Способ изготовления полости и отверстия в прессованной заготовке

Авторы патента:

Смоленцев Владислав Павлович (RU)

Пишкова Наталья Владимировна (RU)

Климова Галина Николаевна (RU)

B22F3/00 - Способы и устройства для изготовления заготовок или изделий из металлических порошков

B21J5/00 - Особые способы и устройства для ковки или прессования (для обработки листового, сортового или профильного металла и труб B21D; для обработки проволоки B21F); специальное оборудование или принадлежности для этих целей

Владельцы патента RU 2581539:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении прессованных металлических и диэлектрических заготовок, имеющих открытые полости или отверстия. В способе на вставку наносят слой реологической жидкости, а на последнюю насыпают осесимметричные гранулы из легкоплавкого материла, затем вставку с жидкостью и гранулами помещают в магнитное поле и выдерживают до затвердевания реологической жидкости, затем вставку с реологической жидкостью и гранулами устанавливают в пресс-форму и прессуют до формирования заготовки, после чего снимают магнитное поле, удаляют реологическую жидкость и спекают заготовку при температуре выше температуры плавления материала гранул, удаляют расплавленные гранулы и вынимают из заготовки вставку. Изобретение обеспечивает повышение качества прессованных заготовок при снижении трудоемкости изготовления прессованных заготовок с полостями или отверстиями. 5 ил., 2 пр.

Известен способ изготовления охлаждающих каналов в металлической заготовке турбинной лопатки, включающий закладку перед штамповкой стержней-заполнителей, которые вытравливаются в течение 35-50 часов [1], стр. 67. К недостаткам способа относится высокая трудоемкость удаления заполнителя, нарушение качества поверхностного слоя, точности и прочности каналов из-за воздействия травителя.

Наиболее близким является способ получения отверстий в диэлектрических прессованных заготовках путем электрохимического удаления металлических вставок вдоль их длины [2], который заключается в том, что с целью расширения технологических возможностей за счет получения глубоких отверстий вставку выполняют в виде втулки, внутри которой размещают изолированный токоподвод.

Недостатками способа являются: высокая трудоемкость удаления вставок, ограничение глубины отверстий, возможность изготовления деталей только из диэлектрических материалов.

Изобретение направлено на снижение трудоемкости изготовления прессованных металлических заготовок с полостями и отверстиями, повышение качества.

Это достигается тем, что до прессования заготовки на вставки, помещаемые в места нахождения полостей и отверстий, наносят слой реологической жидкости, на которую одним слоем насыпают осесимметричные гранулы из легкоплавкого материала, вставку с жидкостью и гранулами помещают в магнитное поле и выдерживают до затвердевания реологической жидкости, затем устанавливают в пресс-форму и прессуют заготовку, после чего снимают магнитное поле и удаляют реологическую жидкость, далее спекают заготовку при температуре выше температуры плавления материала гранул, удаляют расплавленные гранулы и вынимают из заготовки вставки.

Способ поясняется следующими чертежами: на фиг. 1 показана вставка по форме полости или отверстия с нанесенным слом реологической жидкости; на фиг. 2 - вставка после нанесения в реологическую жидкость слоя гранул; фиг. 3 - схема прессования заготовки с вставками; фиг. 4 - спекание заготовки и расплавление материала вставок; фиг. 5 - готовая спеченная заготовка.

Способ осуществляется следующим образом: выполняют вставку 1 (фиг. 1), имеющую форму полости или отверстия с размерами, уменьшенными на двойную величину размера гранулы 2 (фиг. 2). Гранулы 2 должны иметь осесимметричную форму, например шара, что гарантирует точность полостей или отверстий в получаемых заготовках. На вставку 1 наносят, например окунанием, слой реологической жидкости 3 (фиг. 1) на длину вставки 1, не менее глубины полости или отверстия в заготовке 5 (фиг. 3). Вставку 1 с гранулами 2 и реологической жидкостью 3 помещают в магнитное поле 4 (фиг. 2) и выдерживают до затвердевания реологической жидкости 3. После этого вставку 1 с гранулами 2 в реологической жидкости 3 помещают на место положения полостей или отверстий в заготовке 5 и прессуют силой «Р», определяемой в каждом конкретном случае, в пресс-форме 6 до формирования заготовки 5 (фиг. 3). Снимают магнитное поле 4, после чего реологическая жидкость 3 переходит в жидкое состояние и удаляется (фиг. 3) из пространства между вставкой 1 и заготовкой 5. Удаление жидкости 3 необходимо, т.к. при нагреве она может возгораться или выделять токсичные вещества. Спрессованную заготовку 5 (фиг. 3) вынимают из пресс-формы и спекают (фиг. 4) до получения требуемых свойств материала заготовки 5, расплавления гранул 2 (фиг. 3) и получения жидкого материала 7, который удаляют из пространства между вставкой 1 и заготовкой 5 (фиг. 4) вставку 1, после чего получают готовую прессованную заготовку 5 (фиг. 5) с полостью или отверстием 8.

Пример 1 использования способа: в керамической диэлектрической прессованной заготовке нужно получить сферическую полость диаметром 1 мм на глубину 3 мм. Используют реологическую жидкость МК2-40, гранулы из цинкового сплава сферической формы с радиусом 0,12 мм. Тогда радиус рабочей части вставки будет 0,88 мм, диаметр цилиндрической части 1,76 мм. После нанесения окунанием реологической жидкости на вставку ее обсыпают одним слоем цинковых гранул и вдавливают их до контакта с вставкой, после чего вставку помещают в пространство между электромагнитами и создают напряженность поля 20·10³ А/м, что для реологической жидкости на базе магнетита (МК2-40) обеспечивает магнитную индукцию 0,029 Тл. При таких режимах время «застывания» реологической жидкости небольшой глубины составляет 3-4 секунды. Заготовка прессуется из порошка минералокерамики ЦН 222. В конце прессования электромагнит выключают, после чего через 6-7 секунд образуется жидкая фаза реологической жидкости, которая сливается для последующего использования.

Заготовку с вставкой помещают в печь для спекания при 1200 К в течение 2-5 минут. За это время цинковый сплав гранул с температурой плавления около 700 К переходит в жидкое состояние и вытекает из зазора между вставкой и заготовкой. После этого вставка вынимается из заготовки, которая имеет полость радиусом 1_-0,3 мм и глубину ${3,2}_{- 0.3}^{- 0.2}$ мм. Шероховатость поверхности полости 1,25 мкм, что соответствует требованиям чертежа. Общее время изготовления заготовки не превышало 1 часа, что на порядок ниже, чем при других методах.

Пример 2. В твердосплавной заготовке матрицы высадочного штампа из вольфрамо-кобальтого сплава ВК20 необходимо получить сквозное отверстие диаметром 2,8 мм. Используя те же гранулы и реологическую жидкость, как в примере 1, получаем диаметр вставки 2,56 мм. При прессовании применяют силу 1,2·10⁴ Па. Температура спекания 1700 К, остальные параметры аналогичны рассмотренным в примере 1. После удаления вставки получено отверстие с диаметром $3_{- 0.5}^{- 0.2}$ с шероховатостью 0,63 мкм, что соответствует требованиям чертежа. Трудоемкость изготовления матрицы снизилась в 28 раз по сравнению с эрозионной прошивкой и доводкой отверстия на доводочном станке.

Источники информации

1. Изготовление основных деталей авиадвигателей / М.И.Евстигнеев и др. М.: Машиностроение. 1972 - 448 с.

2. Авторское свидетельство 1673329 (СССР) Электрохимическое получение отверстий малого диаметра в диэлектриках (Авт. В.П.Смоленцев, В.Т.Трофимов, В.В.Трофимов). Бюл. изобр. №32, 1991.

Способ изготовления прессованной заготовки с отверстием, включающий использование вставки и пресс-формы, отличающийся тем, что на вставку наносят слой реологической жидкости, на который насыпают осесимметричные гранулы из легкоплавкого материала, затем вставку с жидкостью и гранулами помещают в магнитное поле и выдерживают до затвердевания реологической жидкости, затем вставку с реологической жидкостью и гранулами устанавливают в пресс-форму и прессуют до формирования заготовки, после чего снимают магнитное поле, удаляют реологическую жидкость и спекают заготовку при температуре выше температуры плавления материала гранул, удаляют расплавленные гранулы и вынимают вставку из готовой заготовки.

Изобретение относится к изготовлению электроугольных изделий. Способ прессования изделий в виде щеток электромашин и вставок токосъемников троллейбусов включает смешивание графитового наполнителя со связующим, засыпку полученной смеси в полость матрицы, подпрессовку ее горизонтальным пуансоном при открытой в верхней части матрице и затем прессование изделия вертикальным пуансоном.

Устройство для нанесения покрытия на порошки сверхпроводящих соединений // 2556185

Устройство для нанесения покрытия на порошки сверхпроводящих соединений представляет собой вакуумную камеру с дуговым испарителем. Соосно дуговому испарителю установлен лоток для высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) порошка.

Компенсационные канавки для нейтрализации расширения во время пропитки // 2543001

Группа изобретений относится к устройствам формования литьем скважинного снаряда, калибровочным кольцам и способам изготовления калибровочного кольца для применения в устройстве.

Установка для заполнения и герметизации капсул с металлическим порошком // 2536021

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к установкам для заполнения и герметизации капсул с металлическим порошком перед их компактированием.

Способ трехмерной печати огнеупорных изделий // 2535704

Изобретение относится к способам трехмерной печати огнеупорных изделий. Способ включает создание 3D модели изделия, деление модели изделия на слои в поперечном сечении, нанесение слоя порошкообразного материала, нанесение рисунка сечения модели на слой порошкообразного материала жидким связующим, послойное отвердевание порошкообразного материала по 3D модели до завершения формирования изделия.

Способ формирования бурильного инструмента с использованием геометрической компенсации и сформированный посредством него инструмент // 2520313

Группа изобретений относится к области бурового инструмента и способам его изготовления. Технический результат обеспечивается геометрической компенсацией, используемой для улучшения точности, с которой элементы могут размещаться на буровых долотах, формируемых с использованием прессования частиц и спекания.

Способ вакуумной термической дегазации гранул жаропрочных сплавов в подвижном слое // 2477669

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу термической дегазации гранул жаропрочных сплавов и подготовке их к компактированию. .

Способ изготовления гребешка лабиринтного уплотнения, термомеханическая деталь и газотурбинный двигатель, содержащий такой гребешок // 2447342

Способ получения изделий из стальных гранул методом порошковой металлургии с равномерным распределением азота в объеме изделия // 2445188

Изобретение относится к химико-термической обработке изделий, получаемых методом порошковой металлургии, а именно к азотированию. .

Легкий клапан двигателя внутреннего сгорания из композиционного жаропрочного материала на основе титана и его интерметаллидов и способ его изготовления // 2437948

Изобретение относится к машиностроению и металлургии, а именно к двигателестроению, металлическим композиционным материалам и изготовлению изделий из металлических порошков, и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) различных по назначению машин и силовых установок.

Способ пластического структурообразования металла // 2570268

Изобретение относится к заготовительному производству машиностроительных предприятий и может быть использовано для получения ультрамелкозернистых материалов, заготовок с измельченной однородной равноплотной структурой для дальнейшего изготовления высоконагруженных деталей.

Способ изготовления никелевых суперсплавов типа inconel 718 // 2567968

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления никелевого суперсплава типа INCONEL 718. При изготовлении никелевого суперсплава типа INCONEL 718 последний этап ковки осуществляют при температуре Т ниже, чем температура δ-растворимости, с обеспечением во всех точках М в никелевом суперсплаве локальной степени D деформации, которая не меньше, чем минимальная величина Dm, обеспечивающая рекристаллизацию разорванных зерен в мелкие зерна.

Способ изготовления длинномерных металлических прутков с нанокристаллической структурой для медицинских изделий (варианты) // 2562591

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению длинномерных прутков с нанокристаллической структурой для медицинских изделий. Способ включает интенсивную пластическую деформацию заготовки при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации материала заготовки.

Способ пластического структурообразования металлов и устройство для его осуществления (варианты) // 2515705

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением и предназначена для получения равноосной ультрамелкодисперсной структуры при обработке заготовок из малопластичных материалов, в том числе спеченных порошковых заготовок.

Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы и способ получения прутка из него // 2503733

Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы, в частности сплавов на основе TiNi. Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы характеризуется структурой из наноскристаллических аустенитных зерен В2 фазы, в которой объемная доля зерен с размером менее 0,1 мкм и с коэффициентом формы зерен не более 2 во взаимно перпендикулярных плоскостях составляет не менее 90%.

Устройство и способ формования зонным выдавливанием // 2493929

Изобретения относятся к обработке материалов давлением и могут быть использованы, например, при изготовлении оболочек для ядерных реакторов. Устройство для формования содержит формообразующую матрицу (6) и пуансон (9).

Способ пластического структурообразования металлов и устройство для его осуществления // 2492957

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к пластическому структурообразованию металла методом объемной штамповки путем воздействия на заготовку сверхвысокими давлениями с получением интенсивных сдвиговых деформаций, и может быть использовано для получения материалов с принципиально новым уровнем свойств.

Способ изготовления полых поковок и ковочный комплекс для его осуществления // 2486985

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления полых поковок и ковочным комплексам для их осуществления. .

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты) // 2478136

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. .

Способ волочения заготовок // 2476288

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам интенсивной проработки структуры металла пластической деформацией. .

Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок // 2583551

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению ультрамелкозернистых титановых заготовок, и может быть использовано в медицине при изготовлении имплантатов. Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок включает термомеханическую обработку и интенсивную пластическую деформацию. Термомеханическую обработку проводят при температуре полиморфного превращения минус 100-200°C с достижением накопленной логарифмической степени деформации не менее 0,5. Интенсивную пластическую деформацию проводят путем формообразования заготовки в каналах не менее чем в два этапа со ступенчатым понижением температуры до 350°C с достижением накопленной логарифмической степени деформации от 0,4 до 2, распределенной по длине заготовки в зависимости от ее сечения. Увеличиваются механические характеристики и коэффициент полезного использования металла, а также повышается обрабатываемость резанием. 1 табл., 1 пр.