Устройство для непрерывного формования крупногабаритных изделий из металлических порошков

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3854770/22-02 (22) 11.02.85 (46) 23.08.86. Бюл. М 31 (71) Витебский технологический институт легкой промышленности (72) С.С.Клименков иА.Н.Красновский (53) 621.762.4.04 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1047589, кл. В 22 F 3/02, 1982 °

Авторское свидетельство СССР

Ф 1154812, кл. В 22 F 3/20, 1984. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕPbtBHOro

ФОРМОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ, содержащее бункер, матрицу и корпус с раз„„SU„,, 1252054 A 1 д11 4 В 22 F 3/20, В 30 В 11/24 мещенным в нем шнеком и наконечником со спиральной нарезкой на боковой поверхности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности устройства и плотности иэделий сплошного профиля, спиральная нарезка боковой поверхности наконечника выполнена с шагом, уменьшающимся от основания наконечника к его вершине, образующая спирали наклонена к образующей внутренней поверхо ности матрицы под углом от 3 до 12 а полярный угол спиральной нарезки боковой поверхности наконечника изменяется в пределах от 0 до 10 .

1252054

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для непрерывного формования крупногабаритных изделий из металлических порошков.

Цель изобретения — повышение производительности устройства и плотности изделий сплошного профиля, На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — спиральная нарезка боковой поверхности наконечника.

Устройство состоит иэ корпуса 1, к торцам которого крепится матрица 2 и крышка 3 подшипника. Внутри корпуса расположен шнек 4, опирающийся на подшипник 5. На торце шнека закреплен наконечник 6 с нарезкой на боковой поверхности в виде логарифмической спирали. Шаг спиральной нарезки уменьшается от основания наконечника к его вершине. Рабочая поверхность 7 спиральной нарезки выполнена нормально образующей 8 внутренней поверхности матрицы 2. Образующая 9 спиральной нарезки наконечника составляет с образующей 8 внутренней поверхности матрицы угол с . На другом конце шнека 4 закреплено зубчатое колесо

10, соединяющееся с приводом (не показан). На корпусе установлен загрузочный бункер 11.

Устройстно работает следующим образом.

От привода через зубчатое колесо

10 вращательное движение сообщается шнеку 4. Одновременно из загрузочно „f го бункера 11 на витки шнека поступает порошок. Перемещаясь по нарезке шнека, порошок получает предварительное уплотнение и поступает в зону уплотнения матрицы 2. В зоне уплотнения матрицы порошок захватывается нитками наконечника 6. Так как рабочая поверхность 7 спиральной нарезки боковой поверхности наконечника выполнена нормально образующей

8 внутренней поверхности матрицы,то порошок продвигается вперед параллельно этой образующей. Возникающая при этом сила трения порошка о внутреннюю поверхность матрицы является минимально возможной, так как слабее всего порошок передает данление в направлении, перпендикулярном его действию. Поскольку образующая 7 спиральной нарезки боковой поверхности наконечника выполнена под углом к образующей 8 внутренней поверхности матрицы, то создается н процессе продвижения и уплотнения порошка наконечником дополнительный подпор порошка и уплотнения порошка наконечником дополнительный подпор порошка к внутренней поверхности матрицы. 3а счет этого увеличивается сила сцепления порошка с поверхностью матрицы, исключающая проворот порошка вместе со шнеком и наконечником беэ его продвижения вперед. С целью предотвращения проворота порошка вместе с наконечником спиральная нарезка боконой поверхности наконечника выполнена н виде логарифмической спирали

f)=b а

Ь-а — шаг спиральной нарезки боковой понерхности наконечника; постоянные, зависящие от размеров поперечного сечения формуемого иэделия; координата спирали наконечника по оси абсцисс изменяющаяся в передел О, Т, 2

+ СЮ где

35 Ь и а

Указанные зависимости изменения геометрических параметров наконечника позволяет достичь соответствия

45 между приращениями радиус-вектора спирали и шага спиральной нарезки боковой поверхности наконечника.

Благодаря этому исключается скачкообразность в изменении факторов про50 цесса формования порошка и зоне уплотнения матрицы. Следствием этого является улучшение качества изделий— отсут твие остаточных напряжений, кольцевых трещин, выравнивание плот55 ности по сечению профиля изделия.

Давление н зоне уплотнения матрицы плавно возрастает от основания наконечника к вершине. Однако уменьшегде З вЂ” радиус-вектор спирали в полярных координатах;

Ь и а — постоянные, зависящие от размеров поперечного сечения формуемого изделия;

25 полярный угол спирали.

Шаг такой пространсTíåHíой логарифмической спирали ноэрастает от вершин наконечника к основанию согласно формуле

252054 4 бой спирали, вне зависимости от ее вида, так как данное изменение шага позволяет выравнять величину момента трения порошка о поверхность матрицы на длине последней. В то же время момент трения порошка о поверхность наконечника уменьшается нз-за уменьшения радиуса его боковой поверхности в направлении формования.

М = F „r

1рао Р гО о Р 4 Р В где F, тР1

t5 где М, и M,> — момент трения порош р o ка о поверхность наконечника, создаваемый соответственно у основания и вершины наконечника; сила трения порошка о поверхность наконечника у основания и вершины соответст20 нечника

25 где F — сила трения порошка о поЧт верхность наконечника;

P — давление в зоне 1 -ro

1 спирального элемента боковой поверхности наконечника;

S — площадь поверхности 1 -го

i 11 спирального элемента боковой поверхности наконечника.

Поскольку внутренняя поверхность

40 матрицы является цилиндрической, то момент трения, создаваемый шнеком на длине зоны уплотнения матрицы (т.е. в любой ее точке), постоянен:

ТР.1 где М вЂ” момент трения порошка о Р1 поверхность матрицы;

F — сила трения порошка о поТР1 верхность матрицы; 50

r — радиус отверстия матрицы.

Это означает, что сцепление порошка с внутренней поверхностью матрицы постоянно в любой точке внутренней поверхности матрицы. 55

Указанное изменение шага спиральной нарезки наконечника, выраженное формулой t = Ь ° а, применимо для люние площади поверхности каждого из спиральных элементов боковой поверхности наконечника от основания к вершине создает постоянную по величине силу трения порошка о поверхность матрицы и наконечника на длине наконечника. Аналитически это подтверждается зависимостью причем P,S, Р Б„= ... =Р;Б; сила трения порошка о поверхность матрицы; давление в зоне i -ro спирального элемента боковой поверхности наконечника; площадь поверхности матрицы, ограниченная зоной

1 -го спирального элемента боковой поверхности накопричем PI S1„= P Sà = ° = Р; S; „ венно, r u r — радиус-вектор осноо b вания и вершины боковой поверхности наконечника.

Так как F = F, «, à r > rb, щадь поверхности наконечника меньше площади внутренней поверхности матрицы, то в любой точке эоны уплотнения порошок оказывается сильнее сцеплен с поверхностью матрицы, чем с поверхностью наконечника, что само по себе исключает проворот порошка вместе со шнеком и наконечником. Увеличение давления в процессе работы предлагаемого устройства вызывает соответственное увеличение моментов трения порошка о внутреннюю поверхность матрицы и поверхность наконечника, однако последний не превышает момента трения порошка о поверхность матрицы.

Достижение величины критического давления не сопровождается проворотом порошка вместе со шнеком и наконечником, что наблюдается у известного устройства. Таким образом, величина критического давления определяется мощностью привода в пределах реологических свойств материала. Это позволяет значительно увеличить плотность сформованных изделий.

Для проверки достижения цели проведен эксперимент на известном (базоf252054

Т а б л и ц а 2

ПлотПлотность

Осевое усилие, идущее непосредстненно на уплотнение

УE ол на клона ность центральных образую!1!ей периферийCJIOeB

7 ных спираль«t! >tI I«it

РP ««, 1! слоев, 7 порошка>

7 наконеч»» н««ка, 94

99 75

99

Т а б л и и а 1

Плотность центральПлотность периферий, ных слоев, 7.

Осевое 20

Полярный

66 2

99 > силие идуще р угол спирали ных слоP.B» ), 94 96 59

I I 0 II(>

>средст«>:нно Л5 на уплотнение по:рошк;«,/

6Н

92

35

12 >

53 40

16 »

«Ii>p гь ««ако!«е«!««ика.

Тйблица3

Сн > I< гва

Устройство ное мое (корость экст««и/«1«t«1

;)1)и диаме ре, !.«!"!

50 30

100

17 вом) и предлагаемом устройстве. В качестве исходного материала ис«нльзуют железный пластифицированньп« порошок ПЖ2М2. В предлагаемом устройстве используют наконечники со спиральной нарезкой боконой поверхности н ниде логарифмической спирали, причем полярный угол спирали изменяется н пределах от 0 до 16», а угол наклона образующей спиральной нарезки наконечника 10 по отношению к образующей внутренней поверхности матриць« изменялся от 0 до 15 . С««екание осуществляли при — 1050 С в течение 16 ч в атмосфере водорода. 15

Результаты эксперимента прег1станлены н табл. 1-3.

Анализ экспериментальных данных табл. 1 пока:«ывает, ч го максимально достижимая плотность издег«ий наблюда-45 ется при ис «ользовании наконечника с полярным углом у от 0 до 100>, т.е. наконечник имеющий пять ни гков с«гиральной нарезки. Г1ри использонании наконечников, у которых полярный угол 50 выходит из указанного интервала, в первом случае (до 10 »! наблюдается разноплотHocTb це««тра!«ь«!««х н периферийных слоен изделий, во втором случае (больше 1С ) уменьшается об>цая 55 плотность изделия из- за потери части осеного усилия н;1 преодоление тре«ия

tIo поверхнос ти нак >не I«I:IKcl и матрицы

Из табл. " видно,,что угол наклона образующей спиральной нарезки

Гоконой поверхности наконечника, удовлетворяющий требованию высокой плотности изделий и ра«з««омер««ому распределению плотности по сечению, о <

:.;txoдится в пределах 3 cc 12 о !

1ри угле ««аклона образующе««до 3

««аблюдается раз ноплотность центральных и периферийных слоев иэделия, обьясняемая разность«)> сил трения по поверхностям матрицы и наконечника.

Л при угле наклона образующей выше о ! 2 !«аря««у с разноплотиостью сердцеви!«ы и периферии изделия уменьшается его п.«отность» что связано с возрас-! )««! «!«ил! противодавле нием, которое со л;«ет спиральная боковая поверхИзвест- Предлагае7

Продолжение табл.3

1252054

Сравнение результатов эксперимента, представленных в табл. 3, говорит о том, что предлагаемое устройство позволяет увеличить производи5 тельность при формовании крупногабаритных изделий в 2-2,5 раза по сравнению с известным, При этом максимальный диаметр прутка возрастает вдвое. Плотность изделия зависит только от мощности привода, так как достижение критического давления не сопровождается проворотом порошка вместе со шнеком и наконечником.Это позволяет добиваться максимально возможной плотности у формируемых крупногабаритных изделий.

Свойства

Устройство

ИзвестПредлагаемое ное

4,5

3,3

Максимальный диаметр прут2

1в3

200-250

80-100 ка, мм

Плотность изделия,7 при диаметре, мм

99

Изобретение может быть использовано в порошковой металлургии для производства крупногабаритных изделий сплошного сечения из металличес99

99

98

94

250 ких порошков.

Фиг. 2

Составитель Л.Гамаюнова

Редактор Н.Бобкова Техред O.Cîëêî Корректор С.Черни

Заказ 4566/13 Тираж 757 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4