2.2. Расчет размеров пресс-форм

Исходными данными для расчета размеров пресс - форм являются величины:

- размеры готового изделия (высота h, поперечный размер D, размер отверстия

d) и допуски  на них;

- плотность готового изделия и ее пределы (нижний ₁, верхний ₂);

- упругие последействия по линейным размерам после прессования в % _п или по абсолютной величине l_п;

- объемная усадка (или рост) по линейным размерам при спекании в процентах

 или в абсолютной величине ;

- увеличение (или уменьшение) площади поперечного сечения при спекании в процентах ;

- припуск (положительный или отрицательный) на калибрование линейных

размеров П_к;

- упругие последействия по линейным размерам после калибрования (или

допрессовки) в процентах _к или в абсолютных единицах l_к;

- увеличение (или уменьшение) площади поперечного сечения после

калибрования (или допрессовки) в процентах y;

- прирост плотности при калибровании (или допрессовке) спеченного изделия в процентах ;

- уменьшение веса изделия при спекании за счет выгорания смазок,

восстановления окислов и пр. в % .

Выше перечисленные величины определяются опытным путем или выбираются по таблицам. При проектировании пресс-формы учитываются абсолютные величины допусков готового изделия. Здесь возможны два момента: когда они в совокупности пренебрежимо малы в сравнении с значением допуска детали или, наоборот, перекрывают его. В первом случае значения технологических параметров в расчеты не включают. Для оценки используют формулы:

(+D_max) - (l_п +  + П_к + D) = 0 ; ( | - D_min |) - (l_п +  + П_к - D) = 0 ,

где D - припуск на износ инструмента (он не учитывается для горизонтальных поверхностей). Если условие не выполняется то размеры элемента оснастки изменяют на величину получаемой разницы.

2.1.1. Определение высоты загрузочной камеры

Ее высота Н определяется по формуле: Н = k  h_пр, где k - коэффициент обжатия; h_пр - высота спрессованного изделия. Величину k вычисляют по среднеарифметическому значению _пр. Если известно значение интервала пористости (П), для расчета k применяют величину _пр, определяемую по формуле _пр = _к (1 - П / 100), где _к - удельный вес компактного материала. При прессовании изделий, имеющих вертикальные переходы, высота слоя засыпанного порошка определяется для каждого из участков прессовки. Высоту прессовки рассчитывают по формулам:

- в случае роста при спекании:

h_пр = h_cп[(100-х)/100][(100+)/100](_сп.ср/_пр)

- в случае усадки:

h_пр = h_cп[(100+х)/100][(100+)/100](_сп.ср/_пр),

^{где }_сп.ср. ^{- средняя плотность спеченного изделия.}

2.1.2. Определение общей высоты матрицы

Она определяется по формуле Н_м = Н + h_в + h_н, где h_в - величина захода в матрицу верхнего пуансона, h_н - величина захода в матрицу нижнего пуансона. В стационарных пресс-формах, где матрица служит дозирующим устройством, нет необходимости предусматривать величину h_в.

^{Здесь Н}_м ^{= Н}₁ ^{+ Н}₂ ^{+ h}_н^.

2.1.3. Расчет размеров рабочей полости матрицы

Если задан конечный размер изделия с допусками D_min и D_max, то определение номинального размера рабочей полости матрицы ведут по выражению D_м = D_max - l_п    П_к - l_к._.

Припуск на износ матрицы рассчитывают

D = (D_min - l_п    П_к - l_к) - D_м - А_м,

^{где А}_м ^{- действительный допуск отверстия матрицы при ее изготовлении.}

2.1.4. Определение размеров стержня

Если известны конечные размеры отверстия детали ПМ D_min и D_max, то номинальный размер рабочей части стержня

d_ст = d_max  l_п    П_к  l_к.

^{Припуск на износ стержня d = d}_ст ^{- (d}_min ^{ l}_п ^{   П}_к ^{ l}_к^{) - А}_ст^.

^{где А}_ст ^{- действительный допуск стержня при его изготовлении в абсолютном}

значении.

2. 2. Расчет деталей пресс - форм на прочность

Главным условием изготовления качественных деталей из ПМ и КМ является жесткость элементов оснастки. Поэтому необходимо проверять это условие проводя расчеты давления прессования.

2.2.1. Расчет давления прессования.

Полное давление прессования складывается из затрат давления на уплотнение порошка и потерь давления на внешнее трение частиц о стенки матрицы: Р_общ = P_тр + Р.

Для определения давления, идущего на уплотнение порошка, используют

формулы Ждановича, Канина и Юрченко, Бальшина, Николаева. Формула Николаева, выведенная на основе предположения, что при достаточно больших давлениях формование прессовки происходит за счет истечения металлических частиц в поры, имеет вид Р=_s C  ln(/(1-)),

^{где }_s ^{- пределы текучести металлических порошков: железа 200 Па, алюминия}

^{35 Па, стали 400 Па, меди 80 Па;  = }_пр^/_к ^{- относительная плотность ; С = 2,5}

... 3 - постоянный коэффициент.

Формула Николаева применима для расчетов в интервале плотностей свыше 50% и не равной 100% теоретической плотности.

Потеря давления на внешнее трение Р_тр = f  P_бок  (S_т/S),

где f - коэффициент трения порошка о стенки матрицы пресс-формы;

P_бок - боковое давление; S_т - площадь поверхности трения; S - площадь поперечного сечения изделия. Значение бокового давления для интервала плотности от 0.5 до 1 теоретической определяется по приближенной формуле Р_бок = (0,3 ... 0,4)Р_осевое. Величина коэффициента трения f для “сухих” металлических порошков без специальных добавок колеблется от 0,06 до 0,20.

Добавки твердых смазок в смесь для прессования (графита) снижает f в 2...3 раза, а введение стеариновой кислоты, индустриального масла, глицерина - в

1,5 ... 5 раз. Смазки повышают чистоту поверхности прессовки.

На стадии выталкивания в крайних сечениях изделия на кромке матрицы возникают “упругие последействия”, вызванные разницей в радиальных упругих силах, что может вызвать трещины. Влияние упругого последействия уменьшается снижением удельного давления формования, введением смазок, закруглением острых кромок матрицы и увеличением скорости выталкивания. Для большинства металлических порошков и давлений прессования от 400 до

1000 МПа величина упругого последействия не превышает 4% от допуска детали.

Часто на практике для расчета давления используют экспериментальные значения Р_уд, определяемого по методике ГОСТ 25280-82.