Устройство для прессования трубчатых ступенчатых изделий из порошков

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, а именно, к устройствам для прессования трубчатых ступенчатых изделий из порошков.
Известно устройство для прессования изделий из порошков, включающая жесткий контейнер, входящие в него пуансоны и эластичный формующий элемент, помещенный в жесткий контейнер и имеющий полость для засыпки порошка (А.М. Уманский. Изостатическое прессование. Институт «Цветметинформация», М., 1971, с. 26.). При прессовании эластичной средой точность изготовления невысокая, а шероховатость поверхности порошкового изделия довольно большая, что требует обязательной механической обработки. Кроме того, следует отметить, что в таких пресс-формах можно получать изделия только простой формы - шары, диски, ступенчатые невысокие валики.
Известно устройство, принятое за прототип, которое содержит обойму, пуансон, размещенную в обойме эластичную матрицу для порошка, сегменты с эластичными прокладками и нижнюю неподвижную вставку с центральным стержнем, причем сопряженные поверхности обоймы и матрицы выполнены конусными (Авторское свидетельство СССР №728997, кл. B22F 3/02, 1981). Пресс-форма позволяет получать трубчатые изделия, например, втулки, однако номенклатура прессуемых изделий ограничена небольшими перемещениями сегментов в радиальном направлении. Изготовление и эксплуатация конструкции с большим количеством сегментов сложной формы весьма затруднительны. Кроме того, прессовки, получаемые в такой пресс-форме, не имеют базовых поверхностей, необходимых для последующей финишной обработки изделия. Такие поверхности приходится дополнительно обрабатывать, что приводит к увеличению трудоемкости процесса.
Техническая проблема, решаемая изобретением, - повышение точности прессуемых изделий, формование базовых поверхностей для последующей механической обработки и расширение номенклатуры прессуемых деталей.
Сущность полезной модели выражается в совокупности следующих существенных предлагаемых признаков:
- устройство снабжено дополнительно жесткой матрицей, примыкающей к нижней части обоймы и эластичной матрицы, установленной соосно с ними с возможностью перемещения по нижнему пуансону;
- жесткая матрица подпружинена со стороны нижнего пуансона и установлена с возможностью перемещения по нижнему пуансону до смыкания с нижней плитой;
- верхний пуансон выполнен составным из коаксиально расположенных верхнего внутреннего и верхнего наружного пуансонов, при этом верхний внутренний пуансон входит в эластичную матрицу и установлен с возможностью перемещения по центральному стержню;
- нижний пуансон, входящий в рабочую полость жесткой матрицы, зафиксирован в нижней плите.
Технический результат, достигаемый при этом, заключается в повышении точности прессуемых изделий, формовании базовых поверхностей для финишной механической обработки и расширении номенклатуры прессуемых деталей, например, изготовлении ступенчатых втулок произвольной формы.
На прилагаемой к описанию фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства для прессования трубчатых ступенчатых изделий из порошков. Пресс-форма содержит цилиндрическую обойму 1, в сквозной полости которой установлена эластичная матрица 2. Обойма и эластичная матрица установлены коаксиально на дополнительной жесткой матрице 3, верхняя часть которой входит в обойму и образует рабочую полость пресс-формы. Нижний пуансон 4 с закрепленным в его отверстии центральным стержнем 5 установлен и зафиксирован в нижней плите 6. Верхний пуансон выполнен составным из коаксиально расположенных верхнего внутреннего 7 и верхнего наружного пуансонов 8, при этом верхний внутренний пуансон входит в эластичную матрицу 2 и установлен с возможностью перемещения по центральному стержню 5. Дополнительная жесткая матрица 3 опирается на пружины 9 со стороны нижнего пуансона 4 и установлена с возможностью перемещения по нижнему пуансону 4 до смыкания с нижней плитой 6.
Устройство работает следующим образом. В отверстии нижней плиты 6 фиксируют нижний пуансон 4 с вставленным в него центральным стержнем 5. На нижнюю плиту 6 устанавливают пружины 9 и одевают жесткую матрицу 3 на нижний пуансон 4. Обойму 1 с вставленной в нее эластичной матрицей 2 устанавливают коаксиально на жесткой матрице 3 по выступу на ее верхнем торце. В полость между внутренней поверхностью эластичной матрицы 2, внутренней поверхностью жесткой матрицы 3, центральным стержнем 5 и торцем нижнего пуансона 4 засыпают требуемое количество порошка 10. Рабочий объем с порошком замыкается верхним наружным пуансоном 8 и верхним внутренним пуансоном 7, который одевается на центральный стержень 5 и при этом вводится во внутреннее отверстие эластичной матрицы 2. Для фиксации устройства в сборе и возможности его перемещения симметрично устанавливают С-образные скобы 11 (на левой части, прилагаемой к описанию фиг. 1).
Устройство в сборе помещают на стол гидравлического пресса. Фиксирующие скобы 11 снимают. Усилие от траверзы пресса Р через верхнюю плиту передается к верхним пуансонам 7 и 8 и соответственно передается на эластичную матрицу 2 и порошок 10. В процессе движения траверзы происходит сжатие пружин 9, следовательно, опускание обоймы 1 с эластичной матрицей 2 и жесткой матрицей 3. Таким образом, одновременно с конической частью прессовки 12 происходит уплотнение ее цилиндрической нижней части (на правой части, прилагаемой к описанию фиг. 1). Благодаря эффекту «плавающей матрицы» и созданию в эластичной среде квазиизостатического давления плотность прессовки по объему выравнивается. В конце процесса прессования жесткая матрица 3 упирается в плиту 6. При этом фиксируется размер прессуемого изделия. После снятия давления эластичная матрица возвращается в исходное состояние, пресс-форма разбирается, готовая прессовка 12 выталкивается из матрицы 3 нижним пуансоном 4.
При прессовании ступенчатых втулок, по крайней мере одна из ступеней у которых сложной формы, например, коническая, предпочтительно использование эластичной среды, обеспечивающей получение равномерного распределения плотности. Цилиндрическую ступень втулки лучше прессовать жестким инструментом, что обеспечивает получение точного торца и диаметра, которые можно использовать в качестве базовых поверхностей при дальнейшей финишной обработке. В ряде случаев получаемую поверхность можно не обрабатывать. Для расширения номенклатуры прессуемых изделий можно использовать метод групповой обработки, при котором не требуется изготовление нового устройства, а лишь замена некоторых деталей - эластичной жесткой матрицы или пуансонов.
В качестве примера осуществления устройства можно представить прессование трубчатого изделия в виде ступенчатой втулки, одна ступень которой представляет цилиндрическую втулку наружным диаметром 25 мм, внутренним диаметром 10 мм и высотой 15 мм, а вторая ступень представляет усеченный конус с нижним диаметром 40 и верхним диаметром 25 мм соответственно, отверстием диаметром 10 мм и высотой 20 мм. Материал -порошок на основе железа АНС 100.29 (Химический состав: Fe=99,84; С=0,003; окислы =0,13). Прессование осуществляли в соответствии с описанием. Давление прессования составляло 650-680 МПа. Средняя плотность прессовки составила 0,84-0,86. Температура спекания=1150 град, время спекания 1,5 часа. Полученную прессовку можно использовать как точную профилированную заготовку для дальнейшей, в том числе пластической, обработки.