,1) мм.

Формулу для расчета производительности представим в виде

П = 3600ub_cB₁K / c = 4,63 * 10³ub_cB₁ ,

где u – скорость сунка, м/с ; с – объем одной условной плитки , м³, с = 7*10^-4 ; К – коэф., учитывающий потери наката при раскрое и от брака , к = 0,9; В₁  = ширина наката, м.

Усилия в сукне. Расчетную  ширину сукна В можно принимать равной 1,15 В_1. Усилия в сукне определяются методом обхода по контуру. Для этого всю линию разбиваем на отдельные участки , последовательно находим сопротивления на отдельных участках , а затем , задаваясь усилием в точке сбегания сукна с приводного пресс – вала, вычисляем натяжения , переходя от точки в точке. Натяжение сукна в каждой последующей точке по его ходу равно натяжению в предыдущей точке плюс сумма сопротивлений между рассматриваемыми точками. Натяжение сукна в точке сбегания должно быть не меньшим

S₁ = (1,5…2,5) 10³В

Сопротивление при огибании трубороликов ( на участках 1 – 2 , 2 – 3 , 4 – 5 , 5 – 6 , 6 – 7 , 7 – 8 , 10 – 11) обычно принимают равным 5 % набегающего усилия или S₂ = 1,05 S₁ , S₃ = 1,05 S₂ и т.д. Определим усилие , необходимое для преодоления трения бил сукнобойки о сукно,

W_C  = W_3-4  =  f_c P₁ ,

f_c – коэф. трения между билом сукнобойки и сукном , f_c = 0,35; P₁ – сила давления била на сукно, можно принимать P₁ – 500 В. Сопротивление трения сукна о поверхность вакуум – коробки

W_B = P_B F_B f_B ,

где P_B – разрежение в данной вакуум – коробке, Па ;  F_B – площадь вакуум – коробки , м² ; f_B - коэф. трения сукна о поверхность вакуум – коробки.

Для обычной конструкции  f_B = 0,35 ; для поверхности , футерованной карбидокремниевыми плитами,  f_B = 0,15 ; при использовании вращающихся роликов f_B < 0,1. При установке многосекционной коробки сопротивления рассчитывают для каждой секции отдельно, а затем складывают.

                              Расчет сварного соединения

Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис.11, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность.Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали. 

Проверочный расчет прочности шва на растяжение.

Условие прочности:         

,                                                                                 (1)

где  ,   — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F — нагрузка, действующая на шов; δ — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); l_ш — длина шва.

Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва.

Исходя из основного условия  прочности (1), длину стыкового шва  при действии растягивающей силы определяют по формуле         

                                                                           (2) 

Расчет угловых  швов нахлесточных соединений.

При действии осевой растягивающей (или сжимающей) силы считают, что  срез угловых швов происходит по сечению I-I (рис. 12), проходящему через биссектрису прямого угла. 

    Опасным напряжением  считают касательное напряжение и расчет ведут на срез (напряжениями изгиба пренебрегают). Для нормальных угловых швов длина биссектрисы