Устройство для прессования длинномерных изделий из порошков

 

Изобретение относится к области .порошковой металлургии, в частности к устройствам для прессования длинномерных изделий. Целью изобретения является улучшение качества прессуемых изделий и снижение энергосиловых затрат. В кольцевое пространство между эластичной втулкой 2 и протяжкой 3, сцентрированной в полости втулки 2 одной из опорных шайб 5, засыпают порошок 4, сверху устанавливают

СОЮЗ СОВЕ ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК . (qi) 4 В 22 F 3/02, В 30 В 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДBTQPCHÎMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) 4142258/31-02 (22) 03.11.86 (46) 15.05.88. Бюл. У 18 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.В.Степаненко, Л.С.Богинский, Т.Ф.Богинская, Л.Е.Реут и А.С.Лаза, рев (53) 621.762.4.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N9 451498, кл. В 22 F 3/02, 1973.

Авторское свидетельство СССР

11 859031, кл. В 22 F 3/02, 1979.

„„SU„„1395424 А 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ДЛИНH0MEPHbE ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ (57) Изобретение относится к области .порошковой металлургии, в частности к устройствам для прессования длинномерных изделий. Целью изобретения является улучшение качества прессуемых изделий и снижение энергосиловых затрат. В кольцевое пространство между эластичной втулкой 2 и протяжкой

3, сцентрированной в полости втулки 2 одной из опорных шайб 5, засыпают порошок 4, сверху устанавливают

1395424 вторую опорную шайбу и фиксируют систему путем навинчивания на резьбовую часть протяжки резьбовой втулки 6.

Затем матрицу с размещенной в ней конической формующей дюзой 8 устанавливают в планшайбе 7 протяжного станка.

При прохождении втулки 2 через коническую дюзу происходит ее последовательная радиальная деформация, которая обеспечивает радиальное уплотнение порошка. Используемая эластичная втулка выполнена в виде многослойно—

|, Изобретение относится к порошко-; вой металлургии, в частности к устройствам для прессования длинномер-ных изделий из порошков.

Целью изобретения является улучшение качества прессуемых изделий и снижение энергосиловых затрат.

На фиг.1 показана схема устройст "

9а; на фиг.2 — эластичная втулка, 1(1 поперечный разрез; на фиг.3 — вариант исполнения устройства при ради" альной деформации эластичной втулки в направлении, противоположном по устройству на фиг,1, 15

Устройство сос гои". из матрицы 1, в полости которой усгановлена втулка

2, выполненная в виде многослойного элемента, и протя>кка 3 с уступом. Полость между эластичной втулкой и про- 20 тяжкой заполнена порошком 4. Протя>кка 3 центрируется относительно эластичной втулки 2 опорными полиуретановыми шайбами 5. фиксируется вся система резьбовой втулкой 6. На планшай- 25 бе 7 протяжного станка установлена коническая формующая дюза 8, центрирующая матрицу.

На фиг.2 показан поперечный раз-" рез многослойной эластичной втулки щ

2, иллюстрирующий чередование элас " тичных слоев 9 и металлических сегментов !О, а также относительное расположение металлических сегментов.

Устройство работает следующим образом.

В кольпевое пространство между эластичной втулкой 2 и протяжной 3, сцснтрираванной в полости втулки 2

ro элемента с чередующимися коаксиальными эластичными и металлическими набранными из сегментов слоями, причем сегменты размещены в каждом слое в шахматном порядке. Это обеспечивает устранение эффектов перетекания или перераспределения материала втулки. В результате получают изделия с более высокими результатами по равномерности распределения плотности, а энергозатраты на прессование снижаются. 3 ил. одной иэ опорных шайб 5, засыпают порошок 4, сверху устанавливают вторую опорную шайбу и фиксируют собранную систему путем навинчивания на резьбовую часть протяжки резьбовой втулки

6. Затем матрицу 1 с размещенной на ней конической формующей дюзой 8 устанавливают в планшайбе 7 протяжного станка, а эластичную втулку 2 вместе с порошком 4, протяжкой 3, опорными шайбами 5 и резьбовой втулкой 6 укрепляют на конической дюзе 8,. соеди1 няя концевую часть протяжки с силовым органом протяжного станка. Далее начинают процесс проталкивания эластичной втулки через коническую дюзу, калибрующий диаметр которой выполнен меньшим наружного диаметра втулки с порошком на заданную величину, которая подбирается в зависимости от требуемой плотности и размеров прессуемого изделия.

При прохождении эластичной втулки через коническую дюзу происходит ее последовательная радиальная деформация, которая обеспечивает радиальное уплотнение порошка на протяжку. Поверхность эластичной втулки, контактирующая с порошком, выполнена из металлических сегментов, обладающих жесткостью в осевом направлении, а следовательно, на поверхности взаимодействия с порошком полностью устраняются эффекты перетекания или перераспределения материала эластичной втулки.

В результате этого порошок, подвергаемый воздействию металлической

3 ! 3954 поверхности эластичного инструмента (втулки), уплотняется строго в ради-I альном направлении, и никаких явлений массопереноса порошка, его перемещения вдоль оси прессовки и пере5 распределения по объему в данном устройстве не происходит (что в устройстве-прототипе является следствием перетекания. материала эластичной 10 втулки как в ее объеме, так и на поверхности контакта с порошком).. В результате этого прессуемое изделие получают с равномерным распределением плотности по длине и отсутствием 15 каких-либо трещин, являющихся следствием отрыва и сдвига пористых слоев.

При прессовании порошка в предложенном устройстве достигается требуемая плотность и прочность прессовки, что 20 также связано с воздействием на порошок металлической части эластичной .втулки и с воэможностью передачи на порошковый материал необходимого давления. В устройстве-прототипе увели- 25 чение степени деформации эластичной втулки (если необходимо передать большее давление на порошок) приводило бы либо к необратимому изменению ее формы (вследствие изгиба армирую- 30 щих прутков), либо к нарушению ее целостности (результат отрыва эластичного материала от прутков). Кроме этого, чем большую деформацию задавали эластичной втулке, тем ярче прояв- 3

35 лялись эффек ты и ере те к ания эластич- . ного материала (появлялось, например, торцовое выпучивание, что могло привести к разрушению всего устройства) и в результате все равно не обеспечи- 40 валась передача необходимого давления на порошок. В конечном итоге иэделие получали с неравномерной плотностью о длине, с ослабленными мало.уплотненными участками, низкой проч- 45 ностью. Используемая эластичная втулка представлет собой жесткую конст- рукцию в осевом направлении, эта . жесткость обеспечивается на поверхности контакта с пЬрошком и позволяет получать качественные пористые изделия. Кроме того, эластичная втул ка является высоко упругим элементом, способным испытывать большие упругие деформации, а затем после снятия дей55 ствия нагрузки полностью восстанавливать свои размеры и форму. Это дает возможность многораэового ее использования, обеспечивает экономичность

24

4 всего процесса. Высокая упругость эластичной втулки связана с тем, что металлические слои=сегменты, придающие ей осевую жесткость, чередуются с эластичными слоями, материал которых заполняет также промежутки между этими сегментами. Наличие укаэанных промежутков, заполненных эластичным материалом, обеспечивает при протягиванин втулки через коническую дюзу равномерное радиальное сжатие. При этом Металлические сегменты, расположенные на внутренней поверхности эластично% втулки, смыл.аются, в результате чего на прессуемый порошок оказывает воздействие только металлическая жесткая поверхность, что позволяет получать равноуплотненные по длине изделия. Расположение металлических сегментов в шахматном порядке обеспечивает высокую прочность соединения слоев и равномерное распределение напряжений и деформаций в объеме втулки, что положительно влияет на качество прессовки и эксплуатационные характеристики самой эластичной втулки.

Количество сегментов в металлическом слое также определяет радиальную упругость втулки и его подбирают в зависимости от того, какую наибольшую радиальную деформацию должна выдерживать эластичная втулка. Для обеспечения высоких упругих свойств в радиальном направлении и достаточной прочности металлические сегменты должны быть изготовлены из высокоупругих сталей типа 65Г, 40Х, 50ХГФА, 9ХФ и др. посЛе их закалки и среднего отпуска (300-400 С), до HRC 38-42 °

Такая термообработка позволяет получать высокий предел упругости указанных сталей. Кроме того, для лучшего адгезионного сцепления между эластичным материалом и металлическими сегментами последние перед изготовлением эластичной втулки должны быть подвергнуты пескоструйной обработке, Важное значение имеет толщина слоев в эластичной втулке. При изготовлении металлических сегментов, например, из стали 40Х их толщина должна составлять 0,6 — 0,8 мм. Значения толщины металлического слоя, меньшие

0,6 мм, могут не обеспечить необходи-. мую прочность, что важно при последовательной схеме нагружения втулки, когда на каждом деформируемом участ1395424

20 ке металлические сегменты испытывают гпругие изгибающие деформации. Толщина сегмента больше 0,8 мм приводит к увеличению жесткости втулки в радиальном направлении. Толщина эластичного слоя должна составлять 2-3 мм, что является оптимальным как с точки зрения ее упругих свойств, так и с точки зрения технологии ее изготовления. Чем меньше толщина эластичного слоя, тем меньше вероятность тор" нового выпучивания и отрыва его от металлического слоя. Но толщина меньше 2 мм не обеспечивает необходимую упругость эластичной втулки в радиальном направлении, а,, кроме того, изготовление втулки с эластичным слоем менее 2 мм весьма затруднено. При толщине эластичного слоя более 3 мм создается определенная свобода перемещения эластичного материала в объеМе слоя под действием прилагаемой нагрузки. Это может привести к тому, что вследствие перетекания система не будет обладать достаточной осевой жесткостью и, следовательно, не будет обеспечена передача необходимого давления на порошок.

Кроме того, предложенное устройство снижает энергосилавые затраты процесса. Это связано с тем, что коэффициент трения между металлическими поверхностями в 4-5 раз ниже, чем коэффициент трения между поверхностями металл-эластичный материал,(например, резина или полиуретан). Особенность молекулярного строения эластичных

Материалов приводит к тому, что даже при идеально гладкой (что реально получить невозможно) металлической поверхности трение на границе взаимодействия металл-эластичный материал имеет значительную величину, В результате этого силовые затраты процесса, связанные с преодолением трения,значительно ниже„ Кроме того, эластичная втулка,, вьгполненная в виде сэндвича, хотя и обладает осевой жесткостью, является высокоупругой в радиальном направлении и не оказывает значительного сопротивления деформированию при прохождении через коническую дюзу. Так как силовые затраты процесса складываются из затрат на преодоление трения и затрат на радиальную деформацию втулки, то при использовании предлагаемого устройства они в 4-5 раз будут ниже, чем при использовании, устройства-прототипа.

На фиг.3 представлен вариант исполнения предлагаемого устройства, в котором радиальную деформацию эластичной втулки осуществляют в направлении, противоположном по устройству фиг.1, а уплотнение порошка при этом происходит на.матрицу.

В этом варианте устройство дополнено тем, что протяжка 3 имеет съемную коническую втулку 11, фиксируемую на протяжке винтом 12, и снабжено упорным кольцом 13 и крышкой 14, создающей подпор втулке 2.

После сборки узла прессования (матрица 1 с эластичной стулкой 2, порошком, шайбами 5, упорным кольцом

13 и крышкой 14) его устанавливают на протяжной станок, а протяжку 3 вводят в полость втулки 2, подсоединяя ее концевую часть к рабочему органу станка. Затем начинают ее протягивание, При прохождении конической части протяжки 3 внутри втулки 2 последняя деформируется в радиальном направлении и уплотняет порошок 4 на матрицу. Так как наружная поверхность втулки 2, контактирующая с порошком, выполнена из металлических сегментов, то вследствие отсутствия на данной границе эффектов перетекания материала втулки (что характерно для эластичного материала) пористое изделие получают с требуемой плотностью и равномерным ее распределением по длине. В данном случае происходит радиальное растяжение эластичной втулки 2и ее высокая упругость обеспечивается наличием эластичных слоев и промежутков между металлическими сегментами, заполненных также эластичным материалом.

Скольжение рабочего инструмента (протяжки 3) в полости втулки 2 также происходит по металлической поверхности и возникающие здесь силы трения значительно ниже, чем при скольжении металла по эластичному материалу. Таким образом, высокая радиальная упругость эластичной втулки и незначительные силы трения на границе взаимодействия с протяжкой снижают общее усилие процесса„ его энергосиловые затраты.

Пример. Прессование фильтрующего элемента (пористого трубчатого

1395424 изделия) Р 40>36 мм и длиной 600 мм из порошка нержавеющей стали Х18Н9.

Порошок засыпали в зазор между протяжкой, имеющей ф 36 мм, и эластичной втулкой с размерами Д „ Р

= 68 мм,Д „ = 44 мм и длиной 650 мм, выполненной из семи слоев (4 металлических слоя из стали 40Х с HRC 38

40 толщиной 0,6 мм, набранных из шес- 10 ти сегментов,и 3 эластичных слоя из полиуретана марки СКУ-ПФЛ, имеющего высокую адгезию к металлу), Относительная плотность насыпки порошка

0,3. 15

Затем эластичную втулку с порошком, покрытую смазкой КПД, протягивали через коническую дюзу с углом проо филя 5 и диаметром калибрующей части Д „ = 65 мм. В результате получали 20 готовое изделие с относительной плотностью 0,6, равномерно распределенной по длине (это определяли методом гамма-просвечивания отдельных образцов, вырезанных из различных 25 участков по длине пористой трубы)., Трещин, отрыва и смещения пористых слоев в изделии не обнаружено.

Прессование порошка в данном устройстве осуществляли на горизонтально-протяжном станке типа 7Б56У. Уси.лие протягивания определяли с помощью тензодатчиков, наклеенных на свободную поверхность протяжки, и соответствующих приборов. Оно составляло ,12,5 кН.

Аналогичный процесс прессования осуществляли на устройстве-прототипе.

Эластичная втулка с Д„ = 68 мм и Д „ = 44 мм была выполнейа из поли- 40 уретана-.марки СКУ-ПФЛ и армирована металлическими прутками 4 4 мм из стали 40Х. Степень армирования по объему составляла 12,0Х Для прессо.вания также использовали порошок 45 нержавеющей стали Х18Н9 с относительной плотностью насыпки 0,3.

После протягивания эластичной втулки через коническую дюзу с Дц .=

65 мм и углом профиля 5 готовое изделие имело среднюю относительнук плотность 0.6, однако перепад плот— ности по длине составлял от 0,45 у того конца, с которого начиналось прессование, и до 0,70-0,75 у того конца, где прессование заканчивалось.

Это связано с тем, что при деформировании эластичной втулки происходит перетекание эластичного материала вдоль оси прессовки, в результате которого переносится также и порошок и накапливается на конце прессуемого изделия, отчего конечная плотность здесь значительно выше. Кроме того, на поверхности пористой трубы были обнаружены две кольцевые несквозные трещины, которые в конечном итоге явились причиной разрушения изделия при снятии его с протяжки.

Предложенное устройство может быть использовано для получения длинномерных тонкостенных пористых изделий трубчатой формы с равномерно распределенной плотностью по длине

1 а также для нанесения порошкового слоя на цилиндрические изделия из компактного металла и для получения многослойных пористых труб.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для прессования длинномерных изделий из порошков, содержащее матрицу, протяжку с упором, коническую формующую дюзу и эластичную втулку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улу чшения качества прессуемых иэделий и снижения энергосиловых затрат, эластичная втулка выполнена в виде многослойного элемента с чередующимися коаксиальными эластичными и металлическими набранными из сегментов слоями, причем сегменты каждого последующего слоя размещены по отношению к предыдущему в шахматном порядке с образованием промежутков, заполненных материалом эластичного слоя, и внутренний и наружный слой втулки образован сегментами. 395424

Составитель Л.Гамаюнова

Техред М.Дидык Корректор A.Îáðó÷ÿð

Редактор Н.Горват

Заказ 2327/!4 Тираж 740 Подписное

ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР по,делам изобретений и- открытий

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

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