Miskolci Egyetem

Anyagmozgatási és Logisztikai Tanszék

 

 

 

 

 

 

Csigaprések

segédlet a

Kerámiaipari gépek,

Kerámiaipari gépek építőelemei,

Kerámia- és üvegipari gépek I.

tárgyak

laboratóriumi bemutató gyakorlatához

 

Tárgyjegyző:

Dr. Gömze A. László

egy. docens

 

Összeállította:

Telek Péter

Berencsi István

 

Miskolc, 1997

 

Szilikátipari nyersanyagok extrudálása csigapréssel

 

  1. Csigaprések
  2. A kerámiaipar területén, végső alakadásra (pl. tégla és cserépgyártás), illetve közbenső alakadásra (pl. porcelángyártás) leggyakrabban használt berendezés a csigaprés. Csak a megfelelő nedvességtartalommal rendelkező (w=16-22%), finomra őrölt, homogenizált agyag alkalmas sajtolásra. A csigaprés működési elve az 1.ábrán látható.

     

    alapanyag

    végtermék

     

    A csigaprés elvi kialakítása

    1.ábra

     

    A csigatengelyen található levelek továbbítják az agyagot a préshengerben a szájnyílás felé. Az agyag a csigaprésen belül haladó és forgó mozgást végez, s eközben homogenizálódik és tömörödik. A szájnyílás kialakításától függően a kilépő agyag keresztmetszete lehet szalag, üreges szalag, cső stb.

  3. A csigaprés fő elemei és funkcióik

 

A 2.ábrán egy csigaprés kialakítása látható.

 

TP-45 csigaprés

2.ábra

1. sárszekrény,

6. présfej a szájnyílással,

2. táphenger,

7. homlokkerék hajtómű,

3. préshenger,

8. tengelykapcsoló,

4. csigatengely,

9. keretszerkezet,

5. csigalevelek,

10. lendkerék és szíjtárcsa.

Sárszekrény

Az alapanyag feladására szolgál, általában öntöttvasból készül. Itt sodródik be az agyag a táphenger és a csigalevelek közé, amelyek egymással szemben forognak. A behúzás, besodródás feltétele, hogy a súrlódási félkúpszögnél a behúzási szög kisebb legyen. A táphenger és a csigalevelek közötti rés mérete a tapasztalatok szerint ideálisan 2-3 mm. Ettől bármelyik irányba eltérve - növelve vagy csökkentve a rés méretét - a présteljesítmény csökkenni fog. A táphenger átmérőjét (Dt) általában a csigalevelek átmérőjének (Dcs) 3/4-re szokták felvenni. Az agyagtorlódás elkerülése végett sokszor két táphengert, vagy tápkarokat szerelnek be a sárszekrénybe. A táphenger fordulatszáma a csigatengely fordulatszámának két-háromszorosa kell legyen, mert különben az agyag adagolása jelentősen lassulni fog. A táphengerre tapadt agyagot kaparókésekkel távolítják el.

 

Préshenger

A sárszekrényből az agyag a préshengerbe kerül és ebben halad egészen a présfejig. A préshenger kialakítása lehet kúpos (3.a.ábra), hengeres(3.b.ábra), kombinált(3.c.ábra), vagy lépcsős(3.c.ábra).

 

Préshenger kialakítások

3. ábra

 

A kúpos préshengerben a csigák szakaszosak, így az agyag jobban átdolgozódik benne, lépcsős kialakítás esetében viszont az agyag visszaáramlása csökken.

A préshenger és a csigalevelek közötti rés mérete általában 1,5-3 mm. A résméret növelésével az agyag visszaáramlása növekszik, így csökken a présteljesítmény. A rés csökkentésével pedig a súrlódás nő meg, ami nagyobb hajtóteljesítményt igényel.

Ha növeljük a préshenger átmérőjét, akkor a csigaátmérő és a présteljesítmény is nőni fog, de a belépő és a kilépő keresztmetszetek is megnőnek, ami egyenlőtlenebb áramlási sebességeket okoz. Az egyenlőtlen áramlási jellemzők szerkezeti repedéseket okozhatnak a termékben, ezért sokszor alkalmaznak cserélhető betétekből álló préshengert a hengeres préstestben (4.ábra).

A csigaprés működésének feltétele, hogy az agyag és a préshenger közötti súrlódási együttható nagyobb legyen, mint a csiga és az agyag közötti. Ellenkező esetben az agyag haladó mozgást nem végez, csak - a csigára tapadva - forog a présben.

Ha a hengerbélés anyaga öntöttvas, akkor a bélést a súrlódás növelése végett négyszög alakú bordákkal, vagy üregekkel látják el. Amennyiben a bélés hajlított acéllemezből készült, akkor többnyire furatokkal látják el, mert az agyaggal megtelő furatok, üregek növelik az agyag forgásával szembeni ellenállást. Gyakran alkalmaznak ellenkéseket (szakítókéseket) is a forgás kiküszöbölésére. Ezek a kések megszakítják az agyagfolyamot, ezzel segítve elő, hogy az anyag haladjon és ne forogjon. Nagyon fontos az ellenkések megfelelő rögzítése, mert a leeső kés mindenféleképpen géptöréshez vezet.

Cserélhető béléssel ellátott préshengert mutat az 5.ábra is.

Cserélhető béléssel ellátott préshenger

4.ábra

 

Kúpos préshenger cserélhető betétekkel

5.ábra

 

1. préshenger

3. betétgyűrű

2. köpeny

4. cserélhető betét

A csiga

A csiga gondoskodik az agyag szállításáról, tömörítéséről, homogenizálásáról.

Részei:

A csigaprés présteljesítménye elsősorban a csiga geometriai méreteitől függ, ezért nagyon fontos a helyes kialakítás.

A csigák kialakításuk szerint lehetnek :

Különböző kialakítású csigaszerkezetek

6.ábra

A szakaszos csiga nem csak sajtolja, hanem át is gyúrja az agyagot. Szakaszos csigák alkalmazása esetében a kialakuló nyomás egyenlőtlen. Ha a mozgó agyaggal szemben nagy az ellenállás, akkor jelentős visszaáramlás lehetséges. A csavarlapátokat a menetemelkedésnek megfelelően felrakott lemezlapátokból, vagy ferdén elhelyezett tárcsákból alakítják ki (6.a.ábra). A 6b.ábrán elemekből összerakott csiga látható egybekezdésű fejcsigával. Lépcsős és kúpos préshengerben a csiga kialakítása követi a préshenger alakját (6.e. és 6.f.ábra). Néha a csiga menetemelkedése sem egyenletes, a csigatengely hossza mentén változik ( 6.g.ábra ).

A csiga jellemző igénybevételei a csigatengely csavarása, húzása-nyomása, a csigalevelek palástnyomása, a préshengert a présfejjel és a présfejet a szájnyílással összekötő csavarok húzó igénybevétele.

A fejcsiga a csigatengely végére szerelt rész, ami utoljára érintkezik a sajtolandó agyaggal.

Kialakítása szerint lehet :

Az egybekezdésű fejcsigával kisebb présnyomás érhető el, de kisebb az agyagáramlással szembeni ellenállása is. A hárombekezdésű fejcsigával érhető el a legnagyobb sajtolónyomás, de ennek a legnagyobb az ellenállása.

A 7.ábrán egy kétbekezdésű fejcsiga látható.

A csiga darabokból áll, és ezeket a darabokat fűzik fel egy négyszögletes tengelyre. Kialakítás szerint lehetnek :

Egybekezdésű hengeres préshengerű csigaszerkezet látható a 8. ábrán.

 

Kétbekezdésű fejcsiga

7.ábra

 

Hengeres préshengerű csiga

8.ábra

 

Megkülönböztethetünk még a csigalevelek iránya alapján :

    • jobbmenetes,
    • balmenetes csigákat.

Élborított csigákat is alkalmaznak a présekben. Itt a kopás utánállítására a csigák éle mentén öntöttvas vagy laposacél borítás található. Ez a megoldás, és az előrehajló élű csiga is az agyag áramlási terét csökkenti, így ezáltal kisebb lesz a présteljesítmény. A présteljesítmény jelentősen függ a csiga geometriájától.

 

Présfej

Általában acélöntvényből készül, és a préshengert köti össze a szájnyílással. Az agyag végleges tömörödése is itt zajlik le, mivel keresztmetszete csökken. Jellemző a présfejre a dőlési szög, ami a fej belső alkotója és a képzeletbeli tengelyvonal által bezárt szög. Tehát ez a szög annál nagyobb, minél rövidebb a présfej. Túlságosan rövid illetve hosszú kialakítás esetén az agyag áramlásával szemben fellépő ellenállás jelentősen megnövekszik.

Szerkezeti felépítés tekintetében a présfej lehet :

A kétkiömlésű présfejet kisméretű termékek, normál méretű csigaprésen történő sajtolásánál használják a gazdaságos gyárthatóság miatt. Ez a megoldás azonban jelentősen megnöveli a szájnyílás ellenállását, mert az agyagszalagnak két nyíláson kell kiáramlania.

Mivel az agyagszalag sebessége a teljes keresztmetszetben nem azonos (a falak mentén kisebb, mint a tengelynél), ezért igyekeznek a belső felületen a súrlódást csökkenteni (gőzréteg vagy vízkenés alkalmazásával).

A présfejet a préshengerre csavarokkal rögzítik fel.

Vízkenésű présfej

9.ábra

 

A szájnyílás

A szájnyílástartó lapot a présfejre, tartóhoronyba való illesztéssel és csapszeg körül elfordítható csavarokkal könnyen és gyorsan lehet rögzíteni.

A szájnyílás határozza meg a távozó agyagszalag alakját. Alakja és mérete szoros összefüggésben áll a csigaprés szerkezetével és teljesítményével.

Kialakítása szerint lehet :

Anyagát tekintve lehet :

Üreges termékek gyártása esetén a szájnyílás üregébe magokat helyeznek el (10.ábra).

Szájnyílás üreges termékhez

10.ábra

 

1-mag, 2-híd, 3-acélrúd

 

Általában a mag hamarabb kopik el, mint a rúd, vagy a híd, ezért menetes vagy forrasztható kivitelben készítik.

Anyaguk szerint lehetnek :

    • edzett acél,
    • kerámia magok.

Lehetőség szerint a szájnyílás minden keresztmetszetében azonos áramlási sebességet kell elérni. Ezt a próbaüzem során a szájnyílásba beépített fékező betétekkel lehet biztosítani.

 

VÁKUUMPRÉSEK

 

Az agyagmassza-részecskék között a tér vízzel és levegővel van kitöltve. A levegő általában vízzel határolt buborékban kötődik az agyaghoz. A vízburok felületi feszültsége ellensúlyozza a buborékban lévő levegő túlnyomását. Ha csökken a külső légnyomás, a belső nyomás állandó értéke miatt a vízburok kitágul és fala elvékonyodik, s amikor a nyomáskülönbség értéke akkora lesz, hogy le tudja győzni a felületi feszültség által létrehozott erőket, a vízburok felszakad és a benne lévő levegő a környezetbe távozik.

Ezen az elvi alapon az agyagmasszában lévő levegő nagy része eltávolítható, ha ha a masszát vákuum alatt álló téren vezetjük keresztül.

Minél tömörebb a massza, annál nagyobb vákuumot kell létrehozni a légtelenítéshez, ezért a vákuumkamrába érkező anyagot előbb fel kell darabolni. E célból sík, vagy henger alakú, lyuggatott rostélylemezen nyomják át az anyagot.

A vákuumozás hatására (a levegő 96-98%-a eltávolítható) nő az agyagmassza képlékenysége, így még az egészen sovány agyag is megmunkálható. Jelentősen megnő a nyersszilárdság (kb.60%-al) és az égetett termék szilárdsága (40-45%-al) is. Megszűnik a hullámosodás és a farkasfogképződés (70-80%-os vákuum esetén). A termék legjobb tulajdonságai 90-95%-os vákuum esetén jelentkeznek, az élek szépen rajzoltak lesznek, és még a vékony bordáknál sem jelentkezik farkasfogasodás, a térfogattömeg 5-10%-al nőhet. Vákuumozást gőzfeltárással egyesítve további kedvező hatásokat érhetünk el.

A 11.ábrán a vákuumprés elvi kialakítása látható.

A vákuumprés elvi kialakítása

11.ábra

 

Vákuumberendezések:

 

Az agyagok sajtolási problémái

Agyagtorlódás a sárszekrényben

A sárszekrénybe beadagolt agyagot a csigák nem továbbítják kellő mértékben a szájnyílás felé. Egy táphenger esetén az egyik oldalon behúzza az agyagot, a másikon kinyomja, két táphenger esetén az agyag a hengerek körüli nyíláson a szabadba áramlik. A hiba oka az, hogy a szájnyílás hidraulikai ellenállása nagyobb, mint az erő, amit a préscsigák képesek létrehozni. Ha régi, kopott a hengerbélés és a csiga, akkor fel kell újítani, ha új a hengerbélés és a csiga, akkor az agyag nem egyenletes nedvességtartalmában kell keresni az okot. Az agyag a csiga és a henger felületén megcsúszik. Száraz homok vagy égetett téglapor szórása a sárszekrénybe segíthet a hibát kiküszöbölni.

 

Az agyag és a préshenger melegedése

Rendszerint együtt jelentkezik az agyagtorlódással. Oka a préscsigák kopottsága, ami miatt erős visszaáramlás következik be és nő a súrlódás. Következtében egyenetlen lesz az anyagáramlás, így a termék tömörsége isé és hullámos lesz a kilépő agyagszalag.

 

Farkasfogképződés

Farkasfognak nevezzük azokat a a repedéseket, amelyek a prés szájnyílásából kilépő agyagszalag élein előfordulnak. A repedések mellett az agyag kiperdül és a szalagnak fogazott szélt ad. Gyakrabban jelentkezik farkasfog sovány anyagnál, vékony tagolt agyagszalag esetén. A jelenség oka, hogy eltérő az agyagszalag sebessége, ahol a repedés keletkezik, kisebb az áramlási sebesség.

Ez lehet az eltérő súrlódási viszonyok, hibás szájnyílás kialakítás, vagy a présbeli inhomogén áramlási viszonyok következménye.

A farkasfogképződés rendszerint csak szárítás után jelentkezik.

 

Farkasfogképződés

12.ábra

Struktúraképződés, S repedések

A struktúra és az S repedés két különböző jelenség, azonban mindkettőt a forgórészek okozzák. A struktúrát a csigalevél, az S repedést a csigatengely okozza. A struktúraképződés oka, hogy a csigatengely mentén az agyag gyorsabban halad mint, a csigalevél szélein, ezért spirális szalag képződik. A nem homogén szerkezet miatt, égetés után a felületek részben vagy teljesen szétválnak. Az így kialakult repedések rontják a termék tulajdonságait (pl. elektromos paraméterek.)

 

Struktúraképződés, S repedés

12.ábra

 

Az S repedés jelenségét a csigatengely vége okozza. A prés tengelyvonalában nem lesz azonos az agyagszalag tömörsége a présfej fala mentén haladó anyag tömörségével. Ha a csigatengely végén üreg képződik, akkor a présfejben összenyomódva elcsavarodik és létrejön az S alakú repedés, amely mentén, égetés után könnyen eltörhet a termék.

Struktúraképződésre és S repedésre különösen a zsíros agyagok hajlamosak.

Az agyag soványításával (pl. homok bekeveréssel) vagy a présfej hosszának növelésével csökkenthető a struktúraképződés, az S repedést nedvesebb formázással és a fejcsiga végének kúpos kialakításával lehet elkerülni.

 

IRODALOM:

Péter Gyula: Kerámiaipari gépek

Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1986.

 

Laboratóriumi csigaprést bemutató gyakorlat leírása

A berendezés

 

A tanszéken található berendezés egy KEMA gyártmányú PVP 5/S típusú laboratóriumi vákuumprés, melynek műszaki, technológiai paraméterei a következőek:

Befoglaló méretek:

    • hosszúság: 1180 mm,
    • szélesség: 420 mm,
    • magasság: 1310 mm.

Tömeg: 430 kg.

A hajtó villamos motorok teljesítménye:

Fordulatszámok:

adagoló csiga:

    • szállító csiga: 30.5-122 min-1,
    • fejcsiga: 33--132 min-1.

préscsiga:

    • szállító csiga: 15.5-62 min-1,
    • fejcsiga: 17--67 min-1.

Geometriai jellemzők:

Maximális sajtolási teljesítmény: 130 kg/óra.

A berendezés 18-26% nedvességtartalmú massza formázására alkalmas.

Minimális szalagkeresztmetszet: 1 cm2.

 

 

A gyakorlat

 

Különböző nedvességtartalmú agyagmasszák préselése és a nedvességtartalom hatásának vizsgálata a végtermék minőségére.

Az optimalizációs paraméter: az áramfelvétel.

A kísérlet tervezési mátrix:

 

faktor

egység

szintek

variációs intervallum

 

 

-1

0

1

 

fordulatszám

[min-1]

30

40

50

20

nedvességtartalom

 

nedvesített

bányanedves

szárított

 

adalékanyag mennyisége

%

10

20

30

20

 

A kísérlet során a tervezési mátrix pk beállítást tartalmaz. Tehát a végrehajtáshoz 33 db beállítást kell végrehajtani. Ez 27 kísélet elvégzését teszi szükségessé.

 

A tervezési mátrix a következőképpen alakul :

 

 

x1

x2

x3

 1.

+

+

+

 2.

+

+

-

 3.

+

+

0

 4.

+

-

+

 5.

+

-

-

 6.

+

-

0

 7.

+

0

+

 8.

+

0

-

 9.

-

0

0

 10.

-

+

+

 11.

-

+

-

 12.

-

+

0

 13.

-

-

+

 14.

-

-

-

 15.

-

-

0

 16.

-

0

+

 17.

-

0

-

 18.

-

0

0

 19.

0

+

+

 20.

0

+

-

 21.

0

+

0

 22.

0

-

+

 23.

0

-

-

 24.

0

-

0

 25.

0

0

+

 26.

0

0

-

 27.

0

0

0

 

 

Ahol

- az első szint,

0 a második szint,

+ a harmadik szint.

 

Az eredmények kiértékelése a fentiek alapján történik.