CS243900B1

CS243900B1 - Method of bodies mass production made from hard powder-like materials

Info

Publication number: CS243900B1
Application number: CS851598A
Authority: CS
Inventors: Jan Vacek; Lubomir Chladek; Josef Tesar; Jiri Miculek; Frantisek Kupcik
Original assignee: Jan Vacek; Lubomir Chladek; Josef Tesar; Jiri Miculek; Frantisek Kupcik
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS159885A1

Abstract

Řešení se týká hromadné výroby tělísek z tvrdých práškových materiálů nebo jejich směsí s vazebnými látkami. Podstata spočívá v tom, že tenkostěnné obálky naplněné zhutňovaným práškem jsou rozmístěny v dutině lisovnice pro výbuchové lisování a prostor mezi nimi je vyplněn pomocným práškovým materiálem, přičemž poměr relativních hustot pomocného práškového materiálu a zhutňovaného prášku je větší než 0,5.The solution relates to mass production of bodies of hard powder materials or their with binders. The essence is that thin-walled envelopes filled with compacted powder are distributed in the die cavity for explosion pressing and the space between them is filled powdered material, the ratio being relative density of auxiliary powder material and compacted powder is greater than 0.5.

Description

Vynález se týká způsobu hromadné výroby tělísek z tvrdých práškových materiálů nebo jejich směsi s vazebnými látkami.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the mass production of hard powder bodies or mixtures thereof with binders.

V současné době se tělíska z tvrdých a velmi tvrdých materiálů, např. polykrystalických diamantů či kubického nitridu boru pro řezné nástroje, slinují za vysokých teplot a tlaků ve statických vysokotlakých zařízeních. Do vysokotlakých zařízení se vkládají obvykle tělíska předlisovaná v ocelových nebo tvrdokovových lisovacích nástrojích statickými tlaky. Nevýhodou tohoto způsobu je poměrně nízká relativní hustota předlisků dosahující 50 až 60 % teoretické hodnoty, a tím i nízké využití objemu cenově nákladných vysokotlakých nástrojů.At present, bodies made of hard and very hard materials, such as polycrystalline diamonds or cubic boron nitride for cutting tools, are sintered at high temperatures and pressures in static high pressure equipment. High pressure devices are usually loaded with bodies pre-pressed in steel or carbide press tools by static pressures. The disadvantage of this method is the relatively low relative density of the preforms reaching 50 to 60% of the theoretical value and hence the low utilization of the volume of costly high-pressure tools.

Na druhé straně jsou známy různé způsoby výbuchového lisováni práškových materiálů, při kterých je potřebný tlak bez potíží dosahován silnou rázovou vlnou, vybuzenou bud přímo nárazem detonační vlny, nebo nárazem tuhého tělesa, urychleného na vysokou rychlost rovněž detonaci trhavinové nálože. I u velmi obtížně lisovatelných látek lze touto metodou dosáhnout vysoké relativní hustoty, blížící se teoretické hustotě kompaktní látky. Přitom pracovní objemy kontejnerů (lisovnic) používaných pro výbuchové lisování jsou podstatně větší (řádově 2 3 cm ) a lze tedy slisovat v jediné operaci, a to bez použití velmi náročného lisovacího zařízení, podstatně větší množství práškového materiálu. Avšak vzhledem k tomu, že například tělíska pro řezné nástroje jsou menších rozměrů, je nutno při stávajících způsobech výbuchového lisování získávat jejich vhodný tvar a velikost dělením většího výlisku. Při této operaci nutně dochází ke ztrátám velmi drahého materiálu, eventuálně k jejich porušení.On the other hand, various methods of explosive pressing of powder materials are known in which the required pressure is easily achieved by a strong shock wave, excited either directly by the impact of the detonation wave or by the impact of a rigid body accelerated to high speed. Even with very difficult to compress materials, this method can achieve a high relative density approaching the theoretical density of the compact substance. At the same time, the working volumes of the containers (dies) used for explosion molding are considerably larger (of the order of 23 cm) and can therefore be compressed in a single operation, without the use of a very demanding molding machine, substantially more powder material. However, since for example cutting tool bodies are of a smaller size, it is necessary to obtain a suitable shape and size by cutting a larger molding in the existing explosion molding methods. This operation necessarily leads to the loss of very expensive material or to its failure.

Uvedené nedostatky se odstraní způsobem hromadné výroby tělísek z tvrdých práškových materiálů nebo jejich směsi s vazebnými látkami podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tenkostěnné obálky naplněné zhutňovaným práškem jsou rozmístěny v dutině lisovnice pro výbuchové lisování a prostor mezi nimi je vyplněn pomocným práškovým materiálem, přičemž poměr relativních hustot pomocného práškového materiálu a zhutňovaného prášku je větší než 0,5.These drawbacks are overcome by the method of mass production of hard powder bodies or mixtures thereof with the binders of the present invention, which consists in the fact that thin-walled envelopes filled with compacted powder are disposed in the cavity of the bursting die and the space between them is filled with auxiliary powder the ratio of the relative densities of the auxiliary powder material to the compacted powder is greater than 0.5.

Význam pomocného práškového materiálu spočívá jednak v tom, že zhutňování prášku v kalíšcích je homogenní v celém průřezu, poněvadž parametry procházející rázové vlny (tj. tlak v čele vlny p_H, rychlost šíření vlny U a rychlost pohybu prostředí za čelem vlny U) se v obou práškových prostředích od sebe příliš neliší a rázovovlnový proces stlačení není ovlivněn okrajovým efektem odrazů na rozhraní mezi práškem a stěnou dutiny v lisovnici.The importance of the auxiliary powder material is firstly that the compacting of the powder in the cups is homogeneous throughout the cross-section, since the parameters of the passing shock waves (ie wave head pressure p _H , wave propagation velocity U and velocity of the environment beyond the wave front) Both powder environments do not differ much from each other and the shockwave compression process is not influenced by the edge effect of reflections at the interface between the powder and the die cavity wall.

Další výhodou tohoto způsobu je snadné vyjmutí slisovaných tělisek z lisovnice a oddělení od pomocného prášku, poněvadž tenké kovové obálky mají mimo jiné také funkci separační vrstvy. Pro výrobu kalíšků lze s výhodou použít tenkých fólií z kovů, vyznačujících se vysokou teplotou tavení, jako je např. titan, zirkonium, molybden, avšak mohou být vyrobeny i z jiných materiálů. Jako pomocných prášků lze použít běžné technické a přitom levné materiály, jako je např. kysličník hlinitý či křemičitý, pyrofylit, ocelové prášky apod., přičemž jejich relativní hustota po nasypání před výbuchovou operací se může pohybovat v rozmezí od 25 % do 75 % teoretické hustoty a vzájemný poměr relativních hustot pomocného a zhutňovaného práškového materiálu je vyšší než 0,5. V jediné výbuchové operaci lze takto vyrobit několik desítek až stovek výlisků, které mohou mít různý geometrický tvar.A further advantage of this method is that the pressed bodies can be easily removed from the die and separated from the auxiliary powder, since the thin metal envelopes also have the function of a release layer. Thin foils of metals having a high melting point, such as titanium, zirconium, molybdenum, may be advantageously used for the production of the cups, but they may also be made of other materials. Conventional technical and inexpensive materials such as alumina or silica, pyrophyllite, steel powders and the like may be used as auxiliary powders, and their relative density after sprinkling prior to the explosion may range from 25% to 75% of the theoretical density and the ratio of the relative densities of the auxiliary and compacted powder material to each other is greater than 0.5. In a single explosion operation, several tens to hundreds of moldings can be produced, which can have different geometrical shapes.

Na výkresu jsou na obr. 1 a obr. 2 příklady dvou použitých způsobů výroby tělísek z tvrdých práškových materiálů.In the drawing, Figs. 1 and 2 are examples of two methods of manufacturing solid powder bodies.

Na obr. 1 je základní těleso (lisovnice) .1 tvořeno válcem z konstrukční uhlíkové oceli, na jehož čelní ploše je souose vypracována válcová dutina. Do dutiny je vložen větší počet tenkostěnných kovových kalíšků 2 naplněných práškem z tvrdého materiálu 3, který má být slisován do žádaného tvaru. Kalíšky jsou obsypány pomocným práškovým materiálem 4^ a celá sestava je překryta dvěma ochrannými ocelovými deskami 5 a 6. K horní ochranné desce je přiložena trhavinová nálož 7_ s generátorem rovinného detonačního čela j).In FIG. 1, the base body (die) is formed by a structural carbon steel cylinder, a cylindrical cavity being coaxially formed on its face. A plurality of thin-walled metal cups 2 filled with powder of hard material 3 to be pressed to the desired shape are inserted into the cavity. The cups are filled with auxiliary powder material 4 and the entire assembly is covered with two protective steel plates 5 and 6. An explosive charge 7 with a plane detonation face generator 7 is attached to the upper protective plate.

Na obr. 2 má základní těleso lisovnice _1 tvar rovnoběžného hranolu obdélníkového půdo3 rysu, v jehož horní části je vypracována dutina obdélníkového profilu. Do dutiny je vložen větší počet tenkostěnných kalíšků 2 vyplněných práškem z tvrdého materiálu 2- Kalíšky jsou uzavřeny tenkostěnnými víčky a jsou zasypány pomocným práškovým materiálem jehož vrstva přesahuje výšku kalíšků. Sestava je překryta ochrannými ocelovými destičkami 5 a _6. Nad lisovnicí je ustavena nárazová deska 10 s nasypanou náloži trhaviny 7_ pod výchozím úhlem alfa.In FIG. 2, the die base body 1 has the shape of a parallelepipedal of a rectangular ground of feature, in the upper part of which a cavity of a rectangular profile is drawn. A plurality of thin-walled cups 2 filled with powder of hard material 2 are inserted into the cavity. The cups are closed with thin-walled lids and are covered with auxiliary powder material whose layer exceeds the height of the cups. The assembly is covered with protective steel plates 5 and 6. Above the die, an impact plate 10 with an explosive charge 7 is placed at a starting angle alpha.

Tento výchozí úhel nastavení je roven úhlu odklonu theta desky po průchodu detonačni vlny, takže při tomto způsobu ustavení dopadá nárazová deska ve stejném časovém okamžiku na celý horní povrch lisovnice. Iniciace trhavinové nálože se provede generátorem přímkového detonačního čela na hraně vzdálenější od lisovnice.This initial setting angle is equal to the angle of deflection of the theta plate after the detonation wave has passed, so that in this alignment mode the impact plate strikes the entire upper surface of the die at the same time. Initiation of the explosive charge is carried out by a line detonator face generator at the edge further from the die.

PřikladlHe did

Lisovnice pro výbuchové lisování je tvořena ocelovým válcem o 0 200 mm a výšce 100 mm, v jejíž horní části je souose vypracována dutina o 0 120 mm a hloubce 15 mm. Po ploše pracovní dutiny je rozestaveno v trojúhelníkové síti o délce hrany 13 mm celkem 57 kalíšků o 0 10 mm a výšce rovněž 10 mm z molybdenového plechu tlouštky 0,15 mm, naplněných směsí kubického nitridu boru s kobaltem v hmotnostním poměru 9:1 o výchozí relativní hustotě 50 %. Prostor mezi kalíšky je vyplněn práškovým kysličníkem hlinitým o relativní hustotě 55 %.The die for explosion pressing consists of a steel cylinder of 0 200 mm and a height of 100 mm, in the upper part of which a cavity of 0 120 mm and a depth of 15 mm is coaxially drawn. A total of 57 cups of 0.10 mm and a height of 10 mm of 0.15 mm thick molybdenum metal plate, filled with a 9: 1 mixture of cubic boron nitride and cobalt in a ratio by weight of 9: 1, are set up in a triangular mesh with a 13 mm edge length. relative density 50%. The space between the cups is filled with alumina powder with a relative density of 55%.

Pracovní dutina je přikryta ocelovou destičkou o tlouštce 5 mm a horní plocha lisovnice je rovněž přikryta ocelovou destičkou tlouštky 4 mm. Výbuchová operace se provede způsobem zřejmým z obr. 1. Detonačni tlak použité trhaviny je 10 GPa a po dynamickém zatížení se tělíska ze zhutněného nitridu boru, jehož relativní hustota je vyšší než 90 %, oddělí od pomocného práškového materiálu.The working cavity is covered with a 5 mm thick steel plate and the upper die surface is also covered with a 4 mm thick steel plate. The detonation pressure of the explosive used is 10 GPa and, after dynamic loading, the densified boron nitride bodies, the relative density of which is greater than 90%, are separated from the auxiliary powder material.

Přiklad 2Example 2

Lisovnice pro výbuchové lisování je tvořena ocelovou deskou o rozměrech 500x 300x 80 mm, na jejíž horní ploše je sousředně vypracována dutina obdélníkového profilu o rozměrech 400x200 mm a hloubce 25 mm. Na dno dutiny je rozestaveno v pravidelné obdélníkové síti o rozměrech 20x15 mm celkem 216 ks kalíšků obdélníkového profilu o rozměrech 15 x 10 mm a výšce 10 mm z titanového plechu o tlouštce 0,2 mm, naplněných směsí karbidu wolframu s kobaltem v hmotnostním poměru 95 : 5 a relativní hustotě náplně 40 %. Prostor mezi kalíšky je obsypán ocelovým práškem a stejný ocelový prášek ještě převrstvuje kalíšky o 10 mm. Dutina je uzavřena ocelovou ochrannou destičkou tlouštky 5 mm a horní plocha lisovnice je rovněž pokryta ocelovým plechem tlouštky 3 mm. Nad lisovnicí je ustavena ocelová nárazová deska tlouštky 5 mm o rozměrech 550 x 350 mm pod výchozím úhlem sklonu k horní ploše lisovnice 14°. Na tuto desku je navrstvena pentritová nálož tlouštky 40 mm, která je iniciována generátorem přímkového detonačního čela na hraně nejvíce vzdálené od lisovnice. Nárazová deska za těchto podmínek dopadne současně na celou horní plochu lisovnice rychlostí 1 300 m . s ¹ a vybudí rázovou vlnu s potřebným tlakem pro slisování. Po výbuchové operaci se slisovaná tělíska z karbidu wolframu oddělí od pomocného materiálu, přičemž jejich relativní hustota je větší než 90 % teoretické.The die for explosion pressing consists of a steel plate with dimensions of 500x 300x 80 mm, on the upper surface of which there is a concentric cavity of rectangular profile with dimensions of 400x200 mm and a depth of 25 mm. On the bottom of the cavity is placed in a regular rectangular grid of 20x15 mm a total of 216 rectangular cups of 15 x 10 mm and a height of 10 mm of titanium sheet with a thickness of 0.2 mm, filled with a mixture of tungsten carbide with cobalt in weight ratio 95: 5 and a relative fill density of 40%. The space between the cups is filled with steel powder and the same steel powder overlaps the cups by 10 mm. The cavity is closed with a 5 mm thick steel protective plate and the upper die surface is also covered with a 3 mm thick steel plate. Above the die, a steel impact plate of 5 mm thickness of 550 x 350 mm is set at the starting angle of inclination to the upper surface of the die of 14 °. A 40 mm thick pentrite charge is superimposed on this plate, initiated by a linear detonation face generator at the edge furthest from the die. Under these conditions, the impact plate impinges simultaneously on the entire upper surface of the die at a speed of 1 300 m. with ¹ and excites the shock wave with the necessary compression pressure. After the explosion operation, the pressed tungsten carbide bodies are separated from the auxiliary material, their relative density being greater than 90% of theoretical.

Claims

A method for mass production of hard powder bodies or mixtures thereof with binders, characterized in that the thin-walled envelopes filled with the compacted powder are disposed in the cavity of the blasting die and the space between them is filled with the auxiliary powder material, the compacted powder is greater than 0.5.