RU204778U1 - Устройство для формирования изделий из порошкового материала - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к порошковой металлургии, а именно к устройствам для формирования тонкостенных цилиндрических изделий из порошковых материалов. Может использоваться в машиностроении. Устройство для формирования тонкостенных цилиндрических изделий из порошковых материалов содержит гидравлический пресс, включающий верхнюю плиту для создания статического давления, действующего вдоль продольной оси формируемого изделия, и нижнюю плиту с установленной на ней пресс-формой, содержащей матрицу и верхний и нижний пуансоны, и колебательную систему для возбуждения в формируемом изделии ультразвуковых продольных колебаний, включающую генератор ультразвуковых колебаний, акустический преобразователь и концентратор ультразвуковых колебаний. Матрица пресс-формы выполнена многоместной и содержит формообразующие полости, каждая из которых выполнена в виде сквозного цилиндрического канала, в верхней части которого установлен верхний пуансон, а в нижней части закреплен нижний пуансон. Пуансоны выполнены в виде тонкостенных полых цилиндров, а в сквозном канале каждой формообразующей полости размещен стержень, нижняя часть которого проходит через полость нижнего пуансона. Концентратор ультразвуковых колебаний колебательной системы соединен с нижней плитой гидравлического пресса. Колебательная система дополнительно содержит цепь акустической обратной связи, содержащую соединенный с акустическим преобразователем акустический датчик, связанный с нижней плитой гидравлического пресса. Обеспечивается повышение эффективности работы устройства за счет увеличения его КПД и повышения эксплуатационных характеристик, повышение качества детали с одновременным уменьшением расхода материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам для формообразования изделий из порошковых материалов, в частности, для формообразования тонкостенных цилиндрических изделий.

Известна традиционно используемая технология формообразования изделий из порошковых материалов, включающая воздействие статического давления, создаваемого прессом, на порошковый материал, помещенный в пресс-форму, имеющую формообразующую полость, обеспечивающую формирование изделия заданной формы.

Так, например, известно устройство для прессования металлических порошков по патенту RU 2025215, предназначенное для изготовления полой фасонной детали.

Данное устройство содержит пресс-форму, включающую матрицу со сквозной центральной полостью, верхний пуансон, имеющий фасонную формообразующую часть, и нижний пуансон. Верхний пуансон связан со средством создания статического давления прессования, действующего на порошок в направлении продольной оси пресс-формы. Нижний пуансон выполнен в виде полого цилиндра, установленного в нижней части сквозной полости матрицы. Пресс-форма также содержит стержень, проходящий сквозь полость нижнего пуансона и верхнюю часть полости матрицы, размещенный с возможностью продольного перемещения. Верхняя часть полости матрицы имеет формообразующую боковую поверхность, а диаметр стержня соответствует диаметру полости изготавливаемой фасонной детали.

Порошок засыпают в формообразующую полость, образованную боковой поверхностью верхней части матрицы и наружной поверхностью стержня, после чего стержень опускают вниз на расстояние, соответствующее высоте детали, и воздействуют с помощью верхнего пуансона на помещенный в пресс-форме порошковый материал статическим давлением.

Однако с помощью устройств статического прессования не всегда удается обеспечить высокое качество получаемых из порошковых материалов изделий. Так, в частности, сложно добиться, особенно в случае формообразования протяженных тонкостенных изделий, например таких, как тонкостенные протяженные цилиндры (толщина стенки много меньше диаметра и высоты цилиндра), равномерности плотности материала в объеме формуемого изделия, что приводит к ухудшению его эксплуатационных характеристик. Для достижения лучшей равномерности плотности материала с помощью устройств статического прессования приходится формовать заготовки со значительно большей, чем в готовом изделии, толщиной стенки, а потом подвергать заготовки значительной механической обработке. Это приводит к увеличению расхода материала и объема механической обработки.

Известна технология формообразования изделий из порошковых материалов, включающая воздействие на порошок статического давления и ультразвуковых (УЗ) колебаний.

За счет УЗ колебаний ослабляются силы внешнего и внутреннего трения, испытываемые частицами порошка, разрушаются арочные образования между ними, что обеспечивает более плотную укладку частиц, способствует более равномерному распределению пор и частиц по объему прессуемого изделия, а также позволяет снизить величину прессующего статического давления.

Так, известно устройство для формообразования изделий из порошковых материалов опубликованное в Вестнике ТвГУ. Серия «Физика». Выпуск 12. УЗ формообразование электрофизической керамики (обзор) на стр. 39, которое выбрано в качестве ближайшего аналога - прототипа.

Данное устройство содержит одноместную пресс-форму, средство для создания статического давления прессования, а также колебательную систему для возбуждения в формуемом изделии УЗ колебаний, действующих вдоль его продольной оси, включающую УЗ генератор, акустический преобразователь, концентратор УЗ колебаний.

Пресс-форма содержит матрицу, в которой выполнена только одна формообразующая полость для засыпки порошка, в частности, обеспечивающая получение изделия в форме диска, а также подвижно расположенный в верхней части указанной полости пуансон, с помощью которого на порошок воздействуют статическим давлением, направленным вдоль продольной оси формуемого изделия.

Указанное устройство позволяет получить достаточно качественное изделие с равномерным распределением плотности по его объему.

Однако данное устройство не обеспечивает высокую эффективность работы, особенно при использовании его для формообразования протяженных тонкостенных изделий. Это обусловлено малой производительностью устройства, так как в одном производственном цикле получают только одно изделие, при этом каждый раз приходится осуществлять подготовку пресс - формы (сборку, смазку). Кроме того, формуемые тонкостенные изделия имеют небольшую величину контактной рабочей поверхности прессования, в результате чего усложняется процесс регулирования удельного давления прессования, а использование прессового оборудования средней и высокой мощности становится возможным только на минимальных для прессов значениях удельного давления. При этом в устройстве отсутствуют средства автоматического поддержания работы колебательной системы в выбранном режиме УЗ колебаний при формообразовании порошков.

Технической проблемой, решаемой при реализации полезной модели, является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения его К.П.Д. и повышения его эксплуатационных характеристик, обеспечивающих возможность формообразования тонкостенных деталей высокого качества с одновременным уменьшением расхода материала и объема механической обработки.

Технический результат полезной модели достигается тем, что в устройстве для формообразования изделий из порошковых материалов, включающем пресс-форму, содержащую матрицу с формообразующей полостью, предназначенную для засыпки в нее порошкового материала, средство для создания статического давления прессования, действующего вдоль продольной оси формуемого изделия, колебательную систему для возбуждения в формуемом изделии УЗ колебаний, включающую УЗ генератор, акустический преобразователь, концентратор УЗ колебаний матрица согласно полезной модели пресс-формы выполнена многоместной, содержащей несколько формообразующих полостей, при этом колебательная система соединена с акустическим преобразователем цепью акустической обратной связи для поддержания выбранного режима работы колебательной системы.

Количество формируемых изделий в устройстве за один цикл зависит от технических возможностей технологического оборудования и серийности их производства.

В частном случае полезной модели матрица пресс-формы выполнена четырехместной с симметричным расположением формообразующих полостей относительно ее центральной продольной оси.

Наличие в заявляемом устройстве прессового оборудования, включающего пресс-форму и средство для создания статического давления, действующего на помещенный в пресс-форму порошковый материал вдоль продольной оси формуемого изделия, обеспечивает прессование порошкового материала с получением изделия заданной формы.

Выполнение матрицы пресс-формы многоместной, содержащей несколько формообразующих полостей для засыпки порошкового материала, увеличивает производительность устройства в целом, так как в одном производственном цикле, включающем сборку и подготовку пресс-формы к работе, а также процесс формообразования, получают сразу несколько изделий. Кроме того, в случае формообразования тонкостенных изделий увеличивается общая контактная рабочая поверхность прессования, в результате чего упрощается процесс регулирования удельного давления прессования и увеличивается диапазон удельных давлений при использовании прессового оборудования средней и высокой мощности.

Использование колебательной системы, с помощью которой осуществляется возбуждение в формуемых изделиях УЗ колебаний, действующих вдоль их продольных осей, содержащей УЗ генератор, акустический преобразователь, концентратор УЗ колебаний, обеспечивает воздействие колебательного УЗ поля на частицы порошкового материала. В результате указанного воздействия ослабляются силы внутреннего трения между частицами, в порошковом материале разрушаются арочные образования, что создает условия для более плотной укладки частиц и способствует более равномерному распределению пор и частиц по объему формуемого изделия. Кроме того, значительно снижается трение между частицами и стенками пресс-формы (внешнее трение). Указанные факторы обеспечивают снижение статического усилия прессования и позволяют осуществлять формование с помощью заявляемого устройства качественных изделий сложной конфигурации, в том числе тонкостенных цилиндрических деталей, с высококачественными эксплуатационными характеристиками.

Для эффективного воздействия УЗ поля на частицы порошкового материала важное значение имеют регулируемые с помощью акустического преобразователя параметры колебаний - частота колебаний и их амплитуда, увеличение которой достигается с помощью применения концентратора колебаний. С помощью указанной регулировки удается обеспечить эффективный режим УЗ колебаний, в том числе получить максимальную амплитуду колебаний на резонансной частоте, которая зависит от геометрических размеров конструктивных элементов колебательного контура (колебательной системы, соединительных узлов, пресс-формы), свойств их материалов и порошкового материала.

При этом наличие в колебательной системе, соединенной с акустическим преобразователем, цепи акустической обратной связи обеспечивает поддержание работы колебательной системы в выбранном, в том числе, резонансном режиме в процессе формообразования изделия.

Таким образом, указанные выше факторы обеспечивают достижение технического результата полезной модели - повышения эффективности работы устройства за счет увеличения его К.П.Д. и повышения его эксплуатационных характеристик, обеспечивающих возможность формообразования тонкостенных деталей высокого качества с одновременным уменьшением расхода материала и объема механической обработки.

Как показали исследования, в случае, когда пресс-форма выполнена четырехместной и содержит четыре формообразующие полости, симметрично расположенные относительно ее центральной продольной оси, производительность устройства значительно (в четыре раза по сравнению с устройством, содержащим одноместную пресс-форму) повышается. При этом за счет одинакового расположения формующих полостей относительно центральной оси пресс-формы, она хорошо центрируется на прессовом оборудовании, и все изделия формуются при одинаковых условиях, что способствует достижению у них одинаковых эксплуатационных характеристик.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства;

на фиг. 2 представлен общий вид используемой в устройстве многоместной пресс-формы в разрезе.

Устройство содержит гидравлический пресс 1, предназначенный для создания продольного осевого давления прессования, включающий верхнюю плиту 2 и нижнюю плиту 3 с установленной на ней многоместной пресс-формой 4. Пресс-форма 4 содержит матрицу 5, в которой выполнены несколько формообразующих полостей 6 для засыпки порошкового материала, в которых размещены пуансоны 7 и 8, предназначенные для передачи статического давления прессования, создаваемого верхней плитой 2 пресса 1.

В частности, пресс-форма 4 обеспечивает формообразование полых протяженных цилиндров и содержит четыре симметрично расположенные относительно ее центральной продольной оси формообразующие полости 6, каждая из которых выполнена в виде протяженного сквозного цилиндрического канала, в верхней части которого с возможностью продольного перемещения установлен верхний пуансон 7, а в нижней части закреплен нижний пуансон 8. При этом пуансоны 7 и 8 имеют форму тонкостенных полых цилиндров, в сквозном канале каждой формообразующей полости 6 размещен стержень 9, нижняя часть которого проходит сквозь полость 6 нижнего пуансона 8. Диаметр сквозного канала и наружный диаметр верхнего и нижнего пуансонов 7 и 8 соответствуют наружному диаметру формуемого тонкостенного цилиндра, а диаметр их полостей и диаметр стержня 9 соответствуют диаметру внутренней полости формуемого тонкостенного цилиндра.

Колебательная система устройства обеспечивает создание продольных УЗ колебаний и включает УЗ генератор 10, акустический преобразователь 11, в частности, магнитострикционный преобразователь, концентратор колебаний 12, соединенный с нижней плитой 3 пресса 1.

Колебательная система содержит цепь акустической обратной связи 13, включающую соединенный с акустическим преобразователем 11 акустический датчик, связанный с нижней плитой 3 пресса 1.

Устройство работает следующим образом.

На нижнюю плиту 3 пресса 1 устанавливают пресс-форму 4. В каждую из формообразующих полостей 6 в пространство между стенками сквозного канала и стержня 9 до нижнего пуансона 8 засыпают, например, увлажненный пластификатором порошковый пьезокерамический материал ЦТС-19, затем закрывают формообразующие полости 6 верхними пуансонами 7 и на них опускают верхнюю плиту 2 пресса 1 без создания статического давления прессования.

Включают УЗ генератор 10 и настраивают колебательную систему на резонансный режим.

УЗ колебания, прикладываемые к нижней плите 3 пресса 1, передаются пресс-форме 4 и, соответственно, порошковому материалу.

Поддержание резонансного режима обеспечивается наличием цепи акустической обратной связи.

Затем сообщают верхней плите 2 пресса 1 продольное статическое давление прессования, и уплотняемый порошковый материал подвергают совместному воздействию статического давления и УЗ колебаний. Например, при формообразовании тонкостенных цилиндров с толщиной стенки (1-5) мм из порошкового пьезокерамического материала ЦТС-19 совместное воздействие на порошковый материал осуществляют в диапазоне амплитуд колебаний (5-10) мкм при статическом давлении прессования в диапазоне (20-30) МПа в течение (10-15) с.

В процессе указанного воздействия порошковый материал уплотняется, в результате получают изделия требуемой формы, в частности, пьезокерамические тонкостенные цилиндры.

Наличие в заявляемом устройстве прессового оборудования, включающего пресс-форму и средство для создания статического давления, действующего на помещенный в пресс-форму порошковый материал вдоль продольной оси формуемого изделия, обеспечивает прессование порошкового материала с получением изделия заданной формы.

Claims (2)

1. Устройство для формирования тонкостенных цилиндрических изделий из порошковых материалов, содержащее гидравлический пресс, включающий верхнюю плиту для создания статического давления, действующего вдоль продольной оси формируемого изделия, и нижнюю плиту с установленной на ней пресс-формой, содержащей матрицу и верхний и нижний пуансоны, и колебательную систему для возбуждения в формируемом изделии ультразвуковых продольных колебаний, включающую генератор ультразвуковых колебаний, акустический преобразователь и концентратор ультразвуковых колебаний, отличающееся тем, что матрица пресс-формы выполнена многоместной и содержит формообразующие полости, каждая из которых выполнена в виде сквозного цилиндрического канала, в верхней части которого установлен верхний пуансон, а в нижней части закреплен нижний пуансон, при этом пуансоны выполнены в виде тонкостенных полых цилиндров, а в сквозном канале каждой формообразующей полости размещен стержень, нижняя часть которого проходит через полость нижнего пуансона, при этом концентратор ультразвуковых колебаний колебательной системы соединен с нижней плитой гидравлического пресса, а колебательная система дополнительно содержит цепь акустической обратной связи, содержащую соединенный с акустическим преобразователем акустический датчик, связанный с нижней плитой гидравлического пресса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что матрица пресс-формы содержит четыре формообразующие полости, расположенные симметрично относительно ее центральной продольной оси.

Images