69371

Формообразование изделий из металлических порошков

Лекция

Производство и промышленные технологии

Проблема нерівномірності розвитку країн світу. Під глобалізацією світового господарства розуміють процес посилення взаємозв’язку національних економік країн світу що знаходить своє вираження в утворенні світового ринку товарів і послуг фінансів; становленні глобального...

Русский

2014-12-18

204.5 KB

9 чел.

Лекции

                           Формообразование изделий из металлических порошков

Порошковая металлургия- это область науки и техники, включающая совокупность методов получения порошков металлов, металлоподобных соединений или их смесей с неметаллическими компонентами и изготовления из них полуфабрикатов и изделий без расплавления материала основы.

Важнейшей особенностью порошковой металлургии является то, что она позволяет создавать материалы и изделия со значительным уменьшением отходов и повышением производительности труда либо с особыми, часто уникальными свойствами. Экономический эффект  за счет увеличения  коэффициента использования материалов при переводе изготовления 1т деталей из компактных металлов на изготовление методами порошковой металлургии составляет величину от 1 тыс. рублей в станкоинструментальной промышленности до 7,3 тыс. руб. в автомобильной промышленности.

Впервые метод получения изделий из порошка путем его прессования и спекания применили  в 1862 году русские ученые Петр Григорьевич Соболевский и Василий Васильевич Любарский для изготовления платиновых монет и тиглей и др. изделий.

В 1918 году в нашей стран было налажено производство меднографитовых щеток для электрических машин. Затем в 1923 году был освоен выпуск изделий из порошка вольфрама, в 1930 году - твердых сплавов, подшипниковых втулок и других материалов и изделий. В конце 50- начале 60-х годов был создан целый ряд специализированных заводов и крупных цехов по выпуску изделий, спеченных из порошков.

Мировое производство металлопорошков и спеченных изделий растет быстрыми темпами (до 20% за год), и сейчас выпускается свыше 1 млн.т. порошков в год и около 500 тыс. изделий из порошковых. Это материалы и изделия антифрикционные, фрикционные, фильтрующие, конструкционные, твердые и сверхтвердые инструментальные, высокотемпературные, электротехнические, для ядерной энергетики.

Производство изделий из металлопорошков включает следующие основные технологические процессы:

  1.  получение металлических порошков;
  2.  приготовление порошковой шихты;
  3.  формование заготовок из порошковой шихты;
  4.  спекание заготовок;
  5.  окончательная обработка заготовок.

В ряде случаев ряд этапов производства отсутствует, например, когда спекание подвергают свободно насыпной порошок с одновременным его нагреванием.

В практике порошковой металлургии получение металлических порошков происходит на специализированных заводах, остальные виды технологических процессов обычно выполняются на предприятиях, изготовляющих изделия из металлопорошковых.

При решении вопроса о переводе изделий на изготовлении методом порошковой металлургии необходимо учитывать следующие обстоятельства:

-возможные издержки при изготовлении деталей могут компенсироваться экономическим эффектом при эксплуатации за счет повышения эксплутационных свойств изделия;

- детали из порошковых материалов могут выполнять в узле помимо основной функции также функции сметной детали (например, паразитная шестерня по поверхности насадки на ось может пористой и после заполнения пор маслом может выполнять функции подшипника скольжения);

- заложенный запас прочности в деталях из литых и кованных заготовок при конструктивном выборе размеров во много раз превосходит необходимый, хотя это и не вызывается эксплуатационными требованиями; в связи с этим необходимо учитывать реальные условия работы деталей и требования, которые должны предъявляться к ним по механическим и физико-механическим свойствам;

- детали из порошковых материалов имеют в среднем на 5-15% меньшую плотность, что снижает расход материала и уменьшает массу изделия.

Выбор изделий для перевода на изготовление из металлических порошков необходимо производить в два этапа.

На первом этапе осуществляют технологичность изделия с точки зрения требований порошковой металлургии и определяют возможную схему технологического процесса. На этом этапе изделия анализируют по следующим признакам:

- форме и конфигурации детали (отбирают детали, для которых могут быть применены известные технологические схемы изготовления деталей из порошков, определяют группу сложности деталей);

-  геометрическим размерам (вычерчивают эскиз спеченной заготовки, анализируют необходимость и возможность изменения размеров и формы детали, необходимость операции калибровки, характер расположения детали в пресс-форме и т.п.; по давлению прессования оценивают  мощность прессового оборудования; определяют объем и необходимость последующей механической обработки);

- механическим и физико-механическим свойствам материала (выбирают марку порошкового материала, назначают окончательную схему технологического процесса).

На втором этапе анализируют технико-экономические показатели производства изделий  и определяют экономическую целесообразность их перевода на изготовление из порошков. Анализ осуществляются по показателям:

- годовой программе деталей (отбирают детали, количество которых не ниже критической серийности; при программе ниже критической производство спеченных деталей экономически нецелесообразно; для деталей с особыми свойствами не представляется возможным установить экономически целесообразный уровень серийности, поэтому вопрос о переводе их на изготовление методом порошковой металлургии должен решаться индивидуально);

- коэффициенту использования металла (проводят сравнительный анализ Ки.м при производстве деталей по существующей технологии и методом порошковой металлургии; Ки.м при изготовлении деталей из порошков составляет не менее 0,75 и зависят от технологической схемы производства);

- себестоимости (осуществляют сравнительный анализ себестоимости изготовления деталей по вариантам).

По завершении подбора номенклатуры деталей для перевода на изготовление из порошковых материалов по каждой детали оформляют техническое заключение, где анализируемые детали подразделяются на три категории.

К первой относят детали, для которых имеется достаточный опыт по внедрению в промышленное производство деталей подобной сложности и данного материала детали могут быть полностью изготовлены по отработанной технологии.

Ко второй категории относят детали, для которых нет достаточно опыта по внедрению в производство; необходимы проверка отдельных технологических решений по схеме производства и проведении натурных испытаний детали.

К третьей категории относят детали, для изготовления которых нет опыта по формообразованию, и отсутствует технология производства; необходимы разработка технологии изготовления детали из данного материала и комплексное исследование материала детали.

Детали, получаемые из порошковых материалов, подразделяются на 3 группы: простую, сложную и весьма сложную. Каждая группа имеет подгруппы сложности. Эскизы деталей для соответствующих групп сложности представлены на рис….

 I группа

            

подгруппа 1                                                                               подгруппа 2

                                                                   II группа

 подгруппа 1                                            подгруппа 2                                         подгруппа 3

                       

При спецкурсе конструировании деталей, предназначенных для изготовления методом порошковой металлургии, следует учитывать ряд ограничений, обусловленных технологий порошковой металлургии:

- максимально упрощать форму детали;

- не допускать боковых впадин, круговых канавок, обратной конусности и отверстий, не параллельных оси прессования;

- избегать тонких стенок, узких пазов, острых углов и т.п.;

- изменения размеров по толщине и диаметру должны быть минимальными;

- стремиться использовать круглые сечения взамен квадратных и прямоугольных;

-радиус закругления и наружных углов выбирать не менее 2,5 мм, а у внутренних -0,25 мм.;

- при однократном холодном прессовании с последующим спеканием может быть достигнута следующая точность размеров: 0,03-0,05 мм ( радиальные размеры); до 0,12 мм (размеры по высоте);

- шероховатость поверхности спеченных деталей определяется шероховатостью поверхности пресс-форм, однако наличие пористости в деталях не позволяет получать полированные поверхности;

- изделия высотой (длиной) более 5-ти диаметров могут обладать неоднородной плотностью; для получения высокой однородности металла отношение длины к максимальному размеру поперечного сечения детали не должно превышать трех;

- для получения высоких прочностных характеристик обрабатываемых деталей необходимо использовать более сложные технологические процессы, включающие двойное (тройное) прессование, калибровку, горячее прессование, горячую объемную штамповку и т.д.

                              Порошковые материалы и основные схемы прессования

Основными способами получения металлических порошков являются:

  1.  механические (дробление, разлом компактных материалов, распыление струи расплавленного металла струей сжатого воздуха, обработка резанием…- оборудование, мельницы, резание на станках  путем фрезерования, вращающимися металлическими щетками; распыление- расплавленный металл из тигля вытекает через огнеупорный мундштук (наконечник) в расплавленную камеру, где на струю металла действуют направленные под углом 60º через сопла потоки сжатого газа- воздуха, азота, аргона…, под влиянием кинетической энергии потоков газа струя металла разбивается на капли с образованием мелких частиц…).
  2.  Физико-механические способы – (восстановление окислов металлов, электролитическое осаждение, электронному расплавленных сред..), [восстановление представляет химическую реакцию присоединения электронов, сопровождающихся понижением степени окисленности элемента. В качестве восстановителей широко применяются водород, углерод, окись углерода, металлы- более активные чем восстанавливаемый. Исходным материалом для восстановления служат оксиды, галогениды и соли металлов].

Подготовка порошков состоит в отжиге, сортировке и смешивании. Отжиг проводят в инертном газе или вакууме в проходных печах. Отжиг представляет нагрев порошка до температуры равной (0,4-0,5) Тпл материала порошка с последующим медленным охлаждением. За счет этого снимается наклеп и повышается пластичность частиц, что улучшает прессуемость и формуемость порошка.

Сортировку осуществляют для разделения частиц на фракции с помощью сит с ячейками разных размеров, сепараторов, например, воздушно-проходных.

Смешивание порошков предназначено в основном для придания смеси химической однородности, что оказывает большое влияние на качество порошкового изделия. Наиболее часто смешивание производят в шаровых мельницах и специальных смешателях: конусных, центробежных ШНЕКОВЫХ И ЛОПАСТНЫХ, ПЛАНЕТАРНЫХ.

Для облегчения процесса формирования в порошки добавляют пластификаторы.

Подготовленные таким образом порошки подвергают формованию с целью получения заготовок заданной формы или близкой к ней.

Формование металлических порошков осуществляют прессованием в пресс-формах в горячем или холодном состоянии. Формование представляет собой получение из порошка изделий определенной формы и размеров, обладающих прочностью, достаточной для извлечения их из пресс-формы и последующей обработки.

Наиболее распространенными способом формования является холодное прессование на прессах с использованием закрытых пресс-форм. Этот способ предусматривает сборку пресс-формы, дозировку порошка, засыпку его в пресс-форму, формование и удаление полученной формовки из пресс-формы. Перспективным является горячее прессование, в процессе которого происходит увеличение площади контакта между частицами, за счет чего повышается механические характеристики порошковых формовок.

Существует множество схем и способов формования металлических порошков, осуществляемых с приложением внешнего давления или без него. Из процесса с приложением давления наибольшее применение получили одностороннее или двустороннее холодное прессование, изостатическое формование, мундштучное формование, горячее прессование и вибропрессование.

Холодное прессование представляет собой уплотнение металлического порошка, насыпаемого в пресс-форму (рис).

Различают схемы одно- и двустороннего прессования. Двустороннее   прессование обеспечивает более равномерное распределение плотности по высоте изделия. Данный метод получил наибольшее распространение благодаря простоте осуществления процесса и возможности механизации и автоматизации. Недостатком процесса является неравномерность распределения плотности порошка при изготовлении высоких деталей.

Рис. Холодное прессование порошковых материалов: а - засыпка и прессование порошка; б – выталкивание формовки; в - удаление формовки; 1 – пуансон; 2 – выталкиватель; 3 – нижний пуансон (оправа); 4 – контейнер; 5 – формовка; 6 – съемник.

Изостатическое формование. Этот метод заключается в том, что подлежащий формированию порошковый материал помещается в эластичную оболочку и в герметичной камере подвергается гидростатическому сжатию. В качестве рабочей жидкости чаще всего применяется вода (или спирт). Гидростатическое давление составляет 100-300 МПа, достигая в отдельных случаях 1000 Мпа.

Основным преимуществом изостатического формирования является возможность получения крупноразмерных порошковых формовок с равномерным распределением плотности по всему объему. К недостаткам следует отнести отсутствие механизации ручных операций, которые, занимая много времени, не дают возможности получить высокую производительность процесса.

Технология изготовления заготовок и деталей методом изостатической формовки была разработана в ЦНИИ ЧЕРМЕТе. На установках спроектированных в этом институте, формируются в настоящее время формовки в виде цилиндров, шаров, труб массой до 350 кг. В последнее время предложен род разновидностей изостатической формовки, устраняющих отдельные недостатки этого способа. К ним в первую очередь следует отнести метод формирования в эластичных оболочках, играющих роль и формующий и передающий гидростатическое давление среды, а также горячее изостатическое прессование.

 

Рис. Изостатическое формование: 1 – эластичная оболочка; 2 – порошок; 3 – жидкость; 4 – корпус камеры.

Мундштучное формование.

Рис. Мундштучное формование: 1 – верхняя плита; 2 – пуансоны; 3 – контейнер; 4 – порошок; 5 – основание; 6 – матрица; 7 – порошковое изделие.

Этот вид прессования представляет собой один из методов, позволяющий получить значительные по протяженности в левом направлении порошковые изделия с достаточно равномерным распределением плотности. Сущность способа заключается в том, что пластифицированный металлический порошок продавливается через отверстия соответствующей конфигурации и приобретает определенную форму.

В отличие от изостатического формования мундштучное формование обеспечивает значительно более точные размеры в рациональном направлении, позволяет получать формовки с пористостью до 70% и гораздо проще в техническом отношении.

Главным недостатком этого метода является необходимость введения в металлический порошок значительного качества пластифицирующих добавок, которые часто осложняют спекание и приводят к нежелательному загрязнению материала готового порошкового изделия.

Горячее прессование. В порошковой металлургии различают собственно горячее прессование и спекание под давлением. Различие это сводится к тому  что горячее прессование происходит с большой скоростью уплотнения при относительно высоких нагрузках, в то время как спекание под давлением осуществляется значительно медленнее и требует относительно тугих усилий прессования.

Метод горячего прессования позволяет получать изделия из порошков, не поддающихся формованию или спеканию обычными способами, а также детали больших размеров и сплошной формы. Кроме того, этим способом можно получить от присовки с плотностью, приближающийся к теоретической и со свойствами компактных металлов, обработанных давлением. Наряду с указанными преимуществами горячее прессование имеет ряд недостатков.  Так процесс этот менее производителен, чем холодное прессование, связан со значительным   пресс форм и с трудностью подбора для них материала, требует защиты формуемого порошка от вредного воздействия окружающей среды и т.д.

Горячее прессование осуществляется преимущественно на шаравлических прессах. Прессование проводится в пресс-формах из жаропрочных сплавов или из графита и графитированного угля, нагрев которых осуществляется с применением внешних нагревателей, индукционным нагревом и т.п.

Вибропрессование. Сущность метода заключается в том, что уплотнение материала проводят под действием вибрации.

Из рассмотренных методов прессования холодное прессование является наиболее производительным, прочным и дешевым, что и обусловлена его наибольшую распространенность.

Методы спекания зависят от способа нагрева, состава порошка, способа загрузки, печи, среды в которой происходит спекание. Спекание порошковых изделий, как правило, осуществляется в среде газа или вакууме. Применение защитных атмосфер диктуется необходимостью предохранения частиц порошка от окисления при нагреве до высоких tºр. Применяют камерные, трубчатые и конвейерные печи.

В качестве защитной среды при спекании применяют водород, азот, диссоцированный аммиак, природный конвертированный, генераторный, эндотермический и инертные газы (аргон, гелий). В среду спекания добавляют пары галогенидов для активации процесса. Спекание изделий на железной основе проводят при 1000-1200ºС и выдерживают в течении 2-3ч. Изделия из цветных порошковых металлов спекают при 700-800 ºС (медь, латунь, бронза) и выдерживают в течении 2ч. Известны методы спекания в магнитном поле, под воздействием ультразвуковых колебаний.

В производстве порошковых изделий применяют оборудование, предназначенное для подготовки порошков, прессования, спекания и последующей обработки. Для прессования порошковых изделий применяют гидравлические и механические прессы, различающиеся по типу привода, схеме приложения сил, степени автоматизации. Применяют прессы одно- и двустороннего прессования, вертикальные и горизонтальные, автоматизированные и неавтоматизированные. Применяемые прессы должны обеспечивать возможность регулирования хода ползуна, скоростей прессования и выталкивания детали, возможность регулирования наполнения пресс-формы порошком и т.п.

Промышленностью выпускаются прессы усилием 1-50 МН и прессы- автоматы усилием 6-6,3 МН.

Для формования порошковых изделий применяют пресс-формы, основными элементами которых являются пуансоны и контейнеры. Пресс-формы могут быть стационарными и съемными, с объемной и весовой дозировкой порошка, со сплошной и разъемной матрицей, одногнездные, многогнездные и т.п.

Пуансоны и матрицы изготовляют из сталей У8А, У10А, 9ХС, ШХ15, Х12Ф1, 3Х2В8 и др. с НRC54-64/

                ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Основными этапами прессования металлических порошков являются расчет навески (масса порошка, необходимая для изготовления заготовки) и дозировка порошка, засыпка порошка в матрицу пресс-формы, прессование и удаление прессовки.

Возможность получения порошковых изделий заданных форм и размеров во многом определяется правильностью расчета навески и дозировки порошка.

                                      Q =,

где Q -масса  навеска

V – объем прессовки;

- плотность беспористого материала порошка;

- относительная плотность прессовки;

-= 1,005/1,01 – коэффициент, учитывающий потери порошка при прессовании;

= 1,01-1,03- коэффициент, учитывающий потерю массы при спекании.

Плотность для многокомпонентных материалов

                                     =,

где   (i= 1…..n) – плотность отдельных компонентов, г/см³; ai – содержание отдельных компонентов в порошке, %.

Для однокомпонентных материалов, содержащих значительные примеси, значение плотности получают прямым измерением истинной плотности материала пикнометрическим способом.

Дозировку осуществляют по массе или объемным способом. Выбор способа дозировки определяется типом применяемого оборудования, серийностью и массой изделий.

Ручную дозировку по массе применяют при производстве крупных изделий, изготовляемых небольшими партиями. Автоматическую дозировку по массе осуществляют несколькими способами, для чего применяют дозаторы массы различных конструкций, которые размещают отдельно от прессовых установок. Производительность дозаторов массы может достигать около 600 навесок в час с точностью дозирования (0,2-0,3%).

Объемная дозировка является менее точной, но более прочной в исполнении. Осуществляется путем заполнения полости формы специальной меркой, отрегулированной на определенный объем порошка. Полость пресс-формы заполняется порошком из бункера через питатель дозирующего устройства. После засыпки порошка питатель отводится в сторону и под действием пуансона происходит прессование порошка. Отпрессованная прессовка выталкивается из пресс-формы выталкивателем.

Порошок при заполнении пресс-формы должен быть распределен равномерно и иметь строго горизонтальную поверхность под пуансоном. Улучшение равномерности распределения порошка достигают, например, применением вибраций.

Оснастка для прессования порошковых заготовок. Одним из основных инструментов при прессовании порошков являются пресс-формы, рабочими частями которых служат верхний и нижний пуансоны и контейнер. Кроме того, в пресс-формах имеются вспомогательные детали и приспособления: различного рода крепления, пружины, приспособления для засыпки и выталкивания. По конструктивному оформлению и эксплутационному назначению пресс-формы могут быть со сплошной и разъемной матрицей, одно и многогнездные, для одно, 2и многостороннего прессования.

Сложность пресс-формы зависит от конфигурации и размеров получаемой формовки.

Для изготовления рабочих частей пресс-форм применяют высокопрочные износостойкие стали и сплавы, легированные хромом, марганцем, вольфрамом и др. Для изготовления рабочих деталей пресс-форм применяют, стали У8А, У10А, 9ХС, 12Ф1, Х12Ф1, ХВГ, ШХ15 и др. с НRCэ 56-64.  Твердые сплавы находят широкое применение при изготовлении матриц.

Для прессования порошковых формовок применяют механические   и гидравлические прессы вертикального или горизонтального исполнения. Парк прессов, работающих на заводах весьма многообразен как по мощности, так и по конструктивному исполнению.

Широкое распространение получают съемные блоки для прессования порошковых формовок, устанавливаемые на прессах различных типов. Большое применение в порошковой металлургии находят механические прессы различных типов: от простейших винтовых с ручным приводом до прессов-автоматов. Применяют прессы кривошипные, кривошипно-коленные, кулачковые и фрикционные. Прессы оснащены средствами механизации и автоматизации, включающими автоматическую загрузку порошка и выгрузку изделий, автоматическую регулировку насыпной высоты порошка, механизмом установки и съема пресс-форм.

Для спекания прессованных формовок используют печи, различающиеся по способу нагрева  и конструкцией. Выбор типа печи зависит от свойств порошковых изделий, условий спекания, производительности, формы изделий. По принципу действия печи могут быть периодического или непрерывного действия. Периодически  работающие печи делят на колокольные, муфельные и вакуумные. Печи колокольного типа экономичны (расход электроэнергии составляет 150-200 кВт. ч на 100 кг изделий), но

малопроизводительны.

Муфельные печи также малопроизводительны и неэкономичны (расход электроэнергии 300-400 кВт. ч на 100 кг изделий). Для  спекания изделий в вакууме выпускают печи

ЦЭП-301 с температурой нагрева до 1300ºС и печи СГВ2-3/15-2 с двумя намерами нагрева, спекание в которых  происходит при 1500ºС. Серийно выпускают вакуумные печи СШВЛ-1.25/25 с максимальной температурой нагрева 2500ºС. Недостатками высокотемпературных печей является низкая стойкость нагревателей и высокая стоимость.

Более перспективны печи индукционного нагрева. Рабочая камера таких печей может иметь любые требуемые размеры. Печи надежны и экономичны.

Промышленностью выпускаются роликовые печи СРЗ производительностью более 100 кг/4. Формовки для спекания загружаются в короба, которые транспортируют роликовым конвейером. Пицт пространство печи разделено на входную, рабочую и выходную зоны. Это предотвращает попадание наружного воздуха в рабочее пространство печи.

Толкательные муфельные печи непрерывного действия наиболее прочны по конструкции.

Горячая штамповка порошковых изделий.

Традиционные методы порошковой металлургии не могут обеспечить достаточно высокие показатели физико-механических и эксплутационных свойств изделий вследствие наличия в заготовках и деталях остаточной пористости. Наличие пористости снижает показатели механических свойств, повышает электросопротивление, уменьшает коррозоционную стойкость.

В целях получения компактных изделий из  пористых порошковых формовок применяют различные способы уплотнения порошковых формовок, отличающихся схемой и скоростью приложения  сил, конструкцией штампов (облойных и безоблойных, подогреваемых и охлаждаемых), степенью автоматизации и механизации, видом и температурой нагрева (вне зоны штампа или в штампе, с защитной атмосферой или без нее в холодном, полугорячем или горячем состоянии) и т.д.

Перечисленные разновидности штамповки порошковых формовок требуют определенных температурных – скоростных условий для достижения требуемой плотности и структуры материала.

Штамповка порошковых изделий развивается в оптовом в двух направлениях. Одно из них характеризуется отсутствием операции спекания или совмещением спекания с прессованием, другое - наличием спекания и последующей штамповки. Целесообразность штамповки формовок объясняется тем, что после формообразования формовок из порошка отклонение их массы не превышает 05% вследствие того, что порошковый материал легко дозируется, чего нельзя добиться при разделении проката на мерные заготовки. Это исключает отход металла, не вызывает интенсивного износа штампа и увеличения усилия деформирования.

Для любого способа изготовления поковок важную роль играет подготовка формы заготовки. Чем сложнее форма поковки и выше технологические требования к ней, тем большему формоизменению должна подвергаться заготовка. При прессовании формовок из порошка можно получить заготовки любой заданной формы, благодаря чему исключаются проблемы, связанные с внедрением точной штамповки.

Динамическое горячее прессование (ДГП)

ДГП включает операции приготовления порошков требуемого состава, дозировки порошков и холодного прессования. Спрессованную формовку подвергают кратковременному нагреву в нагревателе с защитной средой и штампуют на быстроходных прессах или молотах в закрытых или открытых штампах.

В зависимости от свойств материала прессование проводят по нескольким вариантам: совмещение нагрева формовок перед ДГП со спеканием; спекание – охлаждение – кратковременный нагрев - ДГП и кратковременный нагрев – ДГП – спекание в процессе диффузионного отжига.

Основной отличительной чертой ДГП от обычной штамповки является то, что одновременно с формообразованием изделия происходит формование компактного материала из пористой формовки.

Продолжительность ДГП составляет сотые доли секунды, это позволяет избежать значительного  повышения температуры штампов и критического (с точки зрения штампуемости) снижения температуры формовки до окончания процесса. Давление на конечной стадии достигает 1000МПа.

При ДГП используют пористую формовку, полученную холодным прессованием и приближающуюся по форме к готовому изделию. Полость штампа заполняется в основном за счет осадки формовки за один ход инструмента, что обуславливает повышение производительности и снижение затрат на изготовление инструмента. Деформация пористой формовки осуществляется при меньших давлениях, а максимальное давление действует в течении короткого промежутка времени, что не так сильно понижает стойкость инструмента.

В процессе ДГП происходит уплотнение и сокращение объема формовки, характер деформации которой имеет существенное отличие от деформации монолитного металла при ковке и штамповке.

Разработан способ штамповки высокопрочных поковок из железного порошка, отличный от широко распространенного способа изготовления поковок холодным прессованием и последующим  спеканием в печах с защитной атмосферой. Отличие состоит в том, что вместо операции спекания формовки применена операция горячей штамповки, причем кратковременный нагрев порошковой формовки перед штамповкой осуществляют в индукционном нагревателе без применения защитной атмосферы.

Способ позволяет получать изделия с плотностью до 100% относительно плотности проката высокой прочностью, изностойкостью, могут подвергаться термообработке, гальванопокрытию и другим методом обработки. Цикл приготовления изделий составляет 2-4мин.

Процесс изготовления изделий состоит из следующих операций:

-приготовление порошка в

- дозировка порошка по массе для получения изделий с размерами по 8-12-му квалитетам;

- холодное прессование порошка на гидравлическом прессе до плотности 5,5 г/см³;

- нагрев формовки до 1150-1200ºС в течении 20-40с;

- горячая штамповка на прессе в закрытом штампе при давлении 800-1500МПа;

- очистка поковок от окалины и заусенцев дробеструйной очистки;

- термическая обработка ( нормализация, цементация…);

- при необходимости калибровка, механическая обработка, закалка, шлифовка и др.

Составление чертежа готового и промежуточных формовок. Разработка чертежа (формовок) должна проводиться с учетом  специфических требований, присущих штамповке порошковых изделий. При проектировании формовок учитывают форму готового изделия, возможность обеспечения равномерной плотности в различных частях поковки, прочностные возможности инструмента…. От положения подготовки в штампе зависит форма формовки, и располагать формовку необходимо так, чтобы при штамповке был минимальный рабочий ход пуансона. В этом случае можно достичь большей равномерности распределения плотности.

С учетом требований к чертежу формовки корректируется чертеж готовой детали, куда вносят все изменения, связанные с применением нового процесса, в том числе изменения по форме детали, размерам, допускам, шероховатости поверхности, материалу….

Разработка технологического процесса начинается с расчета и подготовки порошка. Подготовку порошковой массы начинают с выбора порошка. Партию порошка анализируют на предмет проверки его состояния (сохранность при хранении, окислении и т.п.). Затем порошок просеивают на и загружают совместно с другими составляющими в смеситель. Порошковая масса перемешивается в смесителе в течении 3 часов с частотой вращения 30 об/мин.

Холодное прессование порошковых формовок осуществляют на гидравлических или кривошипных прессах, снабженных выталкивателями. Усилие пресса

Р=qF,

где  q- давление, принимаемое при холодном прессовании равным 500 МПа;

F- площадь проекции заготовки в направлении прессования, мм².

Прессуют порошковый материал в пресс-формах, конструкция которых должна позволять одно, - дву- или многостороннее прессование.

Дозирование может осуществляться по массе и объему. Дозирование по массе применяют при изготовлении деталей по 6-9 МУ квалитетам. Для получения заготовок, подлежащих последующей механической обработке, применяют объемное дозирование.

Нагрев формовок является операцией, от которой зависят показатели качества формовок: плотность, структура металла, качество поверхности, глубина обезуглероженного слоя. Время нагрева не должно превышать 40с, а температура 1100-1200ºС. Нагрев осуществляется в установках ТВЧ.

Горячее прессование чаще всего осуществляют на кривошипных прессах со скоростью прессования не < 0,3 м/с. После прессования порошковая формовка охлаждается  до температуры воздуха и подвергается очистке от окалины и снятию заусенцев. Масса формовки после горячего прессования определяется исходя из объема формовки и необходимой плотности материала.

Проектирование оснастки.

Штамповка порошковых формовок осуществляется при высоких температурах и давлениях, в связи с чем к деталям штампов предъявляются повышенные требования с точки зрения прочности и износостойкости.

Для предупреждения нагрева штампов применяют различные способы охлаждения.

При проектировании матрицы ее внутренние линейные размеры должны быть увеличены сравнительно с размерами формовки на величину изменения размеров формовки за счет температурной усадки, а также должны быть учтены изменения размеров за счет разогрева штампа. Коррекцию размеров можно проводить по формуле:

L = L£ (t1  t2)

где Lлинейный размер, мм;

£- коэффициент линейного расширения;

t1- температура формовки в момент окончания штамповки;

t2- температура нагрева штампа.

Для стальных формовок соответствующих по материалу стали 40 температуре равной 1400ºС, и температуре штампа равной 80ºС, линейные размеры можно определить по формуле:

Lм = 1,013 L

Диаметр стрежня при штамповке пустотелых заготовок dc = 1,012d, где d- диаметр отверстия формовки.

Высоту матрицы назначают в зависимости от высоты формовки после холодного прессования. К высоте формовки прибавляют 6-10 мм на входную часть нижнего пуансона  и 3-6 мм верхнего пуансона. Первым этапом проектирования штампа для холодного прессования порошковой формовки является расчет размеров формовки.

Размеры формовки в плане с учетом изменения в результате нагрева до 1200ºС:

 Lф = 0,997 L ± 2 n ±  LД,

L- размер поковки, - зазор между заготовкой и матрицей, принимаемый 0,1-0,8 мм для заготовок длиной (диаметром) 10-140 мм; ßnкоэффициент принимаемый в зависимости от высоты формовки равным 0,5-1,5;LД – поле допуска ( принимается по 14 му квалитету). Знак «+» применяют для охватывающих размеров, знак «-» для охватываемых.

Высота формовки ( или ее элементов) определяется из условия равенства масс формовки после холодного прессования и поковки после горячего прессования.

 Vг £г = Vх £х

где Vг и  Vх – соответственно объемы материала после горячего и холодного деформирования; £г, £х – соответственно плотности материала после горячего и холодного деформирования.

Плотность материала после горячего деформирования 7,65-7,75 г/см³, плотность материала после холодного деформирования 5,5 г/см³.

Подставив средние значения плотности в формулу, определим высоту формовки, см:

hх = 1,4  или с учетом  угара при нагреве:

 hх = 1,41, где Fх – площадь поперечного сечения холодной формовки.

Основные размеры полости для холодного прессования определяется расчетными размерами формовки и высотой засыпки порошковой массы. Порошковую массу свободно засыпают в рабочую полость матрицы, и в зависимости от плотности она занимает определенную высоту. Плотность железного порошка 2-2,5 г/см³.

В большинстве случаев плотность порошковой массы можно принять равной 2,2 г/см³. Принимаемая плотность заготовки 5,5 г/см³, определим объем засыпки порошковой массы:

Vм = £х Vх/ £м =2,5 Vх,

 отсюда высота засыпки порошковой массы

hм = 2,5 Vх/ Fх = 2,5 hх

Рабочие поверхности матриц и пуансонов должны обрабатываться тщательно с жесткими допусками на отклонение от параллельности граней, перпендикулярности, шероховатостью Rz = 0.16/0.04 мкм. Рабочая часть пуансонов подгоняется по отверстию матрицы с гарантированным зазором на сторону 0,04-0,08 мм для верхнего пуансона и 0,03-0,05 для нижнего.

Процесс рекомендуется применять для изготовления  деталей, воспринимающих значительные нагрузки, изготовление которых обычными способами механической обработки неэкономично.

Вследствие большой трудоемкости и низкого коэффициента использования металла.

Заключение

Технико-экономический эффект получения изделий методом порошковой металлургии проявляется полностью в условиях крупносерийного и массового производства. Это связано с тем, что затраты на получение порошков, изготовление пресс-форм их установку на прессы и отладку технологического процесса являются все еще довольно высокими. Эти затраты окупаются за счет снижения расхода материала и стоимости окончательной обработки каждой детали только при большой серийности их выпуска. Так, согласно проведенному условию, выпуск в год изделий простой формы должен составлять не менее 100 тыс. штук, средней сложности 25 тыс. штук, сложной формы – 5 тыс. штук, весьма сложной формы – 1 тыс. штук. Поэтому основными условиями эффективного, широкого применения порошковой металлургии является переход к массовому производству во многих отраслях, совершенствование процессов получения порошков, разработка и применение съемных унифицированных пресс-форм и прессовых блоков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52289. Комплексная подготовка учащихся на уроках баскетбола 373 KB
  Сопряженное формирование навыков ловли и передачи мяча с развитием скоростносиловых качеств и координационных способностей. Передачи набивного мяча: двумя руками от груди двумя руками сверху; одной рукой от плеча. То же что упражнение №1 но чередуя передачи набивного и баскетбольного мяча. В парах по сигналу передачи на месте набивного мяча в отрыв на 1020 м.
52290. КОНСПЕКТ УРОКА ПО ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ КЛАССА 83 KB
  Ведение и бег с мячом запрещены. Ведение мяча правой и левой рукой 9. Ведение в приседе правой и левой рукой По 20 ударов каждой рукой По 15 ударов каждой рукой Упражнение выполняется в парах. 10Совершенствовать ведение мяча с разной высотой отскока 10.
52291. НЕМЕЦКИЙ ЯЗЫК ДЛЯ КОЛЛЕДЖЕЙ DEUTSCH FÜR COLLEGES 466.5 KB
  Данный учебник предназначено для студентов средних специальных учебных заведений всех специальностей, продолжающих изучать немецкий язык и имеющих по учебному плану в соответствии с Госстандартом 128 часов (на базе среднего полного общего образования) и 204 часа (на базе основного общего образования, т.е. для выпускников 9го класса).
52292. Я тебе люблю. Лекція для батьків 46.5 KB
  Скажіть будь ласка а що означає у вашому розумінні любити свою дитину Хтось говорить що любити свою дитину означає піклуватися про нього цікавитися його життям возити його відпочивати купувати їжу речі. А останнім часом я все частіше чую що любити свою дитину це говорити йому: Я тебе люблю Готуючись до сьогоднішніх зборів я провела анкетування і 92 дітей бракує слів любові. Що означає приймати дитину безумовно Це означає любити його просто тому що він є. Я пропоную розіграти сценку в якій можливо хтось побачить себе або...
52294. Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования 698.26 KB
  Данная книга представляет собой учебное пособие по архитектуре ЭВМ и системам программирования. Книга написана по читаемому автором лекционому курсу Архитектура ЭВМ и язык Ассемблера для студентов первого курса факультета Вычислительной математики и кибернетики МГУ им. М.В. Ломоносова.
52295. Понятие о модели данных, базе данных. Понятие и назначение системы управления базами данных 52 KB
  Базы данных. Системы управления базами даннях 12 часов Урок №1 Тема: Понятие о модели данных базе данных. Понятие и назначение системы управления базами данных. Цели: формировать основные понятия темы: модель данных база данных; дать представление о системах управления базами данных и их назначении; организовать работу учащихся для развития умения структурировать информацию; воспитывать информационную компетентность.
52296. The Beauty of the World 57.5 KB
  Good morning, pupils. Today we begin to speak about the new subject. It is rather interesting and there are many things to discuss about it. But the first thing for you to know is the subject itself. I want you to guess it, OK? You can see a crossword on the blackboard. I shall read you the definitions of the words and you will put them down. And when we are done I hope youll be able to find the central word there
52297. Machen wir uns bekannt 200.5 KB
  Guten Tag, liebe Kinder und liebe G?ste! Ich freue mich euch alle zu sehen und ich hoffe, dass ihr gute Zeit haben werdet. Also, beginnen wir unsere Stunde und das heutiges Thema hei?t?? Der Mensch. Machen wir uns bekannt?