Пресс-форма для горячего прессования порошков

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к пресс-формам для горячего прессования порошков. Цель - повышение срока службы пресс-формы. При Вдвигании поршня 2 в цилиндр 1 расстояние между выступами 5 и 6 уменьшается, в результате чего в материале контейнера 7 возникает напряжение сжатия При достижении величины этого напряжения уровня предела текучести происходит сжатие порошка в контейнере 7 и вытекание материала контейнера в зазор 9 межд цилиндром и поршнем. Образующийся при этом ;аусенец запирает полости прессования и при дальнейшем сближении выступов 5 и 6 обеспечивает повышение давления в полостях до уровня, превышающего предел прочности материалов цилиндра и поршня при одноосном сжатии. При этом напряжение в материале заусенца в рассмотренном варианте ниже, чем в известном устройстве, что позволяет повысить срок службы пресс-формы 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ мы. 6 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4431628/02 (22) 30.05.88 (46) 23.02.91. Бюл. № 7 (71) Институт сверхтвердых материалов

АН УССР (72) А. И. Прихна (53) 621.762.4.043 (088.8) (56) Rev. of Scientific Instruments, v. 29, № 4, 1958, р. 273.

Патент Англии № 1321923, кл. В 21 J 3/00, 1973. (54) ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ГОРЯЧЕГО

ПРЕССОВАНИЯ ГIОРОШКОВ (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к пресс-формам для горячего прессования порошков. Цель— повышение срока службы пресс-формы. При вдвигании поршня 2 в цилиндр 1 расстояние

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к пресс-формам для горячего прессования порошков.

Цель изобретения — повышение срока службы пресс-формы.

На фиг. 1 показана конструкция прессформы, изометрия; на фиг. 2 — прессформа, осевой разрез, (вариант); на фиг. 3— то же, вид сверху с частичным разрезом; на фиг. 4 — то же, осевой разрез; на фиг. 5 — то же, вид сверху с частичным разрезом; на фиг . 6 — графики распределения давления в уплотняющем заусенце контейнера.

Пресс-форма для горячего прессования порошков включает прессующие элементы (цилиндр 1 и установленный в нем поршень

2) с углублениями на рабочих поверхностях этих элементов. В верхней части цилиндра 1 выполнены два углубления 3, расположенные на внутренней боковой поверхности цилиндра равномерно по окружЯ0 1629157 A 1 (51)5 В 22 F 3 14, В 30 В 15 02

2 между выступами 5 и 6 уменьшается, в результате чего в материале контейнера

7 возникает напряжение сжатия. При достижении величины этого напряжения уровня предела текучести происходит сжатие порошка в контейнере 7 и вытекание материала контейнера в зазор 9 между цилинлром и поршнем. Образующийся при этом заусенец запирает полости прессования и при дальнейшем сближении выступов 5 и 6 обеспечивает повышение давления в полостях ло уровня, превышающего предел прочности материалов цилиндра и поршня при олноосном сжатии. При этом напряжение в материале заусенца в рассмотренном варианте ниже, чем в известном устройстве. что позволяет повысить срок службы пресс-форности. В нижней части поршня 2 также выполнены два углубления 4. Кажлое из углублений одного элемента выполнено открытым в направлении соответствующего углубления второго элемента. Углубления 3 и 4 заканчиваются выступами 5 и 6, форма которых повторяет форму углублений. Перел сборкой в углубления цилиндра уcTBHdBnèвают два одинаковых контейнера 7 с обрабатываемым порошком, после установки в цилиндр 1 поршня 2 контейнеры оказываются заключенными в полости. Каждая из этих полостей не является замкнутой, а окружена зазорами 8 и 9 между цилинлром и поршнем. В зависимости от размера пресс-формы и давления, развиваемого в ней, оптимальная ширина зазора 8 находится в пределах от 0,3 до 3 мм. Цилиндр 1 и поршень 2 изготавливаются из быстрорежущей или штамповой стали или из твердого сплава. Контейнер 7 изготавливается из материала, переходящего в пластичное состояние

1629157 под воздействием давления, например из пирофиллита, литографского камня, талька, поваренной соли и др.

Пресс-форма работает следующим образом. При вдвигании поршня в цилиндр под воздействием силы пресса расстояние между выступами 5 цилиндра и 6 поршня уменьшается, в результате чего в материале контейнера 7 возникает напряжение сжатия, и при достижении напряжением значения, равного пределу текучести, начинается сжатие заключенного в контейнер порошка и одновременно вытекание материала контейнера в зазор 9 между цилиндром и поршнем. Образовавшийся в зазоре 9 заусенец запирает полости и при дальнейшем движении поршня в цилиндр обеспечивает повышение давления в полостях. Кроме того, заусенец, оказывая давление на поверхности цилиндра и поршня в областях, непосредственно примыкающих к полостям, создает условия об.ьемного сжатия для цилиндра и поршня, что позволяет достичь в полостях давления, превышающие предел прочности материала цилиндра и поршня на одноосное сжатие.

В областях цилиндра и поршня, удаленных от полостей, напряжения будут ниже, чем в примыкающих к полостям, за счет эффекта рассредоточения нагрузки.

Так как указанные материалы для изготовления контейнера являются электроизоляционными, то в предлагаемой пресс-форме можно производить спекание материала под давлением, если к цилиндру и поршню подключить источник тока. Если материал является электропроводным, то нагрев производится методом сопротивления. Если материал является изолятором, то может быть применен специальный нагреватель (не показан)

Ток, применяемый для нагрева прессформы, можно регулировать независимо в каждой полости (фиг. 2 и 3) . Для этого цилиндр 10 выполнен составным в виде трех секций. И секции 10 электрически изолированы одна от другой и от скрепляющего кольца 11 с помощью изоляционных прокладок 12 и 13. С целью исключения разрушения прокладок 13 при запрессовке секций 10 в кольцо 11 применены промежуточные прокладки 14.

На фиг. 4 и 5 представлен вариант описанной пресс-формы, более простой в изготовлении в сравнении с описанными выше.

Сопрягаемые поверхности цилиндра 1 и поршня 2 могут быть выполнены с уклоном а к оси (фиг. 4 и 5) . Если этот уклон принять равным 1 — 1 30, то цилиндр и поршень можно выполнить путем горячей штамповки или же методом порошковой металлургии. В первом случае должен быть применен безокислительный нагрев заготовок. Это исключит обезуглероживание

ЗБ

4О

55 поверхности и, следовательно, последующую механическую обработку.

Наличие уклонов а не ухудшает эксплуатационных свойств пресс-формы, так как уменьшение ширины зазоров 8 и 9 в процессе движения поршня в цилиндр будет скомпенсировано расширением цилиндра под воздействием возрастающего давления в полостях и в окружающих полость заусенцах.

Применяемый термин «давление» условен, так как в твердых средах напряжения в различных направлениях в большинстве реальных случаев неодинаковы. Поэтому под этим термином подразумевают среднее значение главных напряжений в данной точке.

В предлагаемой пресс-форме, как и в известной, силовое воздействие от элементов пресс-формы на снимаемый материал передается аналогично, т. е. через пластически деформируемый контейнер. Однако механизм создания давления на конечном этапе не одинаков.

В известном аппарате в начале сжатия происходит очень интенсивное вытекание материала контейнера в зазор между сближающимися элементами аппарата с образованием довольно рыхлого заусенца. Давление заусенца на поверхности силовых элементов на этом этапе ниже, чем напряжение в заусенце в перпендикулярных направлениях.

По мере уменьшения зазора заусенец все больше уплотняется, увеличивается его площадь, вытекание его замедляется и на определенном этапе прекращается. Но и после прекращения вытекания заусенца элементы аппарата продолжают сближаться.

Но ввиду того, что размер полости в направлении этого сближения значительно больше, чем толщина заусенца, относительное сжатие заусенца значительно больше относительного сжатия материала, находящегося в полости. Поэтому давление в заусенце растет на конечном этапе сжатия быстрее, чем в полости и очень быстро превосходит его.

В предлагаемой пресс-форме ширина зазора 9 постоянна (упругими деформациями цилиндра и поршня пренебрегаем) .

Поэтому вытекание в этот зазор материала контейнера 7 начнется лишь после того, как напряжения в нем в горизонтальных направлениях превысят предел текучести материала контейнера.

Следовательно, только после этого возник нут давления заусенца на стенки зазора 9, т. е. на цил и ндр и пор шень. Согласно положениям приближенной теории пластичности давление заусенца на поршень и цилиндр при таком характере образования заусенца будет меньше напряжения в материале, действующего вдоль зазора 9, на величину предела текучести материала заусенца, т. е. в предлагаемой пресс-форме

1629157

Формула изобретения

4—

7давление в заусенце будет всегда отставать от давления в полости пресс-формы.

Это качественное различие процессов создания давления в известной и в предлагаемой пресс-формах иллюстрируется фиг. 6, на которой представлены давления напряжения в материале заусенца параллельно поверхностям зазора 9 (кривая 15) и перпендикулярно этим поверхностям для известной пресс-формы (кривая 16) и для описанной пресс-формы (кривая 17). Эти кривые построены на основании решений дифференциальных уравнений, составленных с учетом упрочнения материала заусенца (карбоната кальция) под давлением. Упрочнение было принято по Бриджмену. Коэффициент трения в паре карбонат кальция — сталь принят равным 0,5. На фиг. 6 по оси абсцисс отложено расстояние проникновения заусенца в зазор в относительных единицах (х — расстояние проникновения заусенца от полости пресс-формы;

h — ширина зазора) .

Как видно из фиг. 6, максимальные напряжения в силовых элементах известного устройства определяются кривой 16, а в предлагаемой пресс-форме — кривой

15, т. е. эти напряжения íà 30% ниже.

Такое снижение напряжений должно привести к резкому увеличению срока службы пресс-формы по усталостным разрушениям.

Кроме того, из описанного принципа действия предлагаемой пресс-формы видно, что увеличение объема полостей вследствие эрозии их поверхностей или пластической деформации не является препятствием для достижения необходимого давления, так как сжатие материала, заключенного в полости, может продолжаться вплоть до смыкания выступов 5 цилиндра и 6 поршня (фиг. 1) .

Это также является преимуществом, способствующим повышению срока службы пресс-формы. Принимаем общее увеличение ее стойкости в сравнении с известной в

1,5 раза.

Еще одним преимуществом предлагаемой пресс-формы является простота определения давления в ней. Для этого необходимо лишь зафиксировать силу пресса в момент начала обратного хода поршня пресс-формы (после нагружения) и разделить эту силу на суммарную площадь поперечного сечения полостей, образованных углублениями в цилиндре и поршне.

Таким образом, применение предлагаемой пресс-формы позволяет повысить срок службы пресс-формы при горячем прессовании.

Пресс-форма для горячего прессования порошков, содержащая два прессующих элемента с углублениями на их рабочих поверхностях и контейнер для размещения обрабатываемого материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы пресс-формы, один из элементов выполнен в виде полого цилиндра, а другой в виде поршня, установленного в полости

30 цилиндра, при этом углубления выполнены на внутренней боковой поверхности цилиндра и на боковой поверхности поршня, а каждое из углублений одного из элементов выполнено открытым в направлении соответствующего углубления другого

35 элемента.

1629157

Фиг.2

ФигЗ

1629157

1629157

Составитель И. Киянский

Редактор Л. Зайпева Техред А. Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 402 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау инская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

О 7 2 3 0 5

Х