Пресс-форма для прессования стаканообразных изделий
Владельцы патента RU 2449857:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для прессования. Может быть использовано для прессования стаканообразных изделий из металлических гранул. Пресс-форма включает верхнюю и нижнюю плиты, основную и дополнительную матрицы, верхний и нижний пуансоны. В нижней части основной матрицы размещено сменное кольцо, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру основной матрицы, а внутренний диаметр совпадает с внутренним диаметром дополнительной матрицы. Сменное кольцо выполнено из материала, имеющего сопротивление деформации, достаточное для создания противодавления при брикетировании. Пресс-форма обеспечивает повышение выхода годного и увеличение производительности процесса. 1 ил., 2 табл.
Устройство относится к порошковой металлургии и может быть использовано для прессования стаканообразных изделий из металлических гранул.
Известна пресс-форма (А.с. №929326 СССР, МПК B22F 3/02, 1980), включающая верхнюю и нижнюю плиты, матрицу, верхний и установленный на пружине нижний пуансон, при этом рабочая полость образована наружными поверхностями пуансонов и внутренней поверхностью матрицы.
Однако известная пресс-форма не позволяет получать изделия из металлических гранул с высокими механическими свойствами и равномерным распределением плотности, близкой к плотности компактного материала, так как не обеспечивает больших сдвиговых деформаций, необходимых для разрушения границ гранул и интенсивного протекания процессов диффузионного сваривания.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков, по технологической сущности и достигаемому результату является пресс-форма (А.с. №1109261 СССР, МПК B22F 3/02, B30B 15/02, 1983), включающая верхнюю и нижнюю плиты, матрицу, верхний и установленный на пружине нижний пуансоны, снабженная жестко закрепленной в верхней плите дополнительной матрицей, установленной в основной матрице с образованием полости.
Данное устройство позволяет получать изделия с качественным схватыванием гранул практически по всему объему за исключением верхней части пресс-изделия, где на расстоянии 3 - 5 мм от верхней кромки стенок имеются микротрещины, возникающие в результате появления значительных растягивающих напряжений в момент выдавливания предварительно сбрикетированных гранул из дополнительной матрицы в основную. В дальнейшем эту часть пресс-изделия приходится удалять токарной обработкой. Установка нижнего пуансона на тарельчатых пружинах продиктована необходимостью создания противодавления на этапе брикетирования гранул. При горячей деформации тарельчатые пружины подвергаются воздействию высоких температур, что достаточно быстро приводит их в негодность из-за потери упругих свойств. Замена пружин требует остановок в работе пресс-формы.
Задачей изобретения является повышение выхода годного и увеличение производительности процесса.
Достигается это тем, что пресс-форма для прессования стаканообразных изделий, включающая верхнюю и нижнюю плиты, основную и дополнительную матрицы, верхний и нижний пуансоны, в нижней части основной матрицы размещено сменное кольцо, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру основной матрицы, а внутренний диаметр совпадает с внутренним диаметром дополнительной матрицы, причем сменное кольцо выполнено из материала, имеющего сопротивление деформации, достаточное для создания противодавления при брикетировании. Наличие такого кольца приводит к появлению усилия подпора при выдавливании сбрикетированных гранул из дополнительной матрицы в основную и создает более благоприятную схему напряженного состояния с преобладанием сжимающих напряжений, препятствующих возникновению микротрещин и повышающих ресурс пластичности металла гранул. Устраняется дополнительная операция по обточке верхней части пресс-изделия и повышается на 7-8% выход годного. При этом отпадает необходимость в тарельчатых пружинах, создающих противодавление для предварительного уплотнения гранул в брикет, так как нужное по величине противодавление обеспечивает сменное кольцо. Сокращение остановок пресс-формы для замены тарельчатых пружин повышает производительность процесса на 2-3%.
Таким образом, конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом характеризуются отличительными признаками, позволяют повысить выход годного и увеличить производительность процесса.
Пресс-форма для прессования стаканообразных изделий (Фиг.) состоит из нижней плиты 1, установленной на столе пресса, с закрепленной в ней основной матрицей 2, в полости которой установлено сменное кольцо 3, опирающееся на нижний пуансон 4. Дополнительная матрица 5 жестко закреплена в верхней плите 6, связанной с траверсой 7 пресса посредством тяг 8, имеющих направляющие 9 в нижней плите 1. Два клин-пальца 10, жестко укрепленные в траверсе 7 пресса, своими концами входят в наклонные отверстия 11 ползунов 12, установленных в горизонтальных пазах 13 верхней плиты 6. В верхней части тяг 14, неподвижно закрепленных на нижней плите 1, выполнены отверстия 15 под ползуны 12. Верхний пуансон 16 жестко закреплен в траверсе 7 пресса.
Устройство работает следующим образом.
Гранулы засыпают во внутреннюю камеру дополнительной матрицы 5, закрытую снизу пуансоном 4. При опускании траверсы 7 пресса перемещается вниз верхний пуансон 16. Давление пресса через гранулы передается на нижний пуансон 4 и внутреннюю поверхность сменного кольца 3. При этом сопротивления деформации материала сменного кольца достаточно для создания противодавления, обеспечивающего предварительное уплотнение гранул в брикет. В момент окончания процесса брикетирования происходит запирание пресс-формы ползунами 12, которые под действием клин-пальцев 10 входят в отверстия 15 тяг 14. Последующее наращивание давления вызывает пластическое истечение материала сменного кольца и предварительно брикетированных гранул в рабочую полость, образованную наружной поверхностью дополнительной матрицы 5 и внутренней поверхностью основной матрицы 2 в направлении, противоположном движению верхнего пуансона 16. При этом возникают интенсивные сдвиговые деформации, приводящие к диффузионной сварке деформируемых гранул, а сменное кольцо создает сжимающие напряжения, препятствующие возникновению микротрещин в формирующейся верхней части стаканообразного пресс-изделия.
После окончания прессования траверса 7 пресса поднимается вверх, пуансон 16 выходит из внутренней камеры дополнительной матрицы 5 и происходит размыкание пресс-формы. Верхняя плита 6 тягами 8 поднимается над нижней плитой 1, при этом осуществляется отделение дополнительной матрицы 5 от полученного изделия. Пуансон 4 поднимает над нижней плитой 1 отпрессованное изделие, которое затем вместе с деформированным сменным кольцом 3 снимается манипулятором и поступает в накопитель. Пуансон 4 возвращается в крайнее нижнее положение, на него укладывается новое сменное кольцо 3, пресс-форма смыкается и цикл прессования повторяется.
С помощью предлагаемого устройства и прототипа получены стаканообразные пресс-изделия диаметром 50 мм и высотой 60 мм с толщиной стенок и дна 5 мм. Прессование гранул алюминиевого сплава САС-1 (Si 25-30%, Ni 5-7%, остальное Al) осуществляли при 450°C и скорости деформирования 0,1 мм в секунду. Качество схватывания гранул, зависящее от наличия микротрещин, оценивают по технологической пробе на раздачу конусом. Величину относительной раздачи (X, %) стенок стаканообразных изделий определяют с помощью стального шлифованного конуса с углом 30. Результаты представлены в табл.1.
| Таблица 1 | |
| Величина относительной раздачи стенок пресс-изделий | |
| Устройство | X, % |
| Предлагаемое | 11-12 |
| Прототип | 5-7 |
Значения плотности дна и верхней части стенок пресс-изделий показано в табл.2.
| Таблица 2 | ||
| Значения плотности пресс-изделий (γ, г/см3) | ||
| Устройство | Дно | Верхняя часть стенки |
| Предлагаемое | 2,73±0,05 | 2,72±0,05 |
| Прототип | 2,73±0,05 | 2,54±0,05 |
При прессовании с применением предлагаемого устройства получено изделие с качественным схватыванием гранул по всему объему пресс-изделия. При прессовании с применением прототипа по глубине до 3-5 мм от верхней кромки стенок пресс-изделия имеются микротрещины, на что указывают результаты испытаний (см. табл.1 и табл.2).
Вследствие устранения потерь металла на обрезь верхней части стенок пресс-изделий выход годного при прессовании с применением предлагаемого устройства повышается на 7-8%.
Создание сменным кольцом противодавления при брикетировании гранул позволяет отказаться от тарельчатых пружин для подпружинивания нижнего пуансона, которые при горячем прессовании изделий теряли свои упругие свойства и подлежали частой замене. Сокращение остановок пресс-формы для замены пружин позволяет повысить производительность процесса на 2-3%.
Пресс-форма для прессования стаканообразных изделий, включающая верхнюю и нижнюю плиты, основную и дополнительную матрицы, верхний и нижний пуансоны, отличающаяся тем, что в нижней части основной матрицы размещено сменное кольцо, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру основной матрицы, а внутренний диаметр совпадает с внутренним диаметром дополнительной матрицы, причем сменное кольцо выполнено из материала, имеющего сопротивление деформации, достаточное для создания противодавления при брикетировании.
