Способ непрерывного изготовления изделий из порошков

 

Изобретение относится к способам непрерывного изготовления изделий из порошков . Цель -повышение качества изделий за счет улучшения механических свойств. Порошок 1 непрерывно подается из бункера 2 в винтовую канавку 3 вращающегося шнека 4. Порошок уплотняется под действием возрастающего давления и нагревается за счет трения его о корпус 5 и шнек 4. Полученная заготовка разрезается на пластины 7 ротором 8, установленным на выходе шнека и получающим вращение с угловой скоростью (Ог от привода посредством зубчатого колеса 9 через оправку 10. Пластины укладываются в пакет . который прессуют с помощью матрицы 11 .совершающей вращательное движение с угловой скоростью о (0,58-2.12) аъ . 3 ил. 4 табл. у Ё

СОК)З СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 22 F 3/20

ГОСУДАРСТ8Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

M (61) 1435405 (21) 4694182/02 (22) 19,05.89 (46) 23,05,91. Бюл 1Ф t 9 (71) Витебский технологический институт легкой промышленности (72) В, В. Пятов, А. С, Шандриков.

А,В.Карпушко, А.Н.Красновский, К.С,Матвеев и В.В.Савицкий (53) 621.762.4.045(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1435405, кл, В 22 F 3/20, 1987. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ (57) Изобретение относится к способам непрерывного изготовления изделий иэ порошков. Цель -повышение качества

„„JIB 1650363 А2 иэделий эа счет улучшения механических свойств. Порошок 1 непрерывно подается из бункера 2 в винтовую канавку 3 вращающегося шнека 4. Порошок уплотняется под действием возрастающего давления и нагревается эа счет трения его о корпус 5 и шнек 4. Полученная заготовка разрезается на пластины 7 ротором 8, установленным на выходе шнека и получающим вращение с угловой скоростью м от привода посредством зубчатого колеса 9 через оправку 10. Пластины укладываются в пакет, который прессуют с помощью матрицы

l l,совершающей вращательное движение с угловой скоростью в1 (0,58 — 2,12) a . 3 ил.

4 табл.

1650363

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам непрерывного изготовления иэделий из порошков, и является усовершенствованием известного способа по авт. св, М 1435405.

Целью изобретения является повышение качества изделий за счет улучшения механических свойств.

На фиг. 1 и 2 проиллюстрирована схема реализации способа непрерывного изготовления изделий из порошков; на фиг, 3— сечение А — А на фиг. 2.

Способ осуществляют следующим образом.

Порошок 1 непрерывно подается иэ бункера 2 в винтовую канавку 3 вращающегося шнека 4. Перемещаясь по канавке в направлении экструдирования, порошок уплотняется под действием возрастающего давления и нагревается за счет трения его о корпус 5 и шнек 4, Воздух, выделяющийся при уплотнении порошка, отсасывают вакуумным насосом (не показан) через отверстия 6, выполненные в корпусе.

Уплотненный порошок, непрерывно выходящий из винтовой канавки шнека, представляет собой длинномерную прессовку, свернутую по винтовой линии, Эта прессовка разрезается на пластины 7 специальным ротором 8, установленным на выходе шнека и получающим вращение с угловой скоростью о г от привода (не показан) посредством зубчатого колеса 9 через оправку 10, Разрезание прессовки на пластины сопровождается выделением тепла, что приводит к нагреву порошка, Режущие кромки лопастей ротора создают высокие локальные давления, приводящие к пластическому течению частиц порошка. В результате этого пластины доуплотняются до плотности, близкой к плотности компактного материала. Уплотнение достигается также за счет создания ротором сдвигающих усилий в плоскости, нормальной направлению выдавливания. Эти усилия смещают частицы порошка в близлежащие поры, закрывая те из них, которые невозможно заполнить с помощью осевого усилия прессования из.за арочного эффекта.

После разрезания пластины плотно укладывают, Цель этой операции — увеличение плотности на стыках пластин за счет одновременного действия двух усилий: ocecoro, создаваемого шнеком, и сдвигающего, возникающего из-за трения порошка о задние поверхности лопастей ротора. Осевое усилие предотвращает разориентацию пластин за счет прижатия их друг к другу, а

35 сдвигающее — притирает поверхности пластин, уплотняя тем самым место стыка, После укладки пластин следует их прес= сование с помощью матрицы 11, Усилие прессования создается эа счет совместного действия шнека и ротора. Лопасти ротора имеют скошенную заднюю поверхность, что способствует созданию осевого усилия. При этом осуществляется непрерывное выдавливание прессовки через кольцевой зазор, образованный оправкой и матрицей.

Температуру прессовки, выдавливаемой через кольцевой зазор, повышают за счет сил трения путем вращения оправки 10 через зубчатое колесо 9 с угловой скоростью

mz . Матрице 11 дополнительно сообщают вращательное движение через зубчатое колесо 12 в направлении, противоположном направлению вращения оправки, с угловой скоростью в1 =(0,58...2,12) а . При вращении матрицы и оправки осуществляется нагрев заготовки как на границах контакта поверхностей заготовки с матрицей и оправкой, так и внутри ее за счет возникающего интенсивного межчастичного трения.

При этом достигается равенство температур в любой точке поперечного сечения прессуемой заготовки. По мере перемещения заготовки через кольцевой зазор, являющийся зоной спекания, ее температура увеличивается равномерно по всему поперечному сечению.

Спекание протекает в условиях механохимического активирования, что позволяет повысить механическую прочность иэделий.

После спекания при температуре (0,75...0,85) Тпл, достигаемой подбором угловых скоростей вращения матрицы и оправки в соответствии с формулой

Ро т =Too+(%к+П х где To — температура заготовки на входе в зону спекания, К;

P0 — осевое давление на входе в зону спекания, fla;

С вЂ” удельная теплоемкость порошка, Дж/(кг. К); р- плотность порошка в зоне спекания, кг/м;

R — радиус наружной поверхности заготовки, м: г — радиус внутренней поверхности заготовки, м;

1650363 ч — скорость перемещения заготовки в осевом направлении, м/с; м1- угловая скорость вращения матрицы,c м2 — угловая скорость вращения оправ- 5 ки,c

-1.

f коэффициент трения заготовки о матрицу и оправку; ф- коэффициент бокового давления;

I — длина зоны спекания, м, 10 все частицы порошка имеют одинаковую прочность сцепления, так как они подвергались максимальному активированию не только при разрезании прессовки на пластины, но и при одновременном нагреве 15 поверхностей контакта с матрицей и оправкой. Кроме того, вращение матрицы и оправки в противоположных направлениях способствует созданию межчастичного трения в слоях, прилегающих к границам кон- 20 такта, тем самым достигается полнота спекания эа счет дополнительного количества тепла, Одновременное вращение обоих формообразующих элементов способствует 25 равномерному спеканию формуемого изделия и, как следствие, улучшению его механических свойств. Соотношение между угловыми скоростями вращения матрицы и оправки определено экспериментально при 30 формовании заготовок в виде труб из по-. рошков меди llMC — 1 и железа ПЖЗМ2, Температура плавления меди 110 С (1373 К), а железа 1530 С (1803 К). Для изделий из порошка меди IlMC — 1 температура спекания 35

1030...1167 К, а для иэделий из ПЖЗМ2

1352...1533 К, в процессе формования изделия изменялись значения угловых скоростей вращения матрицы a)1 и оправки йа и производилось измерение температуры за- 40 готовки на выходе из зоны спекания, Результаты измерений для МПС-1 и

ПЖЗМ2 приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

Отношение температуры заготовки в 45 зоне спекания к температуре плавления компактного материала идентичны, а соотношения между угловыми скоростями вращения формообразующих элементов близки по своим значениям, Общим для данных экспериментов оптимальным соотношением угловых скоростей вращения матрицы и оправки будет соотношение в1= (0,58...2,12) са .

Полученное изделие имеет более высо- 55 кие механические характеристики за счет улучшения условий спекания.

П р и и е р 1. Иэ порошка меди ПМС-1 изготавливают трубу наружным диаметром

300 мм (8=0,15 м) и толщиной стенки 5 мм (г=-0.0,1 м). Наружный диаметр шнека

320 мм. глубина канавки и ее ширина соответственно 8 и 10 мм, угол подьема канавки

13О, длина рабочей части шнека 800 мм.

Частота вращения шнека 4 об/мин, Порошок, перемещаясь в канавке шнека к матрице, уплотняется по мере возрастания давления. Выделяющийся при этом воздух отсасывается механическим вакуумным насосом, создающим разрежение 0,01

Па, По мере перемещения в межвитковом пространстве порошок разогревается эа счет сил трения о корпус и шнек. На выходе иэ шнека его температура 350 К, а плотность (0,6...0,75) /3м, где Р„=-.8600 кг/м — плотность компактного материала, Полученную прессовку, свернутую по спирали, разрезают на пластины с помощью специального ротора, имеющего четыре раэрезающих лопасти наружным диаметром

320 мм. Ротор получает вращение через оправку, угловая скорость которой п =0,5с

-1 (4,77 o6/мин). Диаметр оправки равен внутреннему диаметру заготовки, Пластины имеют толщину 0.4 мм. При резании пластины доуплотняются за счет высоких локальных напряжений в зоне резания до плотности (0,94...0,96) р„, что для порошка меди ПМС вЂ” I составляет р„=-8170 кг/м, з

Плотно уложенные пластины прессуют в матрицу за счет осевого давления Pp=200

МПа (2 108 Па), развиваемого шнеком, Матрице сообщают вращательное движение с угловой скоростью в =-0,45 с (4,3 o6/мин).

-1

Температура прессовки на входе в зону спекания поднимается до 400 К. Длина зоны спекания составляет 0,35 м. Скорость перемещения заготовки ч в осевом направлении в зоне спекания составляет 0,005 м/с, что соответствует общепринятым условиям мундштучного прессования. На выходе иэ эоны спекания прессовка имеет температуру Т=1114,75 К, что составляет 0,81Тпл. где

Т вЂ” температура плавления меди. Данная температура соответствует принятому температурному режиму спекания, Для меди:

f=0,З5; $ =0,54, C=395 Дж/(кг.К). Подставив все известные величины и выбранные соотношения между со1 и са, определяем расчетную температуру Тр прессовки на выходе из зоны спекания. Расчетная температура составляет 1127,91 К. Относительная погрешность между расчетной Тр и измеренной Т температурами составляет 1,17ф,.

Механические свойства образцов, полученных известным и предлагаемым ñnîсобами. приведены е табл. 3, 1650363

П риме р2, Иэ порошка железа ПЖЗМ2 изготавливают трубу тех же, что в примере

1, геометрических размеров. После засыпки порошка в бункер включают привод шнека.

Частота вращения шнека 5,2 об/мин. Порошок, перемещаясь по винтовой канавке шнека, уплотняется и нагревается. Одновременно его вакуумируют, создавая разрежение 0.01Па механическим вакуумным насосом, На выходе из винтовой канавки шнека порошок превращается в длинномерную прессовку, свернутую по винтовой линии. Плотность этой прессовки (0,55...0,70) р, где р =7900 кг/м — плотность литого железа. Температура прессовки на выходе из шнека 300 К. Полученную прессовку разрезают на пластины с помощью специального ротора, Ротор и оправку вращают с угловой скоростью 0,9 с (8,6 об!мин). Толщина полученных пластин

0,6 мм, При резании прессовки на пластины происходят интенсивная деформация частиц порошка, разрыв уже образовавшихся связей и доуплотнение пластин до плотности (0,92. „0,96) р, что для порошка железа в среднем составляет 7268 кг/мз. Это приводит к повышению химической активности поверхности частиц, снятию окисных пленок и к дальнейшему локальному нагреву порошка. На выходе иэ зоны действия ротора пластины плотно укладывают под действием сдвигающих усилий, возникающих иэ-за трения о задние поверхности лопастей ротора. Происходят втирание частиц порошка в межчастичное пространство и разрушение арок.

Плотно уложенные пластины прессуют в матрицу за счет давления, создаваемого вращением шнека и ротора, 3m давление при указанных режимах составляет 200 МПа (2 10 Па), Температура порошка на входе в зону спекания 350 К. Матрице сообщают вращательное движение с частотой 0,75 с

-1 (7,2 об/мин) в направлении, противоположном направлению вращения оправки. Длина эоны спекания 0,35 м. Коэффициент трения 1-0,45, коэффициент бокового давления для порошка ПЖЗМ2 0.39. Удельная теплоемкость железа С-500 Дж/ (кг.К).

Прессовка перемещается в зоне спекания со скоростью ч-0,005 м/с. Температура прессовки на выходе зоны спекания, вычисленная по формуле, 1392,85 K. Измеренная температура прессовки 1415,82 К.Относительная погрешность 1,62ф,.

Механические свойства образцов из порошка МЖЗМ2, полученных известным и предлагаемым способами, приведены в табл, 4.

Как следует из табл. 3 и 4, описываемый способ позволяет повысить качество иэделий за счет улучшения их механических свойств и регулировать температуру прес5 совки в зоне спекания по математической зависимости температуры спекания от угловых скоростей вращения формообразующих элементов (матрицы и оправки), контактирующих с внутренней и наружной

10 поверхностями npeccyeMoro иэделия, с учетом их оптимального соотношения.

Формула изобретения

Ро

30 То + ФЧ7+7) Х (R v „ р2 + г

35 х 1 — е х где To — температура пакета пластин на входе в цилиндрическую часть матрицы, К;

40 P — осевое давление на входе в цилиндрическую часть матрицы, Па;

С вЂ” удельная теплоемкость порошка, Дж/(кг. К); р — плотность порошка в матрице, 45 кг/мз;

R — радиус наружной поверхности пакета пластин в цилиндрической части матрицы, м;

r — радиус внутренней поверхности па50 кета пластин в цилиндрической части матрицы, м; ч — скорость перемещения пакета пластин в осевом направлении, м/с; в1 — угловая скорость вращения матри55 цы,с ;

cog — угловая скорость вращения оправки,с;

f — коэффициент трения пакета пластин о матрицу и оправку;

15 Способ непрерывного изготовления изделий иэ порошков по авт. св. hh 1435405, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий за счет улучшения механических свойств, в процессе до20 полнительного прессования пакета пластин осуществляют вращение матрицы в направлении, противоположном направлению вращения оправки, с угловой скоростью си>

=10,58...2,12) сщ, а температуры пакета пла25 стин регулируют путем изменения угловых скоростей матрицы и оправки в соответствии с формулой

1650363

I — длина цилиндрической части матрицы, м. ф- коэффциент бокового давления порошка;

Таблица 1

М1,C

Т,К

Щ2,с1

Т,К

Таблица 2 аа, с-1

Т,К

Т,К

Таблица 3

Таблица 4

0,1

0,2

0.3

0,4

0,421

0,5

0,51

0,51

0,51

0,51

0,51

0,51

0,421

0,2

0,4

0,6

0,765

0,8

0,903

0,903

0,903

0.903

0,903

0 903

0,1

0,2

0,3

0,4

0,421

0,5

0,51

0,45

0,4

0,3

0,21

0,2

0,45

0,2 0.4

0,6

0,765

0,8

0,903

0.8

0,7

0,6

0,5

0,454

560,75

705,10

852,93

1001,68

1032,98

1150,81

1166,74

1138,25

1115,38

1069,79

1029,73

1024,65

,046,25

616,64

875,83

1136.66

1352,70

1397,91

1552,52

1491,12

1450,96

1410,82

1370,74

1352,32

0,421

0,421

0,421

0,421

0,2

0,3

0,38

0.4

0,45

0,45

0,5

0,55

0,765

0,765

0,765

0,765

0,765

0,765

0,8

0,9

0,964

0,8

0,704

0,5

0,6

0,7

0,713

0,51

0,51

0,51

0,51

0,51

0,421

0,421

0,421

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,215

0,765

0,765

0,765

0,903

0,903

1069,15

1115,03

1160,95

1166,92

846,19

948.88

1031.39

1052.04

1103,73

1062,95

1146,64

1166,35

1366,23

1406,42

1446,62

1486,83

1527,05

1533,00

1383,85

1474,35

1532,28

1439,30

1352,43

1650363

Фиа 1

ФжЯ

Составитель А,Думчев

Техред M.Морге нтал Корректор О.Кравцова

Редактор Л.Гратилло

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1570 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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