СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОКОВОК ИЗ СКОМПАКТИРОВАННЫХ СПЕЧЕННЫХ ЗАГОТОВОК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ
METHOD TO PRODUCE CYLINDRICAL FORGED PIECE FROM COMPACT SINTERED BLANKS OF METAL POWDERS

Область техники
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для производства цилиндрических поковок заданной плотности из скомпактированных спеченных заготовок металлических порошков.
Уровень техники
Известен способ горячей штамповки поковок, который включает нагрев исходной заготовки, штамповку в закрытом штампе осадкой в торец, извлечение поковки из штампа и охлаждение [Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. - М.: Машиностроение, 1986. - Т.2. Горячая объемная штамповка / Под ред. Е.И. Семенова, 1986. - С.171].
Известен также принятый заявителем за наиболее близкий аналог способ горячей штамповки цилиндрических поковок, включающий нагрев исходной цилиндрической заготовки, штамповку в закрытом штампе осадкой в торец, извлечение поковки из штампа с использованием выталкивателя и охлаждение [Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. - Изд. 2-е. - М.: Машиностроение, 1976. - С.261-262, 279-280].
Недостаток известных способов заключаются в следующем.
Размеры исходной монолитной заготовки определяются из условия постоянства объема. Однако данное условие неприменимо при использовании пористой порошковой заготовки, так как не обеспечивает производство поковки с требуемой плотностью.
Указанный недостаток не позволяет определять деформационные условия штамповки, гарантирующие получение поковки с заданной плотностью, что не обеспечивают необходимую конструктивную прочность детали, изготавливаемой из такой поковки.
Описание изобретения
Техническая задача данного изобретения - получение цилиндрических поковок с использованием скомпактированных спеченных цилиндрических заготовок из металлических порошков с заданной плотностью.
Технический результат изобретения достигается предварительным определением необходимых парных значений высотной и радиальной относительных деформаций цилиндрической заготовки при штамповке в закрытом штампе осадкой в торец.
На чертеже изображена схема производства поковок, где 1 - исходная заготовка, 2 - штамп, 3 - поковка, 4 - выталкиватель.
Отличительные признаки
Способ отличается от известного тем, что для процесса пластического деформирования композиционных спеченных порошковых материалов в закрытом штампе используется условие сохранения постоянства массы:
i
i
V·ρ=const,
i
<mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>i</mi></msub><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mi>м</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow />
<mrow><msub><mi>γ</mi><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>γ</mi><mi>m</mi></msub></mrow>
где V- объем заготовки или поковки;
- относительная плотность заготовки или поковки;
- плотность заготовки или поковки;
- плотность металла, из которого изготовлен порошок.
Способ работает следующим образом.
Нагретую исходную цилиндрическую заготовку 1 штампуют в закрытом штампе 2 осадкой в торец. При этом деформационное условие процесса штамповки определяется по выражению:
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>ε</mi><mi>r</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><msub><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ρ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mrow /></msub></mrow>
,
<mrow><msub><mi>ε</mi><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mrow /></msub></mrow>
где
- относительное торцевое обжатие заготовки,
0,
1
h h - высота исходной заготовки и поковки соответственно;
<mrow><msub><mi>ε</mi><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>d</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>d</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
- относительная радиальная деформация заготовки,
0
1
d, d диаметр исходной заготовки и поковки соответственно;
0=
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow />
ρ
- относительная плотность заготовки,
0
γ - плотность заготовки;
1=
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
ρ
- относительная плотность поковки,
1
γ - плотность поковки.
1=
0
1
r
Из данного условия определяются размеры получаемой поковки: высота h(1-ε)·h и диаметр d=(1+ε)·d.
Затем поковку 3 с использованием выталкивателя 4 извлекают из штампа 2 и охлаждают.
Данный способ производства обеспечивает получение цилиндрических поковок с заданной плотностью, гарантирующей необходимый комплекс физико-механических свойств изготавливаемых из них деталей.
Способ может быть реализован на промышленном агрегате, например гидравлическом прессе, укомплектованном нагревательной печью и закрытым штампом с выталкивателем.
Пример реализации.
0
0
m=
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mn>15839,241</mn><mi>м</mi><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup><mo>=</mo><mn>15,839</mn><mi>с</mi><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup></mrow>
<mrow><msub><mi>γ</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>m</mi><mrow><msub><mi>v</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>7,4189</mn><mi>г</mi><mo>/</mo><mi>с</mi><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup></mrow>
<mrow><msub><mi>ρ</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>γ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>γ</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>7,4189</mn></mrow><mrow><mn>8,96</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,828</mn></mrow>
3
Исходные цилиндрические заготовки высотой h=13,9 мм, диаметром d=38,1 мм и объемом
, полученные компактированием и спеканием из медного порошка ПМС-1, имели массу m=117,5 г и плотность
. При известной плотности меди γ8,96г/см относительная плотность заготовки составила
.
1
1
<mrow><msub><mi>ε</mi><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>42,5</mn><mo>−</mo><mn>38,1</mn></mrow><mrow><mn>38,1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,115</mn></mrow>
Для получения цилиндрической поковки диаметром d,=42,5 мм посредством штамповки в закрытом штампе осадкой в торец с заданной относительной плотностью ρ=0,900 радиальная относительная деформация будет
. Тогда деформационному условию удовлетворяет значение относительного обжатия ε=0,260:
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0,260</mn><mo stretchy="false">)</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>0,115</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>0,828</mn></mrow><mrow><mn>0,900</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,92</mn></mrow>
.
1
1
1
1
3
Штамповку с ограничением высотных и диаметральных размеров поковок в закрытом штампе производили на универсальной гидравлической испытательной машине РМ-20 при скорости деформирования 3 мм/с. Получили десять цилиндрических поковок высотой h=10,3 мм и диаметром d=42,5 мм. Средняя плотность поковок составила γ=7,9744г/см и ее относительная величина ρ=0,89 (с отличием от заданной величины на 1,1%).
За счет соблюдения деформационного условия штамповки в закрытом штампе из скомпактированных спеченных цилиндрических заготовок металлических порошков производятся цилиндрические поковки с заданной плотностью, что гарантирует получение из них деталей с необходимым комплексом физико-механических свойств.