Способ изготовления порошковой проволоки и устройство для его осуществления

(5 5 ЗОБРЕТЕН ИяЛЬСТВУ НИ АВТОРСКОМУ СВ(71) Белорусский политехнический институт(56) Заявка Японии М 59-33026,кп, В 21 С 23/22,В 21 С 25/06, 1983.Авторское свидетельство СССРК 1273212, кл. В 22 Р 3/02, 1984. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54)СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Сущность изобретения: в боковое отверстие втулки б и далеепо направляющей винтовой канавке 7 подают проволочную заготбвку неограниченной длины, заостренный конец которой захватывается рифлениями полого ротора 2, При перемещении по винтовой канавке 7 проволочная заготовка сворачивается в спираль, движу1780925 щуюся в направлении прессования, При этом спираль нагревается до температуры горячей прессовой сварки и поступает в коническую полость, где захватывается резьбой боковой:поверхности 12 пуансона 5 и прессуется в оболочку с формованием на ее внутренней поверхности кон центричных винтовых канавок. В калибрующей частййо лости 9 в передний конец оболочки вворачи.вают резьбовую заглушку, после чего через 4полость в пуансоне 5 подают порошок и уплотняют его винтовой торцовой поверхностью 10, при этом возникает усилие прессования проволок. Слой порошка, прилегающий к конической винтовой поверхности, периодически смещается выступами 11 вдоль. образующей в противоположных направлениях, Таким образом, порошок испытывает сдвиговые деформации. 2 с. и 4 з.и. ф-лы, 4 ил, Изобретение относится к "порошковойметаллургии, в частности, к технологии изготовления порошковой проволоки,Известен способ изготовлейия порошковой проволоки, включающий многократноеволочение или прокатку в калибрахоболочки с порошком, причем первый переход осуществляют йолочением по вертикалис одновременной подачей порошка в оболочку; и его уплотнение вибрацией;Однако способ не позволяет получатьпорошковую йроволоку неограниченнойдлины. Кроме того, способ не позволяетполучать порошковую проволоку с высокойплотностью порошкового сердечника из-эаневысокой плотйости засыпки порошка иудлинения оболочки в процессе волоченияили прокатки, Способ не обеспечивает также высокой производительности процессаиз-за ограниченной степени обжатия примногократном волочении или.пракатке, таккак при волочении стейень обжатия за йро. ход ограничена прочностью материала оболочки выходящего конца проволоки; а припрокатке - величйной угла захвата. Крометого, при прокатке понижена точность изделия,Известно устройство для экструдирования порошковой проволоки, содержащеекорпус, бункер для полимера и бункер дляпорошка, ступенчатый шнек с противоположными винтовыми канавками, крышки ссоосными формующими отверстиями, приэтом между крышками образована полость,соединенная с винтовой канавкой шнекаменьшего диаметра,".йФСОднако устройство позволяет изрлавливать порошковую проволоку только изплэстифицируемых порошков,Это вызванонеравномерностью течения слоев порошкав матрице, а также значительными силамитрения. Кроме того в устройстве происходитзагрязнение порошкового сердечника жидким полимером, что снижает качество проволоки.Наиболее близкйм к предлагаемомуизобретению по технической сущности и до; стигаемому результату является способ из-. готовления порошковой проволоки неограниченной длины, включающий непрерывное прессование оболочкииз металла в жидком состоянии поддавлением, зайолнение оболочки порошков и их последующее охлаждение 10. Однако способ не позволяет получать порошковую проволоку с тонкостенной оболочкой, а также проволоку с высокой плотйостью порошка, так как в способе отсутствует уплотнение порошка в оболоч 15 ке, Проволока имеет также низкое качество структуры металла, характерную для литьявнутренние и внешние дефекты (окисле-. ние металла, воздушные раковины, утяжины, высокую шероховатость поверхности,20вызванную налипанием металла оболочки на стенки контейнера). Кроме того, расплав-.ленный металл оболочки, проникая в межчастичное пространство порошка, снижаеткачество проволоки. 25 40 лия в металлической оболочке, в том числе и порошковую проволоку, Устройство не обеспечивает прочного сцепления слоев порошка между собой иэ-за малой площади контакта между слоями порошка, а также тем, что контактируемые поверхности слоев сглажены формующей клиновой поверхноНаиболее близким к предлагаемомуизобретению по технической сущности и достигаемому результату является уСтройстводля непрерывного прессования порошков,30 включающее матрицу, установленйую с воз-.можностью вращения вокруг своей оси, ипуансон, нижний торец которого выполнен.в виде заклинивающей поверхности с началом и концом, сходящимся по радиусу, при 35 чем в пуансоне выполнен зазор по радиусумежду концом и началом клиновой поверхности для подачи порошка,Однако устройство не позволяет изго тавливатьдлинномерные порошковые изде1780925 ковую проволоку неограниченной длины с высокой плотностью порошкового сердечника.Использование при формовании обо 5 лочки проволочной заготовки, имеющей более высокую чистоту поверхности, чем,Поставленная цель достигается тем, что например, гранулы, позволяет надежно очив известном способе, включающем нагрев и непрерывное формовэние металлургической оболочки, заполнение оболочки по рошком, для формования оболочки . используют проволочную заготовку, при этом проволочную заготовку подают и сворачивают в цилиндрическую спираль, одно-. временно нагревая до температуры горячей прессовой сварки металла, формование оболочки осуществляют прессованием спи-: рали, при этом в процессе прессования на . внутренней поверхности оболочки формуют . приблизить форму проволочной заготовки к форме оболочки неограниченной длины концентричные винтовые канавки, а поро-,20 шок в процессе заполнения непрерывно уп-, .Снижение температуры нагрева до темлотняют с одновременным сдвигом частиц пературы горячей прессовой сварки с вакупорошка умированйем области сварки позволяет Устройство для изготовления порошко- устранить образование окйслов при нагреве и загрязнение ими металла оболочки и повой проволоки, включающее матрицу, устарошка. Формование оболочки прессованием новленную с возможностью вращения вокруг своей оси, привод вращения матрицилиндрической спирали позволяет изготавливать оболочку горячей обработкой дэвцы и пуансон, нижний торец которого имеет винтовую поверхность и сквозную полость для подачи порошка, оно снабжено установлением, что дает возможность по 30 ленной на верхнем торце матрицы йаправляющей цтулкой с боковым отверстием и направляющей винтовой канавкой, коаксисравнению с литьем под давлением, улучшить свойства металла - получать равноосныезерна необходимых . размеров,уплотнять металл, особенно в условиях схеально матрице с зазором,по отношению к ней между верхней частью пуансона и стен- ками матрицы установлен с возможностью одновременного с матрицей вращения полый ротор с рифлениями на внешней поверхности для захвата заготовки, пуансон . в 35 мы всестороннего сжатия, улучшать прочностные и пластические свойства металла за счет усиления связей между эерйэми, а также получать тонкостенные оболочки.Формование на внутренней поверхнонижней части выполнен коническим с боль 40 сти оболочки концентричных винтовых кашим основанием у торца, боковая поверхность конической части его выполнена навок позволяет создать высокое гидростатическое давление в металле оборезьбовой; а торцовая поверхность- в виде конуса с размещенными по длине образуюлочки при ее прессовании в коническом зазоре, способствующее схватыванию поверхностей витков, Реэьбовые канавки нэ щей с равномерным шагом выступами в виконической поверхности пуансона способствуют подаче проволочной спирали в конический зазор, улучшают сцепление оболочки и порошкового сердечника проводе концентричных оси пуансона участков,периодически смещенных по радиусу пуансонэ на. половину шага, При этом пуансонустановлен в матрице с зазором. Устройство отличается также тем, что на входе в направляющую установлено уплотнение, а зазор между матрицей и полым ротором подсоединен к вакуумному насосу.Еще устройство отличается тем, что локи, увел лчивэют их площадь контакта 50 Уплотнение порошка в процессе заполнения оболочки позволяет увеличить высокое содержание порошка в проволоке, получать порошковую проволоку с высокой профиль выступов выполнен или треугольплотностью сердечника, Усилие, приклады 55 ным, или трапецеидэльным, или полукруг-.,лым.Непрерывные процессы изготовления ваемое к порошку при уплотнении, являетсяобщим усилием прессования порошковойпроволоки. оболочки иэ монопроволоки и прессования порошка позволяют изготавливать порошСдвиг порошка в процессе уплотненияпозволяет создать в нем сдвиговые дефорстью пуансона, что снижает качество изделия,Целью изобретения является повышение качества за счет улучшения микроструктуры металла оболочки и повышения плотности. щать ее поверхность от окислов, что улучшает условия для горячей прессовой сварки металла, Наиболее эффективным профилем проволочной заготовки является прямоугольный (квадратный),.так как он обесйечивает наибольший объем заполнения зазора между матрицей и полым ротором и наибольшую площадь контакта между витками проволбчной заготовки.Свернутая в бесконечную спираль проволочная заготовка позволяет максимально10 15 30 35 40 4550 55 мэции, что снижает усилие прессования по.рошка, повышает его плотность, так как порошок втирается в межчастичное пространство. При сдвиговых деформациях происходит срыв с поверхности частиц порошка окисных пленок. что способствует их схватыванию, т,е. улучшается качество порошковой проволоки,Коническая винтовая поверхность нижнего торца пуансона увелИчивает площадь контакта между слоями порошка и увеличивает тем самым прочность сцепления слоев,Выступы на конической винтовой поверхности пуансона, периодически смещенные" йа половину шага относительно оси пуансона, при вращении матрицы разрушают сглаженную винтовой поверхностью пуансона поверхность порошка, способствуя тем самым более прочному сцеплению слоев порошка, Участки выступовсоздают в порошке сдвиговые деформации, перемещая слои порошка, прилегающие к пуансону, в пустоты, образовавшиеся в порошке. при перемещении предыдущих участков выступов.Для создания высокого гидростэтического давления в металле при формовании оболочки, боковая поверхность пуансона выполйена конической с большим основанием, прилегающим к нижнему торцу,На фиг,1 показан общий вид устройства, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - намотка проволочной заготовки в спираль; на фиг,4 - вид на нижний торец пуансона.Устройство состоитиз матрицы 1,полого ротора 2 установленных с возможностью вращения в одном направлении, приводов вращения 3 и 4 матрицы и полого ротора, пуансона 5, направляющей 6 с винтовой канавкой 7 и нагревателя 8. В матрице 1 выполнена коническая полость 9, Ротор 2 установлен концентрично оси матрицы 1 с зазором, обеспечивающим обжатие проволочной заготовки, достаточное для преодоления сил трения в винтовой канавке 7 направляющей 6. На боковой поверхности ротора 2 выполнены прямые рифления.Нижний торец пуансона 5 выполнен в виде конической винтовой самотормозящей поверхности 10, на которой с равным шагом на длине образующей размещены выступы 11.Участки выступов периодически смещены на половину шага относительно оси пуансона, Профиль выступов - треугольный, трапецеидальный или полукруглый. Боковая поверхность 12 пуансона 5, прилегающая к его нижнему торцу, выполнена конической с конусностью, обратной направлению прессования, На поверхности 12 выполнена резьба. В пуансоне 5 выполнен продольный паз между началом и концом конической винтовой поверхности 10 для подачи порошка. На входе в направляющую 6 устэновленоуплотнение 13, а зазор между матрицей 1 и ротором 2 подсоединен переходником 14 к вакуумному насосу. Устройство работает следующим образом,. В уплотнение 13 подают заостренным концом проволочную заготовку неограниченной длины до захвата ее рифлениями вращающегося полого ротора 2. При перемещении по винтовой канавке 7 направляющей 6 проволочная заготовка сворачивается в спираль, которая перемещается в направлении прессования, Спираль в процессе перемещения нагревается до температуры горячей прессовой сварки и поступает в ко 20 ническую полость, где захватывается резьбой боковой поверхности 12 пуансона 5 и прессуется в бесконечную оболочку с формованием на ее внутренней поверхности концентричных винтовых канавок, В калибрующей части полости 9 в передний конец оболочки вворачивают резьбовую заглушку, после чего в продольный паз пуансона 5 подают порошок, который уплотняется конической винтовой самотормозящей поверхностью 10, при этом возникает усилие прессования. порошковой проволоки, При вращении матрицы 1 вращается порошок,при этом смещенные на половину шага выступы 11 разрушают сглаженную винтовой поверхностью 10 поверхность порошка,: Слой порошка, прилегающий к конической винтовой поверхности 10, периодически смещается выступами 11 вдоль образующей поверхности во взэимопротивоположных направлениях, вызывая в порошке сдвиговые деформации,П р и м е р 1. Изготавливали порошковую проволоку диаметром 5 мм. состоящую из алюминиевой оболочки марки АМц с толщиной стенки 0,5 мм и сердечника - порошка ниобия марки ПНПотносительной плотностью 0,8 и размером частиц меньше 40 мкм. Заостренный конец проволочной заготовки поперечным сечением 2 хЗ мм поступал в уплотнительную волоку и захватывался рифлениями боковой поверхности полого ротора, а в последующем поверхностью матрицы, вращающимися по ходу вращения часовой стрелки со скоростью 120 об/мин, при этом зазор между матрицей и ротором составлял 1,8 мм, Проволочная заготовка в уплотнительной волоке обжималась на 4%, после чего сворачивалась в бесконечную спираль наружным диаметром 16 мм, нагревалась до температуры горячей10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 прессовой сварки 460 С и сваривалась в коническом зазоре в бесконечную оболочку наружным диаметром 16 мм, толщиной стенки 0,5 мм с одновременным формованием на ее внутренней поверхности винтовых канавок глубиной 0,12 мм. Скорость истечения оболочки составляла 0,025 м/сек. После установки в передний конец оболочки резь- бовой заглушки подавался порошок в количестве 26,5 г/сек, Порошок непрерывно уплотнялся пуансоном, нижний торец которого выполнен с углом наклона образующей конической винтовой поверхности к оси пуансона 70". Профиль выступов имел треугольную форму высотой 0,7 мм, Шаг между выступами равен 2,5 мм, На продольном шлифе порошковой проволоки отсутствова.ла граница раздела между слоями порошка, а измеНение плотности порошка по диаметру порошкового сердечника не превышала 3. Предел прочности на разрыв металла оболочки вдоль оси проволоки составлял 0,9 предела прочности на разрыв образца оболочки, изготовленного поперек оси проволоки, Колебание диаметра проволоки по длине не превышало третьего класса точности, а шероховатость поверхности - не ниже шестого класса, что соответствовало техническим условиям. Проволока иэ вышеуказанных материалов диаметром 5 мм, изготовленная известным способом, имела минимальную толщину стенки оболочки 1.4 мм и максимальную относит. плотность порошка 0,54,что не соответствовало техническим условиям, В оболочке проволоки выявлены воздушные раковины и утяжины, металл оболочки имел крупнозернистую структуру. Кроме того, порошок, прилегающий к межслойной границе на глубину 1,2 мм был пропитан расплавленным металлом оболочки, что недопустимо по техническим условиям.П р и м е р 2, Изготавливали порошковую проволоку диаметром 8 мм, состоящую из алюминиевой оболочки марки АД 1 с толщиной стенки 9,8 мм и сердечника - порошка титана марки ТПАТ относительной плотностью 0,85 и размером частиц -60+ 40 мкм, Заостренный конец проволочной заготовки диаметром 3,0 мм поступал в уплотнительную волоку и захватывался рифлениями боковой поверхности полого ротора, а в последующем поверхностью матрицы, вращающимися по ходу вращения часовой стрелки со скоростью 30 об/мин, при этом зазор между матрицей и ротором составлял 2,65 мм. Проволочная заготовка в уплотнительной волоке обжималась на 4 оь, после чего сворачивалась в бесконечную спираль наружным диаметром 25 мм, нагревалась до температуры горячей прессовой сварки 480 С и сваривалась в коническом зазоре в бесконечную оболочку наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 0,8 мм с одновременным формованием на ее внутренней поверхности винтовых канавок глубиной 0,25 мм, Скорость истечения оболочки составляла 0,045 м/сек.После установки в передний конец оболочки резьбовой заглушки подавался порошок в количестве 66 г/сек. Порошок непрерывно уплотнялся пуансоном, нижний торец которого выполнен с углом наклона образующей конической винтовой поверхности к оси пунасона 76. Профиль высту-. пов имел трапецеидальную форму высотой 1 мм. Шаг.между выступами равен 3,0 мм. На продольном шлифе порошковой проволоки отсутствовала граница раздела между слоями порошка, а изменение плотности порошка по диаметру порошкового сердечника не превышала 2,1 О. Предел прочности на разрыв оболочки вдоль оси проволоки составлял 0,96 предела прочности на разрыв образца оболочки, изготовленного поперек образующей, Колебание диаметра и роволоки по длине не превышало третьего класса точности, а шероховатость поверхности - не ниже шестого класса, что соответствовало техническим условиям,Проволока из вышеуказанных материалов диаметром 8 мм, изготовленная известным способом, имела минимальную толщину стенки оболочки 1,8 мм и максимальную относительную плотность порошка 0,46, что не соответствовало техническим условиям, В оболочке проволоки выявлены воздушные раковины и утяжины, при этом металл оболочки содержал окислы и имел крупнозернистую структуру. Кроме того, порошок,прилегающий к межслойной границе, на глубину 1,7 мм был пропитан расплавленным металлом оболочки, что недопустимо по техническим условиям.Технико-экономическая эффективность способа и устройства для изготовления порошковой проволоки состоит в расширении технологических воэможностей способа и. улучшении качества проволоки эа счет снижения температуры нагрева оболочки при е формовании до температуры горячей прессовой сварки и применения в процессе формоэания оболочки прессования, увеличения межслойного трения, уплотнения порошка в процессе заполнения с передачей усилия прессования проволоки черезуплотненный порошок.Формула изобретения 1. Способ изготовления порошковой проволоки, преимущественно с тонкостен1780925 12 1 ной оболочкой, включающий непрерывное рифлениями на внешней поверхности для горячее формование металлической оболоч- захвата заготовки, размещенным между ки изаполнение ее порошком, о т л и ч а ю- верхней частью пуансона и стенками матрищ и й с я тем, что, с целью повышения . цы с зазором по отношению к матрице и качествазасчетулучшения макроструктуры 5 установленным с возможностью однонапметалла оболочки и повышения плотности равленного с матрицей вращения, пуансон порошка, оболочку изготавливают путем в нижней "части выполнен коническим с подачи проволочйойзаготбвки,сворачива- большим основаниему торца, боковая пония ее в цилиндрическую спираль с одно-верхность конической части его выполнена времейным йагревом до температуры 10 резьбовой, аторцовая.поверхность выполгорячей прессовой сварки металла, еепрес-нена в вйде конуса сразмещенными подлисованиемиформованиемнавнутренне- не образующей с равномерным шагом верхности оболочки винтовой канавки, авыступами в виде концентричных оси пуан- заполнение оболочки порошком осуществ- сана участков; периодически смещенных по ляют сего уплотнением и сдвиговыми де радиусу пуансона на половину шага, при формациями..: .этом пуансон установлен в матрице с зазо 2. Устройство для изготовленияпорош-": ромковой гроволбки,:преимущеСтвенно с тон; Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е екостенной оболочкой, включающее матрицу с я тем, что в отверстии для ввода провос приводом вращения и пуансон, выполнен-" 20 лочной заготовки установлено уплотнение, ный со сквозйой полостью для подачи по- " а зазор между матрицей и полым ротором ройка," нижний торец которого имеетсоединен с вакуумным насосом.винтовую поверхность,:о т л и ча ю щ е е с я4, Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е етем, что, сцелью повышения качества зас я тем, что профиль выступов выполнен счетулучшения макроструктуры"металла 25 треугольным.оболочки и повышения плотности порошка,5. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е еоноснабжено усгановленной на верхнем .- с я тем,что профиль выступов выполнен торце матрицы втулкой с боковым отверсти-трапецеидальным.ем и направляющей винтовой канавкой со-6. Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е еответственно длявводаи подачивматрицу 30 с я тем, что профиль выступов выполнен проволочкой заготовки; полым ротором с . полукруглым.1780925Составитель А.Думчев Редактор М,Васильева Техред М.Моргентал " . Корректор. О,Густи аказ 4237 Тираж ,Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101ъ