СПОСОБ ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТАЛЬНОЙ ПРЕСС-ФОРМЕ
METHOD FOR PRESSING OF POWDER MATERIALS IN STEEL PRESS MOULD

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам прессования порошковых материалов в стальной пресс-форме.
При прессовании порошковых материалов в стальной пресс-форме давление прессования, приложенное к материалу, засыпанному в матрицу, частично расходуется на преодоление внешнего и внутреннего трения [Г.А.Либенсон, В.Ю.Лопатин, Г.В.Комарницкий. Процессы порошковой металлургии. Формование и спекание. ТИМ.: «МИСиС» - 2002 - 320 с.].
Известен способ определения коэффициента трения материалов [Авторское свидетельство СССР №1817007 А1 «Способ определения коэффициента трения дисперсных материалов», от 12.05.91 г. МКИ G01N 19/02. Опубликовано 23.05.93 г. Бюллетень №19].
Недостатками известного способа являются сложность способа и отсутствие зависимости коэффициента трения от давления прессования.
Наиболее близким техническим решением является способ прессования в стальной пресс-форме, включающий размещение большого диска на четырех шариках, установку матрицы, размещение малого диска на трех шариках, засыпку порошка в матрицу, введение в полость матрицы верхнего пуансона и последующее приложение давления на верхний пуансон (фиг. 1 и 2).
Распределение давления на уплотнение порошка и потери на внешнее трение оценивают по размерам (сумме площадей сегментов) отпечатков на малом и на большом дисках (фиг. 3).
Недостатками наиболее близкого технического решения являются малая точность измерения, т.к. не учитывается потеря давления на изгиб. На фиг. 4 видно, что диск имеет три симметричных (угол 120 м) изгиба между двумя опорами (шариками). Потери давления прессования порошкового материала на изгиб малого диска трудно измерить и учесть.
Наиболее близкое устройство включает нижний пуансон с лунками, шарики, диски из пластичного материала одинакового состава и толщины, матрицу и верхний пуансон (фиг. 2).
Недостатком пресс-формы для реализации способа прототипа является невозможность передать давление, возникающее при прессовании порошка полностью, на формирование отпечатков на малом диске, без потерь на упругую деформацию и изгиб.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа для прессования порошковых материалов в стальной пресс-форме и устройства, для его осуществления, исключающие потери давления на упругую деформацию и изгиб малого диска.
Техническим результатом является повышение точности измерения давления, возникающего в порошковом теле и потере давления на преодоление внешнего трения.
Предлагаемое изобретение стало возможно после того, как авторы экспериментально установили, что давление порошка передается на малый диск через четыре участка: центральный, ограниченный центрами трех шариков и трех сегментов диска. При передаче давления порошком на диск-центральный участок упруго деформируется и не приводит к формированию отпечатков на малом диске. Три сегмента передают давление порошка на изгиб малого диска и не приводят к формированию отпечатков на малом диске. Упругую деформацию и изгиб можно исключить, если между диском и порошком расположить недеформируемую вставку.
Для достижения технического результата, в способе прессования в стальной пресс-форме, включающем размещение большого диска на четырех шариках, установку матрицы, размещение малого диска на трех шариках, засыпку порошка в матрицу, введение в полость матрицы верхнего пуансона и последующее приложение давления на верхний пуансон, перед засыпкой порошка в матрицу, для повышения точности измерения, устанавливают второй нижний пуансон, боковую цилиндрическую поверхность которого предварительно смазывают пластичной смазкой (фиг. 5).
Пресс-форма для прессования порошковых материалов, содержащая нижний пуансон с лунками, шарики, диски из пластичного материала одинакового состава и толщины, матрицу и верхний пуансон, дополнительно снабжена вторым нижним пуансоном, цилиндрическая поверхность которого смазана пластичной смазкой. В качестве смазки - вазелин или автомобильные смазки.
Пример 1. Способ - прототип.
Способ прессования включает размещение большого диска на четырех шариках, установку матрицы, размещение малого диска на трех шариках, засыпку порошка в матрицу, введение в полость матрицы верхнего пуансона и последующее приложение давления на верхний пуансон (фиг. 1 и 2).
Площадь отпечатков (площадь сегмента сферы) определяли по формуле:
<mrow><mi>s</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>r</mi><mi>H</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>cos</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>α</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext>                                                                    (1)</mtext></mrow>
где Н - высота сегмента, а α - зенитный угол
В таблице 1 приведены результаты трех измерений и расчет потери давления на трение порошка о стенки пресс-формы по формуле (1).
Таблица 1
Расчет потери давления на внешнее трение порошка Т5К10 в пресс-форме
D отпеч. мм
D шарика, мм
D отпеч 12
D/2 /R шар.
угол градус
90-угол
cos α
площадь
сумма 3-х отпечатков
1,79
3,98
0,895
0,449749
63,3
26,7
0,893
2,661029
1,88
0,94
0,472362
61,8
28,2
0,881
2,959462
8,25665
1,78
0,89
0,447236
63,4
26,6
0,894
2,636159
В таблице 2 приведены результаты измерения толщины малого диска и искривление (изгиб) с трех сторон малого диска, фиг. 6.
В таблице приведены результаты эксперимента для сухого и мокрого прессования, для разной массы навески порошка.
Таблица 2
Расчет величины изгиба диска, находящегося под нижнем прессующем пуансоном
h-диска
изгиб
среднее
6,3 г; d=16 mm; Рманометра=4 кгс/см2
2,39
2,483
2,475
2,487
2,478667
1,037099
сухое
2,007
2,18
2,147
2,113
2,143667
1,068095
6 капель уайт-спирита
1,745
2,12
2,283
2,078
2,157333
1,236294
40 капель уайт-спирита
1,835
2,043
2,093
2,063
2,063333
1,124432
40 капель воды
12,6 г; d=16 mm; Рманометра=4 кгс/см2
1,725
1,916
1,954
1,914
1,925
1,115942
сухое
1,815
1,96
2,025
1,985
1,987
1,094766
6 капель уайт-спирита
1,615
2,069
2,045
1,99
2,031667
1,257998
40 капель уайт-спирита
1,825
1,905
1,96
1,933
1,929667
1,057352
80 капель воды
столбец "6" - это деление столбца "5" на толщину диска столбца "1"
Сравнивая толщину диска, столбец 1, изгиб, столбцы 2, 3, 4, можно убедиться в том, что изгиб вносит существенную ошибку. Измерить упругую деформацию в центре малого диска не представляется возможным.
Пример 2. Предлагаемый способ.
2
На фиг. 5 представлено предлагаемое устройство, которое дополнительно снабжено вторым, недеформируемым нижним пуансоном, смазанным пластичной смазкой. В результате прессования при давлении 4 кгс/см, получили отпечатки, рисунок 7, без искривления диска. Давление порошка передано полностью, без потерь на упругую деформацию и изгиб.
Таблица 3
Расчет площади отпечатков при прессовании нижней шайбы стальным пуансоном, 4 кгс/см<sup>2</sup>
D отпеч. мм
D шарика, мм
D отпеч /2
D/2/R шар.
угол градус
90-угол
cos Y
площадь
сумма 3-х отпечатков
1,79
3,98
0,895
0,449749
63,3
26,7
0,893
2,661029
1,875
0,9375
0,471 106
61,9
28,1
0,882
2,934593
9,15195
2,046
1,023
0,51407
59
31
0,857
3,556328
2
Сравнение суммы трех отпечатков, таблица 1, и суммы трех отпечатков, таблица 3, показывает увеличение площади отпечатков на малом диске на 0,8953 мм (9,8%), за счет исключения потерь на упругую деформацию и изгиб диска.