3.3.2. Практика прессования
Процесс прессования включает в себя расчет навески, дозировку и засыпку порошка в форму, прессование и удаление прессовки из формы.
Расчет навески проводится по формуле:
Q = V γk θ K1 K2, (3.24)
где V – объем спеченного изделия; γk – теоретическая плотность порошкового материала; θ – относительная плотность спеченного изделия; K1 – коэффициент, учитывающий потери порошка при прессовании (K1 = 1,005-1,01); K2 ‑ коэффициент, учитывающий потери массы при спекании в результате выгорания смазки, удаления примесей и др. (K2 = 1,01-1,03).
Дозировка порошка осуществляется по массе или по объему порошка. При ручном прессовании порошок обычно дозируют по массе, а при автоматическом прессовании – по объему. Объемная дозировка проще, но менее точна. Принцип работы автоматического дозирующего устройства (по объему) показан на рис. 3.21.
Рис. 3.21. Схема объемной дозировки порошка: а – засыпка порошка;
б – прессование верхним пуансоном; в – выталкивание прессовки
Сначала дозирующее устройство (питатель) заполняет порошком полость матрицы и отводится в сторону. Затем происходит прессование и выталкивание прессовки, после чего питатель возвращается в исходное состояние, удаляя при этом прессовку из зоны прессования. Возвратно–поступательное движение питателя осуществляется механическим, пневматическим, гидравлическим или электромагнитным приводом. Для объемной дозировки применяются порошки с высокой текучестью. Для улучшения текучести применяют предварительную грануляцию порошка или снабжают питающие бункера вибраторами.
Пресс-форма состоит из трех основных деталей – матрицы, нижнего и верхнего пуансона. В зависимости от принятой схемы прессования прессующим может быть один из пуансонов (при одностороннем прессовании), или одновременно оба пуансона при двустороннем прессовании. Кроме основных деталей в конструкции пресс-форм имеются различные вспомогательные детали и приспособления, в том числе детали крепления, пружины, приспособления для засыпки порошка и выталкивания прессовки и др. Очевидно, что конструкция пресс-форм определяется конфигурацией и размерами прессовки. Необходимо стремиться к максимальному упрощению форм, учитывая, что невозможно получать прессовки с боковыми впадинами и отверстиями, а число переходов по толщине и диаметру должно быть минимальным.
Порошковые детали в зависимости от сложности формы принято делить на семь групп. Представители этих групп показаны на рис. 3.22.
Рис. 3.22. Порошковые детали разных групп сложности
I группа – простейшие детали без отверстия с постоянным сечением по высоте, ограниченные двумя торцевыми плоскостями, перпендикулярными направлению прессования (рис. 3.22а, б). II группа – детали подобные I группе, но с одним или несколькими отверстиями в направлении прессования; отношение высоты прессовки h к минимальной толщине ее стенки h/δ < 8 (рис. 3.22в, г). III группа – детали группы II, но с отношением h/δ ≥ 8 (рис. 3.22д). IV группа – детали с наружным или внутренним буртом и отношением h/δ < 6 (рис. 3.22е, ж). V группа – детали IV группы, но с отношением h/δ ≥ 6. VI группа – детали без отверстий, имеющие несколько переходов различных по величине поперечных сечений в направлении прессования (рис. 3.22к, л). VII группа – детали с отверстиями, ограниченные непараллельными плоскостями или криволинейными поверхностями, имеющие несколько внешних и (или) внутренних переходов в направлении прессования (рис. 3.22м, н).
При прессовании заготовок с отношением высоты к диаметру больше 1 необходимо применять метод двустороннего прессования. В этом случае матрица должна быть неподвижной, при одновременном перемещении верхнего и нижнего пуансонов, или подвижной («плавающей»). В последнем случае одновременно перемещаются верхний пуансон и матрица при неподвижном нижнем пуансоне. При прессовании заготовок особо сложной формы применяют верхние и (или) нижние составные пуансоны с несколькими подвижными частями, количество которых соответствует числу переходов по высоте прессовки. При этом пуансоны устанавливаются на различной высоте с таким расчетом, чтобы обеспечить принцип равенства фактора обжатия для всех вертикальных сечений прессовки. Для этого предусматривается независимое движение каждого из пуансонов.
На рис. 3.23 показана последовательность перемещения основных деталей пресс-формы за один цикл прессования на пресс-автомате, работающем по принципу выталкивания прессовки из «плавающей» матрицы. Металлический порошок 1 питателем 2 засыпают в полость матрицы 3 без центрального стержня 4, который находится в этот момент на нижнем нерегулируемом упоре 5. Это положение показано на позиции рис. 3.23а.
Затем движением центрального стержня вверх до регулируемого упора 6 в порошке формируется внутреннее отверстие прессовки, и излишек порошка вытесняется обратно в питатель (рис. 3.23б).
Рис. 3.23. Кинематическая схема прессования гладких втулок:
а – засыпка порошка без центрального стержня в рабочей полости матрицы; б – выталкивание стержнем излишков порошка
обратно в питатель; в – прессование; г – выпрессовка
Прессование начинается движением верхнего пуансона 7. Пока силы трения порошка о внутреннюю стенку матрицы невелики, матрица остается неподвижной, но когда силы трения преодолевают подпор матрицы Р1 и подпор центрального стержня Р2, матрица и стержень начинают опускаться вниз («плывут»). Если скорость «плавания» матрицы равна скорости верхнего пуансона, то прессование осуществляется нижним пуансоном 8. Если скорость матрицы отличается от скорости верхнего пуансона, то в прессовании участвуют оба пуансона (рис. 3.23в). При прессовании нижний пуансон установлен на жесткий регулируемый упор 9. Когда начинается выталкивание прессовки (рис. 3.23г) матрицу останавливает верхний упор 10, а подпор стержня Р2 меняет направление. Силы трения на стенках стержня преодолевают подпор, и стержень поднимается прессовкой до тех пор, пока прессовка не выйдет из матрицы. В результате упругого последействия размеры прессовки увеличатся, и стержень сможет переместиться вниз. Сталкивание прессовки осуществляется питателем 2, причем в этот момент верхние торцы матрицы, нижнего пуансона и стержня находятся в одной плоскости.