Глава 6. Изготовление порошковых изделий без форм

Основная масса порошковых изделий - это детали и заготовки, изготовленные с применением долговечной и дорогой инструментальной оснастки (пресс-формы и штампы). Очевидно, что применение такой оснастки экономически оправдывается только в условиях массового производства, когда ее стоимость раскладывается на десятки и сотни тысяч изделий. Высокая стоимость сложной по форме, фасонной оснастки – основная экономическая проблема, сдерживающая применение порошковых технологий, особенно при изготовлении небольших серий изделий.

6.1. Механическая обработка заготовок

Частично проблема дороговизны инструментальной оснастки решается, например, при производстве инструмента из твердых сплавов, методом механической обработки пластифицированных заготовок. Сущность метода состоит в следующем. Простая по форме заготовка (пластина, цилиндр) прессуется и спекается при сравнительно низкой температуре с таким расчетом, чтобы пористость после спекания составила 35-40%. Затем пористая заготовка пропитывается парафином и подвергается механической обработке. После механической обработки парафин отгоняется и заготовка спекается до требуемой плотности.

Особенность метода в том, что вначале надо правильно выбрать размер сырой формовки, учитывая при этом высокую пористость после предварительного спекания и большую усадку при окончательном спекании. Это делается умножением размеров окончательно спеченной детали на коэффициент усадки, но точность результата зависит от стабильности значений пористости и усадки.

Рассмотрим пример изготовления инструмента из твердого сплава с использованием метода механической обработки. После определения размеров сырой формовки изготавливается, или подбирается из наличия, простая пресс-форма для формования исходной заготовки. После прессования, полученную формовку спекают в водороде при 700-1000^оС с целью придать ей достаточную прочность, необходимую для последующей механической обработки. Обычно предел прочности должен быть не ниже 20 МПа. После спекания заготовку пропитывают чистым медицинским парафином, который после испарения практически не оставляет примесей. Пропитка ведется в ванне из нержавеющей стали с электрическим подогревом. Вначале ванну нагревают до 40-50^оС, в расплавленный парафин опускают заготовки, уложенные на дырчатый поддон, и повышают температуру до 140-150^оС со скоростью 50^о/ч. Парафин, проникая через капиллярные поровые каналы, вытесняет воздух и заполняет все поры. При достижении заданной температуры подогрев прекращается и ведется медленное охлаждение до ~30^оС, после чего заготовки вынимаются из ванны. О качестве пропитки судят по контрольным образцам. При равномерной пропитке излом, в месте царапания острым предметом имеет металлический блеск. Такой контроль позволяет отбраковать дефектные заготовки. Если заготовки имеют раковины и трещины, то там скапливаются пузырьки воздуха и в этих местах видны более светлые прожилки парафина.

Механическую обработку пластифицированных парафином заготовок проводят острым твердосплавным инструментом при небольших подачах. Можно получать детали практически любой сложности с чистой поверхностью и острыми кромками.

После механической обработки проводят отгонку парафина. Изделия укладываются в лодочки из нержавеющей стали, присыпаются графитовой крупкой или корраксом для более равномерного нагрева и предотвращения спекания друг с другом. В специальной водородной печи заготовки нагреваются сравнительно быстро до 200^оС и далее, более медленно, в связи бурным испарением парафина при 200-500^оС. После отгонки парафина продолжается быстрый нагрев до 750-780^оС для повышения прочности пористых заготовок. Общее время отгонки парафина 19-12 ч, время охлаждения 0,5-1 ч.

Метод механической обработки пластифицированных заготовок довольно широко применяется при изготовлении деталей пресс-форм и штампов, обжимных роликов, режущих инструментов (фрезы, сверла, развертки, зенкеры, фасонные резцы, метчики и др.). За рубежом таким методом производят не только твердосплавные заготовки, но и изделия из других материалов, например из порошков нержавеющей стали. Это, прежде всего, первые образцы новой продукции (детали-прототипы), после отработки которых на стадии НИОКР, планируется организация промышленного производства. Масса отдельных деталей достигает 100 кг. Разработка новых полимеров (вместо парафина), позволяющих повысить прочность сырой формовки, расширяет возможности практического применения этого метода.