Пресс для таблеток на пневмогидравлическом цилиндре: усилие по диаметру формы

Краткий ответ: усилие пресса для таблеток — это давление прессования, умноженное на площадь пуансона: F = p × A. Для фармацевтических таблеток обычно называют давление 100–200 МПа, для добавок с большим содержанием действующего вещества — выше 200 МПа. Образец-брикет Ø20 мм при 200 МПа требует около 62,8 кН (≈ 6 400 кгс); с запасом 25 % — около 8 000 кгс. Это даёт пневмогидравлический усилитель MPT Ø100 исполнения 10T при давлении за регулятором около 0,5 МПа. Когда нужное усилие с запасом выходит за 24,5 тс (Ø125 20T при 7 кгс/см² по таблице изготовителя), воздушного усилителя уже мало: при 200 МПа это формы крупнее Ø35 мм, при 800 МПа — крупнее Ø17 мм.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Содержание статьи (13 разделов)

1. Чем таблетку прессуют и почему ищут именно «ручной пресс»?
2. Какое давление нужно, чтобы спрессовать таблетку?
3. Какое усилие даёт каждый диаметр пресс-формы?
4. Какой усилитель MPT подходит под усилие?
5. Как подобрать усилитель на реальном артикуле?
6. Чем отличаются MPT, MPTF и MPTD для таблеточного пресса?
7. Что ещё влияет на таблетку, кроме усилия?
8. Что поставить рядом с усилителем в пневмолинии?
9. Где заканчиваются возможности усилителя?
10. Как обеспечить безопасность оператора?
11. Типичные ошибки
12. Рубрики каталога
13. Частые вопросы

Чем таблетку прессуют и почему ищут именно «ручной пресс»?

Таблетку, брикет-образец для анализа или пробную «шайбу» из порошка делают в пресс-форме: порошок насыпают в матрицу, сверху входит пуансон и сжимает его. Ручной рычажный пресс даёт усилие, которое зависит от руки оператора, поэтому таблетки получаются разной плотности. Пневмогидравлический усилитель убирает эту зависимость: оператор нажимает кнопку, а усилие определяет давление, выставленное регулятором.

Статья — для лабораторного и малосерийного прессования: образцы, опытные партии, небольшие мастерские. Промышленные ротационные таблеточные машины работают по другому принципу и здесь не разбираются.

Какое давление нужно, чтобы спрессовать таблетку?

Прессование оценивают не силой, а давлением на торец пуансона: так таблетки разного размера сравнивают между собой. Давление считают как силу, делённую на площадь рабочей поверхности пуансона. В отраслевой публикации называют диапазон 100–200 МПа как типичный для фармацевтических таблеток, потому что в них много связующего и мало действующего вещества; для таблеток добавок давления выше 200 МПа встречаются часто. Прочность на разрыв 1–2 МПа считают достаточной, чтобы таблетка пережила нанесение оболочки, перегрузку и упаковку.

Точное давление зависит от состава порошка и от того, сколько связующего в нём есть: у части смесей с ростом давления прочность перестаёт расти и появляется «капинг» — отслоение верхней части таблетки; часто помогает гранулирование порошка. Поэтому число из таблицы ниже — отправная точка, а рабочее давление подбирают пробными таблетками на вашем материале.

Какое усилие даёт каждый диаметр пресс-формы?

Усилие F = p × A, где A = π × d² / 4 — площадь пуансона. Таблица посчитана для трёх давлений: 100, 150 и 200 МПа. Килограммы-силы — ньютоны, делённые на 9,81.

листайте таблицу вбок →

Размеры формы 10–32 мм взяты как типичный ряд для лабораторных и малосерийных работ; ваша форма может быть иной — подставьте свой диаметр в формулу.

Какой усилитель MPT подходит под усилие?

У пневмогидравлического усилителя усилие задаётся исполнением, а не диаметром, как у обычного цилиндра. По прайсу WAALPC у серии MPT девять исполнений: Ø63 — 1T и 3T, Ø80 — 5T, Ø100 — 10T, Ø125 — 15T и 20T, Ø150 — 25T, Ø160 — 30T и 40T. Номинал достигается при максимальном давлении, а при меньшем усилие падает почти пропорционально. Для оценки используем коэффициент K — кгс на каждый кгс/см² давления из таблицы изготовителя SNS: Ø63 3T — 500; Ø80 5T — 1 000; Ø100 10T — 1 560; Ø125 15T — 2 560; Ø125 20T — 3 500. Эта таблица изготовителя дана для MPTF, для MPT и MPTD это оценка.

Правило отбора: берём наименьшее исполнение, при котором нужное давление за регулятором не выше 5–5,5 кгс/см² (около 0,5 МПа). Предел серии по нашим данным — 0,8 МПа, но таблица изготовителя доведена до 7 кгс/см², поэтому выше 0,7 МПа усилия мы не считаем.

листайте таблицу вбок →

Как подобрать усилитель на реальном артикуле?

Исходные данные: порошковый брикет Ø20 мм, давление прессования 200 МПа (допущение примера: верхняя граница обычного фармацевтического диапазона), запас 25 %, сеть 10 бар, полный ход 100 мм.

1. Площадь пуансона. A = π × 20² / 4 ≈ 314,2 мм².
2. Усилие. F = 200 × 314,2 ≈ 62 832 Н ≈ 6 405 кгс.
3. Запас. × 1,25 ≈ 8 006 кгс: запас покрывает трение в матрице и неровности подачи порошка.
4. Исполнение. Ø80 5T даёт при 7 кгс/см² только 7 000 кгс — не хватает. Берём Ø100 исполнения 10T: K = 1 560 (таблица SNS MPTF, для MPT оценка), при 7 кгс/см² до 10 920 кгс, запас по максимуму около 36 % сверх нужных 8 006 кгс.
5. Давление. p = 8 006 / 1 560 ≈ 5,1 кгс/см² ≈ 0,50 МПа. Регулятор ARG работает в диапазоне 0,1–0,85 МПа, распределители 4V — 0,15–0,8 МПа; 0,5 МПа входит в оба диапазона.
6. Ход. Высота засыпки и толщина таблетки задают ход сжатия. Допущение примера: засыпка 12 мм, готовая таблетка 4 мм, ход сжатия 8 мм. В прайсе WAALPC ход усиления у MPT — в диапазоне 5–20 мм; берите исполнение с ходом усиления не меньше пути сжатия после касания порошка (вывод автора), в примере 10 мм. Остальной путь до 100 мм шток проходит на подводе с малым усилием.
7. Артикул. MPT-100-1~100, 583 740 ₸. Исполнение 10T в артикуле не кодируется: назовите его при заказе.

Величина	Значение
Брикет	Ø20 мм, площадь ≈ 314,2 мм²
Давление прессования	200 МПа (допущение)
Усилие прессования	≈ 62,8 кН ≈ 6 405 кгс
С запасом 25 %	≈ 8 006 кгс
Усилитель	MPT Ø100, исполнение 10T, K = 1 560
Давление за регулятором	≈ 5,1 кгс/см² ≈ 0,50 МПа
Максимум при 7 кгс/см²	10 920 кгс

Для другого диаметра и давления пересчитайте в калькуляторах усилия цилиндра и скорости цилиндра; отличие быстрого типа от стандартного — в статье про MPTF и MPT.

Чем отличаются MPT, MPTF и MPTD для таблеточного пресса?

Если таблетки прессуют по нескольку в минуту, посмотрите быстрый тип MPTF, от 442 200 ₸: у него дополнительный цилиндр быстрого подвода, и масло отделено от воздуха, а изготовители заявляют подвод примерно на 30 % быстрее. Если высота засыпки меняется от состава к составу, а ход приходится перенастраивать, подойдёт MPTD с регулируемым полным ходом, от 357 900 ₸. Для штучных образцов хватает обычного MPT.

Что ещё влияет на таблетку, кроме усилия?

• Время выдержки. Порошку нужно время, чтобы частицы уплотнились и ушёл воздух. Усилитель держит давление, пока на узел усиления подан воздух; время выдержки подбирают пробными таблетками.
• Скорость сжатия. Слишком быстрое сжатие запирает воздух в порошке: таблетка расслаивается. Скорость подвода настраивают дросселями.
• Равномерность засыпки. Разная масса порции даёт разную высоту и плотность таблеток при одном и том же давлении; порцию лучше дозировать по массе.
• Смазка матрицы. Трение о стенку матрицы поднимает усилие и неравномерно уплотняет таблетку; матрицу чистят, при необходимости — смазывают.
• Выталкивание таблетки. После прессования таблетку нужно вытолкнуть из матрицы: это отдельное небольшое усилие, оно не входит в расчёт прессования.

Что поставить рядом с усилителем в пневмолинии?

Усилие задаёт давление, поэтому перед усилителем нужен регулятор с манометром: ARG, от 20 520 ₸. Подвод и возврат ведёт распределитель 5/2 4V210, от 4 920 ₸. Узел усиления включает отдельный нормально закрытый 3/2 3V, от 3 600 ₸, только после касания порошка: ход усиления тратится на сжатие, а не на пустой путь. Скорость хода настраивают дросселями AS на портах цилиндра, с дросселированием на выпуск, от 1 080 ₸; шум сброса убирает глушитель PSL, от 180 ₸. У распределителей порты с внутренней резьбой G; дроссели AS бывают с цангой под трубку и с резьбой.

Полный состав схемы и порядок цикла разобраны в статье про схему управления пневмогидравлического пресса. Откуда берутся тонны — в статье про пневмогидравлический цилиндр.

Где заканчиваются возможности усилителя?

Самые большие исполнения серии — Ø160 30T и 40T, но таблицы усилий для них в проверенных источниках нет: подбор по номиналу и по запросу. Ориентир по предельным тоннам даёт лабораторная практика: ручной пресс Carver 4350 для таблеток под ИК-спектроскопию развивает до 12 тонн (0–10,9 метрических т, ≈ 107 кН) и комплектуется матрицей 13 мм. Такая нагрузка на площадь 132,7 мм² — около 800 МПа, то есть в четыре раза выше 200 МПа из таблицы. Для такой нагрузки усилитель Ø100 10T (до 10 920 кгс при 7 кгс/см²) уже на пределе: 800 МПа на форме Ø20 мм дало бы около 25 тс. При 200 МПа воздушный усилитель ещё справляется и с крупными формами: Ø25 мм (10 т, с запасом около 12,5 т) — Ø125 15T при давлении около 4,9 кгс/см², Ø32 мм (16,4 т, с запасом около 20,5 т) — Ø125 20T при давлении около 5,9 кгс/см². Если усилие с запасом выходит за 24,5 тс — например, давления порядка 800 МПа, как у пресса Carver, на форме Ø20 мм и больше, — рассматривайте гидравлический пресс с насосом и манометром на масле.

Как обеспечить безопасность оператора?

Пуансон в матрице — зона риска раздавливания пальцев. Нужны ограждение зоны пресса и пуск двумя руками: двуручное управление типа III по ISO 13851:2019 требует нажатия обеих кнопок с разбежкой не более 0,5 с. Соответствие требованиям безопасности подтверждается отдельной оценкой рисков; эта статья заменой ей не служит. Порошки некоторых лекарственных и химических составов вредны при вдыхании: работу с ними ведут в вытяжном шкафу, а требования к рабочему месту берут из паспорта вещества.

Типичные ошибки

• Усилие «на глаз». Начинайте с давления прессования и площади пуансона, а не с «тоннажа побольше».
• Давление вместо силы. Путают МПа на пуансоне и давление сети: это разные величины, связанные через площадь и коэффициент усилителя.
• Усилитель «впритык». Расчёт без запаса не учитывает трения о стенку матрицы.
• Сеть 10 бар напрямую. Рабочий предел наших серий 0,8 МПа, регулятор с манометром обязателен.
• Включают усиление до касания. Ход усиления короткий, и он тратится в пустоту.
• Открытая зона пуансона. Руки в зоне прессования — риск раздавливания: нужны ограждение и двуручный пуск.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и усилители;
• Регуляторы давления ARG;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор скорости цилиндра.

Частые вопросы

Какое давление нужно для прессования таблетки?

Для фармацевтических таблеток обычно называют 100–200 МПа, для таблеток добавок — выше 200 МПа. Точное значение зависит от состава порошка, его подбирают пробными таблетками.

Как посчитать усилие пресса для таблеток?

F = p × A: давление прессования умножают на площадь пуансона. Для Ø20 мм при 200 МПа это около 62,8 кН, или 6 405 кгс.

Какой пневмогидравлический усилитель подойдёт для формы Ø20 мм?

С запасом 25 % нужно около 8 000 кгс. По оценке с коэффициентом K из таблицы изготовителя это MPT Ø100 исполнения 10T при давлении за регулятором около 0,5 МПа.

Можно ли пользоваться формулой для любого порошка?

Формула даёт усилие, а необходимое давление зависит от порошка. Число 200 МПа — допущение примера, для вашего материала давление подбирают опытом.

Нужен ли двуручный пуск?

Да: пуансон в зоне прессования — риск раздавливания. Двуручное управление типа III по ISO 13851:2019 требует нажатия обеих кнопок с разбежкой не более 0,5 с.

Когда усилителя MPT уже мало?

Когда усилие с запасом 25 % выходит за 24,5 тс — предел Ø125 20T по таблице изготовителя, например, при давлениях порядка 800 МПа на форме Ø20 мм и больше: рассматривайте гидравлический пресс. Ø160 30T и 40T подбираются по номиналу, проверенной таблицы усилий для них нет.