3.5. Типовые изделия из порошковых материалов.

Технологические требования к форме деталей.

Методами порошковой металлургии получают детали машин, приборов различной конфигурации сравнительно небольших размеров в условиях се­рийного и массового производства. Такие детали способны работать при умеренных нагрузках. Себестоимость деталей может быть низкой вследст­вие незначительных отходов материалов, малой энергоемкости производ­ственного процесса и сокращения или устранения механической обработки. Примерами таких деталей могут служить шестерни масляных насосов, пор­шневые кольца, втулки, элементы лабиринтных уплотнений, колпачки, крышки, заглушки, звездочки, шестерни, диски, кольца, кулачки и т.п.

При проектировании деталей необходимо учитывать неизбежную нерав­номерность плотности, которая особенно проявляется на относительно высоких деталях, а также сложность изготовления пресс-форм и необходи­мость извлечения изделий из пресс-форм.

Формование в пресс-формах не позволяет получить канавки, пазы, отверстия, расположенные не параллельно движению формующих пуансонов (рис.3.5,а, д).

Узкие и глубокие пазы (б), а также тонкие и высокие выступы (д) могут вызывать поломку элементов пресс-формы. Предпочтительна конфигу­рация деталей без угловых элементов или сопряжений пересекающихся по­верхностей радиусами R > 0,5-1мм (рис.3.5,а,б,в).

Для получения более равномерной плотности, исключения коробления и разрушения при выпрессовке и термической обработке следует проекти­ровать детали равностенными (рис.3.5,а). Толщина фланцев, буртов, пе­ремычек t должна быть не менее 2 мм.

Рис.3.5. Примеры нетехнологичной (I) и технологичной (П) конструкции деталей

Конструкция детали должна обеспечивать удаление заготовки из пресс-формы, при отсутствии выталкивателей необходимы уклоны (рис. 3.5 а, в) с углом α ≥ 5°.

Глубокие глухие полости и отверстия (рис.3.5,в) чрезвычайно ус­ложняют пресс-формы и вызывают поломку тонких элементов пуансонов, глубина полостей и отверстий более двух диаметров недопустима. Форма отверстий и полостей предпочтительна цилиндрическая.

При наличии конических участков на деталях желательны цилиндри­ческие пояски шириной б более 0,5 мм (рис.3.5,г). Необходимо также помнить, что размеры деталей в направлении движения пуансонов имеют меньшую точность из-за погрешности дозировки исходного материала и погрешности конечного положения пуансонов.

Для деталей машин используют конструкционные порошковые материа­лы: алюминиевую пудру, медь, железо, смеси железа с графитом и леги­рующими элементами, сталь, в том числе легированную, и др.

Кроме деталей машин и приборов из порошковых материалов получа­ют специфические изделия. В ряде случаев порошковая металлургия явля­ется единственно возможным способом их получения.

Элементы режущего инструмента из металлокерамических твердых сплавов на основе карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC) и связующего компонента кобальта получают горячим прессованием, поэто­му термин "сплав" здесь условен. Кроме твердых сплавов для режущего инструмента используют спеченные сверхтвердые материалы (алмаз, эль-бор, гексанит и др.).

Антифрикционные спеченные материалы имеют твердый прочный метал­лический каркас (железо, медь, бронза), содержат внутри себя мягкие компоненты, играющие роль смазки (графит, сера, дисульфид молибдена и др.). Такие материалы при сравнительно высокой прочности имеют низ­кий коэффициент трения, хорошо прирабатываются в парах трения, мало изнашиваются, бесшумны. Дополнительная пропитка пористых изделий мас­лом позволяет использовать их без дополнительной смазки. Уникальная работоспособность в условиях сухого трения достигается пропиткой пластмассой (фторопласт).

Фрикционные материалы предназначены для работы в различных муф­тах сцепления и тормозах, должны обладать большим коэффициентом тре­ния, высокой прочностью и противостоять местному разогреву до 1200°С.

Состав спеченных многокомпонентных фрикционных изделий:

1)основа - медь и ее сплавы при рабочей температуре до 500-600°С, железо, никель и их сплавы при большей температуре;

2)твердые смазки для предотвращения микросхватывания и чрезмер­ ного износа (свинец, олово, висмут, графит, сульфат железа, нитрид бора);

3)материалы, обеспечивающие высокий коэффициент трения - асбест, кварцевый песок, карбиды бора, кремн ия, хрома, оксиды алюминия и др.

Фрикционные элементы в виде дисков, накладок соединяют с силовы­ми деталями спеканием, склеиванием или механическими способами.

Фильтры изготавливают из порошков коррозионно-стойких или жаро­стойких материалов - бронзы, латуни, нержавеющей стали, серебра, спла­вов на основе никеля, титана, вольфрама, молибдена и др. Главными До­стоинствами спеченных фильтрующих элементов являются тонкость фильтра­ции, высокая работоспособность в агрессивных средах и при высокой температуре.

Электротехнические материалы в виде спеченных разрывных и сколь­зящих контактов, магнитов, полупроводников позволяют уменьшить стои­мость изделий и повысить эксплуатационные характеристики.

Разрывные контакты получают из композиций: серебро - никель; вольфрам - медь - никель; вольфрам - серебро - никель; железо - медь и др. Такие контакты имеют высокую электро- и теплопроводность, вы­сокую износе- и эрозионную стойкость.

Скользящие контакты (щетки), обладающие малым коэффициентом тре­ния, высокой электропроводностью, высокой износостойкостью в условиях электроискровых и дуговых процессов, изготовляют из мелкодисперсных смесей: графит-связующие смолы; графит-медь с добавками серебра, оло­ва, свинца; графит-углеродные соединения.

Магнитные материалы изготавливают из порошков чистого железа и кремния, железа с никелем, кобальтом и алюминием и др.