Способ непрерывного изготовления изделий из порошков

ZIP архив

Текст

(53)5 В 22 ГОСУДАР СТ 8 Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТВ иэделий эа счет улучшения мех свойств. Порошок 1 непрерывно из бункера 2 в винтовую канавку щегося шнека 4. Порошок уплотн действием возрастающего давле гревается эа счет трения его о к шнек 4. Полученная заготовка ра на пластины 7 ротором 8, устан на выходе шнека и получающим в угловой скоростью со 2 от посредством зубчатого колеса 9 равку 10, Пластины укладываютс который прессуют с помощью 11,совершающей вращательное д угловой скоростью в 1 (0,58 - 2,12) 4 табл. 19ологический институт сти А. С, Шандриков. Красновский, К.С,Матство 20, 19 ВНОГ ОРОШ ится к ия из шени ИЗГОТОВОВособам нелий из по- качества 2(71) Витебский технлегкой промышленн(53) 621.762.4.045(088.8) (56) Авторское свидетель М 1435405, кл, В 22 Р 3/ (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫ ЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ П (57) Изобретение относ прерывного изготовлен рошков. Цель -повы анических подается 3 вращаюяется под ния и наорпус 5 и зрезается овленным ращение с привода через опя в пакет, матрицы вижение с в 2,3 ил40 45 50 55 Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам непрерывного изготовления иэделий из порошков, и является усовершенствованием известного способа по авт. св, %1435405,Целью изобретения является повышение качества изделий за счет улучшения механических свойств.На фиг. 1 и 2 проиллюстрирована схема реализации способа непрерывного изготовления изделий из порошков; на фиг, 3 - сечение А - А на фиг. 2.Способ осуществляют следующим образом,Порошок 1 непрерывно подается иэ бункера 2 в винтовую канавку 3 вращающегося шнека 4. Перемещаясь по канавке в направлении экструдирования, порошок уплотняется под действием возрастающего давления и нагревается за счет трения его о корпус 5 и шнек 4, Воздух, выделяющийся при уплотнении порошка, отсасывают вакуумным насосом (не показан) через отверстия 6, выполненные в корпусе, Уплотненный порошок, непрерывно выходящий из винтовой канавки шнека, представляет собой длинномерную прессовку, свернутую по винтовой линии, Эта прессовка разрезается на пластины 7 специальным ротором 8, установленным на выходе шнека и получающим вращение с угловой скоростью мг от привода (не показан) посредством зубчатого колеса 9 через оправку 10, Разрезание прессовки на пластины сопровождается выделением тепла, что приводит к нагреву порошка, Режущие кромки лопастей ротора создают высоив локальные давления, приводящие к пластическому течению частиц порошка. В результате этого пластины доуплотняются до плотности, близкой к плотности компактного материала, Уплотнение достигается также за счет создания ротором сдвигающих усилий в плоскости, нормальной направлению выдавливания. Эти усилия смещают частицы порошка в близлежащие поры, закрывая те из них, которые невозможно заполнить с помощью осевого усилия прессования из.за арочного эФФекта.После разрезания пластины плотно укладывают, Цель этой операции - увеличение плотности на стыках пластин за счет одновременного действия двух усилий; осевого, создаваемого шнеком, и сдвигающего, возникающего из-за трения порошка о задние поверхности лопастей ротора, Осевое усилие предотвращает разориентацию пластин за счет прижатия их друг к другу, а 5 10 15 20 25 30 35 сдвигающее - притирает поверхности пластин, уплотняя тем самым место стыка,После укладки пластин следует их прес= сование с помощью матрицы 11, Усилие прессования создается эа счет совместного действия шнека и ротора. Лопасти ротора имеют скошенную заднюю поверхность, что способствует созданию осевого усилия. При этом осуществляется непрерывное выдавливание прессовки через кольцевой зазор, образованный оправкой и матрицей.Температуру прессовки, выдавливаемой через кольцевой зазор, повышают за счет сил трения путем вращения оправки 10 через зубчатое колесо 9 с угловой скоростью ар . Матрице 11 дополнительно сообщают вращательное движение через зубчатое колесо 12 в направлении, противоположном направлению вращения оправки, с угловой скоростью в 1 =(0,582,12) йг, При вращении матрицы и оправки осуществляется нагрев заготовки как на границах контакта поверхностей заготовки с матрицей и оправкой, так и внутри ее за счет возникающего интенсивного межчастичного трения. При этом достигается равенство температур в любой точке поперечного сечения прессуемой заготовки, По мере перемещения заготовки через кольцевой зазор, являющийся зоной спекания, ее температура увеличивается равномерно по всему поперечному сечению,Спекание протекает в условиях механохимического активирования, что позволяет повысить механическую прочность иэделий. После спекания при температуре (0,750,85) Тол, достигаемой подбором угловых скоростей вращения матрицы и оправки в соответствии с формулой РоТ= То + - ур+г 1х ххнн нжн хннн неду)х иЯ Х (1 - Е" н)где То - температура заготовки на входе в зону спекания, К;Ро - осевое давление на входе в зону спекания, Па;С - удельная теплоемкость порошка, Дж/(кг. К);р- плотность порошка в зоне спекания, кг/м;Й - радиус наружной поверхности заготовки, м:г - радиус внутренней поверхности заготовки,м;ч - скорость перемещения заготовки восевом направлении, м/с;м 1- угловая скорость вращения матри.цы,см 2 - угловая скорость вращения оправки,с1- коэффициент трения заготовки о матрицу и оправку;ф- коэффициент бокового давления;- длина зоны спекания, м, 10все частицы порошка имеют одинаковуюпрочность сцепления, так как они подвергались максимальному активированию нетолько при разрезании прессовки на пластины, но и при одновременном нагреве 15поверхностей контакта с матрицей и оправкой. Кроме того, вращение матрицы и оправки в противоположных направленияхспособствует созданию межчастичного трения в слоях, прилегающих к границам контакта, тем самым достигается полнотаспекания эа счет дополнительного количества тепла,Одновременное вращение обоих формообразующих элементов способствует 25равномерному спеканию формуемого изделия и, как следствие, улучшению его механических свойств. Соотношение междуугловыми скоростями вращения матрицы иоправки определено экспериментально при ЗОформовании заготовок в виде труб из по-.рошков меди ПМС - 1 и железа ПЖЗМ 2, Температура плавления меди 110 С (1373 К), ажелеза 1530 С (1803 К), Для изделий из порошка меди ПМСтемпература спекания 3510301167 К, а для иэделий из ПЖЗМ 213521533 К, в процессе формования изделия изменялись значения угловых скоростей вращения матрицы в 1 и оправки йа ипроизводилось измерение температуры заготовки на выходе из зоны спекания,Результаты измерений для МПСиПЖЗМ 2 приведены в табл, 1 и 2 соответственно.Отношение температуры заготовки в 45зоне спекания к температуре плавлениякомпактного материала идентичны, а соотношения между угловыми скоростями вращения формообразующих элементовблизки по своим значениям, Общим для 50данных экспериментов оптимальным соотношением угловых скоростей вращенияматрицы и оправки будет соотношениев 1= (0,582,12) са .Полученное изделие имеет более высокие механические характеристики за счетулучшения условий спекания.П р и и е р 1. Иэ порошка меди ПМС изготавливают трубу наружным диаметром 300 мм (8=0,15 м) и толщиной стенки 5 мм (г=-0.0,1 м). Наружный диаметр шнека 320 мм. глубина канавки и ее ширина соответственно 8 и 10 мм, угол подьема канавки 130, длина рабочей части шнека 800 мм. Частота вращения шнека 4 об/мин,Порошок, перемещаясь в канавке шнека к матрице, уплотняется по мере возрастания давления. Выделяющийся при этом воздух отсасывается механическим вакуумным насосом, создающим разрежение 0,01 Па,По мере перемещения в межвитковом пространстве порошок разогревается эа счет сил трения о корпус и шнек, На выходе иэ шнека его температура 350 К, а плотность (0,60,75) /Эм, где р =:8600 кг/м - плотность компактного материала,Полученную прессовку, свернутую по спирали, разрезают на пластины с помощью специального ротора, имеющего четыре раэрезающих лопасти наружным диаметром 320 мм. Ротор получает вращение через оправку, угловая скорость которой а 2 =0,5 с (4,77 об/мин), Диаметр оправки равен внутреннему диаметру заготовки, Пластины имеют толщину О 4 мм. При резании пластины доуплотняются за счет высоких локальных напряжений в зоне резания до плотности (0,940,96) рм, что для порошка меди ПМС -составляет р=8170 кг/м,з Плотно уложенные пластины прессуют в матрицу за счет осевого давления РС,=200 МПа(2 108 Па), развиваемого шнеком, Матрице сообщают вращательное движение с угловой скоростью в 1.=0,45 с (4,3 об/мин). Температура прессовки на входе в зону спекания поднимается до 400 К, Длина зоны спекания составляет 0,35 м, Скорость перемещения заготовки ч в осевом направлении в зоне спекания составляет 0,005 м/с, что соответствует общепринятым условиям мундштучного прессования. На выходе иэ эоны спекания прессовка имеет температуру Т=1114,75 К, что составляет 0,81 Тпл. где Тпл - температура плавления меди. Данная температура соответствует принятому температурному режиму спекания, Для меди: 1=0,35;=0,54, С=395 Дж/(кг.К). Подставив все известные величины и выбранные соотношения между а 1 и са, определяем расчетную температуру Тр прессовки на выходе из зоны спекания. Расчетная температура составляет 1127,91 К, Относительная погрешность между расчетной Тр и измеренной Т температурами составляет 1,17 ф.Механические свойства образцов, полученных известным и предлагаемым способами. приведены в табл, 3, 1650363П риме р 2, Из порошка железа ПЖЗМ 2 изготавливают трубу тех же, что в примере 1, геометрических размеров. После засыпки порошка в бункер включают привод шнека.Частота вращения шнека 5,2 об/мин. Порошок, перемещаясь по винтовой канавке шнека, уплотняется и нагревается. Одновременно его вакуумируют, создавая разрежение 0,01 Па механическим вакуумным насосом, На выходе из винтовой канавки шнека порошок превращается в длинно- мерную прессовку, свернутую по винтовой линии. Плотность этой прессовки (0,550,70) рж, где рж =7900 кг/м - плотность литого железа. Температура прессовки на выходе из шнека 300 К. Полученную прессовку разрезают на пластины с помощью специального ротора, Ротор и оправку вращают с угловой скоростью 0,9 с (8,6 обмин). Толщина полученных пластин О,б мм, При резании прессовки на пластины происходят интенсивная деформация частиц порошка, разрыв уже образовавшихся связей и доуплотнение пластин до плотности (0,92. 0,96) рж, что для порошка железа в среднем составляет 7268 кг/мз. Это приводит к повышению химической активности поверхности частиц, снятию окисных пленок и к дальнейшему локальному нагреву порошка. На выходе иэ зоны действия ротора пластины плотно уладывают под действием сдвигающих усилий, возникающих из-за трения о задние поверхности лопастей ротора. Происходят втирание частиц порошка в межчастичное пространство и разрушение арок.Плотно уложенные пластины прессуютв матрицу за счет давления, создаваемого вращением шнека и ротора, Это давление при указанных режимах составляет 200 МПа (2 10 Па), Температура порошка на входе в зону спекания 350 К. Матрице сообщают вращательное движение с частотой 0,75 с (7,2 об/мин) в направлении, противоположном направлению вращения оправки. Длина эоны спекания 0,35 м. Коэффициент трения -0,45, коэффициент бокового давления фдля порошка ПШЗМ 2 0,39, Удельная теплоемкость железа СДж/ (кг.К), Прессовка перемещается в зоне спекания со скоростью ч,005 м/с. Температура прессовки на выходе зоны спекания, вычисленная по Формуле, 1392,85 К. Измеренная температура прессовки 1415,82 К.Относительная погрешность 1,62.Механические свойства образцов из порошка МШЗМ 2, полученных известным и предлагаемым способами, приведены в табл, 4.Как следует из табл, 3 и 4, описываемыйспособ позволяет повысить качество изделий за счет улучшения их механических свойств и регулировать температуру прес совки в зоне спекания по математическойзависимости температуры спекания от угловых скоростей вращения Формообразующих элементов (матрицы и оправки), контактирующих с внутренней и наружной 10 поверхностями прессуемого иэделия, с учетом их оптимального соотношения. Формула изобретения Ро30 =Т + г.рддр+7" х (Й/г+ г 35 х 1 - егде То - температу ходе в цилиндрическ40 Ро - осевое даиндрическую часть мС - удельная р ка,Дж/(кг. К);р - плотность порошка в матрице, 45 кг/мз;й ра пакета пластин на вую часть матрицы, К;вление на входе в цилатрицы, Па;теплоемкость по ош диус наружной поверхности пакен в цилиндрической части матрита пластицы,м;г - радиус внутренней поверхности па кета пластин в цилиндрической части матрицы, м;ч - скорость перемещения пакета пластин в осевом направлении,м/с;в 1 - угловая скорость вращения матри цы,с 1; са - угловая скорость вращения оправки,с;- коэффициент трения пакета пластин о матрицу и оправку; 15 Способ непрерывного изготовления изделий иэ порошков по авт. св, В 1435405, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет улучшения механических свойств, в процессе до полнительного прессования пакета пластиносуществляют вращение матрицы в направлении, противоположном направлению вращения оправки, с угловой скоростью в 1 =10,582,12) аг, а температуры пакета пла стин регулируют путем изменения угловыхскоростей матрицы и оправи в соответствии с формулой10 1650363- длина цилиндрической части матрицы, м. ф- коэффциент бокового давления порошка; Таблица 1 Т,К са,с щ сТ,К Таблица 2 аа,с аа, сТ,К Т,К Таблица 3 Таблица 0,1 0,2 0,3 0,4 0,421 0,5 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,421 0,2 0,4 0,6 0,765 0,8 0,903 0,903 0,903 0,903 0,903 0 903 0,1 0,2 О,З 0,4 0,421 0,5 0,51 0,45 0,4 0,3 0,21 0,2 0,45 0,20.4 0,6 0,765 0,8 0,903 0.8 0,7 0,6 0,5 0,4541650363 иа 1баСоставитель А,Думчев едактор Л.Гратилло Техред М,Моргентал Корректор О.Крав э 1570 Тираж 512 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССГ113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101роизво

Смотреть

Заявка

4694182, 19.05.1989

ВИТЕБСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ПЯТОВ ВЛАДИСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ, ШАНДРИКОВ АНАТОЛИЙ СЕРГЕЕВИЧ, КАРПУШКО АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ, КРАСНОВСКИЙ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ, МАТВЕЕВ КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ, САВИЦКИЙ ВАСИЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: B22F 3/20

Метки: непрерывного, порошков

Опубликовано: 23.05.1991

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1650363-sposob-nepreryvnogo-izgotovleniya-izdelijj-iz-poroshkov.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ непрерывного изготовления изделий из порошков</a>

Похожие патенты