Способ изготовления деталей из порошкообразных политетрафторэтилена или наполненных композиций на его основе

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОРОШКООБРАЗНЫХ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА ИЛИ НАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ,включающий прессование заготовок, спекание и формирование в пресс-форме из полученных заготовок деталей при нагревании под давлением 10-12 МПа и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности геометрических размеров деталей, формирование деталей производят при 190-210 С в течение 60-80 мин.

СОЮЗ ОООЕТСНИХ

ОП,И Л

РЕСПУ6ЛИН ам (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AB TOPCNOMV СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪФ (21) 3563918/23-05 (22) 14.03.83 (46) 15.01 85. Бюл. В 2 (72) О.А.Адрианова, А.В.Виноградов, В.И.Маланичев, Л.Г.Мунтян и И.Н.Черский (71) Институт физико-технических проблем Севера Якутского филиала

СО АН СССР (53) 678.743.41(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 7615!8, 1978.

2. Справочник по пластическим массам. Под ред. В.М.Катаева и др.

Т. 1, изд.-во "Химия", 1975, с. 13)135(прототип).

4(51) В 29 С 43/56; В 29 К 27/18,.(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

ИЗ ПОРОШКООБРАЗНЫХ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА ИЛИ НАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИЙ .НА ЕГО ОСНОВЕ, включающий прессование заготовок, спекание и формирование в пресс-форме из полученных заготовок деталей при нагревании под давлением

10-12 МПа и последукщее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности геометри- ° ческих размеров деталей, формирование деталей производят при 190-210 С в течение 60-80 мин.

II34372

Изобретение относится к производству точных деталей из политетрафторзтилена или наполненных композиций на его основе и может быть использовано при изготовлении уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения в различных областях техники.

Известен способ изготовления дета- 10 лей иэ политетрафторэтилена(ИТФЭ), включающий прессование заготовки из порошка ЛТФЭ, нагрев заготовки до

300-320 С, штампование заготовки в о пресс-форме при 20-60 С и давление 15 о

l 50-200 МПа jI) .

Процесс получения изделий известным способом проводится при высоком давлении формования и высокой температуре нагрева заготовки, применение которых вызывает возникновение внутренних напряжений в материале и образование микротрещин. Кроме того, нагревание заготовок способствует протеканию деструктивных 25 процессов в материале и снижению

его физико-механических показателей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ изготовления деталей из порошкообразных политетрафторэтилена или наполненных композиций на его основе, включающий прессование заготовок, спекание, формирование в пресс-форме из полученных заготовок деталей при нагревании до 320-380 С под давлео нием IO-35 МПа и последующее охлаждение (2).

Однако у деталей, полученных данным способом, точность геометри- 40 ческих размеров невелика.

Цель изобретения — повышение точности геометрических размеров деталей.

Поставленная цель достигается 45 тем, что согласно способу изготовления деталей из порошкообразных политетрафторэтилена или наполненных композиций на его основе, включающему прессование заготовок, спекание и формирование в пресс-форме из полученных заготовок деталей при нагревании под давлением 10-12 МПа и последующее охлаждение, формирование деталей производят при 190-210 С в о течение 60-80 мин.

На фиг. 1-3 изображена уплотнительная манжета; на фиг. 4 — уплотнительный элемент; на фиг. 5 — кольцо; на фиг. 6 — втулка.

Пример 1 ° Изготавливают уплотнительную.манжету(фиг. 1), для этого расчетную навеску порошкообразного

ПТФЭ, взятую с точностью +IX, помещают в пресс-форму, у которой размеры A и Ь взяты на ЗЕ больше, чем соответствующие размеры готового изделия, а размер С вЂ” на 5Х. Порошок прессуют при температуре рабочего помещения в три приема, для чего используют пуансоны, обеспечивающие равномерное уплотнение порошка. Давление прессования 50 МПа. Заготовку уплотнительной манжеты, отвечающей по профилю готовой детали, извлекают из пресс-формы и о спекают в электропечи при 375 С. Скорость подъема температуры 120 С/ч.

Выдержка при 375оС составляет

90 мин. Охлаждают заготовку вместе с печью. Далее из заготовки формируют деталь, для этого заготовку помещают в пресс-форму, имеющую размеры А,В,С на 0,7Е больше соответствующих размеров готовой детали.

Пресс-форму с заготовкой нагревают до 210 С и выдерживают при этой о температуре 80 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под давлением

12 МПа и извлекают готовую деталь.

Пример 2. Изготавливают уплотнительную манжету(фиг. 2) иэ порошкообразного ПТФЭ, для чего расчетную навеску помещают в прессформу, у которой размеры A и Ь взяты на ЗЖ больше, чем соответствующие размеры готовой детали, а размер

С вЂ” на 57. Порошок прессуют с использованием пуансонов, обеспечивающих его равномерное уплотнение. Давление прессования 50 МПа. Далее заготовку уплотнительной манжеты, соответствующей по профилю готовой детали, йэвлекают иэ пресс-формы и спекают в электропечи при 380 С. Скорость подъема температуры 120 С/ч. Выдержка при 370 С составляет 90 мин. о

Охлаждают заготовку вместе с печью.

Далее. заготовку формируют в деталь, для чего помещают ее в пресс-форму, имеющую размеры А,В, С на 0,67. больше соответствующих размеров гото. вой детали. Пресс-форму с заготовкой о нагревают до 200 С и выдерживают при этой температуре 70 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под давле-. нием 12 МПа и извлекают готовую деталь.

1134372

П р е р 3. Изготавливают уплотнительную манжету(фиг. 3), для чего

Ф расчетную навеску порошкообразного

ПТФЭ помещают в пресс-форму, у которой размеры А, B взяты на 2,5Х больше, чем соответствующие размеры готовой детали, а размер С вЂ” на 5Х. Прессование порошка производят пуансонами, обеспечивающими равномерное уплотнение всего профиля детали. Давление .1р прессования 50 МПа. Далее заготовку уплотнительной манжеты, соответствующей по прдфилю готовой детали, извлекают из пресс-формы и спекают при

370 С. Скорость подъема температуры

О

120 С/ч. Вьдержка при 370 С составо о ляет 90 мин. Охдаждают заготовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, для чего помещают ее в пресс-форму, имеющую размеры

4, 3. C на 0,67 больше соответствующих размеров готовой детали.

Пресс-форму с заготовкой нагревают до 210 С и вьдерживают при этой о температуре 60 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под давлением

12 МПа и извлекают готовую деталь.

Пример 4. Изготавливают уплотнительный элемент(фиг. 4), для чего расчетную навеску порошкообразного

ПТФЭ помещают в пресс-формуру которой размеры А, 9 взяты на 2,57 больше соответствующих размеров готовой детали, а размер С вЂ” на 4Х.Прессование порошка производят с использованием пуансонов, обеспечивающих 35 равномерное уплотнение. Давление прессования 45 МПа. Заготовку уплотнительного элемента, отвечающую по профилю готовой детали, извлекают из пресс-формы и далее спекают в -40 электропечи при 375 С. Скорость подьо ема температуры 100 С/ч. Вьдерживают при 375 С в течение 100 мин. Охлажо

/ дают заготовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, для чего ее помещают в пресс-форму, имеющую размеры A, B, С на 0,6Х больше, чем соответствующие размеры готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 210 С и выдерживают при

S0 этой температуре 70 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формои под давлением 11 MIa извлекают готовую .. деталь.

Пример 5. Изготавливают 55 уплотнительный элемент(фиг. 4), для чего расчетную навеску из порош кообразного ПТФЭ помещают в прессформу, у которой размеры А и В взяты на 37 больше соответствующих размеров готовой детали, а размер

С вЂ” на 4,5Х. Прессование порошка производят пуансонами, обеспечивающими его равномерное уплотнение. Давление прессования 47 МПа. Заготовку уплотнительного элемента, соответствующую по профилю готовой детали, извлекают из пресс-формы и далее спекают при о

375 С. Скорость подъема температуры о

120 С/ч. Выдерживают при 375 С в течение 100 мин. Охлаждают заготовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, помещая ее. в прессформу, имеющую размеры A В и C на 0,77 больше, чем соответствующие размеры готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 200 С и выдерживают при этой температуре

80 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под давлением 12 MIIà и извлекают готовую деталь.

Пример 6. Изготавливают уплотнительный элемент(фиг. 4), для чего расчетную навеску порошкообразного ПТФЭ помещают в пресс-форму,у которой размеры А и 8 взяты на

2,5Х больше соответствующих размеров готовой детали, а размер С вЂ” на

4,57.. Прессование порошка производят пуансонами, обеспечивающими его равномерное уплотнение. Давление прессования 45 МПа/см2. Заготовку уплотнительного элемента, соответствующую по профилю готовой детали, извлекают из пресс-формы и далее спекают при 375 С. Скорость подъема о температуры 120 С/ч. Вьдерживают при температуре 375 С в течение о

100 мин. Охлаждают заготовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, помещая ее в пресс-форму,. имеющую размеры A, S, С на 0,7Х больше, чем соответствующие размеры готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 200 С и вьдерживают при этой температуре 60 мин.

Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под давлением 12 МПа и извлекают готовую деталь.

Hp и м е р 7. Изготавливают кольцо(фиг. 5)иэ порошкообразного

ПТФЭ. Навеску полимера помещают в прессформу,у которой размеры А,В,С взяты на

ЗХ больше соответствующих размеров готовой детали. С помощью пуансона равномерно уплотняют порошок. Давлеи ние прессования 45 МПа/см . Заготов1134372 ку кольца извлекают из пресс-формы и спекают в электропечи при 375 С, 0

Скорость подъема температуры 120ОС/ч.

; Выдерживают при температуре 375 С в о течение 90 мин. Охлаждают заготовку вместе с печью. Заготовка по профилк соответствует готовой детали, Далее заготовку формируют в деталь, для чего ее помещают в пресс-форму, имеющую размеры Д, о,С íà 0„5X

10 больше, .чем соответствующие размеры готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 190 С и вьщержио вают при этой температуре 60 мин.

Охлаждают деталь вместе с прессформой под давлением 10 МПа и извлекают готовую деталь.

Пример 8. Изготавливают втулку(фиг. 6)из порошкообразного ПТФЭ

Для этого расчетную навеску полимера помещают в пресс-форму, у которой размеры Д,В взяты на 2,5Х больше, а размер С вЂ” на 5Х соответствующих размеров готовой детали и равномерно уплотняют материал. Давление

25 прессования 45 МПа /см . Заготовку втулки извлекают иэ пресс-формы и спекают в электропечи при 370 С. о о

Скорость подъема температуры 120 С/ч.

Выдерживают при 370 С в течение 90 о мин. Охлаждают заготовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, для чего помещают ее в пресс-форму,.имеющую размеры Й,В и С на 0,7Х больше, чем соответствующие размеры готовой детали. Прессформу нагревают вместе с заготовкой до 190 С и выдерживают при этой тем- пературе 70 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под.давлением

10 МПа и извлекают готовую деталь.

Hp и м е р 9. Изготавливают втулку(фиг. 6)из порошкообразного

ПТФЭ, для.чего расчетную навеску полимера помещают в пресс-форму, у которой размеры A и В взяты на

2,5Х, а размер С вЂ” на 5Х больше соответствующих размеров готового изделия, и равномерно уплотняют. Давление прессования 45 МПа. Заготовку

i SO втулки извлекают из пресс-формы и спекают в электропечи при 370 С.

Скорость подъема температуры 120 С/ч.

Выдержка при 370 С в течение 90 мин.

Охлаждают заготовку вместе с печью.

Далее заготовку формируют в деталь, 55 для чего помещают ее в пресс-форму, имеющую размеры А, В и 2 на 0„7X больше соответствующих размеров готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 190 С и выдерживают при этой температуре 80 мин.

Охлаждают деталь вместе с прессформой под давлением 10 МПа и извлекают готовую деталь.

Пример 10. Изготавливают уплотнительную манжету(фиг. 1),для этого расчетную навеску композиции состава, мас.Х: 95 политетрафторэтилена и 5 нитрида кремния, взятую с точностью +IX помещают в прессформу, у которой размеры 4, $ взяты íà 2>7Х больше, чем соответствующие размеры готового изделия, а размер С вЂ” на 4,8Х. Прессуют композицию в три приема, для чего используют пуансоны, обеспечивающие равномерное уплотнение,крмпозиции. Давление прессования 50 МПа/см "; Заготовку уплотнительной манжеты, соответствующую по профилю готовой детали, извлекают из пресс-формы и спекают при 375 С. Скорость подъема температуры 100 С/ч. Выдерживают при температуре 375ОС в течение 90 мин..

Охлаждают заготовку вместе с печью.

Далее из заготовки формируют деталь, для чего заготовку помещают в прессформу, имеющую размеры А, Ь и С : на

0,65Х больше соответствующих размеров готового иэделия. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 2!О С и о выдерживают при этой температуре

80 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под давлением 12 МПа и извлекают готовую деталь.

П р.и м е р 11. .Изготавливают уплотнительную манжету(фиг. 2), для чего расчетную навеску композиции состава, мас. : 97 политетрафторэтилена и 3 Ясиалона общей формулы

Sir-x A1<0 Na „, где х=0,8-4,помещают в пресс-форму, у которой размеры и б взяты на 2,8Х больше, чем соответствующие размеры готовой детали, а С вЂ” на 4,9Х. Прессование композиции производят с использованием пуансонов, обеспечивающих равномерное уплотнение композиции. Давление прессования 50 МПа. Далее заготовку уплотнительной манжеты, соответствукнщую по профилю готовой детали, извлекают иэ пресс-формы и о спекают в электропечи при 375 С в течение 90 мин. Охлаждают загбтовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, для чего помещают ее в пресс-форму, имеющую размеры

1134372 и С на О,б больше соответствующих размеров готовой детали.

Пресс-форму с заготовкой нагревают о до 200 С и вьдерживают при этой температуре 70 мин. Охлаждают 5 деталь вместе с пресс-формой под давлением 12 МПа и извлекают готовое изделие.

Пример 12. Изготавливают уплотнительный элемент(фиг. 4). Расчетную навеску композиции состава, мас. : 90,политетрафторэтилена и 10 дисульфида молибдена, помещают в ° пресс-форму, у которой размеры A и б взяты на 2,75Х. больше а размер 15

С на 4,85Х больше соответствующих размеров готовой детали. Прессуют композицию с использованием пуансонов, обеспечивающих равномерное уплотнение композиции. Давление 20 прессования 45 МПа. Заготовку уплотнительного элемента, соответствующую по профилю готовой детали, извлекают из пресс-формы и спекают в электроо печи при 375 С. Скорость подъема тем-2S о пературы 100 С/ч. Вьдержка при температуре 375 С в течение 100 мин.

Охлаждают заготовку вместе с печью.

Далее заготовку формируют в де аль, для этого ее помещают в пресс-форму, З0 имеющую размеры A 8 и С на О,бО больше соответствующих размеров готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 210 С и вьдержи-. вают при этой температуре 70 мин.

Охлаждают деталь вместе с пресс-фор35 мой под давлением ll МПа и извлекают готовую деталь.

Пример 13. Изготавливают кольцо(фиг. 5). Расчетную навеску композиции состава, мас.Х: 9б,75

40 политетрафторэтилена; 3,0 фторопласта 4МБ; 0,15 нитрида кремния;

0,1 алюмината кобальта, помещают в пресс-форму, у которой размеры A 11

45 и 1 „ взяты на 3,5Х больше соответствующих размеров готовой детали.

Давление прессования 45 МПа. 3аготовку кольца извлекают из прессформы и спекают в электропечи при

375 С. Скорость подъема температуры о о

100 С/ч. Вьдержка при температуре

370 С в течение 100 мин. Охлаждают о заготовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, для чего. ее помещают в пресс-форму, имею-5S щую размеры А, 6 и С на 0,55Х больше . соответствующих размеров готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до 190 С и вьдерживают при этой температуре 60 мин. Охлаждают деталь вместе с пресс-формой под давлением 10 МПа и извлекают готовую деталь.

Пример 14.Изготавливают уплотнительную манжету(фиг. 1) . Для этого расчетную навеску композиции состава, мас.Х: 80 политетрафторэтилена и 20 кокса, помещают в прессформу, у которой размеры A,Ь взяты на З, а размер С íà 5Х больше соответствующих размеров готовой детали.

Прессуют композицию в три приема.

Для этого используют пуансоны, обеспечивающие равномерное уплотнение.

Давление прессования 50 МПа. Заготовку уплотнительной манжеты, соответствующую по профилю готовой детали, извлекают иэ пресс-формы и спекают в электропечи при 375 С. Скорость подъема температуры 1200С/ч. Выдержка при температуре 375 С в течение

90 мин. Охлаждают заготовку вместе с печью. Далее заготовку формируют в деталь, для чего помещают ее в пресс-форму, имеющую размеры A jj и С на 0,7Х больше соответствующих размеров готовой детали. Пресс-форму с заготовкой нагревают до, 210 С и вьдерживают при этой температуре

80 мин. Охлаждают вместе с прессформой под давлением 12 ЙПа и извле» кают готовую деталь.

В таблице приведены результаты измерения размеров деталей, изготовленных предлагаемым и известным способами. . Как видно из таблицы предлагаемый способ изготовления деталей из политетрафторэтилена или наполненных композиций на его основе позволяет повысить точность геометрических размеров деталей.

Предлагаемый способ . е требует специального оборудования, так как для его осуществления могут быть применены обычные серийные гидравли-. ческие, механические или гицромеханические прессы. Способ позволяет исключить потери дефицитного сырья и механическую обработку заготовки для получения точных тонкостенных деталей, при этом получают иэделия с .улучшенными физико-механическими характеристиками и улучшенным качеством поверхности.

1134372

«0

Режимы формирования

Время, Фактические размеры мин деталей, мм

ТемпеДеталь ратура,С о ф22+0,052 210 80 ф 38-0,039

I Манже та Политетра22 38 ° 8 5 фторэтилен-100

Политетра- ф 22+0,052 фторэтилен — 100 ф 38-0,039 ф 22+ (0,35-0,050) 2 Манжета

22 ° 38-10

200 70

Р 38-(0,020-0,035) Политетра- ф25+0,052 фторэтилен-100 40-0,039

9f 25+ (0,30-0,045) 3 Манжета

25 40 8

210 60 40-(0,020-0 035) Политетра- Р 28+0,052 фторэтиф 28+ (0,020-0,040) 210 70 ф 42-0,039 ф 42-(0,020-0,037) лен-100

ПЬлитетра- ф 28+0,052 фторэтилен-100 ф 42-0,039 ф 28+(0,020-0,015) 200 80 ф 42-(0,025-0,035) Полите тра- Р 28+0,052 фторэтилен-100 ф 42-0,039

6 Уплотнительный элемент

28 ° 42 ° 10 ф 28+(0,025-0,045) 200 60

«Ф 42-(0,025-0,035) 7 Кольцо

Политетра- 22+0,052 фторэтилен-100 ф 30-0,039 ф 22+ (0,30-0,045) 190 60

22 ° 30 3 ф 30-(0,020-0,030) Политетра- ф 22+0,052 фторэти8 Кольцо

22 26 8 ф 2 2+ (О, 30-0,045) 190 70 ф 26-0,039 ф 26-(0,0«5-0,030) лен-!00

9 Кольцо Политетра- ф 22+0,052

22 26.8 фторэтиф 22+(0,030-0,050) 190 80

/ 26-0,039 ф 26-(0,020-0,030) лен-100

Политетра- Р 22+0,052 210!

О,Манжета

22 38 ° 8,5 ф 22+(0,035-0,050) 80

Р 38-0,039 ф 38-(0,020-0,035) ! 1 Манжета

22 38 !О

Политетра- ф 22+0,052 фторэтилен-97; !!38-0,039

200

70 ф38-(0,020-0,035) Р -сиалон-3

Пример, N

Уплотнительный элемент

28 42 Ie

Уплотнительный элемент

28 ° 42 ° 10

Материал детали, мас.X фторэтилен-95, нитрид кремния-5

Требуемые размеры деталей, ф 22+ (0,040-0,050) ф 38-(0,025-0,035) ф 22+ (0,030-0,045) °

1134372

Продолжение таблицы

Режимы формир вания

Температура,С

Деталь

Фактические размеры деталей, мм

Материал детали, мас.Х

Требуемые размеры деталей, -Прн..

14ар »

O0+W

210 70 ф28+(0,020-0,045) (f42-(0,025-0,035) Политетра- 28-0,052 фторэтилен-90,ди- ф42-0,039 сульфид; молибден-10

ПТФЗ- 1 22+0,052

96,75

Фторо- 30-0,039 пласт

4МБ-3

Нитрид кремния0,15; алюминат кобальта0,10

Уплотнительный элемент

28 42 10

60 ф 22+(0,030-0,045) ф 30-(0,020-0 030) 13 Кольцо

22 30 ° 3

190

14 Манжета ПТФЭ-80; ф 22+0,052

22 ° 38 8,5 кокс-20 ф 38-0,039

210 80 ф 22+ (0,030-0,050) ф 38-(0,025-0,035) Изготов- ф22+(2,30-2,70) лена по способу- ф38-(2,50-2,90) прототипу

15 Манжета Политетра- р 22+0,052

22 38 8,5 фторэтилен-100 ф 38-0,039

П р и м е ч а н и е: Размеры всех деталей измеряют через 24 ч после их изготовления и затем еще раз через 48 ч.

Манжета, изготовленная по способу-прототипу, через

10-12 сут теряет форму, т.е.."усы 1манжеты загибаются внутрь. Конусность составляет 3-5

1134372

Составитель А.Рожков

Редактор Т;Парфенова Техред Л.Микеш Корректор Г.Решетник

Заказ )0011/13 Тираа 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ушгород, ул. Проектная, 4