ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ШТАБИКОВ

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к конструкциям пресс-форм для получения заготовок (штабиков) квадратного или прямоугольного сечений из порошков вольфрама и молибдена, а также из этих порошков, легированных оксидами тория, лантана, иттрия и других элементов.
Известна пресс-форма для прессования легированных и нелегированных порошков из вольфрама и молибдена (1), включающая вертикальный пуансон, подкладку, две боковины, две торцовые пластины и пальцы, связывающие боковины и торцовые пластины между собой. Подкладка, боковины и торцовые пластины образуют полость для засыпки порошка, из которого с помощью вертикального пуансона получают штабик.
В процессе прессования на верхнюю грань получаемого штабика действует максимальное активное сжимающее удельное усилие, а на нижнюю грань действует реактивное сжимающее усилие. Величина реактивного удельного усилия значительно меньше активного усилия вследствие действия на боковые грани штабика реактивных сил трения, которые противонаправлены активному усилию. Такая силовая схема прессования штабиков в описанной пресс-форме приводит к разной твердости на верхней и нижней гранях штабиков. Эта разница в отмеченных свойствах сохраняется и после спекания и сварки штабиков, и в результате пластической обработки таких штабиков на полученных прутках и проволоке выявляются дефекты в виде расслоений (2). Причем, в наибольшей мере такие дефекты возникают на прутках и проволоке, изготовленных из легированных порошков.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является пресс-форма для прессования штабиков (3), включающая вертикальный пуансон, подкладку, две боковины, две торцовые пластины, образующие полость для засыпки порошка. Подкладка выполнена с заплечиками. Пресс-форма снабжена упругими элементами, расположенными между указанными заплечиками, торцовыми пластинами и боковинами.
Эта пресс-форма в отличие от указанного выше аналога позволяет обжимать штабик с близкими по величинам удельными усилиями по верхней грани вертикального пуансона и по нижней грани торцовой поверхности подкладки, что повышает однородность плотности, твердости и микротвердости штабиков. Подвижность боковины и торцовых пластин позволяет устранить вредное влияние реактивных сил трения на боковых поверхностях штабика. За счет этого удельные усилия холодного прессования штабиков уменьшаются на 20-30% по сравнению с указанным выше аналогом. Однако это снижение удельных усилий прессования недостаточно.
Задачей предлагаемого решения является устранение этого недостатка, а именно дополнительное снижение удельных нормальных усилий холодного прессования штабиков.
Поставленная задача решается тем, что в пресс-форме для прессования штабиков, содержащей вертикальный пуансон, подкладку с заплечиками, две боковины и две торцовые пластины, образующие полость для засыпки порошка, упругие элементы, расположенные между заплечиками подкладки, боковинами и торцовыми пластинами, согласно предлагаемому решению, в верхней части вертикального пуансона выполнено углубление высотой h=(0,5÷0,6)Нп, где Нп - высота вертикального пуансона, в котором размещен упругий элемент, коэффициент сжимаемости которого Кп=(0,6÷0,7)Кз, где Кз - коэффициент сжимаемости упругих элементов, контактирующих с заплечиками подкладки, при этом нижний торец пуансона установлен на расстоянии Н от верхнего торца пресс-формы, равном Н=(1,5÷1,6)Нп.
Указанные конструктивные особенности пресс-формы позволяют боковинам и торцовым пластинам перемещаться со скоростью, на 30-40% превышающей скорость перемещения пуансона. Такое отношение скоростей приводит к возникновению на боковых и торцовых поверхностях прессуемого штабика активных удельных сил трения, совпадающих по направлению с активным удельным нормальным усилием Р от пуансона на прессуемый штабик. Это снижает удельные нормальные усилия холодного прессования, уменьшает затраты энергии на процесс прессования, устраняет необходимость в использовании мощных гидравлических прессов.
В качестве упругих элементов могут использоваться плоские металлические пружины или эластичные прокладки, обладающие высокими упругими свойствами, например полиуретановые прокладки.
Предлагаемая пресс-форма проиллюстрирована на фиг.1-4, где на фиг.1 общий вид пресс-формы перед прессованием, на фиг.2 - поперечное сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - общий вид пресс-формы после прессования, на фиг.4 - поперечное сечение Б-Б фиг.3.
Пресс-форма состоит из вертикального пуансона 1, двух боковин 2 и 3, двух торцовых пластин 4 и 5, подкладки 6, которая выполнена с заплечиками 7. Боковины 2, 3, торцовые пластины 4, 5 и подкладка 6 образуют полость 8 для засыпки порошка. Между заплечиками 7, боковинами 2, 3 и торцовыми пластинами 4, 5 установлены упругие элементы 9 и 10. В верхней части вертикального пуансона 1 выполнено углубление 11, в которое установлен упругий элемент 12 высотой h, равной (0,5÷0,6)Нп, где Нп - высота пуансона. Коэффициент сжимаемости Кп упругого элемента 12 равен (0,6÷0,7) коэффициента сжимаемости упругих элементов 9, 10. Нижний торец пуансона 1 установлен на расстоянии Н=(1,5÷1,6)Нп.
Пресс-форма работает следующим образом.
τ
В полость 8 собранной пресс-формы засыпается порошок, устанавливается на него вертикальный пуансон 1 вместе с упругим элементом 12 на расстояние Н от торца пресс-формы. Включают специализированный пресс (на черт. не показан) с вертикальным и горизонтальным плунжерами. Вначале перемещается горизонтальный плунжер (его усилие обозначено на черт. Рг), зажимая пресс-форму, а затем вертикальный плунжер 13 (его усилие обозначено на черт. Рв), воздействующий на пуансон 1 с упругим элементом 12, боковины 2, 3 и торцовые пластины 4, 5, прессуя из порошка штабик 14. При этом боковины 2, 3 и торцовые пластины 4, 5, установленные на заплечики 7 подкладки 6 посредством упругих элементов 9. 10, перемещаются со скоростью Vб, равной скорости перемещения вертикального плунжера 13 пресса. А вертикальный пуансон 1 перемещается со скоростью Vп<Vб за счет упругого сжатия установленного в углубление пуансона 1 упругого элемента 12. Такое отношение скоростей Vб и Vп приводит к возникновению на боковых и боковых поверхностях прессуемого штабика активных удельных сил трения f, совпадающих по направлению с активным удельным нормальным усилием Р от пуансона 1 на прессуемый штабик 14 (см. фиг.4). После прессования отводят вверх вертикальный пуансон 1, устраняют действие со стороны горизонтального плунжера. При этом упругие элементы 9, 10, опираясь на заплечики 7 прокладки 6 и принимая свою первоначальную форму, перемещают боковины 2, 3 и торцовые пластины 4, 5, в исходное положение. Принимает свою первоначальную форму и упругий элемент 12.
2
2
Согласно предлагаемому решению были изготовлены штабики из вольфрама марки ВТ (торированный вольфрам, содержащий 3% ТhО) сечением 15×15 мм и длиной 300 мм. В качестве упругих элементов были использованы прокладки из полиуретана марки СКУ-ПФЛ с коэффициентом сжимаемости Ксж.=2800МПа толщиной 50 мм для боковин и торцовых пластин и с коэффициентом сжимаемости Ксж.=3700МПа толщиной 35 мм для вертикального пуансона. После выполнения операции спекания штабики подвергались исследованию. Определялась твердость на верхних и нижних гранях 10 штабиков. Колебание твердости не превысило 20 кг/мм..
Как показали исследования, удельные усилия холодного прессования из порошков штабиков по сравнению с наиболее близким аналогом уменьшатся на 15-20%, за счет этого можно расширить размерный ряд штабиков. Снижение усилий прессования приведет к экономии электроэнергии, продлению сроков эксплуатации специализированных прессов.
Заявляемая пресс-форма найдет свое применение в порошковой металлургии при производстве штабиков из нелигированных и легированных порошков вольфрама и молибдена, применяемых для получения прутков и проволоки для электронной, электротехнической и светотехнической промышленностей.
Источники информации:
1. Г.И.Абашин, Г.М.Погосян. Технология получения вольфрама и молибдена. М.: Металлургия, 1960, с.124-126, рис.42.
2. Л.С.Водопьянова, Ю.А.Эйдук, В.А.Зарубин и др. Неравномерность усадки и физических свойств вольфрамовых штабиков марок ВЧ и ВА. Научные труды №16 «Твердые сплавы и тугоплавкие металлы». М.: Металлургия, 1976, с.245-254.
3. Патент на полезную модель №93321, Пресс-форма для прессования штабиков, МПК B22F 3/02, от 27.04.2010.