МНОГОМЕСТНАЯ ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКОВ

Полезная модель относится к порошковой металлургии и технологии, в частности к пресс-формам для прессования порошков и порошковых композиций.
Известна пресс-форма для прессования плоских изделий (Металлокерамические твердые сплавы / Романова Н.И., Чекулаев П.Г., Дусев В.И. и др. - М.: Металлургия, 1970. - с.137-138), включающая две щеки, два сухаря, ограничитель, комплект средних вкладышей, комплект верхних пуансонов, комплект подкладок (нижних пуансонов) по числу прессуемых изделий, две шпильки соединяющие щеки и сухари.
Недостатком конструкции данной пресс-формы является то, что матрица собрана посредством пары шпилек. В процессе формования, при приложении к пуансонам удельного усилия прессования возникает высокое боковое давление на щеки матрицы со стороны прессуемого материала, что приведет к раскрытию матрицы и браку изделий. Другим недостатком является высокая трудоемкость и стоимость изготовления комплекта пуансонов и подкладок. Порошки металлокерамических твердых сплавов представляют собой смесь карбидов вольфрама, тантала, титана и других металлов с добавлением порошка кобальта.
Как отмечено в работе О.В. Романа (Роман, О.В., Габриелов, И.П. Порошковая металлургия - безотходная энергосберегающая технология. - Минск: Беларусь, 1986. - с.43), для изготовления пуансонов и матриц пресс-форм для прессования труднодеформируемых порошковых материалов следует использовать, например такую дорогостоящую и труднообрабатываемую сталь, как 3Х2В8. Трудоемкость изготовления деталей пресс-форм состоит в большом количестве операций механической обработки, включающем в себя черновые, чистовые переходы токарной или фрезерной обработки, шлифование и полирование рабочих поверхностей, для достижения требуемых параметров точности по 7-8 квалитету и шероховатости порядка Ra0,8-Ra1,6. Для получения требуемых параметров прочности и твердости заготовки деталей пресс-форм необходимо получать ковкой или штамповкой, а перед финишными операциями механической обработки предусматривать термообработку. Кроме того, в связи с высокой прочностью и твердостью материала деталей пресс-форм на операциях механической обработки следует использовать специальный инструмент, что так же повышает стоимость изготовления.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому решению является пресс-форма для прессования порошков по патенту (SU 923744, МПК B22F 3/14, В30В 15/02, заявлено 02.07.80. опубл. 30.04.82. - Бюл. №16), содержащая многоместную матрицу, опорную плиту, комплект верхних и нижних пуансонов, обойму с полостями, соосными гнездам матрицы, упругие элементы, расположенные в полостях обоймы под нижними пуансонами (прототип).
Преимущество этой пресс-формы, по сравнению с указанной выше, состоит в том, что в конструкции многоместной матрицы нет шпилек, она выполнена замкнутой, поэтому раскрытие матрицы при приложении рабочих нагрузок не происходит.
Недостатком прототипа, как и аналога, является высокая трудоемкость и стоимость изготовления всех деталей пресс-формы. К недостаткам можно отнести и то, что многоместная матрица данной пресс-формы, выполнена из графита. Между тем известно, что графит обладает пониженной прочностью и существенной анизотропией свойств и по-разному сопротивляется сжимающим и изгибающим нагрузкам, которые возникают, в данном случае, в процессе прессования изделий (прочность на изгиб в 2 и более раз ниже прочности на сжатие). К сожалению, состав, марка и свойства использованного графита в патенте не указаны.
В одной из публикаций (Тырин, В.А., Полисар, Э.Л., Черных В.А. Особенности технологии производства крупногабаритных тиглей для плавки меди и ее сплавов // Цветная металлургия, 1973, №3. - с.45-46) доказано, что инструмент (литьевые формы) из электродного графита обладает пониженной прочностью и стойкостью. Заявителем в лаборатории, была изготовлена опытная пресс-форма из электродного графита производства ОАО «Челябинский электродный завод». При прессовании первого же изделия из углеродной порошковой композиции со смолой с удельным давлением прессования 300 МПа произошло разрушение матрицы и пуансонов, что подтверждает данные выше указанной статьи.
При описании процесса прессования в прототипе не указаны: средний размер и форма частиц хрома, насыпная плотность, степень уплотняемости при формовании, тип защитной среды при нагреве (вакуум, аргон, гелий), что не позволяет установить, как при удельном давлении 10 МПа была достигнута 100% плотность прессовок.
p
В монографии крупнейшего в мире специалиста в области порошковой металлургии и. технологии Ф.Айзенкольба (Айзенкольб, Ф. Успехи порошковой металлургии. - М.: Металлургия, 1969. - с.355-365) указано, что порошок хрома является одним из самых твердых металлических порошков и очень трудно формуется. Причем, удельное давление формования должно достигать величин порядка 500МПа. При этом, после прессования и спекания при t=1450-1500°C в течение 3-4 часов не удается достигнуть плотности выше 85% от теоретической, а пористость при этом достигает 15%.
Задачей предлагаемого решения является снижение трудоемкости и стоимости изготовления пресс-формы, за счет упрощения конструкции инструмента (пуансона).
Поставленная задача решается тем, что в многоместной пресс-форме для прессования порошков, содержащей матрицу, верхний пуансон, обойму, комплект нижних пуансонов, комплект вкладышей средних, образующих полости для засыпки порошка, и упругие элементы, расположенные в обойме, согласно предложению, верхний пуансон выполнен в виде единой плоской плиты, размер которой по наружному контуру соответствует размеру внутреннего контура матрицы, а упругие элементы расположены между нижними пуансонами под соответствующими вкладышами средними.
Указанная конструкция позволяет снизить количество обрабатываемых деталей пресс-формы (вместо трех и более верхних пуансонов достаточно изготовить один), тем самым снизить трудоемкость изготовления инструмента и его стоимость.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид пресс-формы в разрезе по вертикальной плоскости в начальный момент прессования; на фиг.2 - то же в конечный момент прессования изделий.
Многоместная пресс-форма состоит из матрицы 1, верхнего пуансона 2, обоймы 3, в которую установлены нижние пуансоны 4 и упругие элементы 5, выполненные из полиуретана. На упругие элементы установлены вкладыши средние 6, таким образом, что бы верхние торцы вкладышей средних и верхний торец матрицы располагались в одной плоскости N.
Пресс-форма работает следующим образом.
В гнезда пресс-формы в открытом состоянии засыпают порошок 7 таким образом, что верхний торец матрицы 1, вкладышей средних 6 и верхняя поверхность засыпок составляют одну плоскость N, что позволяет упростить операцию разравнивания.
в
в
Включают пресс. При рабочем ходе верхнего пуансона 2 (фиг.2, по стрелке Р) между стенками матрицы, верхним пуансоном, вкладышами средними и нижними пуансонами образуются замкнутые полости с порошком 7. Порошок 7 прессуется. Вкладыши средние 6 под воздействием вертикального давления Р со стороны пуансона 2 движутся вниз, деформируя при этом упругие элементы 5.
3
3
Согласно предлагаемому решению были изготовлены прессовки с размерами 20×30×80 мм из углеродной композиции (графит искусственный измельченный 80%, порошковая фенолформальдегидная смола 20%) с размером 80% частиц порядка 100 мкм и насыпной плотностью 0,6 г/см. При этом удельное давление прессования составляло 300 МПа, скорость перемещения верхнего пуансона 2,5 мм/с, температура порошковой смеси 170°C выдержка под давлением производилась в течении 5 минут. Плотность полученных прессовок находилась в пределах 1,85-1,9 г/см, расслоений не обнаружено.
Выполнение верхнего пуансона в виде единой плоской плиты позволяет снизить трудоемкость изготовления многоместной пресс-формы за счет уменьшения количества обрабатываемых деталей при одновременном обеспечении требуемого качества прессуемых изделий.