Способ изостатического прессования фасонных изделий из порошков

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я » В 22 — 3/0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СБИг1ЕТЕЛЬСТBY (21) 4802685/02 (22) 08.01,90 (46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Богдановичский огнеупорный завод (72) Б.К.Васильев, А.А,Валов, Е.П.Абрамов и А.А. Вяткин (56) ЕПВ (EP) заявка М 0133515,. кл. В 22 F 3/04, 1985.

Технологическая инструкция Багдановичского огнеупорного завода. TM 203-0-1087. Изготовление корундографитавых стопоров-моноблоков изостати еским прессованием, 1987 r. (54) СПОСОБ ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ ФАСОННЦХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изостатического прессования преимущественно огнеупорных изделий из порошкообразных масс.

Известен способ, позволяющий изготовление одновременно нескольких изделий иэ порошкообразной массы со сложнофасонной частью, заключающийся в заполнении пресс-формы массой, виброуплотнении ее, герметизации пресс-формы, удалении воздуха из пресс-формы вакуумированием массы и прессовании вначале односторонним воздействием избыточного давления 0,6 — 0,8 ат (0,06-0,08 ЛПа) на фасойную часть, а затем всесторонним иэостатическим давлением на всю массу.

Этот способ позволяет улучшить качество фасонной части изделия.,, Ы„, 1759551 А1 (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, Изготавливают стопоры-моноблоки массой 35 кг, высотой 1150 мм, наружным диаметром 130 мм, с толщиной стайки

42 — 45 мм, с фасонной конусообразной головной частью. Пресс-форму с эластичной оболочкой заполняют порошком на вибростенде, герметизируют ее, помещают в гидростат, прикладывают гидростатическае давление 6 МПа и сбрасывают его. Вакуумируют полость пресс-формы с парашка;:, путем подсоединения ее к вакуумной магистрали. Прикладывают рабочее давление гидростатического прессования

100 МПа. Извлекают пресс-форму из гидростата и вынимают из нее изделие. 1 ил, Недостаток известного способа заключается в том что вак ми ование зат неL. ления изделий с фасонной головной частью в виде сферы или конуса, облегчающих удаление воздуха, Известен способ изготовления фасонных изделий из порошкообразной массы холодным изостатическим прессованием, уу р руд но сопротивлением толщи верхнего слоя массы, заполняющей форму, и ее стенок, неровности которых (выступы или пазухи) (Л препятствуют удалению воздуха. О

Неопределенность сопротивления фар- (Л мы исключает гарантию надежности r.po- (л цесса вакуумирования, сохраняя вероятность запрессовки воздуха в массе и

1 получения брака в виде отколов или трещин .Р фасонной части после прессования, что or- 4 раничивает возможности способа изгото i759551

3540 ;оторый вклюЧает заполнение эластичной пресс-формы порошком и приложение к ее нешней поверхности изостетичес га давления рабочей среды (материала с открытыми порами). Перед проведением изостатическога прессования снимают вакуум, воздействующий на наружную форму, и подключают к системе вакуумиравания внутреннюю полость эластичной формы.

Указанный способ позволяет изготовлять любые фасонные изделия, Однако вакуумиравание массы осуществляется через весь объем изделия по ага высоте, а глащадь вакуумирования о. раничена размером отверстия вакуум-и„ îâîä,а при непосредственном соприкосновении его с массой; не обеспечивается так>ке полная герметизация пресс-формы. Вследствие этого в процессе прессования во ìîæíî вытеснение оболочкой не только воздуха из пресс-формы, но и порашкоабразной массы, которая забивает систему вакуума, чта затрудняет процесс вакуумиравания и ведет к повышению брака изделий, Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления изделий из порошка изастатическим прессованисм, включающий запалне ..ие пресс-формы l3c сой, виброуплотнсние, герметизацию пресс-формы, вакуумиравание и прило>ке ние давления рабочей среды, Недостатком указанного спгсаба являтся то, что процесс вакуумиравания затруднен сопротивлением толщи слоя массы, згпалHÿIàùåé форму, и зависит or размеров и конфигурации ее полости. При этом вероятность запрессавки воздуха в . эссе jeeличивается с размерами или каг и",eereoì одновременна вакуумируемых форм и наличием в нух неровностей, выступов или пазух. Это приводит к увеличению при изготовлении изделий дали брака па откалам и трещинам в слажнофасаннь.х формах из-за разрушения сырца сжатым в массе воздухам при снятии давления рабочей среды, >

Целью изобретения является снижение брака изделий.

Для этого в способе изастатическаго прессования фасонных изделий из порошков, преимущественно огнеупорных, вкл. очающем заполнение порошком полости эластичной оболочки, вакуумирование полости и приложение к ее поверхности изостатического рабочего давления, перед вакуумированием осуществляют приложение давления. равного 0,15 — 17;4 от рабочега, и его сброс.

Приложение и сброс давления осушествляют многократно величиной 0,15-107; от рабочего давления и с частотой приложения и сброса 0,2 — 2 раза в секунду с одновременным вакуумированием.

Предлагаемая последовательность операций изготовления изделий изос-;атическим прессованием обеспечивает на начальной стадии прессования .образование свободного зазора между эластичными стенками пресс-формы и сформаваннай в ней массой, что позволяет беспрепятственно удалять воздух из формы ее вакуумированием вне зависимости от размеров и конфигурации по всей площади поверхности изделия. Определенные опытным путем величины и режим приложения малого давления на начальной стадии прессования обеспечивают устойчивость сформированной массы, уменьшая долю брака изделий, На чертеже «забражена пресс-форма с содер>кащейся в ней порошкаобразной массой, разрез. Левая от оси половина схемы изображает процесс прессования, правая— процесс вакуумирования. Сплошными стрелками слева от оси показано приложение давления рабочей среды в начальной стадии прессования. Пунктирные стрелки справа от оси показывают удаление воздуха из фармьь

Пресс-форма для осуществления предложенного способа состоит из перфорированной матрицы 1, эластичной оболочки 2, герметично зажатой дном 3 снизу и сверху фланцем 1, образующим горловину прессформы для засыпки порошкообразной МВс сы, Фланец выполнен с каналом, в который встроен клапан 5, связанный с вакуумной магистралью б. Пресс-форма также снабже;- а;крышкой 7 с эластичной мембраной 8 и

"-.:лаcтич ой пробкой 9, обеспечивающей формирование головной части изделия.

Предлагаемый способ изготовления изделил из порашкоабраэной массы изастативеским прессаванием осугцествляют следующим образом.

Сначала в пресс-форму через ее -орловину засыпают порошкообразную массу 10.

При этом эластичные элементы формы копируют очертания изделия, Это достигается применением либо профилираваннай оболочки 2, например из палиуретана, либо созданием разрежени-. с наружной поверхности резиновой оболочки 2, растягивая ее до полного облегания стенок матрицы 1 в вакуум-камере.

Массу, засыпанную в пресс-форму, виброуплатняют, подвергая пресс-форму вибрации на стенде (не показан), Затем в горловину устанавливают подвижную эластичную пробку 9 и герметична закрывают

2 0

2л

«п

> 1

50 крышкой 7. На этом процесс под-ото=:::1 пресс-формы к прессовяки:а зяка чивас ся,,ЧЯГ»88 ПОСЛЕДОВЯТЕГ»ЬКО О, i !Oi,("..CTP«Ëc! IOÒ

И 3 а СТ Я т И Ч 8 С К О Е П р 8 С С!i в 3 К и 8 М а;.,!««», 1 »! =i

-1

ЭТСГО Г P8Ñ! -фаРМУ ПОМ8»ЦБ!G! В ГЕР: 18Т" .I-;0 закрываемый кактей p илl камеру изост=та, ГдР масс> ня на -!альl!ОЙ с -.",,MY Г il! B8 >ГЯ,От Всестооон кок.у О(,жя1 ик: г, 0»1лаже»!ием избыточH ОГО Да Вл ения рябо !8Й Гр Ц«! I)I ид кОсти или ВаздуKB) Ве/!ич»»НОЙ В:1р(д8ляк

О, !5 — 17,/, от раба »его дязле!-;ия пре-.сова ния, Под действием давлек ля раба !ей ср8ды оболочi:a 2, мембрана 8 и проб:<а 9

СМЕ iBIOTCR К ЦЕНТ(РУ ПРесс.фООМЫ.,УПЛОТ »ЯЯ параш кааа»>азную MBccv c»кима--. садсажащийся в ней Возя»с:10,, 10c-.ижекии указанн нОЙ Вели "I cn! III !13»ыта HO ÃO ДЯ (»л ения гн УЩРСТРЛаЮг 8(0 Г.FPO(- Г1Д I B г«,.,« !.«О этим с>к" гый : массе воздух ва,.;ей с-,вует кя эласги !ну»а Оболочку пробку »! J! .3<»»ОBI: LI оттесняя их от сформованно,1 массы. При этом часть воздуха выделяется из массы и заполняет свобод»ый зазор между -;»IBcTLчНЫМИ СТ8!-»КЯМИ ПРЕСС фОРМЬ И СфаР."10ВЯН

НОЙ МЯССОй, Фо!ЭМОВЯН!1Е МЯССЫ П POLciCXOP,ГГГ алагодаря кали Гию в ней связующего необходи МОЙ Вл с! <К насти. Цял с:: какал Горл О в и н ы !

lPPCC-фа»>МЫ СОВДИ!".IIIOT C BBKQ!(МНОЙ FBI Истрялью 6, открыва!от клагян 5 и удаляюг воздух из пресс-формь!. При этом прсисходит Вакуумирова INP массы практически одновремеккo:-по всей ее поверхности через весь обье»«1 B попере.ком .-!вправлении по

НЯИМВНЬШЕМУ COПРОТИВПЕКИ»0 ДВИЖВНИЯ воздуха через пористую стенкууплотненноГО пОООшка !8pf 8>К, сп»>ЯВЯ От Оси). Вели (ика вакуума в магистрали 6 благодаря

ООРЯЗОВЯВшемУсЯ сВОООДНОМУ зазОР j соответствует Вакууму в пог!ости пресс-формы, в результате обеспечивается контроль за процессам и гарактир>етс". Вакуумирование массы. Вследствие того, ч;о отсасыва!L18 воздуха происходит сразу по всему абьему сфармованной массы через ее пористь»е стенки, площадь поверхности которых больше площади поперечного сечения, надежность процесса вакуумирования увеличивается, а время вякуумирования уменьшается. О другой стороны, пористость уплотненной массы меньше пористости насыпной, следователь-!0, и количество воздуха в порах значительно меньше, TBK как часть его после сжатия массы выделяется в зазор между оболочкой и сформованной массой и практически мгновенно удаляется через клапан в магистраль из-за сравнительной малости зазора, равного усадке порошка на начальной стадии прессования избыточным малым давлением, Опытно-прамь»»(»г!екн!«!»! прессовякием

0;.Неупар; коау Häof pBQLIТОВых изделий . »08ЛЕЛ;.!;».О! ОП! IM!I!;!cнУ»0 ВР !ИЧ! "HУ ОД:!О

0 ° »1 . I 0 i :i:.i !I ël Р -Г»«!i » .1В л"!«,;»л»1 В », !0lI pcc 8 пре «Вял! и 0 !I« -lol p эб <ятия - Bccl«l в началькОЙ стялии np8ccci83Hfi I. i ipi, дявлерассыг, 8;c..-; В пресс-форме г =,:ле скяти:-: дявгекия, что у.1!8» ьш;.-!8T :,одежность поо1 цесс-. Вз.пу»1иравгкия. я к»iчес1,0 »»зделий у,удшается из зB Па!!рессовки Об!.g I! !8 Iкай

:: асс.-. :OÎН оожат г! Иа Вт=рай с1яди!1 прессования Да раба:- ега давления. При д влении более 17 ;; ат раб.» !е;а увеличивается вероятнас, ь запрессавкн Ро,«д уха из-33 абРЯ BQBBHi L« Л» !«TCC! Ь»!0;-0 КОЛИ cT 83 ЗЗ КРЫтых пор и увеличивается бра;< изделий по отколам и (регцинам головной части, ласкал ькy прочность издел(1я меньв!8 дяв!18

I!b fI C>KBTO(0 B03i i ха, зяпрес OBBHHOI 0 давлением рабочей среды остатя. Оптимальная величина давяения В начальной стадии прессования . Предел»ах 0.15 — 17",, ат рабочеГО Об8спеч!". Вает устойчивость сфор мОВаннай мяссы и 88 прочность Г»ри cpBBHvl тельно большой а;крытой г»аристости, позволяюшей удаление воздуха, ке разруШЯЯ Ynr10TI!8HÈÓIO массУ.

При обжатии массы малы. давлением . рабочей среды. Напр(:мер сжатого всздуха, Г>(1ти мал ьняя Велич У!! !а избь!1 очна! о Давл8

»I!IF. может состав;»ять 0,15-10 ;, от рабочега дявле »ия с частатои приложения и сброса давления 0,2-2 раза В секунду. Предпочтительное сочетание величины давле» »1я и частоты его прилажекия — меньшее давление и большая частота, При меньшем давлении об><атия и меньшей частоте пригожения давгения масса в пресс-форме распыляется (не формуется) и надежность процесса вакуумиравакия уменьшается, При давлениях обжатия, бол»«тих 10;4 от рабочего, возникают трудности создания пульсирующсго режима в камере изостята !1 сложности включения в Вакуумную магистраль. Верхний предел частоты ограничек инерционностью системы, в частности эластичных

СТЕНО!; 0(>ОЛОЧКИ и ДиафРЯГМ».! КРЫ Ш КИ.

B3K)!умиОавяние массы р. p8жим8 !1!!льсирующего об>катия целесообрЯBH0 проис дить, например, с помощью тройникового клапана с приводом. При этом камера изостата, где установлена пресс-форма, поачередчО падкл»очя8тся сня !яля к источнику дяВления, напОимер с>»<этого воздуха, 3 33T8M K Вакуумной мяГI1cTpBëè !1ли (; существляют сброс избыточного давления в атмосферу. В этом случае клял., "=. В горловине пресс-фоа;-i;-. целесообразл" уста! ОI 59551 вить в положение соединения полости формы с вакуумной магистралью на все ьремя деЙстВия пульсNp>JIo+Bro да.»лен и1 ООЖЭгия.

Следовательно, с частотой пульсирую- 5 щего давления масса периодически подвергается сначала изостатическому об>катию эластичными элРментами пресс-формы, 3 затРм при снЯтии избыточнсГО Давления эластичные элементы силами упругости и 10 давления воздуха в массе возвращаются в исходное состояцие или могуг быть принудительно оттянуты под действием BB;

- вакуумированию минимально.

После предварительного об>катия ма- 30 лым давлением (однократного лли многократного) и Вакуумированил осуществл IOT подъем давления в изостате,o BBJ;Nчинь., обеспечивающей получение изделия необхОДимой плОтнОсти, При этОм эластичная 31- 3 оболочка 2 и пробка 9 под действием равномерного давления прижимаются к -;;0360xности сформованной массы, H6." арушая 88 формы, обжимают массу рабочим давлен.,;— ем среды, производя ее дальнейшее уплот- 40 нение до готового изделия, После сброса избыточного давления пресс-фор 1у раэгеометизируют, снимая крышку, и производят съем спрессованных изделий, Пример. На Богдановичском огнеупор- !5 ном заводе проведены опытно-промыш-18Нные прессования корундографитовь:х сложнофасонных изделий по предлагаемому способу.

Прессовали стопоры-моноблоки и по- 50 гружаемые стаканы для промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок из стали, Корундографитовэя шихта содер>кала тонкомолотые фракции корунда, кремния, глины. а также графит и другие 55 компоненты. В качестве связующего использовался технический лигносульфонат, Влажность отовой порошкообразной масСы 1,5--3%.

По/lblе стоflОpbl МОI!облоKNi вb!cОTОЙ

1150 мм, наружным pNBMBTpov 130 мм, roJIщиной стенки 42 — 45 MM u MB ñoé 35 кг с фасонной конусообразной гсловнсй частью изГОтэВлиВались В трех- и четырехформенных к3ссетах, Погружаемые глуходонные стаканы высотой 700 мм, с пеоеменной толщиной стенки от 15 до 40 мм, массой 18-22 кг с фасон ным кольцевым выступ-. M в средней -1асти 12 — 15 мм, длBìåòðîì 170 мм и шириной 120 мм, с

Кэс<..ета с пресс-формами помещалась В вакуум-камеру, установленную на Вибростенде. Подключением к вакуумной магистРЭЛИ В BB K»J»JM KB MBP8 СОЗДЭВ ЭЛ ОСЬ разрежение, оста Гочное давление воздуха в которой не более 0,01 МПа, При этом эла..ти Гные о; лочки . пресс-форм прижимал»1сь к стенкам матриц 1, ког1и1руя очертания

Г :ОлОстей форГ4. ПОсле этоГО прбсс-формы за Гоужались rlopo!JJ KooápBB HO!»! ш ихт ой. 3 а тем на 30-35 с включался вибоостенд и ïðoизводилось Вибрационное уплотне11ие

i3CCb! B ilP6CC-фоомах. BNC.РОСТЕ 1Д B I

Вали BJ.BcTN -!I»ые rfp06I

Ai IpMNpoBBHN5I Головных фасонных частей изделий, - атем форл»ы гер;летич110 закры ва".N крышками 7 с .э iBGTlлчнь1ми ivBJ40I>BHBJ4!и

3 и помещали кассету с формами в контелн80 Гидростэта, Где Осуществляли последоВательное прессование, И а начальной стадии Iip6ccoBBHия избь1точное давление жлдкости B кон Гейнере гидростата поднNMBJIи до вели-1ины б МП" (б 4 от рабочего Давления прессованиЯ 100

МПЭ), После этого избыточное давление снимали, Открывали гер<летизируощую пробку контейнера, подключали к штуцерам .:лапанов пресс-форм ваку,мную iBfNcтраль и, ÎTKpblpая KJIBrlBHbl, Осуществляли Вакуум ipoBBHN8 массы до Ocl аточнОГÎ давления в формах 0,05 МПЭ в течение 4050 с (меньшее ВремЯ для единичной и тоехформенной кассет). Затем клапаны 5 закрывали, Отключали вакуумну10 магистp3Jl b, За к ры BB JlN Ko HTBNH8p ГNJI J>OCTBTB И осуществляли окончательное об>катие массы, поднимая давление жидкости В контеЙ9

1759551

30

40

lIepe до 100 МПЯ, соответствуюьцее рабочему для этих изделил.

После прессования кассета с прессформами извлекалась из конт йнера гидросТВТВ. Пре г.-формы разгерметизировали, снимая кр; шки 7. Извлекали эластичные пробки 9, а затем из форм вынимали спрессованные изделия, Отко",I-.I головной части изделий отсутствовали, качество поверхности сырца и его размеры соответствовали действующим требованиям. После необходимой механической обработки сырца изделия высушивали до остаточной влаж: ости

1 $, глазировали и обжлгали. Качество готовых изделий соответствов!ло механическим условиям по TY 14-8-371-81 Стопоры-моноблоки Огнеупорные корундof pBôIToâI Iå для

МНЛЗ" и TY 14-8-578-89 "Иэделия средней огнеупорности. Стаканы погружаемые гряфитосодержащие для разливки стали".

Время вакуумирования пресс-форм для производства стопоров-моноблоков по действующей технологической инструкции cocTBEIëëëo 5-8 мин до остаточного давления

0,15 МПа. При этом доля бра;а по Отколам головной части составляла 3-5;4. Время вакуумировяния пpecc фосм для производства погочжяемых стаканов для единичных пресс-форм равно 15 20 мин, B четырехформенной кассеты до 40-50 мин, Прл этом доля брака по отколам головной части из-за сложности форм достигала 30%. Таким образом, вместе с устранением брака по отколам головной час и достигался дополнительный эффект — сокращение времени вакуумирования. Учитывая время проведения дополнительной операции предварительного обжатия массы, выигрыш в сокращении производственного цикла при изготовлении стопоров-моноблоков составлял 10 — 20;4 и погружаемых стаканов в

4 — 5 раз при гарантии получения годных изделий.

Значительно большее сокращение производственного цикла достигалось при проведении первой стадии прессования в пульсирующем режиме приложения избыточного давления.

Для этого полости крышек пресс-форм, загруженных шихтой и закрепленных в вакуум-камере, подключали к полости вакуумкамеры, которая подключена через тройниковый клапан к магистрали сжатого воздуха, сбросу в атмосферу и вакуумной магистрали с остаточным разрежением 0,01

МПЯ. Клапаны пресс-форм при этом на все время пульсирующего обжатия подключались к вакуумной магистрали с остаточным давлением 0,015 МПа. Поворотом рукоятки тройникового клапана производили поочередно приложение избыточного давления воздуха 0,2 — 0,25 МГ Я (О,"- О, 5 "h ог рабоЧЕГО да ЭЛЕН Ия) НЯ МЯССу !epee Обо ЛочКу 2. мг.".Мбрану 8 и пробк;, Я- "."- ем — сбрОс избыТо нного давления в атмосферу и создание разрежения е кЯмеое c „ cToToll 0,; раза в секунду в те ение 90 с. после это-О клeooны

5 пресс-форм закрывали и сткг.::о гали их от вакуумной магистояли, а по lo T. i крышек отключали о1 вакуум-камеры, Кассетус прессформами извлекали иэ вакуум-камеры II устаНЯВЛИВЯЛИ В КОНтЕйНЕР ГИ,POCTB! В, ГДЕ осуществляли вторую стадия прессования до рабочего давления 100 МПЯ. Размеры спрессованных изделий соответс-вовали Tpe()QBBниям техни,еских условий. Брак по отколам головной части отсутствовал. а время технологического цикла производства изделий сокращалось и совпадало с временем приложения пульсирующего обжатия, Г1ри этом процесс вакуумирования прах",ически не зависел от конфигурации пресс-форм.

Предлагаемый способ изготовления изделий из порошкообразной массы изостатическим прессованием позволяет снизить брак изделий за счет того, что вакуумирование пресс-формы пооизводят пос е равномерного обжятия массы неоднократным или многократным приложением малого избы.точного давления (долей от рабочего давления прессования), когда за сот усадки массы образуется свободный зазор в прессформе, позволяющий беспрепятственное удаление воздуха и вакуумирование по всему обьему массы. Этому способствует оптимальная величина и режим начального изостатического обжатия, обеспечивающего устойчивость сформованной массы, cDормула лзобретения

1. Способ изостатического прессования фгсонных изделий из порошков, преимущественно огнеупорных, включающий заполнение порошком полости эластичной

ОзолочKè, вакуумирование пoлости и приложение к поверхности эластичной оболочки изостатического рабочего давления. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижени брака иэделий, перед вакуумлрованием ос, ществляют приложение давления, равного

0,15 — 17 4 от рабочего, и его сброс.

2, Способ поп. 1, отл ича ю щийся тем, что приложение и сброс давления осуществляют многократно вели иной 0,15—

10-; от рабочего давления и с частотой приложения и сброса 0.2-2 раза в секунду с одновременным вакуум:. рова-ll.ем.

1759551

Составитель T.Àáðàìîâà

Редактор M.Ñòðåëüíèêîâà Техред M.Moðãåíòàë Корректор O.Юрковецкая

Заказ 3140 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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