2. Прочностной и жесткостной расчет пресс-форм.

2.1 Основные элементы пресс-форм для холодного прессования металлических порошков.

Любая пресс-форма для прессования металлических порошков представляет собой матрицу и пуансоны (рис.2). Порошок насыпается в матрицу и уплотняется затем при помощи пуансонов. Для получения отверстий в полых изделиях используются стержни.

В зависимости от конструкции пресс-формы прессование порошка осуществляется либо верхним, либо нижним пуансоном, либо обеими пуансонами вместе.

Выталкивание изделия может производиться как пуансонами (верхним или нижним), либо путем стягивания матрицы с прессовки. Формование может производиться как в автоматическом режиме так и в ручном.

В качестве вспомогательных элементов для осуществления дополнительных поступательных движений матриц и стержней используются пружины.

2.2 Расчет матриц на прочность и жесткость.

Матрица пресс-формы рассматривается как толстостенная труба, нагруженная равномерно распределенным по высоте внутренней стенки боковым давлением p_б. Под действием этого давления в стенке матрицы возникают радиальные и тангенциальные растягивающие напряжения, достигающие своего максимума на внутренней поверхности матрицы.

_{r = *( )*} p_б ; _{ = *( )*} p_б

где

r_{1 -} радиус внутреннего отверстия матрицы;

r_{1 -} радиус внешнего отверстия матрицы;

Следовательно, исходя из реальной прочности материала матрицы для условия

_{экв =} _{r +} _ получаем p_б _p2,

где _p = 1000 - 1500 МПа.

Расчет толщины стенки матрицы по условию прочности приводит к соотношению r₂/r₁ = a =1,2 - 1,25 , то есть к тонкостенной матрице. Тонкостенные матрицы работают в условиях значительных радиальных упругих деформаций. Как уже было описано выше, если радиальная деформация матрицы превышает допустимую величину, выпрессовка полученной в результате прессования заготовки сопровождается появлением трещин на ее боковой поверхности. Исходя из изложенного, стальные матрицы рассчитывают из условия обеспечения жесткости, условие прочности в этом случае удовлетворяется автоматически

r₁ =

где r₁ - радиальная деформация внутренней поверхности матрицы;

E - модуль упругости материала матрицы (Е = 2.15 *10⁵ МПа)

 - коэффициент Пуассона для материала матрицы ( = 0.28).

В некоторых случаях для определения жесткостных параметров матриц используется показатель _r1= r₁/ r₁. В таблице 2. представлены значения допустимого относительного приращения внутреннего радиуса матрицы _r1 %

2.3 Расчет пуансонов на сжатие и изгиб.

При работе пуансоны подвергаются сжатию и продольному изгибу. По условию контактного давления пуансоны расчитываются по формуле

_к= p_z/ F_k  _0,2

где _0,2 - допустимые контактные напряжения материала пуансона; МПа

p_z - осевое усилие прессования МН;

F_k - площадь контактной поверхности пуансона.

Таблица 2. Значения допустимого относительного приращения внутреннего радиуса матрицы _r1 %

Значения	Боковое давление pб МПа
a =r2/r1	300	400	500	600
4.0	0,085	0,115	0,145	0,170
3.5	0,096	0,130	0,160	0,190
3.0	0.114	0,150	0,180	0,220
2.5	0,135	0,180	0,225	0,265
2.0	0,180	0,240	0,300	0,360

Пуансоны, имеющие длину l 3 d, необходимо проверять на устойчивость. Усилие, при котором может начаться продольный изгиб пуансона, определяются по выражению

P_k = ( 2*²*E* I_min)/ l²

где l - длина свободной части пуансона м;

I_min - минимальный момент инерции сечения пуансона м⁴.

Таблица 3. Зависимости плотности порошков от давления прессования

Состав шихты	Плотность (абсолют. и относит.) при давлении холодного прессования, МПа
-Марка %	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
Fe-99 C-1	4,22 55,2	5,11 66,8	5,63 73,6	6,04 78,9	6,31 82,5	6,52 85,2	6,68 87,3	6,81 89,0	7,12 93,0	7,23 94,4
Fe- 97 C-3	4,24 57,7	4,96 67,4	5,51 74,9	5,93 80,7	6,12 83,2	6,31 85,8	6,37 86,7	6,44 87,6	6,72 91,4	6,91 94,0
Fe- 95 C-5	4,17 60,1	4,84 69,8	5,16 74,4	5,42 78,2	5,92 85,4	6,08 87,6	6,14 88,6	6,21 89,6	6,34 91,5	6,46 93,2
Fe- 90 C-10	4,03 64,6	4,49 72,1	4,68 75,1	5,04 80,8	5,44 87,2	5,62 90,0	5,65 90,5	5,71 91,6	5,73 91,8	5,91 94,7
Fe- 85 C-15	3,88 69,4	4,05 72,4	4,18 74,8	4,49 80,3	4,92 88,0	5,01 89,6	5,08 91,0	5,13 91,7	5,23 93,3	5,34 95,6
Fe- 80 C-20	3,70 71,4	3,82 73,7	3,88 74,9	4,07 78,6	4,17 80,5	4,38 84,5	4,42 85,3	4,47 86,3	4,67 90,1	4,71 90,7
АПС-1 (Al)	2,32 86,1	2,57 95,1	2,62 97,3	2,63 97,5	2,63 97,5	2,63 97,5	2,64 97,9	2,64 97,9
ПЖ2М1 (Fe)	4,02 51,2	4,66 59,4	5,28 67,3	5,59 71,2	5,94 75,6	6,20 79,0	6,37 81,1	6,44 82,0	6,62 84,3	6,74 86,2
МП-1 (Cu)	5,00 56,2	5,65 63,6	6,30 70,8	6,74 75,7	7,06 79,5	7,38 83,0	7,53 84,6
ПНЭ-1 (Ni)	4,76 53,1	5,41 60,4	5,7 63,3	6,05 67,5	6,31 70,5	6,54 73,0	6,64 74,1	6,88 76,7	6,93 77,3
ТГ100 (Ti)	2,48 55,1	3,16 70,3	3,48 76,5	3,52 78,1	3,61 80,1	3,75 83,4	3,90 86,7	3,93 87,5
ХО (Cr)	3,96 55,3	4,60 64,2	5,06 70,7	5,24 73,2	5,46 76,1	5,79 80,8	5,89 82,2	6,06 84,6
ПЦ-1 (Zn)	5,42 73,3	6,08 82,1	6,78 91,7

7