Устройство для штамповки металлов в твердожидком состоянии

 

Назначение: изготовление формообразующих деталей оснастки - пресс-форм и штампов методом штамповки под давлением Сущность изобретения: пресс содержит станину, на основании котоп е. рой установлена вакуумная камера Ее стенки выполнены телескопическими и. каждая часть снабжена приводом ее перемещения Индуктор закреплен на внутренней част кожуха Металлоприемник установлен внутри вакуумной камеры на основании с возможностью их вертикального перемещения Камера прессования содержит стакан установленный нижним торцом на подвижной траверсе. Верхний торец связан с матрицей и пуансоном. Внутренний диаметр стакана равен наружному диаметру металлоприемника

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам н товарным знакам (21) 4909051/27. (22) 07.0291 (4B) 30.1093 Бка Йа 39-40 (7B) Быков Петр Андреевис Быков Олег Петрови<

Першина Евгения Петровна (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ МЕТАЛЛОВ В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (57) Назначение: изготовление фориообразуощих деталей оснастки — пресс-форм и штампов методом штамповки под давлением Сущность изобретения: пресс содержит станину, на основании кото((9) КЦ (и) 2001 Ц1Я1 (51) 9 1 03 рой установлена вакуумная камера Ее стенки выполнены телескопическими и, каждая часть снабжена приводом ее перемещения Индуктор закреплен на внутренней части кожуха Металлоприемник установлен внутри вакуумной камеры на основании с возможностью их вертикального перемещению

Камера прессования содержит стакан, установленный нижним торцом на подвижной траверсе. Верхний торец связан с матрицей и пуансоном Внутренний диаметр стакана равен наружному диаметру нет алло приемника

2001713

Изобретение относится к литейному производству, а именно к литью металлов с кристаллизацией под давлением (штамповке металла е твердо-жидком состоянии) и предназначено для изготовления формообразующих деталей оснастки: пресс-форм и штампов.

Известна пресс-форма, содержащая опору, металлоприемник и матрицу.

Недостатком данной пресс-формы является то, что она не позволяет расплавлять металл индукционными токами непосредственно о металлоприемнике, доводя его до твердожидкого состояния, и получать из данного металла прессованные отливки с минимальной химической неоднородностью (с неоднородностью равной неоднородности металлического порошка) и высокими пластичностью и ударной вязкостью. 20

Наиболее близким техническим решением х предлагаемому является устройство для штамповки металла о твердожидком состоянии, содержащее пресс и пресс-форму, образованную опорой, матрицей и пуансо- 25 ном.

Недостатком устройства-прототипа является то, что оно позволяет изготовлять узкую, номенклатуру прессованных отливок с большой химической неоднородностью, низкими пластичностью и ударной вязкостью.

Целью изобретения является расширение технологических воэможностей устройства путем расширения номенклатуры 3 -> отливок на отливки с меньшей химической неоднородностью и более высокими пластичностью и ударной вязкостью, На фиг.1 изображен вертикальный разрез устройстоа (слева на этапе, когда в ме- 40 таллоприемник засыпан порошок, а справа когда иэ порошка получена прессованная отливка); на фиг.2 — развертка телескопического кожуха; на фиг.3 — разрез А — А на фиг.1; на фиг.4-; 45 на фиг.5 — разрез Б-Б на фиг.2.

Устройство состоит иэ пресса, образованного станиной 1 с неподвижными нижней 2 и верхней 3 поперечинами, подвижной в вертикальном направлении траверсой 4, 50 подвижным в горизонтальном направлении столом 5, установленным на нижней поперечине 2; На верхней поперечине 3 закреплен цилиндр 6 со штоком 7. соединенным с траверсой 4. 55

На столе 5 установлена камера 8, образованная основанием 9 и телескопическим кожухом 10, цилиндрами 11, 12 со штоками

13, 14 и уплотнительными кольцами 15, Телескопический кожух 10 состоит из верхней

16, основной 17 и нижней 18 частей, Верхняя часть 16 вставлена в основную часть 17, а основная часть — в нижнюю 18. На основной части 17 закреплены цилиндры 11 и 12.

Штоки 13 цилиндров 11 закреплены на нижней части 18, а штоки 14 цилиндров 12 — на верхней части 16.

В верхней части 16 кожуха 10 выполне«о отверстие 19 для выкачивания воздуха из каплеры 8 и отверстия,20 для вводов индуктора. Вводы состоят из втулок 21 и 22, фланцев 23 и уплотнительных колец 24, 25.

Отверстие 19 соединено с вакуумным насосом (на чертеже не показан).

Устройство снабжено опорой 26, установленной на основании 9, металлоприемником 27 с нагревательным элементом 28 в виде индуктора. Внутри опоры 26 установлены стержни 29, 30, между которыми закреплена планка 31. С помощью планки 31 металлоп риемни к 27 может перемещаться в вертикальном направлении. Индуктор 28 закреплен внутри верхней части 16 кожуха

10 с помощью плит 32. 33, магнитопроводов

34 и кронштейнов 35. Индуктор 28 закреплен вводами (детали 21-25) на оерхней части

16 кожуха 10, которая вместе с индуктором

28 установлена с воэможностью вертикального перемещения относительно металлоприемника 27, На верхнем торце опоры 26

-размещена шайба 36. На траверсе 4 закреплена плита 37, а на плите 37 — матрица 38 и камера 39.

Между матрицей 38 и камерой 39 установлена диафрагма 40, выполненная двумя частями 41 и 42 с вертикальными отверстиями 43. В полости матрицы находятся пуансон 44 и отливка 45. а в полости металлоприемника 27 — порошок 46. Внутренний диаметр камеры 39 D> равен наружному диаметру Dg металлоприемника 27, Нижняя поперечина 2 снабжена выталкивателем (на чертеже не показан), стол 5 — механизмом горизонтального перемещения.

При получении прессованных отливок между шайбой 36 и диафрагмой 40 остается пресс-остаток, Детали 27 и 36 выполнены иэ теплоизоляционных материалов, например из керамики. Детали 16, 28, а при надобности 26, 37 и 38 выполнены водоохлаждаемыми, На концах шпилек 47, ввинчиваемых в кожух 10, выполнена коническая резьба, обеспечивающая герметичность соединения кожух-шпилька, Устройство работает следующим образом, Выталкивателем пресса металлоприемник 27 поднимают в верхнее положение и засыпают в него металлический порошок.

Опускают траверсу 4, подводят камеру 39 к мвталлоп риемнику 27. Поднимают цилинд2001713 рами 11 и 12 основную часть 17 и верхнюю поверхностных пленок на частицах порошка, выделяющиеся газы отсасываются вакуумным насосом, а поверхность порошка очищается от химических соединений, после нагрева порошка до твердожидкого состояния (доведения жидкой фазы до

30-50 ) отключают электропитание от индуктора 28 и опускают траверсу 4, при этом

20 опускаются части 16 и 17 кожуха 10, в металлоприемник 27 входит в полость камеры 39 прессования, после этого происходит опускание металлоприемника 27, планки 31 и стержней 29 и 30, выталкивается пресса. при этом порошок в твердожидком состоянии перемещается из камеры 39 в полость

25 матрицы 38 через отверстия 43 в диафрагме и формируется прессованная отливка 45 под действием механического давления 45 кгс/мм, После получения прессованной отливки

45 траверсу 4 поднимают, разбирают пресс-форму (разделяют детали 38-40), освобождают отливку 45 от пуансона 44.

При получении единичных отливок деталей технологической оснастки разборку прессформы проводят вручную. При мелкосерийном и серийном производствах отливок для ведения работ используют многотраверсный пресс. в этом случае пуансон 4 крепят к верхней траверсе пресса, матрицу 38 — к средней траверсе, камеру прессования 39— к нижней траверсе пресса. При изготовлении прессованных отливок крупносерийно35

40 го и массового производств используют литейно-прессовые роторные комплексы.

° Примером использования заявляемого устройства будет изготовление формообразующих деталей оснастки: пресс-форм и штампов, к которым предъявляются высокие требования по качеству (минимальной химической неоднородности. высокой пластичности. ударной вязкости. прочности и твердости).

Технологический процесс в новом уст- 55 ройстве состоит из следующих приемов: на поверхность деталей 37, 38, 40 и 44 наносят покрытие или смазку; металлический порошок засыпают в металлоприемник, подвергают вакуумировачасть 16 кожуха 10 и герметизируют полость камеры 8, при этом индуктор 28 оказывается расположен напротив металлоприемника 27. Из камеры 8 выкачивают воздух и 5 подают электропитание на индуктор 28, Индукционными токами нагревают стержень

30 и порошок 46.

При нагреве порошка в условиях вакуума происходит разложение химических сое- 10 динений (окислов. нитридов и т.д.) нию при разряжении 5 х 10 мм рт.cT. u нагревают индукционными токами до температуры твердожидкого состояния) доведения жидкой фазы до 30-50Д от общей массы порошка; для стали У10 порошок нагреоают до температуры 1380-1430 С).

Из металлического порошка в твердожидком состоянии формируют RpeccoBGHную отливку под давлением 4 — 5 кгс/мм, 2

Прессованную оТливку извлекают иэ пресс-формы, с отливки срезают литниковы и п ресс-остаток.

Снабжение устройства вакуумной камерой позволяет очищать порошок от пленок химических соединений, расположенных на поверхности каждой частицы порошка, и без разгерметизации системы перемещать порошок из металлоприемника (места нагрева) в полость матрицы и формировать прессованную отливку без соприкосновения с газами атмосферы в условиях высокого давления, предотвращая образование литейных дефектов (раковин, пористости).

Размещение верхней части телескопического кожуха в его основной части позволяет крепить индуктор непосредственно в верхней части кожуха, обходясь беэ гибких систем, подводя к индуктору электроэнергии и водяного охлаждения (гибкие подвода выведены за пределы герметичного кожуха), Это упрощает системы подвода энергии и воды о кожух и позволяет в вакуумной камере небольших размеров размещать прессформу и индуктор относительно больших размеров (если гибкие подводы энергии и воды размещать внутри вакуумной камеры, то объел1 камеры используется не рационально, т.е. в большой камере размещается пресс-форма малых размеров).

Чтобы нагревать тугоплаокие порошки (из сталей и более тугоплаоких материалов) равномерно до твердожидкого состояния необходимо использовать индукционный нагрев, а это требует изготовления металлоприемника из материала, проницаемого для электромагнитных волн. Кроме того, материал мвталлоприемника должен быть хорошим теплоизолятором, уменьшающим теплоизлучение из порошка к индуктору, В качестве такого материала использована керамика (например, на основе окиси кремния), но керамика хрупкий материал, не пригодный для использования о функции камеры прессования. Поэтому устройство снабжено металлической камерой прессования.

В момент прессования иэ порошка прессованных отливок металлоприемник становится теплоиэоляционной облицовкой камеры прессования (металлоприемник 27

2001713 будет очевидно деталью разового использования, аналогично песчаному стержню в литейном производстве. Отличительные признаки расширят технологические возможности устройства-прототипа и обеспе- 5 чат получение прессованных отливок с более высокими свойствами по сравнению с известными отливками и поковками по химической неоднородности, т.е. позволяет получить првссованные отливки с мини- 10 мвльной химической неоднородностью. равной химической неоднородности порошка. Прессованные отливки будут иметь более высокие механические свойства по сравнению с заготовками. изготовленными 15 жуха, и металлоприемником, установленным внутри вакуумной камеры на

20 основании с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, а также камерой прессования, выполненной в виде стакана, один торец которого связан с матрицей и пуансоном, а другой - с травер25 сой, 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стакан выполнен с внутренним диаметром, равным наружному диаметру металлоприемника, 30

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ

МЕТАЛЛОВ В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ, содержащее верхнюю и нижнюю поперечины, связанные колоннами, станину, в которой размещены опора. матрица и пуансон, отличающееся тем, что оно снабжено установленной на основании вакуумной камерой с телескопическим кожухо л, каждая часть которого снабжена приводом ее перемещения, индуктором, закрепленным на внутренней части телескопического котрадиционными методами порошковой металлургии, выгодно отличая прессованные отливки по пластичности и ударной вязкости (пластичность и ударная вязкость будут выше кованного металла на 10-15 при сохранении прочностных свойств на уровне кованного металла), Минимальная химическая неоднородность обеспечит более высокую износостойкость деталей, изготовленных из прессованных отливок. (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 419310, кл, В 22 D 27/12, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 623644, кл. В 22 D 27/12, 1978.

2001713

/У

2001713

Фу8. 5

Составитель В. Васильева

Редактор Л. Народная Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С. Юско

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспэтента

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

Заказ 3144

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород. ул.гагарина. 101