УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области получения твердосплавных электродов для электроискрового легирования (ЭИЛ) из тугоплавких неорганических материалов методом сочетания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и экструзии.
Известна установка для изготовления электродов для электроискрового легирования методом сочетания СВС и экструзии, содержащая пресс с системой управления и пресс-форму, включающую секционный контейнер, пресс-шайбу, матрицу и пуансон с устройством инициирования, выполненными в виде вольфрамовой спирали (В.В.Подлесов, А.М.Столин, А.Г.Мержанов, СВС-экструзия электродных материалов и их применение для электроискрового легирования стальных поверхностей. Инженерно-физический журнал, т.63, №5, с.636-647). Установка позволяет получать твердосплавные электроды для электроискрового легирования из тугоплавких неорганических материалов.
Недостатками известной установки является низкая производительность и неудовлетворительное качество изделий, выраженное в неоднородности свойств по объему (длине) изделий.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для изготовления длинномерных изделий из порошковых материалов, которое включает пресс, блок автоматического управления, пресс-форму, контейнер, имеющий полость для смеси, крышку и наружный кольцевой упор, матрицу с углом конической части 120° и с формующим пояском, систему инициирования, пуансон, теплоизолированный калибр (RU 2013186 С1, 30.05.1994).
Недостатком известных технических решений является использование матрицы с длинной формующего пояска равной 5…7 мм, что приводит к низкой воспроизводимости и снижению производительности процесса СВС-экструзии, а также плохому качеству получаемых стержней.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение производительности устройства, увеличение длины, качества, получаемых электродов и их количества за один рабочий цикл.
Технический результат достигается тем, что устройство для изготовления электродов для электроискрового легирования, содержащее пресс, блок автоматического управления, пресс-форму, контейнер, имеющий полость для смеси, крышку и наружный кольцевой упор, систему инициирования, пуансон, теплоизолированный направляющий калибр, в верхней части связанный с матрицей, имеющей формующий поясок, согласно полезной модели, длина формующего пояска составляет 10…20 мм, а матрица выполнена из стали 45Х.
Как показали экспериментальные исследования, длина формующего пояска матрицы L (Фиг.а, б) оказывает сильное влияние на механическую устойчивость течения материала при выдавливании и формообразовании изделия. Для прототипа при L~0…7 мм течение материала через матрицу носит неустойчивый характер, материал не формуется и выдавливается в виде прореагировавшего порошка и отдельных скомпактированных стержней длиной 20…50 мм. Воспроизводимость процесса СВС-экструзии низкая. Увеличение длины формующего пояска для заявляемой полезной модели приводит к стабильности режима выдавливания, улучшаются качество поверхности и прямолинейность электродов, повышается воспроизводимость процесса СВС-экструзии. По достижении некоторого оптимального значения L=10…20 мм дальнейшее увеличение перестает оказывать заметное влияние на длину экструдированных стержней. Стандартная длина электродов для ЭИЛ составляет 40…50 мм, поэтому выход годных электродов за один рабочий цикл СВС-экструзии для заявленной полезной модели до 5 раз выше, чем для прототипа. За счет использования матрицы из низколегированной стали (сталь 45Х) снижается себестоимость изготовления электродов.
Сущность полезной модели поясняется принципиальной схемой устройства, представленного на фиг., которое включает двухслойный контейнер 1 с верхней крышкой, куда вставлено приспособление 2 для инициирования реакции, пресс-шайба 3 и инициирующая спираль 4. В конструкцию входят матрица 5 с длиной формующего пояска L=10…20 мм (для наглядности поясок 14 выделен отдельно на фиг.б) и датчиком 6 температуры (термопарой), заглушки 7, пуансон 8 со вставленным внутрь его направляющим теплоизолирующим калибром 9. Внутри контейнера располагается заготовка 10, теплоизолированная от стенок контейнера асбестовой тканью 11. Снаружи контейнера расположен кольцевой упор 12, на который навешиваются дополнительные грузы 13, увеличивающие при необходимости массу контейнера.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно спрессованная из исходной шихты заготовка 10 покрывается по краям асбестовой тканью 11, помещается через отверстие внутрь контейнера 1. Во внутреннюю полость пуансона 8 вставляют теплоизоляционный направляющий калибр 9, сверху ставят матрицу 5 со встроенной термопарой 6, выводы которой закрепляют на пуансоне. На эту конструкцию надевают контейнер 1 с помещенной внутри него заготовкой так, чтобы выводы датчика температуры вошли в паз одного из газоотводящих каналов. Предварительно в контейнер вставляется крышка с приспособлением 2 для инициирования реакции. Таким образом, заготовка оказывается нагруженной всей массой контейнера, включая дополнительные кольца на его наружной стороне. После этого включают систему управления и происходит воспламенение экзотермической смеси внутри контейнера. В процессе горения и после его окончания за счет массы контейнера с дополнительными грузами происходит уплотнение заготовки до определенной пористости, температура материала падает от температуры, развиваемой при горении, до температуры выдавливания, заданной устройством выдержки. При достижении указанной температуры включается подача давления и ползун пресса приходит в кинематический контакт с крышкой пресс-формы и при давлении 20-100 МПа происходит экструзия продуктов горения в направляющий теплоизолированный калибр. Заглушка продавливается при достижении определенного давления. По окончании времени прессования, задаваемого системой управления, подается команда на подъем плунжера, и он возвращается в исходное положение. Конкретный вариант установки выполнен на базе гидравлического пресса П6324Д с максимальным усилием 20 Т. Внутренний диаметр пресс-формы 35 мм. Контейнер изготовлен из стали 45, пуансон - из стали ХВГ, матрица - из стали 45Х, заглушка - из стали 3, направляющий калибр - из стали 12Х18Н9Т и теплоизолирован кварцевым стеклом.
Сущность полезной модели подтверждается примерами.
Пример 1 (прототип).
Исходную смесь из порошков титана, никеля и сажи (шихту) смешивают в шаровой мельнице в течении 24 ч при следующем соотношении компонентов масс.%: Ti - 56; С - 14; Ni - 30.
Из полученной шихты формуют таблетки диаметром 25 мм и массой 30 г и помещают в пресс-форму, диаметр выходного отверстия матрицы составляет 3 мм.
После инициирования реакции, прохождения фронта СВС и выдержки до нужной температуры материала в течении нескольких секунд осуществляется выдавливание продукта с заданной скоростью. Выдавливание производят через теплоизолированную коническую матрицу с углом конической части 120 и длиной формующего пояска 5 мм.
Выдавливается плохо скомпактированный прореагировавший порошок и стержни длиной 20…50 мм с чешуйчатой поверхностью.
Количество годных электродов для ЭИЛ за один рабочий цикл составляет 0…1 шт.
Увеличение формующего пояска до 7 мм увеличивает количество годных электродов для ЭИЛ за один рабочий цикл до 2 шт.
Пример 2.
В условиях примера 1 сгоревшую шихту выдавливают через теплоизолированную матрицу с длиной формующего пояска 10 мм.
Длина выдавленных стержней 120…165 мм. Поверхность выдавленных стержней гладкая.
Количество годных электродов для ЭИЛ за один рабочий цикл составляет 4 шт.
Пример 3.
В условиях примера 1 сгоревшую шихту выдавливают через теплоизолированную матрицу с длиной формующего пояска 15 мм.
Длина выдавленных стержней 135…170 мм. Поверхность выдавленных стержней гладкая. Количество годных электродов для ЭИЛ за один рабочий цикл составляет 5 шт.
Пример 4.
В условиях примера 1 сгоревшую шихту выдавливают через теплоизолированную матрицу с длиной формующего пояска 20 мм.
Длина выдавленных стержней 140…170 мм. Поверхность выдавленных стержней гладкая. Количество годных электродов для ЭИЛ за один рабочий цикл составляет 5 шт.
Пример 5.
В условиях примера 1 сгоревшую шихту выдавливают через теплоизолированную матрицу с длиной формующего пояска 25 мм.
Длина выдавленных стержней 130…170 мм. Количество годных электродов для ЭИЛ за один рабочий цикл составляет 5 шт, однако трудно извлекается пресс-остаток из матрицы.
Из приведенных примеров следует, что, при значениях длины формующего пояска матрицы 10…20 мм длина выдавленных стержней составляет 120…170 мм. При малых значениях длины формующего пояска 5…7 мм материал выдавливается в виде плохо скомпактированного прореагировавшего порошка и стержней длиной 20…50 мм с чешуйчатой поверхностью, что снижает количество годных электродов для ЭИЛ. При длине формующего пояска более 20 мм значительных изменений в выдавленных стержнях не наблюдается, однако происходит забивка матрицы материалом, что приводит к ее выходу из строя.
2
Свойства полученных электродов: стойкость против окисления 2,0-2,2 мг/см; твердость 78-80 HRA; средний размер зерна 1-3,5 мкм. Свойства легированных металлических поверхностей: сплошность 75-90%, толщина покрытия 20-45 мкм, износостойкость увеличивается в 2-5 раз. Выход годных стержней увеличивается в 4-5 раз относительно прототипа.