Устройство для прессования длинномерных изделий из порошков

.07(088,8) свидетельство В 22 Г 3/02, 1 видетельство С В 22 Р 3/02, 1 СС 3,ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЦТИЙ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ Т,Ф.Богрев(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ.порошковой металлургии, в частностик устройствам для прессования длинномерных изделий. Целью изобретенияявляется улучшение качества прессуемых изделий и снижение энергосиловыхзатрат. В кольцевое пространство между эластичной втулкой 2 и протяжкой3, сцентрированной в полости втулки 2 одной из опорных шайб 5, засыпают порошок 4, сверху устанавливают1395424 вторую опорную шайбу и фиксируют систему путем навинчивання на резьбовую часть протяжки резьбовой втулки б. Затем матрицу с размещенной в ней конической Формующей дюзой 8 устанавливают в планшайбе 7 протяжного станка. При прохождении втулки 2 через коническую дюзу происходит ее последовательная радиальная деформация, которая обеспечивает радиальное уплотнение порошка. Используемая эластичная втулка выполнена в виде многослойно -, Изобретение относится к порошко-;вой металлургии, в частности к уст.ройствам для прессования длинномер.ных изделий из порошков,5Целью изобретения является улучшение качества прессуемых изделий иснижение энергосиловых затрат,На Фиг.1 показана схема устройст8 а; на Фиг.2 - эластичная втулка 1(1поперечный разрез; на фиг.3 - вариант исполнения устройства при ради"альной деформации эластичной втулкив направлении, противоположном поустрочству на Фиг,1, 15Устройство сос.ои". из матрицы 1,в полости которой ус гановлена втулка2, выполненная в виде многослойногоэлемента, и протяжка 3 с уступом. Полость между эластичной втулкой и протяжкой заполнена порошком 4. Протякка 3 центрируется относительно эластичной втулки 2 опорными полиуретановыми шайбами 5. Фиксируется вся система резьбовой вт 1 лкой 6. На планшайбе 7 протяжного станка установленаконическая Формующая дюза 8, центрирующая матрицу.На Фиг.2 показан поперечный раз "рез многослойной эластичной втулки щ2, иллюстрирующий чередование элас "тичных слоев 9 и металлических сегментов О, а также относительное расположение металлических сегментов.Устройство работает следующим образом.В кольпевое пространство междуэластичной втулкой 2 и протяжной 3,сцентрираванной в полости втулкиго элемента с чередующимися коаксиальными эластичными и металлическиминабранными из сегментов слоями, причем сегменты размещены в каждомслое в шахматном порядке. Это обеспечивает устранение эффектов перетекания или перераспределения материалавтулки. В результате получают изделия с более высокими результатами поравномерности распределения плотности, а энергозатраты на прессованиеснижаются. 3 ил. одной иэ опорных шайб 5, засыпают порошок 4, сверху устанавливают вторую опорную шайбу и фиксируют собранную систему путем навинчивания на резьбовую часть протяжки резьбовой втулки 6, Затем матрицу 1 с размещенной на ней конической формующей дюзой 8 устанавливают в планшайбе 7 протяжного станка, а эластичную втулку 2 вместе с порошком 4, протяжкой 3, опорными шайбами 5 и резьбовой втулкой 6 укрепляют на конической дюзе 8,. соедиУ няя концевую часть протяжки с силовым органом протяжного станка. Далее начинают процесс проталкивания эластичной втулки через коническую дюзу, калибрующий диаметр которой выполнен меньшим наружного диаметра втулки с порошком на заданную величину, которая подбирается в зависимости от требуемой плотности и размеров прессуемого изделия.При прохождении эластичной втулки через коническую дюзу происходит ее последовательная радиальная деформация, которая обеспечивает радиальное уплотнение порошка на протяжку. Поверхность эластичной втулки, контактирующая с порошком, выполнена из металлических сегментов, обладающих жесткостью в осевом направлении, а следовательно, на поверхности взаимодействия с порошком полностью устраняются эффекты перетекания или перераспределения материала эластичной втулки.В результате этого порошок, подвергаемый воздействию металлической3 3954 поверхности эластичного инструмента (втулки), уплотняется строго в ради- альном направлении, и никаких явлений массопереноса порошка, его перемещения вдоль оси прессовки и пере 5 распределения по объему в данном устройстве не происходит (что в устройстве-прототипе является следствием перетекания. материала эластичной 10 втулки как в ее объеме, так и на поверхности контакта с порошком) В результате этого прессуемое изделие получают с равномерным распределением плотности по длине и отсутствием 15 каких-либо трещин, являющихся следствием отрыва и сдвига пористых слоев. При прессовании порошка в предложенном устройстве достигается требуемая плотность и прочность прессовки, что 20 также связано с воздействием на порошок металлической части эластичной .втулки и с воэможностью передачи на порошковый материал необходимого давления. В устройстве-прототипе увели чение степени деформации эластичной втулки (если необходимо передать большее давление на порошок) приводило бы либо к необратимому изменению ее формы (вследствие изгиба армирую щих прутков), либо к нарушению ее целостности (результат отрыва эластичного материала от прутков). Кроме этого, чем большую деформацию задавали эластичной втулке, тем ярче прояв35 лялись эффекты перетекания эластичного материала (появлялось, например, торцовое выпучивание, что могло привести к разрушению всего устройства)и в результате все равно не обеспечи О валась передача необходимого давления на порошок. В конечном итоге иэделие получали с неравномерной плотностью но длине, с ослабленными мало- .уплотненными участками, низкой проч ностью. Используемая эластичная втул-. ка представлет собой жесткую конст- рукцию в осевом направлении эта . жесткость обеспечивается на поверхности контакта с пброшком и позволяет получать качественные пористые изделия. Кроме того, эластичная втул ка является высоко упругим элементом, способным испытывать большие упругие деформации, а затем после снятия дей 55 ствия нагрузки полностью восстанавливать свои размеры и форму. Это дает возможность многораэового ее использования, обеспечивает экономичность 244всего процесса. Высокая упругость эластичной втулки связана с тем, что металлические слои=сегменты, придающие ей осевую жесткость, чередуются с эластичными слоями, материал которых заполняет также промежутки между этими сегментами. Наличие укаэанных промежутков, заполненных эластичным материалом, обеспечивает при протягиванин втулки через коническую дюзу равномерное радиальное сжатие, При этом Металлические сегменты, расположенные на внутренней поверхности эластично% втулки, смьн;аются, в результате чего на прессуемый порошок оказывает воздействие только металлическая жесткая поверхность, что позволяет получать равноуплотненные по длине изделия. Расположение металлических сегментов в шахматном порядке обеспечивает высокую прочность соединения слоев и равномерное распределение напряжений и деформаций в объеме втулки, что положительно влияет на качество прессовки и эксплуатационные характеристики самой эластичной втулки.Количество сегментов в металлическом слое также определяет радиальную упругость втулки и его подбирают в зависимости от того, какую наибольшую радиальную деформацию должна выдерживать эластичная втулка, Для обеспечения высоких упругих свойств в радиальном направлении и достаточной прочности металлические сегменты должны быть изготовлены из высокоупругих сталей типа 65 Г, 40 Х, 50 ХГФА, 9 ХФ и др. посЛе их закалки и среднего отпуска (300-400 С), до ННС 38-42 Такая термообработка позволяет получать высокийпредел упругости указанных сталей. Кроме того, для лучшего адгезионного сцепления между эластичным материалом и металлическими сегментами последние перед изготовлением эластичной втулки должны быть подвергнуты пескоструйной обработке,Важное значение имеет толщина слоев в эластичной втулке. При изготовлении металлических сегментов, например, из стали 40 Х их толщина должна составлять 0,6 - 0,8 мм. Значения толщины металлического слоя, меньшие 0,6 мм, могут не обеспечить необходи-. мую прочность, что важно при последовательной схеме нагружения втулки, когда на каждом деформируемом участ 139542420 ке металлические сегменты испытываютупругие изгибающие деформации, Толщина сегмента больше 0,8 мм приводит кувеличению жесткости втулки в радиальном направлении, Толщина эластичного слоя должна составлять 2-3 мм,что является оптимальным как с точкизрения ее упругих свойств, так и сточки зрения технологии ее изготовления, Чем меньше толщина эластичного слоя, тем меньше вероятность тор"нового выпучивания и отрыва его отметаллического слоя. Но толщина меньше 2 мм не обеспечивает необходимуюупругость эластичной втулки в радиальном направлении, а кроме того,изготовление втулки с эластичным слоем менее 2 мм весьма затруднено, Притолщине эластичного слоя более 3 ммсоздается определенная свобода перемещения эластичного материала в объеМе слоя под действием прилагаемойнагрузки. Это может привести к тому,что вследствие перетекания системане будет обладать достаточной осевойжесткостью и, следовательно, не будет обеспечена передача необходимогодавления на порошок. Кроме того, предложенное устройство снижает энергосиловые затраты процесса. Это связано с тем, что коэффициент трения между металлическими поверхностями в 4-5 раз ниже, чем ко.эффициент трения между поверхностями металл-эластичный материал, (например, резина или полиуретан). Особенность молекулярного строения эластичных Материалов приводит к тому, что даже при идеально гладкой (что реально получить невозможно) металлической поверхности трение на границе взаимодействия металл-эластичный материал имеет значительную величину, В результате этого силовые затраты процесса, связанные с преодолением трения,значительно ниже Кроме того, эластичная втулка вьгполненная в виде сэндвича, хотя и обладает осевой жесткостью, является высокоупругой в радиальном направлении и не оказывает значительного сопротивления деФормированию при прохождении через коническую дюзу. Так как силовые затраты процесса складываются из затрат на преодоление трения и затрат на радиальную деформацию втулки, то при использовании предлагаемого устройства они в 4-5 раз будут ниже, чем при использовании, устройства-прототипа.На фиг.3 представлен вариант исполнения предлагаемого устройства, в котором радиальную деформацию эластичной втулки осуществляют в направлении, противоположном по устройству фиг.1, а уплотнение порошка при этом происходит на матрицу.В этом варианте устройство дополнено тем, что протяжка 3 имеет съемную коническую втулку 11, фиксируемую на протяжке винтом 12, и снабжено упорным кольцом 13 и крьппкой 14, создающей подпор втулке 2.После сборки узла прессования (матрица 1 с эластичной стулкой 2, порошком, шайбами 5, упорным кольцом 13 и крышкой 14) его устанавливаютна протяжной станок, а протяжку 3вводят в полость втулки 2, подсоединяя ее концевую часть к рабочему органу станка. Затем начинают ее протягивание, При прохождении коническойчасти протяжки 3 внутри втулки 2 последняя деформируется в радиальномнаправлении и уплотняет порошок 4 наматрицу. Так как наружная поверхность втулки 2, контактирующая с порошком,выполнена из металлических сегментов,то вследствие отсутствия на даннойгранице эффектов перетекания материала втулки (что характерно для эластичного материала) пористое изделие получают с требуемой плотностьюи равномерным ее распределением подлине. В данном случае происходит радиальное растяжение эластичной втулки 2 и ее высокая упругость обеспечивается наличием эластичных слоев и промежутков между металлическими сегментами, заполненных также эластичным материалом. Скольжение рабочего инструмента (протяжки 3) в полости втулки 2 также происходит по металлической поверхности и возникающие здесь силы трения значительно ниже, чем при скольжении металла по эластичному материалу. Таким образом, высокая радиальная упругость эластичной втулки и незначительные силы трения на границе взаимодействия с протяжкой снижают общее усилие процесса его энергосиловые затраты.П р и м е р. Прессование фильтрую- щего элемента (пористого трубчатогоизделия) ф 40 ф 36 мм и длиной 600 ммиз порошка нержавеющей стали Х 18 Н 9.Порошок засыпали в зазор междупротяжкой, имеющей ф 36 мм, и эластичной втулкой с размерами Д нар= 68 мм,Д= 44 мм и длиной 650 мм,выполненной из семи слоев (4 металлических слоя из стали 40 Х с НЕС 3840 толщиной 0,6 мм, набранных из шести сегментов,и 3 эластичных слоя изполиуретана марки СКУ-ПФЛ, имеющеговысокую адгезию к металлу), Относительная плотность насыпки порошка0,3. 15Затем эластичную втулку с порошком, покрытую смазкой КПД, протягивали через коническую дюзу с углом проофиля 5 и диаметром калибрующей части Д= 65 мм. В результате получали 20готовое изделие с относительной плотностью 0,6, равномерно распределенной по длине (это определяли методом гамма-просвечивания отдельныхобразцов, вырезанных из различных 25участков по длине пористой трубы).,Трещин, отрыва и смещения пористыхслоев в изделии не обнаружено,Прессование порошка в данном устройстве осуществляли на горизонтально-протяжном станке типа 7 Б 56 У. Уси.лие протягивания определяли с помощью тензодатчиков, наклеенных на свободную поверхность протяжки, и соответствующих приборов. Оно составляло,12,5 кН.35Аналогичный процесс прессованияосуществляли на устройстве-прототипе,ластичная втулка с Д 68 мми Д= 44 мм была выполнейа из полиуретана.марки СКУ-ПФЛ и армированаметаллическими прутками Ф 4 мм изстали 40 Х. Степень армирования пообъему составляла 12,07. Для прессования также использовали порошок 45нержавеющей стали Х 18 Н 9 с относительной плотностью насыпки 0,3.После протягивания эластичнойвтулки через коническую дюзу с Дк .=65 мм и углом профиля 5 готовое изделие имело среднюю относительную плотность 0.6, однако перепад плот - ности по длине составлял от 0,45 у того конца, с которого начиналось прессование, и до 0,70-0,75 у того конца, где прессование заканчивалось. Это связано с тем, что при деформировании эластичной втулки происходит перетекание эластичного материала вдоль оси прессовки, в результате которого переносится также и порошок и накапливается на конце прессуемого изделия, отчего конечная плотность здесь значительно выше. Кроме того, на поверхности пористой трубы были обнаружены две кольцевые несквозные трещины, которые в конечном итоге явились причиной разрушения изделия при снятии его с протяжки.Предложенное устройство может быть использовано для получения длин- номерных тонкостенных пористых Изделий трубчатой формы с равномерно распределенной плотностью по длине, а также для нанесения порошкового слоя на цилиндрические изделия из компактного металла и для получения многослойных пористых труб.Формула изобретенияУстройство для прессования длинно- мерных изделий из порошков, содержащее матрицу, протяжку с упором, коническую формующую дюзу и эластичную втулку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества прессуемых иэделий и снижения энергосиловых затрат, эластичная втулка выполнена в виде многослойного элемента с чередующимися коаксиальными эластичными и металлическими набранными из сегментов слоями, причем сегменты каждого последующего слоя размещены по отношению к предыдущему в шахматном порядке с образованием промежутков, заполненных материалом эластичного слоя, и внутренний и наружный слой втулки образован сегментами.