Матрица для формования длинномерных заготовок из хрупких порошков

 

Сущность: диаметр заходной части матрицы выполнен большим диаметра ее выходной части, причем высота заходной части и угол при вершине конуса определяются определенными соотношениями. Применение матрицы позволяет увеличить выход годных изделий за счет устранения трещин после экструзии. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления деталей из хрупких порошков, преимущественно длинномерных деталей, с большим отношением длины к диаметру, в частности сварочных токоподводящих наконечников.

Известно устройство, включающее матрицу, диаметр заходной части которой выполнен большим диаметра ее выходной части.

Целью изобретения является увеличение выхода годных изделий за счет устранения трещин после экструзии.

Это достигается за счет того, что в известном устройстве, включающем матрицу, диаметр заходной части которой выполнен большим диаметра ее выходной части, высота Н заходной части и угол α при вершине конуса определяются соотношениями 0,5 R₁≅ H ≅ 1 (1) 2 arctg α≅ 2 arctg (2) где μ - коэффициент трения; R₀ и R₁ - соответственно радиусы заходной и выходной части матрицы.

На чертеже представлен эскиз матрицы.

Пористые спеченые материалы, в том числе изготовленные из медного и железного порошка, обладают рядом признаков хрупкого материала. Ресурс пластичности при их сжатии значительно превышает ресурс пластичности при сдвиге и растяжении, вследствие чего они чувствительны к неравномерности деформации по объему из-за возникающих при этом напряжениях сдвига и растяжения. В процессе экструзии сжатие материала в радикальном направлении сопровождается его растяжением в направлении экструзии, при этом чем больше плотность в заходной части матрицы, тем больше суммарная деформация растяжения в выходной части. В этой связи необходимо обеспечить отсутствие уплотнения за счет осевого сжатия пуансона в заходной части. Расчеты показывают и эксперименты подтверждают, что условием отсутствия деформации сжатия является выражение 1 + · x - 2 σ_пр (1) Решая уравнение (1) относительно х, получим выражение для определения верхнего предела высоты конической части матрицы:
H≅ 1
(2)
Уменьшение высоты конической матрицы до величины, меньшей 0,5, приводит к сосредоточению напряжения и деформации в поверхностном слое из-за так называемого "арочного эффекта". В результате центральная зона остается непродеформированной, возникает напряжение сдвига и растяжения между периферийной и центральной зоной, приводящее к разрыхлению поверхностных слоем материала, трещинообразованию в них и появлению кольцевых трещин между центральным и периферийным слоями. Отсюда нижний предел высоты конической матрицы определяется выражением
H ≥ 0,5 R₁ (3)
К аналогичным результатам приводит уменьшение относительного изменения радиуса до величины, меньшей 0,04R₁. Из условия ≥ 0,05 (4) и соотношения = (5) после преобразований получают выражение для определения минимальной величины угла при вершине конуса
α≥ 2 arctg
(6)
Пpи увеличении угла при вершине конуса напряжение сдвига по цилиндрической поверхности радиуса R₁ и высоты Н превышает предел прочности сдвига экструдируемого материала, в результате чего, наряду с деформацией сжатия начинает реализовываться деформация сдвига. Так как ресурс пластичности при сдвиге существенно меньше, чем при сжатии, начинаются разрушение материала и появление кольцевой трещины.

Предельная величина угла может быть определена из условия
σ_пр H· 2π 2π R₁H ·
(7)
Отсюда после преобразований получают
α≅ 2 arctg
(8)
Необходимо отметить, что величины Н и α дают возможность определить остальные размеры матрицы, в частности отношение заходного R_o и выходного R₁ радиусов можно определить по формуле
= tg + 1
(9)
В таблице представлены примеры, подтверждающие диапазон заявленных значений угла α при вершине конуса и высоты Н заходной части. Расчеты были произведены при величине коэффициента трения μ = 0,18, определенной экспериментально. Экструзии был подвергнут известный композиционный материал на основе меди с добавками железа и сплавов на основе железа.

Из приведенных данных следует, что в заявленном диапазоне выход годных существенно увеличивается с 42-54% до 96-98% за счет устранения трещин после экструзии.

Вне заявленных пределов наблюдаются трещины, неравномерность деформации и разрыхления, что приводит к снижению выхода годных изделий.

Формула изобретения

МАТРИЦА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ХРУПКИХ ПОРОШКОВ, диаметр заходной части которой выполнен большим диаметра ее выходной части, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода годных изделий за счет устранения трещин после экструзии, высота заходной части H и угол при вершине конуса α определяются соотношениями


где μ - коэффициент трения;
R₀, R₁ - соответственно радиусы заходной и выходной частей матрицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3