RU2349422C2 - Method of manufacturing products of irregular shapes from sintered materials - Google Patents
Method of manufacturing products of irregular shapes from sintered materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349422C2 RU2349422C2 RU2007104477/02A RU2007104477A RU2349422C2 RU 2349422 C2 RU2349422 C2 RU 2349422C2 RU 2007104477/02 A RU2007104477/02 A RU 2007104477/02A RU 2007104477 A RU2007104477 A RU 2007104477A RU 2349422 C2 RU2349422 C2 RU 2349422C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbamide
- urea
- products
- liner
- insert
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления из порошковых материалов изделий сложной формы, и может быть использовано при изготовлении изделий, на поверхности которых расположены тонкостенные и профильные ребра.The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods of manufacturing products of complex shape from powder materials, and can be used in the manufacture of products on the surface of which are thin-walled and profile ribs.
Известен способ изготовления деталей и заготовок из порошковых материалов, включающий изостатическое прессование в пресс-форме при передаче давления через эластично деформируемые материалы, например резину, полиуретан (Богоявленский К.Н. и др. Прессование деталей из порошковых материалов жидкими и эластичными средами. - Л.: ЛДНТП, 1983. С.28-29).A known method of manufacturing parts and blanks from powder materials, including isostatic pressing in the mold when transmitting pressure through elastically deformable materials, such as rubber, polyurethane (Epiphany K.N. and others. Pressing parts of powder materials with liquid and elastic media. - L .: LDNTP, 1983. S.28-29).
Недостатком этого способа является невозможность получения изделий сложной формы, так как при снятии давления эластичные материалы, у которых практически отсутствует остаточная деформация, резко восстанавливают свою изначальную форму, воздействуя на прессовку и разрушая ее. Это обусловлено тем, что эластичные материалы имеют модули упругости на несколько порядков меньше, чем металлы, и не склонны к пластической деформации. Поэтому при снятии прессующего давления технологический вкладыш из эластичного материала стремится принять форму исходного состояния. Такие свойства не позволяют использовать их для получения изделий сложной геометрии, в частности с оребренными поверхностями, так как вкладыш, взаимодействующий с поверхностью полученной прессовки, под действием накопившейся в процессе прессования упругой энергии вызывает разрушающие ее напряжения.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining products of complex shape, since when relieving pressure, elastic materials, which practically have no residual deformation, sharply restore their original shape, affecting the compact and destroying it. This is due to the fact that elastic materials have elastic moduli several orders of magnitude less than metals and are not prone to plastic deformation. Therefore, when releasing the pressing pressure, the technological liner made of an elastic material tends to take the form of the initial state. Such properties do not allow them to be used to obtain products of complex geometry, in particular with finned surfaces, since the liner interacting with the surface of the obtained compact, under the action of elastic energy accumulated during the pressing process, causes stresses that destroy it.
Наиболее близким предлагаемому является способ изготовления из порошковых материалов изделий сложной формы путем изостатического прессования в жесткой матрице при передаче давления через формообразующий технологический вкладыш из пластично деформируемого материала - парафина или воска, с последующим спеканием прессовки (Богоявленский К.Н. и др. Прессование деталей из порошковых материалов жидкими и эластичными средами. - Л.: ЛДНТП, 1983. С.29).The closest to the proposed method is the manufacture of powder materials of complex shapes by isostatic pressing in a rigid matrix by transferring pressure through a forming technological liner from a plastic deformable material - paraffin or wax, followed by sintering of the compact (Bogoyavlensky K.N. et al. Pressing parts from powder materials with liquid and elastic media. - L .: LDNTP, 1983. P.29).
Недостатком известного способа является то, что при давлении более 50 Мпа происходит интенсивное объемное проникновение парафина или воска в тело прессовки, что препятствует процессу уплотняемости порошка, а также после удаления материала вкладыша приводит к повышенному трещинообразованию на ее поверхности. Указанное свойство парафина и воска делает невозможным изготовление изделий сложной формы из порошков с повышенной твердостью частиц, ограничивает рамки применяемых порошковых материалов, снижает качество изделий, а также значительно усложняет процесс извлечения прессовки из массива сдеформированного вкладыша.The disadvantage of this method is that at a pressure of more than 50 MPa there is an intensive volumetric penetration of paraffin or wax into the pressing body, which impedes the process of powder compaction, and also after removal of the liner material leads to increased cracking on its surface. The indicated property of paraffin and wax makes it impossible to manufacture products of complex shape from powders with increased particle hardness, limits the scope of powder materials used, reduces the quality of products, and also significantly complicates the process of extracting the compact from the array of the deformed liner.
Задачей изобретения является повышение качества изделий, упрощение способа и расширение его технологических возможностей.The objective of the invention is to improve the quality of products, simplifying the method and expanding its technological capabilities.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления из порошковых материалов изделий сложной формы путем изостатического прессования в жесткой матрице при передаче давления через формообразующий технологический вкладыш из пластично деформируемого материала, с последующим спеканием, в качестве пластично деформируемого материала используют карбамид.The problem is achieved in that in the method of manufacturing articles of complex shape from powder materials by isostatic pressing in a rigid matrix during pressure transfer through a forming technological insert from a plastic deformable material, followed by sintering, carbamide is used as a plastic deformable material.
Кроме того, карбамид смешивают с наполнителем, имеющим более высокий модуль объемного сжатия, чем карбамид в объемном соотношении 20-60:40-80 соответственно.In addition, urea is mixed with a filler having a higher bulk compression modulus than urea in a volume ratio of 20-60: 40-80, respectively.
Кроме того, в качестве наполнителя используют корунд. При этом технологический вкладыш изготавливают сборным.In addition, corundum is used as a filler. In this case, the technological insert is made prefabricated.
Кроме того, формообразующие полости выполняют с уклоном боковых стенок 1-7°.In addition, the forming cavity is performed with a slope of the side walls of 1-7 °.
Использование карбамида позволяет расширить технологические возможности способа за счет возможности изготовления изделий сложной формы из порошковых материалов с повышенной прочностью частиц, в частности таких, на поверхности которых расположены тонкостенные и профильные ребра. Это обусловлено тем, что карбамид имеет высокую остаточную деформацию, позволяющую избежать после снятия давления резкого воздействия материала формообразующего вкладыша на прессовку и сохранить тем самым ее форму. Изготовление технологического вкладыша из карбамида позволяет выполнять формообразующие полости с требуемой степенью точности, так как карбамид и при прессовании, и при литье имеет практически нулевую усадку. Прессовки и отливки из карбамида при необходимости легко обрабатываются лезвийным инструментом, что значительно расширяет технологические возможности способа, позволяя изготавливать изделия сложной формы при штучном или мелкосерийном производстве. Кроме того, сдеформированный технологический вкладыш после получения сложной детали легко удаляется растворением карбамида в воде или возгонкой его при 200°С, что позволяет обеспечить извлечение прессовок из массива вкладыша без их повреждения и соответственно повысить качество и упростить изготовление изделий сложных форм.The use of urea allows to expand the technological capabilities of the method due to the possibility of manufacturing products of complex shape from powder materials with increased particle strength, in particular those with thin-walled and profile ribs on their surface. This is due to the fact that the urea has a high residual deformation, which allows avoiding after depressurizing the sharp impact of the material of the forming insert on the compact and thereby preserving its shape. The manufacture of a technological insert made of urea makes it possible to perform forming cavities with the required degree of accuracy, since urea has practically zero shrinkage both during pressing and casting. Pressings and urea castings, if necessary, are easily processed with a blade tool, which greatly expands the technological capabilities of the method, making it possible to produce products of complex shape in piece or small batch production. In addition, the deformed technological liner after obtaining a complex part can be easily removed by dissolving urea in water or sublimating it at 200 ° C, which allows for the extraction of compacts from the massif of the liner without damaging them and, accordingly, to improve the quality and simplify the manufacture of products of complex shapes.
Как показали эксперименты, при давлении, при котором проводят прессование деталей сложной формы из порошковых материалов с повышенной твердостью частиц (например, 700-900 Мпа при изготовлении изделий из порошка титана), карбамид переходит в квазижидкое состояние. Такое состояние технологического вкладыша обеспечивает максимально равномерное распределение статического давления - квазистатическое давление - на порошковый материал, подвергаемый прессованию, соответственно улучшается качество изделия за счет получения равномерной плотности.As experiments have shown, at a pressure at which parts of complex shape are pressed from powder materials with increased particle hardness (for example, 700-900 MPa in the manufacture of products from titanium powder), urea goes into a quasi-liquid state. This state of the process liner provides the most uniform distribution of static pressure — quasistatic pressure — on the powder material being pressed, and accordingly, the quality of the product is improved by obtaining uniform density.
Использование смеси карбамида с наполнителем, имеющим более высокий модуль объемного сжатия, чем карбамид, взятых в объемном соотношении 20-60:40-80 соответственно, позволяет повысить величину модуля упругости технологического вкладыша, приблизив ее к модулю упругости прессовки (см. таблицу 1). За счет этого повышается остаточная деформация материала вкладыша и при снятии давления уменьшается воздействие на прессовку сил упругости материала вкладыша, что предотвращает появление трещин в изделии. В смеси с наполнителем карбамид образует матричную структуру технологического вкладыша, что позволяет сохранить его способность обеспечивать условия изостатического прессования и соответственно получение качественных изделий. При увеличении содержания наполнителя содержание карбамида в смеси не позволяет сформировать матричную структуру и, как следствие, обеспечить квазижидкое состояние вкладыша. При уменьшении содержания наполнителя снижается модуль упругости вкладыша и возрастает вероятность появления трещин в прессовке при снятии давления.Using a mixture of urea with a filler having a higher modulus of compression than carbamide taken in a volume ratio of 20-60: 40-80, respectively, allows to increase the elastic modulus of the process liner, bringing it closer to the modulus of elasticity of the pressing (see table 1). Due to this, the residual deformation of the liner material is increased, and when the pressure is removed, the impact on the pressing of the elastic forces of the liner material is reduced, which prevents the appearance of cracks in the product. In a mixture with filler, urea forms the matrix structure of the technological liner, which allows it to maintain its ability to provide isostatic pressing conditions and, accordingly, to obtain high-quality products. With an increase in the filler content, the urea content in the mixture does not allow the formation of a matrix structure and, as a result, ensures a quasi-liquid state of the liner. With a decrease in the filler content, the elastic modulus of the liner decreases and the likelihood of cracking in the compact increases when the pressure is relieved.
SiC (карбид кремния)WC (tungsten carbide
SiC (silicon carbide)
3,9×106 7.1 × 10 6
3.9 × 10 6
Использование корунда в качестве наполнителя является наиболее оптимальным вариантом благодаря его уникальным физическим и химическим свойствам. Высокий модуль упругости корунда способствует снижению трещинообразующих напряжений в прессовке за счет синхронизации послеупругих деформаций в массиве сдеформированного вкладыша и в прессовке. Высокое сродство к кислороду соединения AL2О3 предотвращает во время спекания загрязнение изделий вредными примесями от оставшихся на поверхности прессовки отдельных вкраплений частиц наполнителя, обеспечивая высокое качество изделий. Кроме того, корунд не теряет свои свойства после освобождения прессовки от вкладыша, что позволяет многократно его использовать.The use of corundum as a filler is the most optimal option due to its unique physical and chemical properties. The high elastic modulus of corundum helps to reduce crack-forming stresses in the compact due to synchronization of post-elastic deformations in the array of the deformed liner and in the compact. The high affinity for oxygen of the compound AL 2 O 3 prevents sintering of products during the sintering process with harmful impurities from individual inclusions of filler particles remaining on the pressing surface, ensuring high product quality. In addition, corundum does not lose its properties after releasing the compact from the liner, which allows it to be reused.
Изготовление технологического вкладыша сборным расширяет технологические возможности способа, так как позволяет изготовить формообразующие полости любой сложности путем обеспечения детальной проработки геометрии изделия.The manufacture of a technological liner by a prefabricated extends the technological capabilities of the method, as it allows the manufacture of forming cavities of any complexity by providing a detailed study of the geometry of the product.
Выполнение формообразующих полостей с уклоном боковых стенок 1-7° предотвращает трещинообразование в изделии в процессе снятия давления. Уклон более 7° приводит к неоправданному повышению технологического припуска, а менее 1° - увеличивает трещинообразование.The implementation of the forming cavities with a slope of the side walls of 1-7 ° prevents cracking in the product during pressure relief. A slope of more than 7 ° leads to an unjustified increase in technological allowance, and less than 1 ° - increases crack formation.
На чертеже представлено устройство для осуществления предлагаемого способа при положении элементов в исходном состоянии (слева) и при положении элементов после прессования (справа), общий вид.The drawing shows a device for implementing the proposed method with the position of the elements in the initial state (left) and with the position of the elements after pressing (right), general view.
Устройство включает верхний 1 и нижний 2 жесткие пуансоны, матрицу 3, центральный стержень 4 и формообразующий пластично деформируемый технологический вкладыш 5. Между верхним 1 и нижним 2 пуансонами расположены: в исходном состоянии - шихта 6, после прессования - прессовка 7.The device includes upper 1 and lower 2 rigid punches, a matrix 3, a central rod 4 and a plastic forming deformable technological insert 5. Between the upper 1 and lower 2 punches are located: in the initial state, a charge 6, after pressing, pressing 7.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Пример 1. Для изготовления элемента рабочего колеса с лопатками центробежного насоса, имеющего наружный диаметр 80 мм, толщину несущего диска 2 мм и лопатки высотой 6 мм с минимальным сечением 1,2 мм берут шихту состава: медь - 6%, олово - 2%, титан - основа. В матрицу 3 устанавливают пуансон 2, стержень 4 и технологический вкладыш 5 из карбамида. Шихту 6 засыпают в формообразующие полости технологического вкладыша 5, выполненные с уклоном боковых стенок 5°, и на его поверхность. Вкладыш предварительно изготавливают из карбамида литьем или формуют при давлении 300 Мпа. При изготовлении вкладыша учитывают величину изменения размеров формообразующих пазов в процессе проведения прессования. После установки верхнего пуансона 1 проводят прессование при давлении 800 Мпа. Извлечение готовой прессовки 7 из массы технологического вкладыша производят растворением карбамида в воде. Плотность полученной прессовки составила 4,2 г/см3, что соответствует остаточной пористости 9-11% при твердости НВ 120. Вакуумное спекание спрессованных заготовок проводят при 1100°С и выдержке в течение 2 часов. После спекания плотность изделия составила 4,3-4,4 при твердости НВ 180-200.Example 1. For the manufacture of the impeller element with the blades of a centrifugal pump having an outer diameter of 80 mm, the thickness of the carrier disk 2 mm and the blades 6 mm high with a minimum cross section of 1.2 mm charge charge composition: copper - 6%, tin - 2%, titanium is the basis. In the matrix 3 set the punch 2, the rod 4 and the technological insert 5 of urea. The mixture 6 is poured into the forming cavity of the technological insert 5, made with a slope of the side walls of 5 °, and on its surface. The insert is preliminarily made of urea by molding or molded at a pressure of 300 MPa. In the manufacture of the liner take into account the magnitude of the change in the size of the forming grooves during the pressing process. After installing the upper punch 1, pressing is carried out at a pressure of 800 MPa. Removing the finished compact 7 from the mass of the technological liner is produced by dissolving the urea in water. The density of the obtained compact was 4.2 g / cm 3 , which corresponds to a residual porosity of 9-11% at a hardness of HB 120. Vacuum sintering of the pressed blanks is carried out at 1100 ° C and holding for 2 hours. After sintering, the density of the product was 4.3-4.4 with a hardness of HB 180-200.
Примеры 2-4. Аналогично описанному выше изготавливали такое же изделие, но в качестве пластично деформируемого материала для технологического вкладыша использовали смесь карбамида с корундом, смесь карбамида с карбидом кремния и смесь карбамида с карбидом вольфрама, взятых в объемном соотношении 30-70 соответственно, а также выполняли формообразующие полости с уклоном боковых стенок 5°. Трещиностойкость полученных изделий показана в таблице 2.Examples 2-4. The same product was manufactured similarly to the one described above, but as a plastic deformable material for the process insert, a mixture of urea with corundum, a mixture of urea with silicon carbide and a mixture of urea with tungsten carbide, taken in a volume ratio of 30-70, respectively, were used, and shaping cavities with slope of the side walls 5 °. Crack resistance of the obtained products is shown in table 2.
Примеры 5-19. Аналогично примерам 2-4 изготавливали такое же изделие, но в качестве пластично деформируемого материала для технологического вкладыша использовали смеси карбамида с корундом, карбамида с карбидом кремния и карбамида с карбидом вольфрама, взятые в различных объемных соотношениях, а также выполняли формообразующие полости с различным уклоном боковых стенок. Трещиностойкость полученных изделий показана в таблице 2.Examples 5-19. Similarly to examples 2-4, the same product was made, but as a plastic deformable material for the process liner, we used mixtures of carbamide with corundum, carbamide with silicon carbide and carbamide with tungsten carbide, taken in different volume ratios, and also forming cavities with different slopes of the side the walls. Crack resistance of the obtained products is shown in table 2.
Как видно из таблицы, выполнение вкладыша из смесей карбамида и наполнителей позволяет по сравнению с вкладышем, изготовленным из карбамида, повысить трещиностойкость изделия. При увеличении содержания наполнителя в смеси (примеры 14-16) трещиностойкость достаточно высока, но при этом не обеспечивается достижение равной плотности по всему телу изделия (плотность различных частей тела полученной прессовки меняется от 3,9 до 4,2 г/см3). При уменьшении содержания наполнителя снижается трещиностойкость (примеры 11-13). При уменьшении уклона боковых стенок формообразующих полостей трещиностойкость возрастает (примеры 14-19).As can be seen from the table, the implementation of the liner from mixtures of urea and fillers allows, compared with the liner made of urea, to increase the crack resistance of the product. With an increase in the filler content in the mixture (examples 14-16), the crack resistance is quite high, but it does not provide equal density throughout the body of the product (the density of various parts of the body of the obtained compact varies from 3.9 to 4.2 g / cm 3 ). With a decrease in the filler content, the crack resistance decreases (examples 11-13). With a decrease in the slope of the side walls of the forming cavities, crack resistance increases (examples 14-19).
Как видно из анализа данных таблиц 1 и 2, суммарная площадь трещин (см. таблицу 2) при различных наполнителях находится в обратной зависимости от модуля упругости прессовки (отпрессованной смеси) (см. таблицу 1). Наименьшие площади трещин наблюдаются у смесей карбамида с карбидом вольфрама, однако из-за высокой стоимости вольфрама предпочтителен корунд.As can be seen from the analysis of the data in tables 1 and 2, the total crack area (see table 2) for various fillers is inversely dependent on the modulus of elasticity of the pressing (pressed mixture) (see table 1). The smallest crack areas are observed in mixtures of urea with tungsten carbide, however, corundum is preferred due to the high cost of tungsten.
Пример 20 (по прототипу). Аналогично примеру 1 изготавливали такое же изделие, но в качестве пластично деформируемого материала использовали парафин. В результате полученные спрессованные заготовки имели форму, непригодную для дальнейшего использования из-за сильного проникновения парафина в поверхностный слой прессовки.Example 20 (prototype). Analogously to example 1, the same product was made, but paraffin was used as a plastic deformable material. As a result, the obtained pressed blanks had a shape unsuitable for further use due to the strong penetration of paraffin into the surface layer of the compact.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый способ позволит расширить технологические возможности способа за счет возможности получения изделий сложной формы из порошковых материалов с повышенной твердостью частиц с расположенными на их поверхности тонкостенными и профильными ребрами, повысить качество получаемых изделий за счет получения равномерной плотности изделия с повышенной трещиностойкостью, а также упростить способ за счет удаления карбамида растворением или возгонкой.Thus, in comparison with the prototype, the proposed method will expand the technological capabilities of the method due to the possibility of obtaining products of complex shape from powder materials with increased particle hardness with thin-walled and profile ribs located on their surface, to improve the quality of the products obtained by obtaining a uniform density of the product with increased crack resistance, and also to simplify the method by removing urea by dissolution or sublimation.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007104477/02A RU2349422C2 (en) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | Method of manufacturing products of irregular shapes from sintered materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007104477/02A RU2349422C2 (en) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | Method of manufacturing products of irregular shapes from sintered materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007104477A RU2007104477A (en) | 2008-08-10 |
| RU2349422C2 true RU2349422C2 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=39746088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007104477/02A RU2349422C2 (en) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | Method of manufacturing products of irregular shapes from sintered materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2349422C2 (en) |
-
2007
- 2007-02-05 RU RU2007104477/02A patent/RU2349422C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БОГОЯВЛЕНКСКИЙ К.Н. и др. Прессование деталей из порошковых материалов жидкими и эластичными средами. - Л.: ЛДНТП, 1983, с.28-29. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007104477A (en) | 2008-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4546238B2 (en) | Method for producing a highly porous metal compact close to the final contour | |
| KR20080046597A (en) | Method of making a sintered body, a powder mixture and a sintered body | |
| JP6806792B2 (en) | Sintered carbide with a structure that increases toughness | |
| GB2307918A (en) | Pressure molded powder metal milled tooth rock bit cone. | |
| KR101373957B1 (en) | Method of making cemented carbide or cermet agglomerated powder mixtures | |
| NL8100518A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A METALLIC SINTER BODY AND FOR CARRYING OUT THE APPARATUS APPARATUS | |
| RU2349422C2 (en) | Method of manufacturing products of irregular shapes from sintered materials | |
| KR850001553B1 (en) | Compositions for steel-harded carbide microstructured tools | |
| KR101001903B1 (en) | Manufacturing method of high-density WC hardmetal | |
| CA2352157A1 (en) | Low pressure injection molding of metal and ceramic powders using soft tooling | |
| RU2582166C1 (en) | Method of making sintered bars from heavy alloys based on tungsten | |
| WO2002020863A1 (en) | Hard metal body with hardness gradient, such as punching tools | |
| WO2005081640A2 (en) | Method of molding metal powder | |
| KR101935389B1 (en) | Cermet for wear-resistant with controlled volume ratio of carbide and method for manufacturing the same | |
| RU115261U1 (en) | MULTI-LOCAL PRESS FORM FOR PRESSING POWDERS | |
| KR101935386B1 (en) | Method for preventing preform of reinforcements for pressure-impregnation from floating and mold for preventing floating | |
| US6315935B1 (en) | Low pressure injection molding of knife blades from metal feedstocks | |
| US6309573B1 (en) | Low pressure injection molding of flat tableware from metal feedstocks | |
| KR950007174B1 (en) | Hard alloy process of watch case | |
| RU2696171C1 (en) | Method of obtaining high-strength tungsten-cobalt hard alloy with unique plasticity at compression for cyclic impact loads | |
| JPH06207202A (en) | Production of molded article | |
| JPH08216160A (en) | Mold for molding resin | |
| WO2021126324A1 (en) | Additive manufacturing techniques and applications thereof | |
| RU2264278C1 (en) | Hard-alloy article production method | |
| Myers et al. | Compaction of Carbide Powders |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |