مفهوم واصول پرس

در هنگام پرس، سه عمل مختلف به طور همزمان انجام می­شود:

-  شکل دادن بدنه: که به مواد خام بی­شکل، شکل هندسی منظم و از پیش تعیین شده­ای می­دهد.

- تراکم و فشردگی بدنه: باعث استحکام و انسجام لازم هم در فرآورده پخته شده و هم در فرآورده خام در برابر تنش­های مکانیکی و شیمیایی می­گردد.

-  ضخیم شدن: به معنی کاهش فضاهای خالی بین ذرات بدنه است.

- مزایای پرس

سیستم پرس در مقایسه با دیگر تکنیک­های  مانند اکستروژن، ریخته­گری، آهنگری، الکتروفورز و غیره، دارای مزایای زیر است:

-  مقاومت خمشی خام زیاد: به علت فشار شکل دادن ویژه(250-500 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع) اعمال شده بر روی ماده.

- قدرت تولید زیاد: با استفاده از تکنیک پرس، میزان تولید در ساعت با حداقل تعداد کارگر به حد چشمگیری می­رسد. این امر به علت ماشینی کردن آسان مراحل پایانی و انتقال کاشی­ها است.

-  سهولت خشک شدن: این مورد به ویژه زمانی که سیستم­های پرس خشک یا نیمه­خشک استفاده شوند، آشکار است.

-  سهولت بدست آوردن فراورده نهایی با اندازه وشکل دقیق.

-  حداقل تغییر شکل در طی مراحل بعدی خشک شدن، لعاب زدن و پخت.

- کاهش انقباض: به علت کاهش فضاهای خالی و متعاقب آن ضخیم شدن ذرات، میزان انقباض هم پس از خشک شدن و هم پس از پخت، کاهش می­یابد.

- سیستم­های پرس با توجه به میزان آب موجود در دوغاب

پودرهای خشک آماده برای پرس به طور یکنواخت مرطوب می­شوند تا پلاستیسیته لازم را بدست آورند و به انسجام میان ذرات برای تهیه بدن کمک کنند.

با توجه به درصد آب موجود در بدنه، تکنیک­های شکل دادن زیر به کار برده می­شوند:

-  پرس پلاستیک: مقدار آب مخلوط از 20 تا 25 درصد متغییر است. قالب گچی آبدیده بر روی قالب برده می­شود.

- پرس نیمه پلاستیک: مقدار رطوبت مخلوط تقریبا 15 تا 20 درصد است. قالب­های فلزی با سطوح بسیار هموار مورد استفاده قرار می­گیرند.

-  پرس نیمه خشک: مقدار رطوبت پودرها 6 تا 10 درصد متغییر است.

-  پرس خشک: دامنه رطوبت پودر از 0 تا 6 درصد است.

در مورد پرس پلاستیک یا نیمه پلاستیک، ترکیب به شکل تکه­ها و قطعات مواد پلاستیک در قالب­ها قرار داده می­شود در حالی که برای پرس خشک و نیمه خشک، ترکیب به شکل پودرهای فاقد انسجام با شکل­های متفاوت با ذرات کما بیش کوچک که با توجه به روش آماده­سازی و تهیه آنها روانی خوب یا نسبتا خوبی دارند، استفاده می­شود.

- انواع پرس

در صنعت کاشی از دو سیستم برای پرس کردن ااستفاده می­شود که عبارت است از:

1- پرس­های مکانیکی یا ضربه­ای

این نوع پرس نسبت به نوع هیدرولیکی دارای دو مزیت است:

*- دارای سیکل بیشتر که معمولا برابر 30 ضربه در دقیقه می­باشد( در نوع هیدرولیکی این مقدار برابر 4 ضربه می­باشد).

*- نسبت اعمال نیرو به وزن آن زیاد است.

اما این روش دارای معایبی می­باشد که از آن جمله می­توان به نوسانات زیاد فشار در طول روز اشاره کرد و این بدین خاطر است که اصطکاک چرخ وسط با دو چرخ کناری با پارامترهایی از قبیل درجه حرارت و میزان تمییزی و چرب بودن و فرسودگی چرخ­ها تغییر می­کند مثلا در اثر افزایش درجه حرارت محیط چرخ­ها منبسط شده و اعمال فشار بیشتر می­شود و در مورد کاشی دیوار تغییر فشار موجب تغییر خواص کاشی از جمله استحکام خام، دانسیته، انبساط رطوبتی و جذب آب می­شود که این تنوع در محصول را بوجود می­آورد.

2- پرس­های هیدرولیکی

در این پرس­ها عمل فرم­دهی توسط تبدیل انرژی هیدرولیکی به نیروی تغییر شکل صورت می­گیرد و داریم:         F=S.P

در این رابطهF نیروی تغییر شکل، S سطح پرس بر حسب سانتیمتر مربع و P فشار روغن بر حسب کیلوگرم می­باشد. سیکل کاری در این پرس را می­توان به سه مرحله تقسیم کرد:

1-                کشویی پودر را جمع کرده و آنرا داخل قالب می­ریزد.

2-                قالب توسط پانچ بسته می­شود.

3-        ضربه اول پرس جهت هواگیری و ضربه دوم( یا سوم) جهت تامین استحکام وشکل­گیری اعمال می­گردد.معمولا ضربه اول حدود 5 الی 50 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع و ضربه نهایی برابر 200 الی 350 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.

بعد از این مرحله، سمبه­های پایین و بالا به سمت بالا آمده و قطعه بیرون می­آید و حرکت کشویی قطعه به طرف بیرون پرس رفته و عمل پرس دوباره تکرار می­شود.

در هنگام پرس کاشی مشاهده می­شود که کناره­های کاشی دارای دانسیته بیشتر می­باشند که این ناشی از عدم خروج یکنواخت هوا از قطعه می­باشد. این وضعیت در پرس اصطکاکی تشدید می­شود زیرا در پرس هیدرولیکی بین ضربات فاصله زمانی وجود دارد و فرصت برای خروج هوا وجود دارد ولی در مورد اصطکاکی چنین نیست.

 

- عیوب ناشی از پرس

1- عیب عدم یکنواختی

عوامل موثر بر این عیب عبارتند از: ترکیب بدنه ، روش آماده­سازی پودر ،توزیع اندازه ذرات

2- عیب هوادار شدن(Lamination)

عواملی که سبب این عیب می­شوند عبارتند از: عدم تلورانس ابعادی بین پانچ و قالب ، ریز بودن بیش از حد پودر ، عدم پیر سازی پودر ، ضخامت زیاد پودر که داخل قالب ریخته شده است.،ترکیب بدنه،عدم یکنواختی رطوبت و توزیع اندازه ذرات، درجه حرات قالب ،خشک شدن بیش از حد پودر،فشار بیش از حد پرس

در سیستم­های پرس حتی الامکان باید دو برابر ضخامت مورد نیاز، پودر داخل قالب ریخت. اگر مقدار پودر بیش از حد در قالب باشد در حین ضربه اول فرصت خروج کامل هوا از پودر وجود نداشته و مقداری هوا در قطعه محبوس می­شود و عیب هوادار شدن بوجود می­آید.

در صورتیکه تلورانس کافی بین پانچ و قالب وجود نداشته باشد هوا قدرت خروج از درز موجود را نداشته و این عیب بوجود می­آید. معمولا خاکی که پیر سازی می­شود قابلیت پرس­پذیری بهتری دارد و احتمال بروز این عیب را کاهش می­یابد.

هرچه قدر دانه­بندی بهم نزدیکتر و ریزتر باشد این عیب بیشتر ایجاد می­شود. در یک فشار ثابت هر چه پودر خشک­­­تر باشد عیب

هوادار شدن بیشتر می­شود زیرا در حالت خشک قابلیت به هم چسبیدن را ندارند و فشار بیشتری برای شکل­دهی نیاز است. زیادتر بودن رطوبت نیز باعث می­شود که یک لایه آب اطراف گرانول­ها بوجود بیاید و هوا نتواند به خوبی خارج شود.یکی از فاکتورهای هوادار شدن، ترکیب بدنه می­باشد و دیگری PS فاکتور پرس­پذیری می­باشد:

فاکتور پرس­پذیری= مقاومت خمشی خشک / تقسیم بر مقاومت خمشی خام= 2-4 محدوده مطلوب

گاهی اوقات هم از نظر رطوبتی و هم از نظر فشار پرس و غیره خاک مطلوب است ولی باز هم عیب هوادار شدن را شاهد هستیم. اگر فاکتور پرس­پذیری در حدود 2 الی 4 باشد از نظر ترکیبی اشکال نداریم و قابلیت پرس­پذیری را داریم. در صورتیکه فاکتور پرس­پذیری خارج از این مقدار بود به دنبال پارامترهای دیگر بگردیم. هر چه فاکتور پرس­پذیری از 2 کمتر باشد پلاستیسیته خاک کمتر است و احتمال چسبیدن خاک به قالب و کثیف کردن آنها زیاد است و همچنین عیب هوادار شدن بیشتر می­شود و هرچه فاکتور پرس­پذیری بیشتر از 4 باشد خاک پلاستیسیته بیش از حد دارد و و مشکلات حشک کردن پدید می­آید.عیب هوادار شدن بطور مختلفی می­تواند بروز کند گاهی اوقات اینحالت پوسته­ای شدن را درست در وسط ضخامت کاشی مشاهده می­کنیم و برای رفع این بایستی سرعت و مقدار نهایی افزایش یابد و زمانی این عیب بر روی سطح بروز می­کند و برای رفع این عیب باید ضربه اول را کاهش داد. عوامل بروز این عیب بر سطح عبارتند از:پیر سازی نامناسب،رطوبت زیاد که از خروج هوا جلوگیری می­کند.،زیاد بودن فشار پرس در ضربه اول

3- عیب هاله

اگر میزان  ذرات ریز زیاد باشد در اثر ضربه ضربه اول و دوم، بخاطر تمایل هوا به خروج از درزها، جربان هوایی ایجاد می­شود که سبب حرکت ذرات ریز به کناره­های قالب و تجمع آن­ها در این قسمت می­شود و حالت پلیسه مانندی در کناره­ها ایجاد می­شود و همچنین این­حالت می­تواند سبب افزایش دانسیته در کناره­ها شود. برای رفع این عیب باید: ذرات ریز را کم کرد.،رطوبت پودر را افزایش داد.،سرعت بسته شدن قالب را کاهش داد و بدین ترتیب سرعت جریان هوا کم می­شود.،ضربه دوم باید آهسته­تر در صورت گیرد.

4- عیب کثیف شدن قالب­ها

قابلیت چسبیدن پودر به قالب بستگی دارد به :

درجه حرارت: هر چه درجه حرارت قالب کمتر باشد پودر کمتر خشک شده و قالب زودتر کثیف می­شود.

رطوبت پودر

ترکیب پودر: هر چه پلاستیسیته ترکیب بیشتر باشد( در رطوبت ثابت) قابلیت کثیف شدن کمتر می­شود.

اندازه ذرات: هر چه ذرات ریزتر و یا نرمتر باشند کثیف شدن قالب کمتر می­شود. به تجربه دیده شده که ذراتی با اندازه 70 تا 75 میکرون حداقل کثیفی را ایجاد می­کنند دلیل این امر این است که بدلیل کمتر بودن رطوبت نسبی ذرات ریز نسبت به کل پودر و نیز بدلیل اینکه در طی خروج هوا از ماده، این ذرات سریعتر حرکت می­کنند باعث تمییز شدن نقاط کثیف می­شود.

تکنولوژی تهیه پودر: ثابت شده که پودری که توسط اسپری درایر تهیه شده نسبت به پودری که مثلا از آسیاب خشک تهیه شده، تمایل بیشتری به کثیف کردن قالب دارد. این بدین دلیل است که گرانول­های پودر اسپری درایر توزیع رطوبت یکنواختی ندارند و وسط گرانول نسبت به سطح آن دارای رطوبت بیشتری است.در صورتی که قالب­ها کثیف باشند باعث عیوبی همچون ناصافی سطح قطعه و خراش در طول قطعه می­شود و نیز اگر این عیب زیاد باشد با مشکل هواداری روبرو هستیم زیرا تلورانس قالب و سمبه کم می­شود.برای کم کردن و رفع این عیب دو روش وجود دارد یا می­توان با گرم کردن قالب در دمای بین80 تا      100  درجه سانتی­گراد باعث خروج راحتر قطعه و در نتیجه چسبیدن کمتر پودر به قالب شد و یا می­توان با استفاده از روکش­هایی از جنس رزین­های ترانسپارنت زمان کثیف شدن قالب را افزایش داد. سختی این مواد از فولاد قالب بیشتر است و بدلیل ماهیت سطحی آن­ها ذرات کمتری به آن می­چسبند.

 

 

5- عیب عدم قائمه بودن

عدم قائمه یا چهار گوش بودن به این معنی است که گوشه­های کاشی آن حالت قائمه را از دست بدهد یعنی تابی در اضلاع وجود داشته باشد. این عیب دو دلیل دارد:  

- نحوه پخت کوره: گاهی این عیب بخاطر نحوه چیدن قطعات کنار یکدیگر می­­باشد  مثلا متراکم چیدن قطعات در سیستم دو پخت تونلی، مانع رسیدن حرارت به قسمت­های میانی قطعات شده و کناره­ها بیشتر پخت می­شوند و قطعات تاب بر می­دارند.

- عدم یکنواختی ضخامت پودر، رطوبت، میزان فشار اعمالی و توزیع اندازه ذرات که این­ها موجب عدم یکنواختی دانسیته در پرس می­شوند.

اثرات پرس بر روی خصوصیات کاشی­های پخته شده و خام  

1-                مشخصات کاشی­های خام

-  انبساط بعد از پرس

در نتیجه تراکم و فشردگی پودرها درون حفره قالب، کاشی­ها در معرض تغییر شکل تقریبا ثابت و دائمی قرار میگرند.

در زمان خروج کاشی­ها از قالب، نیروی پرس آزاد می­شود و کاشی­ها در نتیجه عکس العمل­ها و تاثیرات الاستیکی کوچک، منبسط می­شوند. میزان چنین انبساطی عموما به تکنولوژی آماده­سازی پودر و میزان رطوبت بدنه و بیش از همه به مخلوط بستگی دارد.

هنگامی که میزان انبساط کاشی­ها از 0.8 درصد فراتر رود، به خصوص در مورد سایزهای بزرگ با ضخامت بیش از 12-15 میلی­متر، لازم است که به صفحات پوشش، شکل مخروطی قابل توجهی داده و از یک نیروی خارج کننده قوی استفاده کنیم.

-  دانسیته ظاهری

دانسیته ظاهری محصولات پرس شده، عموما از 1.95 تا 2.2 گرم بر سانتی­مترمکعب تغییر می­کند. اگر وزن مخصوص واقعی بدنه­های سرامیکی را تقریبا 2.7-2.6 در نظر بگیریم، نتیجه می­شود که حجم کلی فضاهای خالی موجود در بافت کاشی پرس شده به 15-25 درصد می­رسد. برای تولید محصولات متخلخل(کاشی­های دیواری)، لزومی ندارد که از پودرهای بسیار فشرده که برای کاشی­ها مقاومت مطلوبی در برابر شوک­پذیری پدید می­آورند، استفاده شود. در مورد کاشی­های کف با انقباض پخت زیاد و هنگامی که اجزاء با تخلخل کم تولید شده­اند، کاهش فضاهای خالی توسط پرس، دمای پخت و انقباض کلی قطعات را کم می­کند.

از طرف دیگر، فشردگی بیشتر ذرات تشکیل دهنده بدنه باعث کاهش نفوذپذیری جرم پرس شده می­شود بنابراین خشک شدن کاشی­ها و خروج گازهای ایجاد شده در طی پخت مشکل می­شود.

-  مقاومت خمشی

حداقل مقدار مقاومت خمشی مطلوب برای محفوظ ماندن قطعات در برابر شکستگی­های ناشی از جابه­جایی و ضربه، برای فراورده خام تقریبا6-7 کیلوگرم بر سانتی­متر مربع است. میزان رطوبت پدرهای پرس، شدیدا به دانه­بندی آن­ها بستگی دارد که تاثیر چشمگیری بر روی مقاومت خام دارد.

-  خشک شدن

هنگامی که کاشی­ها در ماکزیمم مقدار فشار شکل دادن پرس می­شوند تا مقاومت خمشی کافی بدست آورند، باید به این مسئله توجه شود که در هنگام خشک شدن، کاشی در معرض شوک­های گرمایی قرار می­گیرد که باعث می­شود قطعه هم انقباض و هم انبساط پیدا کند.

اگر مقاومت خمشی قطعه خیلی کم باشد، در برابر انبساط و انقباض مقاومت نمی­کند و ممکن است ترک بردارد. رفتار خشک شدن بدنه­هی مختلف با هم متفاوت است. در اینجا، برخی از محدوده­های نهایی را بیان می­کنیم:

· کاشی­هایی که در طول کلیه مراحل چرخه خشک شدن، اندازه آن­ها بزرگ می­شود، به سهولت و به تندی رطوبت خود را از دست می­دهند.

·  کاشی­هایی که به میزان زیادی و به سرعت منقبض می­شوند و آن زمانی است که رطوبت خود را به سختی از دست می­دهند.

خشک شدن کاشی بویژه در طول اولین ساعات چرخه، اهمیت زیادی دارد.

2- مشخصات کاشی­های پخته شده   

- خال و مغز سیاه

این عیب عمدتا به ماهیت مواد خام به کار رفته و کوره بستگی دارد. اما زمانی که فشار شکل دادن زیادی بر ماده اعمال شود، این عیب آشکارتر می­شود. یک لکه تیره­تر و گاهی روشن­تر در وسط قسمت قطعات مشاهده می­شود.

- عیوب مربوط به شکل صاف و چهار گوش داشتن

خطاهای مربوط به پرکردن پودر درون قالب یا مقادیر مختلف فشردگی و تراکم قسمت­های مختلف کاشی، عموما باعث این مشکل پس از پخت و در مورد کاشی کف همراه با انقباض می­گردد.

در این حالت کاشی­هایی که دارای عیوب خم شدن ضلع و تحدب می­باشند، همچنین قطعاتی که شکل چهاروجهی نامنظم همراه با عیوب فوق در اضلاع روبرو و مقابل دارند و کاشی­های تاب­دار، بدست می­آید.

- ترک­های پیش از پخت و سرد کردن

      مقادیر و متغییر دانسیته در قسمت­های مختلف یک کاشی باعث انقباض و انبساط قطعه­ای می­شود که در معرض پخت قرار می­گیرد.

در چنین نقاط ناهمگنی، به خصوص در بحرانی­ترین دماهای پخت اغلب تغییر الاستیکی مشاهده می­شود که باعث ترک خوردن کاشی می­گردد.