SU1567324A1 - Пресс-форма дл гор чего прессовани порошков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к порошковой металлургии, в частности к пресс-формам дл  гор чего прессовани  порошков. Цель - повышение качества изделий и расширение технологических возможностей за счет обеспечени  прессовани  крупногабаритных изделий и снижение энергозатрат, а также повышение надежности пресс-формы путем увеличени  опорных площадей пуансонов. В полость матрицы 8 насыпают порошок и устанавливают верхний пуансон 1. Полости 6 нижнего и верхнего пуансонов заполн ют теплоизол ционным материалом. Ходом верхней плиты пресса вниз производ т подпрессовку, а затем включают индуктор 10. В св зи с тем что пуансоны выполнены с полост ми на торцовых поверхност х, обеспечиваетс  равномерный разогрев их рабочих поверхностей за счет дополнительного притока тепла с боковых поверхностей. В результате этого ускор етс  процесс гор чего прессовани  и стабилизируетс  тепловое поле в направлении к центру издели . Применение данной пресс-формы позвол ет повысить качество изделий и расширить технологические возможности оборудовани . 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

Description

1

(21)4430877/31-02

(22)26.05.88

(46) 30.05.90. Бюл. № 20

(71)Институт сверхтвердых материалов АН УССР

(72)В.И.Игнатенко, А.А.Шамрай,

Г.Д.Наливка, И.Н.Голуб, О.Н.Белоконь и И.Н.Змиевский

(53)621.762.4.043(088.8)

(56)Либенсон Г.А. и Панов B.C. Оборудование цехов порошковой металлургии . М.: Металпурги , 1983, с. 185, рис. 113.

Авторское свидетельство СССР Nv 986594, кл. В 22 F 3/14, 1981.

(54)ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ГОРЯЧРГО ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКОВ

(57)Изобретение относитс  к порошковой металлургии, в частности к пресс-формам дл  гор чего прессовани  порошков. Цель - повышение качества изделий и расширение технологических возможностей за счет обеспечени  прессовани  крупногабаритных изделий и

снижение энергозатрат, а также повышение надежности пресс-формы путем увеличени  опорных площадей пуансонов . В полость матрицы 8 насыпают порошок и устанавливают верхний пуансон 1. Полости 6 нижнего и верхнего пуансонов заполн ют теплоизол ционным материалом. Ходом верхней плиты пресса вниз производит подпрессовку, а затем включают индуктор 10. В св зи с тем что пуансоны выполнены с полост ми на торцст гх поверхност х, обеспечиваетс  равномерный разогрев их рабочих повер ностей за счет дополнительного притока тепла с боковых поверхностей. В результате этого ускор етс  процесс гор чего прессовани  и стабилизируетс  тепловое псЗле в направлении к центру издели . Применение данной пресс-формы позвол ет повысить качество изделий и расширить технологические возможности оборудовани . 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

i

(П

15 5

/4

СП

с& 1

СО

ю

Изобретение относитс  к порошковой металлургии, в частности к пресс-формам дл  гор чего прессовани  порошков .

Цель изобретени  - повышение качества изделий, расширение технологических возможностей за счет обеспечени  прессовани  крупногабаритных изделий и снижение энергозатрат, а также повышение надежности пресс- формы путем увеличени  опорных площадей .

На фиг. 1 показана описываема  пресс-форма, продольный разрез; на фиг. 2 - схема распределени  магнитного пол  по поверхности пуансона; на фиг. 3 - схема распределени  температуры в пуансоне; на фиг. 4 - схема оттока тепла в пуансоне; на фиг. 5 - схема притока тепла к порошку , на фиг. 6 - схема пуансона с конической полостью; на фиг. 7 - то ,же, со сферической полостью; на фиг. 8 - наполнитель в виде пакета дисков из тугоплавкого материала и охватывающего этот пакет стакана из углеродной ткани; на фиг. 9 - схема пуансона с конической полостью и конической втулкой из тугоплавкого материала; на фиг. 10 - схема пуансона с конической полостью и цилиндрической приставкой.

Пресс-форма дл  гор чего прессовани  изделий из порошков (фиг. 1) состоит из пуансонов 1, имеющих рабочие 2 и нерабочие 3 боковые поверхности , а также рабочие 4 и нерабочие 5 торцы, на которых выполнены полости 6 в виде выт нутых в осевом направлении пресс-формы фигур вращени  (эллипсоида - на фиг. 1, конуса - на фиг. 2, цилиндра - на фиг. 4, сферы - на фиг. 5). Между рабочими торцами 4 пуансонов 1 расположен либо порошок, либо брикет из порошка, т.е. заготовка 7, которую с боковых сторон ограничивает поверхность матрицы 8, выполненна  из частей, скрепленных обоймой 9. Пресс-форма размещена в индукторе 10, выполненном также из частей, причем кажда  часть индуктора 10 может быть подключена самосто тельно к компенсирующей емкости источника питани , либо несколько источников питани  (не показаны), что определено материалом пуансонов, и соответственно, необходимой частотой питающего тока. Пресс-форма может

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

иметь верхний и нижний пуансоны одинаковой или различной конструкции. Варианты конструкции пуансонов 1 предусматривают опору не только на нерабочие торцы пуансонов 1, но и на опорные диски 11 (фиг. 8). Функции опорных дисков 11 могут выполн ть либо втулка 12 из керамики (фиг.9), либо керамическа  проставка (кольцо) 13, заполненна  теплоизол ционным материалом (фиг. 10). Индуктор 10 смонтирован между верхней и нижней плитами 14 пресса (не показан), а пуансоны 1 пресс-формы опираютс  на охлаждаемые плиты 14 пресса через теплоизол ционные прокладки 15. Кроме того , пресс-форма может быть оснащена вакуумной камерой (не показана) с соответствующими агрегатами, теплоизол цией источником (одним или несколькими ) питани  электроэнергией, системой охлаждени  (не показаны). Полости пуансонов 6 заполнены тугоплавким теплоизол ционным наполнителем , который в зависимости от конструкции пуансонов может быть использован в виде порошков, гранул, тканей, волокон, либо в виде плотного гор че- прессованного композиционного материала .

Наиболее эффективна форма полостей пуансонов в виде эллипсоида вращени  (фиг. 1), однако она сложна в изготовлении .

I

С целью улучшени  технологичности

изготовлени  пуансонов полости 6 могут быть выполнены коническими (фиг. 2, 6, 9, 10), либо сферическими (фиг. 7), либо ступенчатой цилиндрической формы (фиг. 8).

В св зи с тем, что часть площади нерабочих торцов 5 пуансонов 1 зан то полостью 6, площадь опорной поверхности этих пуансонов может быть недостаточной дл  воспри ти  необходимого давлени . С целью увеличени  площади опорных поверхностей пуансонов 1, т.е. нерабочих поверхностей 5, опорными поверхност ми пуансонов может  вл тьс  торцова  поверхность опорных дисков 11 из жесткого тугоплавкого теплоизол ционного материала (фиг. 8), пакеты которых могут быть установлены в ступенчатые полости пуансонов 1 с выступанием над част ми пуансона 1, выполненными из графита . Опорные диски 11 могут быть

5

выполнены в виде конических втулок (опор) 12 (фиг. 9), либо в виде керамических проставок (колец) 13, установленных на нерабочем торце пуансона 1 (фиг. 10). Опорные диски 11, конические опоры 12, керамические кольца 13 также могут быть выполнены составными.

. Пресс-форма работает следующим образом.

Сначала на нижней охлаждаемой плите 14 пресса устанавливают нижний пуансон 1 в собранном виде. При сборке пуансона 1 (нижнего) учитывают, что, если теплоизол ционным заполнителем дл  полости 6  вл етс  сыпучий материал (либо другой подвижный) то нижний пуансон 1 предварительно заполн ют теплоизол тором, закрывают теплоизол ционной прокладкой 15 и устанавливают на нижней охлаждаемой плите 14 пресса в центральной части индуктора 10. На нижний пуансон 1 устанавливают матрицу 8 с обоймой 9 с упором на подкладки (не показаны). В полость матрицы 8 засыпают порошок или устанавливают заготовку 7 и устанавливают верхний пуансон 1, заполн ют полость 6 верхнего пуансона 1 теплоизол ционным материалам и устанавливают верхнюю теплоизол ционную прокладку 15. Далее дают ход верхней плите 11 пресса вниз и производ т предварительную подпрессовку (выборку зазоров). После предварительной подпрессовки пресс-формы при необходимости производ т вакууми- рование и включают индуктор 10, производ т разогрев порошка и последующее гор чее прессование со стабилизированной по диаметру заготовки температурой путем нагружени  верхнего пуансона 1 ходом верхней плиты 11 пресса. Перед включением плиты 11 пресса разогрев пресс-формы производ т следующим образом: включают части индуктора 10, которые навод т токи высокой частоты на поверхности обоймы 9 и боковых поверхност х пуансонов 1. Поскольку основной эффект достигают посредством разогрева пуансонов , рассмотрим процесс их нагрева. На фиг. 2 показана схема распределени  магнитного пол  в системе индуктор-пуансон . В результате действи  эффекта близости и кольцевого эффекта в индукторе, а также поверхностного эффекта и эффекта близости в

5673246

пуансоне, токи в индукторе и пуансоне концентрируют на их обращенных друг к другу поверхност х. Рассмотрим уравнение теплопроводности дл  5 сплошного цилиндра, который представл ет собой пуансон

ЭТ ( 1 DT. а о m

« - а(ък R;R} (1)

гдесО- объемна  плотность источников тепла (в нашем случае, это поверхность матрицы, примыкающа  к пуансону). Решением уравнени  (1) будет

Т 2. -L-n- t+ S(tf,b/n1, (2) /I L J

где Ки - радиус пуансона; 0 Р относительна  коордип ти; 1 at/R,, - критерий Фурье.

Анализ функции S(V,p, Ј ) показывает , что распределение температуры 5 в пуансоне имеет параболический характер (фиг. 3, параболическа  крива  показана пунктиром).

Если пуансон представл ет собой графитовый стакан, заполненный ма- ... тернал с меньшей теплопроводностью, то картина оттока тепла через пуансоны 1 на шаге L (фиг. 4) будет иметь следующий вид. Счита , что температура по стенке графитового стакана Т измен етс  линейно, а темпера- 5 тура Tg в сечение SQ однакова, общее отводимое количество тепла равноп - с %ГТ Т Т Т Q - S, -(22 - ) +

0 + S, ЈЧТ4 - Те),

так как /I ч - (10, то в любом случае общее количество тепла, отводимое сплошным пуансоном, будет больше, чем описанным.

В начальной стадии гор чего прессовани  происходит фаза спекани  (фиг. 5) и пуансон служит источником тепла дл  формуемого издели  Тп Т,, где Тг) - температура поверхности пуансона; ТСц- температура поверхности спекани  порошка.

Дл  обеспечени  равномерного распределени  температуры по поверхнос- ти пуансона наиболее эффективна полость в виде эллипсоида вращени , где обеспечиваетс  приток дополнительного тепла с боковой поверхности

5

0

пуансона к рабочей торцовой поверхности . Дл  упрощени  конструкции полости на практике целесообразно выполнить ее в виде конической поверхности усеченного конуса.

Таким образом, выше доказано, что описанна  конструкци  пресс-формы не просто содержит теплоизол ционный пуансон, а позвол ет получить дополнительный приток тепла, ускор ющий процесс гор чего прессовани  и стабилизирующий тепловое поле от периферии рабочей поверхности пуансона к центру.

После выдержки давлени  плитой 11 пресса при стабилизированной температуре в прессовой камере индуктор 10 выключают и производ т предварительное охлаждение пресс-формы, после чего нагрузку снимают, плиту 11 отвод т вверх, а пресс-форму охлаждают и разбирают , заготовку извлекают и направл ют на механическую обработку.

Разновидности конструкций пуансона (фиг. 1-10) имеют свои достоинства , что позвол ет подобрать наиболее оптимальную конструкцию пуансона дл  конкретных условий гор чего прессовани , завис щих от прессуемого материала , температуры и давлени , размеров издели , конструкций индукторов. Кроме того, возможны комбинации конструкций пуансонов 1 в одной пресс- форме, т.е. конструкции верхнего и нижнего пуансонов 1 могут быть неодинаковы в св зи с наличием различных температурных полей. Наличие эффекта увеличенного теплопритока по сравнению с теплоотводом позвол ет производить быстрый разогрев крупногабаритных заготовок, что значительно сокращает врем  разогрева, уменьша  расход электроэнергии как за счет уменьшени  времени разогрева, так и за счет уменьшени  теплоотвода.

Таким образом, конструкци  описанной пресс-формы позвол ет расширить технологические возможности за счет получени  изделий из порошков тугоплавких соединений с большими поперечными размерами при повышении качества получаемых изделий и экономии электроэнергии. Кроме того, по вл етс  возможность повысить температуру гор чего прессовани  без дополнительного расхода электроэнергии, так как нет необходимости в дополнительном перегреве прессовки. Следствием вышеуказанного  вп етс  дополнительное

5

0

5

0

5

0

5

0

5

повышение качества изделий за счет увеличени  выхода годных.

Пример. Была изготовлена пресс-форма с пуансонами при граничных и выход щих за граничные значени  за вл емых соотношени х. При этом диаметр полости в плоскости нерабочих торцов пуансонов приближалс  к наружному диаметру пуансонов, т.е. их соотношение приближалось к единице.

Полученные данные сведены в таблицу , где термический КПД - это отношение количества теплоты 0. , необходимого дл  доведени  материала пуансонов по толщине до температуры гор чего прессовани  без перегрева к общему количеству теплоты, сообщенному пуансоном - б ; Д0 - отношение температуры гор чего прессовани  к температуре разогретых наружных слоев пуансонов (т.е. U (9 - это излишне затраченна  теплота на нагрев пуансонов); h - высота полости Н - высота пуансона.

Прессуемый материал - сиалон (порошок нитрида кремни  с добавками тугоплавких окислов) температура гор чего прессовани  - 1750-1780°С.

Несмотр  на то, что в строках 1,2, 5 значени  КПД оказались одинаковыми, установлено, что врем  разогрева до оптимальной температуры режима гор чего прессовани  сиалона (1750°С) было различное.

В результате увеличени  времени разогрева произошло увеличение количества брака за счет роста зерна материала и уменьшени  механической прочности. При значении h/H 0,9 наблюдаетс  уменьшение времени разогрева , однако механическа  прочность пуансона становитс  недостаточной дл  выполнени  гор чего прессовани .

Таким образом, применение описанной пресс-формы позвол ет повысить качество изделий и расширить технологические возможности оборудовани  за счет обеспечени  равномерного нагрева порошка по объему матрицы, а также увеличением опорных площадей пуансонов , повысить надежность пресс-формы.

Claims (4)

1. Пресс-форма дл  гор чего прессовани  порошков, содержаща  матрицу с пуансонами и индуктор, отличающа с  тем, что, с целью повышени  качества изделий, расширени 

технологических возможностей за счет обеспечени  прессовани  крупногабаритных изделий и снижени  энергозатрат , центральные части нерабочих торцов пуансонов выполнены с выемками, глубина которых вдоль оси пуансона составл ет 0,1-0,8 его высоты, при этом выемки заполнены теплоизолирующим наполнителем.

2. Пресс-форма по п. отличающа с  тем, что выемки пуансонов выполнены в виде эллипсоида вращени , полного или усеченного конуса , цилиндра или сферы.

Фик.З

3.Пресс-форма по п. отличающа с  тем, что в качестве наполнител  используют керамический

. материал.

4.Пресс-форма по п. отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности пресс-формы путем увеличени  опорных площадей пуансонов , теплоизолирующий наполнитель выполнен в виде пакета дисков из тугоплавкого материала и охватывающего этот пакет многослойного ста- , кана из углеродной ткани.

omSod

Фиг, Ч

/

о

V.,л,ж-ТГД ТЦ7

Фиг. 7

7 фиг 9

Редактор М.Товтин

Составитель И.Ки нскии

ТехреД М.Хоцанич Корректор С. Шевкун

Заказ 1287

Тираж 642

ВНИИНИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113033, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

7 Фиг. В

фиг W

Подписное