Способ изостатического прессования фасонных изделий из порошков

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я В 22 ГЗ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТНИЯ СЛ 1);л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Богдановичский огнеупооный завод(56) ЕПВ (ЕР) заявка М. 0133515,кл. В 22 Г 3/04, 1985.Технологическая инструкция Богдановичского огнеупорного завода. ТИ 203-0.1087. Изготовление корундографитовыхстопоров-моноблоков изостатическим прессованием, 1987 г,(54) СПОСОБ ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ ФАСОННЦХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изостатического прессования преимущественно огнеупорных изделий из порошкообразных масс.Известен способ, позволяющий изготовление одновременно нескольких изделий иэ порошкообразной массы со сложнофасонной частью, заключающийся в заполнении пресс-формы массой, виброуплотнении ее, герметизации пресс-формы, удалении воздуха из пресс-формы вакуумированием массы и прессовании вначале односторонним воздействием избыточного давления 0,6 - 0,8 ат (0,06 - 0,08 1 ЛПа) на фасойную часть, а заем всесторонним иэостатическим давлением на всю массу.Этот способ позволяет улучшить качествофасонной части изделия.(57) Изобретение относится к порошковой металлургии, Изготавливаю стопоры-моноблоки массой 35 кг, вь 1 сотой 1150 мм, наружным диаметром 130 мм, с толщиной стойки 42 - 45 мм, с фасонной конусообразной головной частью. Пресс-форму с эластичной оболочкой заполняют порошком на вибростенде, герметизируют ее, помещают в гидростат, прикладывают гидростатическое давление 6 МПа и сбрасываот его. Вакуумируют полость пресс-формы с порошка;:, путем подсоединения ее к вакуумной магистрали. Прикладывают рабочее давление гидростатического прессования 100 МПа, Извлекают пресс-Форму из гидростата и вынимают из нее изделие. 1 ил,Недостаток известного способа заключается в том, что вакуумирование затруднено сопротивлением толщи верхнего слоя массы, заполняющей форму, и ее стенок, неровности которых (выступы или пазухи) препятствуют удалению воздуха.Неопределенность сопротивления формы исключает гарантию надежности процесса вакуумирования, сохраняя вероятность запрессовки воздуха в массе и получения брака в виде отколов или трещин Фасонной части после прессования, что ограничивает воэможности способа изгото ления изделий с фасонной головной частью в виде сферы или конуса, облегчающих удаление воздуха,Известен способ изготовления фасонных изделий из порошкообразной массы холодным изостатическим прессованием,5 10 15 20 25 30 35 40 который вклюЧает заполнение эластичной пресс-формы порошком и приложение к ее нешней поверхности изост тичесга давления рабочей среды (материала с открытыми порами), Перед проведением изостатическога прессования снимают вакуум, воздействующий на наружную форму, и подключают к системе вакуумиравания внутреннюю полость эластичной Формы.Указанный способ позволяет изготовлять любые фасонные изделия, Однако вакуумиравание массы осуществляется через весь объем изделия па ага высоте, а глащадь вакуумировакия а, раничена размером отверстия вакуум-правода при непосредственном соприкосновении ега с массой; не обеспечивается такке полная герметизация пресс-формы. Вследствие этого в процессе прессования возможно вытеснение оболочкой не только воздуха из пресс-Формы, но и порашкоабразкой массы, которая забивает систему вакуума, чта затрудняет процесс вакуумиравакия и ведет к повышению брака изделий,Наиболее близким к предлагаемому яв. ляется способ изготовления изделий из па. рошка изастатическим прессованисм, включающий заполнение пресс-фаамы мас сой, виброуплатнсние, герметизацию пресс-формы, вакуумиравание и прилоке кие давления рабочей среды,Недостатком указанного спгсаба является то, чта процесс вакуумиравания затруднен сопротивлением толщи слоя массы, згпалкяащей форму, и зависит ат размеров и какфлгурации ее полости, При этом вероятность запрессавки воздуха в массе увеличивается с размерами или каггичествам одновременна вакуумируемых Фарм и кадич 1 лем в нрх неровностей, выступов или пазух, Это приводит к увеличекию при изготовлении изделий доли брака па откалам и трещинам в слажнофасанных формах из-за разрушения сырца сжатым в массе воздухам при снятии давления рабочей среды,Целью изобретения является снижение брака изделий,Для этого в способе изастатическаго прессования Фасонных изделий из порошков, преимущественно огнеупорных, вкд.а- чающем заполнение порошком полости эластичной оболочки, вакуумирование полости и приложение к ее поверхности изостатического рабочего давления, перед вакуумированлем осуществляют прллажекие давления. равного 0,15 - 17,г, от рабочега, и ега сбросПриложение и сброс давления осуществляют многократно величиной 0,15-10 от рабочего давления и с частотой приложения и сброса 0,2 - 2 раза в секунду с одновременным вакуумированием.Предлагаемая последовательность операций изготовлекия изделий изостатическим прессованием обеспечивает на начальной стадии прессования .образование свободного зазора между эластичными стенками пресс-формы и сфармаванкай в ней массой, что позволяет беспрепятственно удалять воздух из формы ее вакуумироваклем вне зависимости от размеров и конфигурации по всей площади поверхности изделия, Определенные опытным путем величины и режим приложения малого давления на начальной стадии прессования обеспечивают устойчивость сформированной массы, уменьшая долю брака изделий,На чертеже забражена пресс-форма с содеркащейся в ней парошкообразной массой, разрез, Левая от оси половина схемы изображает процесс прессования, правая - процесс вакуумирования. Сплошными стрелками слева от оси показано приложение давления рабочей среды в начальной стадии прессования. Пунктирные стрелки справа ат аси показывают удаление воздуха лз формы,Пресс-форма для осуществления предложенного способа состоит из перфорированной матрицы 1, эластичной оболочки 2, герметично зажатой дном 3 снизу и сверху флакцем 1, образующим горловину прессформы для засыпки порошкообразной массы, сланец выполнен с каналом, в который встроен клапан 5, связанный с вакуумной магистралью б. Пресс-форма также снабжекадкрышкой 7 с эластичной мембраной 8 и эластичной пробкой 9, обеспечивающей Формирование головной части изделия.Предлагаемый способ изготовления изделий из порашкоабраэной массы изастатическим поессаванием осуществляют следующим образом.Сначала в пресс-форму через ее горловину засыпают порошкообразную массу 10, При этом эластичные элементы формы копируют очертания изделия, Это достигается применением либо профилираваннай оболочки 2, например из палиуретана, либо созданием разрежения с наружной поверхности резиновой оболочки 2, растягивая ее до полного облегания стенок матрицы 1 в вакуум-камера.Массу, засыпанную в пресс-форму, виброуплатняют, подвергая пресс-форму вибрации на стенде ке показан), Затем в горловину устанавливают подвижную эластичную пробку 9 и герметично закрывают 110 2 л чп 50 крышкой 7. На этом процесс под-огов,л пресс.формь к прессоваки:0 зякаЧивзс. - ся,ДОЛ 88 ПОСЛВДова ГЕГЬКО 1;Ч Ц 8 СГВЛЯЮТ изостатическое прессовзние массь, для этсго грес,.-(1 орк 1 у помеща от в гдрмет. чО закРы Ваемыц конгей 8 Р илл кдмеРУ изоста" та, где массу кз кя ягь Ой с;адии ГодвергаОт Всестооон нему Обжатлс г: ОилОжек иРм избыточного давленя рабочей середы кидкОсти или Воздуха) ВелчлнОЙ В;1 ределях 0,15-17,4 от рабочего дязлек;ля прессовя ния, Под действием давлек ля рабо ей среды оболов;а 2, мембрана 8 и пооба 9 смещаотся к центру пресс-фоомы ,. плотняя порОшк 000 ззкую массу и скимая сдсржащийся в ней Возлух, По достижении у;язвной величи;ы 1 збыто кого давления /ЩРСТРЛ"3" ЕП Г П Рд . Р,д - этим скя гый В массе воздух воздействует на элзсти 1 нуО Оболочку, Грооку и ДиафрзГму, оттесняя их от сформованной массы. При этом часть Воздуха Выделяется из массы и заполняет свободый зазор между эластичными стенками пресс-фОрмь и сфор,"ловзнной массой, ФОзмован 118 массы происходит Олагодао 1 нзличи;о В ней связующего ндобходимой Влажности, Цзлс : канал Горловины пресс-фомы соеикяо с Вакуумной магистралью б, открыва:от клагВн 5 и удаляюг воздух из пресс-формь. При этом происходит ВакуумироваИд массы практически одновременно по всей ее поверхности через Весь Обье 4 В поперечко 4 .-апра Рлснии по наименьшему сопротиВпекиО движ 8 ния Воздуха чеоез пористую стенку углотненно- ГО пооошка чергеж, справа От Оси), Величина вакуума в магистрали б благодаря Оордзова Вшемуся свооодк 014 у зазору соотВетствует вакууму в погости пресс-формы, В результате обеспечивается контроль за пооцессом и гарантируется ваку 1 мирование массы. Вследствие того, ч-;о отсасывание воздуха происходит сразу по всему обьему сформованной массы через ее пористье стенки, площадь поверхности которых больше пгОщади поперечного сечения, надежность процесса вакуумирования уВ 8 личиРается, а Время Вакуумирования уменьшается, О дру 1 ой стороны, пористость уплотненной массы меньше пористости насыпной, следовательо, и количество Воздуха в порах значительно меньше, так как часть его после сжатия массы выделяется в зазор между оболочкой и сформованной массой и практически мгновенно удаляется через клапан в магистраль из-за сравнительной малости зазора, равного усадке порошка на начальной стадии прессования избыточным малым давлением,Опытно-промь 3 гекньм прессОВалие 14 огндугОркых корундогрзфтовых изделий 0 "РЕЛЕЛЛК ОП1431:1:НУ 0 ВЕЛ"КУ ОДО1 л 0 , .лпгл 1: Н Гл яд деллЛ ВПд яссе прервалПпь 010 Облятлякассы В начальной стдли Гес.:Овзк 1 .ри дзвле рассыг,яе; ся В пре .с-форкле г ., Ле снятия ДЗВГ РНЛЯ Что Уменвшаат:;.,ДЕКЮСГЬ Поо 1 цесс- Взюу 4:,рованля. я ка есво 1 Вделий ухдшзс гся из-зз 3 рессовк ОбрушеНойаССЫ ПЛИ ООЖЗТЛИ НЗ РТОРО С 1 ЗДИ 1 ПРес- сова 1 я до оабо: его давления, При дзвленил более 17; о, рябоего увеличивается Вероятнос,ь запрессовк Род;ха из-за обрязовьн"я "Рчлтсгього кол 1 чтва ззкрь тых пор и увеличивается брз; изделий по отколам и грещинам головкой части, поскольку прочность изделия меньве давления сжатогс воздуха, запрессованного давлением рабочей среды изостатз. Оптимальная величина давления В начальной стадии прессования в пределах 0,15 - 17",4, от рабОчеГО Обеспеч.Вает устойчивость сфор мованной массы и ее прочность гри сравнительно большой О;крытой паристости, позволяюшей удаление воздуха, е разру 1 д Упло1 дКНУЮ МВССУПри Обкатли 1".а с малы 4 давлением рабочей среды, напр:мер сжатого всздуха, Гптимальняя В 8 ллчка избь 11 очно О дзВл 8 Ия может составлять 0,15-10, от рабочего дзвле 1 ля с частотои приложения и сброса давления 0,2-2 раза в секунду. Предпочтительное сочетание Величины давле ия и частоты его приложекия - мень 188 давление и большая частота, При меньшем давлении обатия и меньшей частоте приложения давгения масса в пресс-форме распыляется (не формуется) и надежность процесса вакуумирозакия уменьшается, При давлениях обжзтия, больших 10% от рабочего, возникают трудности создания пульсирующсго режима в амере изостзта и сложности включения в Вакуумную магистраль. Верхний предел частоты ограничек инерционностью системы, в частности эластичных СТЯНО", ОООЛОЧКИ и ДИЗфРЗГМ КРЫШКИ.Вакуумиоовзние массы Р режиме 11 ульсирующего обкатия целесообразно прово дить, например, с помощью тройникового клапана с приводом, При этом камера изостата, где установлена пресс-Форма, поочередно подключается сначала и источнику давления, напоимер сэтого воздуха, а ззт 8 м к Вакуумной магистрали 11 ли осуществляют сброс избыточного давления в атмосферу, В этом случае клял ".:, в горловине пресс-формь целесообрзз 0 устно 1759551вить в положение соединения полости формы с вакуумной магистралью на все ьремядействия пульсиру 1 ощего да 1 лени 1 Обкагия.Следовательно, с частотой пульсирующего давления масса периодически подвергается сначала изостатическому об.кати:оэластичными элРментами пр 8 сс"фоомы, 3затРм при си избыточного Давл 8 нияэластичные элементы силами упругости и 10давления воздуха в массе Возвращаются висходное состоя 14 ие или могуг бить принудительно оттянуты под действием вакуумаснаружи пресс-формы, Вследствие инерционности уплотняемой массы, а также нали. 15чия в ней связуюгцего Она НР Оассып 38 тся Впроцессе пульсирующего рекима прессования и образует устойчивую форму, копируярельеф внутренней поверхности матрицы 1,В периоды избыточного давления прессования между эластичными элементами прессформы и сформованной массой образуетсясвобОДноо пространство-зазор Обеспечи-.Вающий беспрепятственное удаление воздуха из пресс-формы. Таким образом, в 25пульсирующем режиме обжатил Воздух В Основном удаляется из пресс-формы В паузахпри сбросе давления. когда сопро" ивлен.;евакуумированюо минимально,После предварительного обжатия малым давлением од 1 ократного 1 или многократного) и Вакуумирования осуществл;1 ютподъем давления в изостате до Всличинь.,обеспечивающей получение изделия необходимой плотности, При этом эластичная 35оболочка 2 и пробка 9 под действием равномерного давления прижимаются к поверхности сформованной массы, не нарушая 88формы, обжимают массу рабочим давлени -ем среды, производя ее дальнейшее уплотнение до готового изделия, После сбросаизбыточного давления пресс-фор: 1 у раэгеометизируют, снимая крышку, и производятсъем спрессованных изделий,П р и м е р. На Богдановичском опчеупорном заводе проведены опытно-промь 1 ш 18 нные прессования корундографитовь:хсложнофасонных изделий по предлагаемомуспособу.Прессовали стопоры-моноблоки и погружаемые стаканы для промежуточныхковшей машин непрерывного литья заготовок из стали, Корундографитовая шихта содеркала тонкомолотые фракции корунда,кремния, глины, а также графит и другие 55компоненты. В качества связующего использовался технический лигносульфонат,Влажность отовой порошкообразной массы 1,5.-3%. Полые стопоры-моноблоки высотой 1150 мм, наружным диаметрсм 130 мм, толщиной стенки 42 - 45 мм и массой 35 кг с фасонной конусообразной гсловной 1 частью изГотавлиВались В трех- и четырехформенных кассетах,Погружаемые глуходснные стаканы высотой 700 мм, с переменной толщиной стенки от 15 до 40 мм, массой 18-22 кг с Фасонным кольц 18311 м Выступом в средней 1 асти 12 - 15 мм, диаметром 170 мм и шириной 120 мм, с фасонной головной частью диаметром 130 Гь 1 м изГотавлиВались В Одно- и четыоехформРнных кассетах. Кр(1 ме ТОГО, Формы для изготовления погружаемых ста- канОВ содсржали закладны 8 элементь 1 для Формирования гголостей-отверстий, В горловине каждой формь 1 кассеты выполнено отвеостие диаметоом 5 мм, перекрываемое клапаном 5 для Соединени полости фор с вакуумной магистралью "Кассета с пресс-формами помещалась в вакуум-камеру, установленную на Вибростенде. 11 одключением к вакуумной магистрали В Вакуум-камере соэдавалОсь разрежение, оста гочное давление воздуха в которой не более 0,01 МПа, При этом эласти гные о 158 лочкипресс-форм прижимались к стенкам матриц 1, копируя очертания и Ол Остей ф О рм. После этоГО Г 1 ресс-формы загоужались порошкообразной шихтои. Затем на 30-35 с включался вибоостенд и произ Родилось ВиорациОнное уплотн 811 ие массы В п 1 есс-фОрмах, Виоростенг 1, Выкл 1 О- чили, В ГорлОРины пресс-форм устанавлиВали алас Ги 1 ныР пробки 9 лля ФООмировани 1 головных Фасонных частей изделий, Затем формы герметич 11 о закрывалл крышками 7 с злас 1 1 лч 1 ы ми мембоа нами Я и помещали кассету с формами в контейнео Гидростата, Где Осуществляли послЯдоВательное прессование,1-а начальной стадии прессования избыточное Ддвлени 8 жиДкости В кон 18 йнере гидростата поднимали до Величины б МПР бЧ, От рабоц 18 го давления пгессованця 100 МП 3), После этого избыточное давление снимали, Открывали герметизирующую пробку контейнера, подключали к штуцерам клапанов пресс-Форм ваку,мную магистраль и, ОткрыРая клаГ 13 ны, Осуществляли Вакуумирование массы ДО Ос 3 атбчного давления в формах 0,05 МПа в течение 40- 60 с меньшее время для единичной и тоехформенной кассет), Затем клапань 1 5 закрывали, Отключали Вакуумную магистраль, закрыВали контеЙнер Гилростата и осуществляли окончательное обжатие массы, поднимая давление жидкости В контеЙ 175955115 20 25 30 35 40 45 50 пере до 100 МПа, соответствующее рабочему для этих изделий,После прессования кассета с прессформами извлекалась из контейнера гидрсстата, Пресс-формы разгерметизировали,снимая кр; шки 7, Извлекали элас 1 ичныепробки 9, а затем из форм вынимали спрессованные изделия, Отколы головной частиизделий отсутствовали, качество поверхности сырца и его размеры соответствовалидействующим тоебованиям, После необходимой механической обработки сырца изделия высушивали до остаточной влаж: Ости1 Д, глазировали и обжлгапи. Качество готоВых изделий соответствовало механическимусловиям по ТУ 14-8-371-81Стопоры-моноблоки сгнеуг 1 орные корундографитовые дляМНЛЗ" и ТУ 14-8-578-89 "Иэделия среднейогнеупорности. Стаканы погружаемые граФитосодеожащие для разливки стали",Время Вакуумирования пресс-форм дляпроизводства стопоров-моноблоков по действующей технологической инструкции составляло 5-8 мин до остаточного давления0,15 МПа, При этом доля брака по Отколамголовной части составляла 3-5;4, Время вакуумирсвания пресс фссм для прсизвсдст( Ва погспкаемых стаканов для единичныхпресс-форм равно 15 20 мин, ачетырехформенной кассеты до 40-50 мин, При этомдоля брака по отколам головной части из-засложности Форм достигала 304. Таким образом, Вместе с устранением брака по отколам головной части достигалсядополнительный эффект - сокращение времени вакуумирования, Учитывая Время проведения дополнительной операциипредварительного обжатия массы, Выигрышв сокращении производственного циклапри изготовлении стопоров-моноблоков составлял 10 - 20;4 и погружаемых стаканов в4 - 5 раз при гарантии получения годных изделий,Значительно большее сокращение производственного цикла достигалось при проведении первой стадии прессования впульсируюьцем режиме приложения избыточного давления,Для этого полости крышек пресс-форм,загруженных шихтой и закрепленных в вакуум-камере, подключали к полости вакуумкамеры, которая подключена черезтройниковый клапан к магистрали сжатоговоздуха, сбросу в атмосферу и вакуумноймагистрали с остаточным разрежением 0,01МПа, Клапаны пресс-форм при этом на всевремя пульсирующего обжатия подключались к вакуумной магистрали с остаточнымдавлением 0,015 МПа. Поворотом рукоятки тройникового клапана производили поочередно приложение избыточного давления воздуха 0,2 - 0,25 МГВ г 0,2 О,:5 Ъ ог рабо. чего давления 1 на массу через Оболочку 2, мембрану 8 и пробку, а зэгем - сброс изоы. тс Иного давления в атмосферу и создание разрежения в камере с ч 1 гтстпй, раза ., секунду В тецение 90 с, после это-с клапаны 5 пресс-форм закрывали и Откля 1 али их от вакуумчой магистрали, а пол ткрышек отключали о 1 вакуум-камерьь Кассетус прессформами извлекали из вакуум-как.еры и устанавливали в контейнер гидро тата, где осуществляли вторую стадия прессования до рабочего давления 100 МПа. Размеры спрессованных изделий соответс-Вовали требованиям техни,вских условий, Брак по отколам головной части отсутствовал. а время технологического цикла производства изделий сокращалось и совпадало с временем приложения пульсирующего обжатия, Г 1 ри этом процесс вакуумирования пракТически не зависел от конфигурации пресс-форм.Предлагаемый способ изготовления изделий из порошкообразной массгя изостатическим прессованием позволяет снизить боак изделий за счет того, что Вакуумирование пресс-формы псоизводят пос е равномерого обжатия массы неоднократным или многократным приложением малого избыточного давления (долей от рабочего давления прессования), когда за сцет усадки массы образуется свободный зазор в прессФорме, позволяющий беспрепятственное удаление воздуха и вакуумирование по всему обьему массы. Этому способствует оптимальная величина и режим начальногоизсстатического обжатия, обеспечивающего устойчивость сформованной массы,Формула лзобретения 1. Способ изостатического прессования фгсонных изделий из порошков, преимущественно огнеупорных, включающий заполнение порошком полости эластичной сболочи, вакуумирование полости и приложение к поверхности эластичной оболочки изостатицеского рабочего давления. о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижени брака иэделий, перед вакуумлрованием ос, ществляют приложение давления, равного 0,15 - 17;4 от рабоцего, и его сброс.2, Способ по и, 1, о тл и ч а ю щи й с я тем, что приложение и сброс давления осуществляют многократно величиной 0,15 -10 от рабочего давления и с частотойприложения и сброса 0,2-2 раза в секунду содновременным вакуумированием,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 3140 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, ЖПодписноезобретенилм и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб., 4/5