Оборудование и оснастка для формования металлических порошков

Автоматическое прессование является наиболее прогрес-

сивным и перспективным, особенно в крупносерийном производстве. Однако специализированные пресс-автоматы имеют в большинстве своем максимальное усилие прессования до 160 тс, что ограничивает номенклатуру формуемых изделий.

При изготовлении деталей с большим усилием прессования применяют специализированные гидравлические прессы с усилием прессования 2000 тс и более, на которых используют ручные пресс-формы или специально сконструированные прессблоки. На пресс-автоматах или пресс-блоках оснастка значительно сложнее и дороже оснастки для ручного прессования.

Матрица в процессе прессования должна иметь возможность перемещаться по высоте, чтобы обеспечить равные давления со стороны верхнего и нижнего пуансонов. В автоматических пресс-формах это обеспечивается плаванием матрицы или ее принудительным уводом. В ручных пресс-формах матрицу устанавливают на резиновое или подпружиненное кольцо. Резиновое кольцо дешево в изготовлении, но значительно жестче ограничивает перемещение матрицы по высоте в сравнении с пружинами. Часто в практике прессования силы трения порошка о стенки матрицы распределяются неравномерно. Это вызывает смещение порошка к верхнему или нижнему краю матрицы, что может перевести схему двухстороннего прессования в одностороннее, если не хватит длины пуансонов и они утонут в матрице. Чтобы избежать этого, матрицу в исходной позиции перемещают вверх или вниз, а это связано с изменением высоты резинового кольца, что в практике прессования не всегда удобно. Резиновое кольцо также не позволяет плавно изменять глубину камеры засыпки при дозировании засыпаемого порошка по объему.

Кольцо на пружинах позволяет свободно регулировать высотное положение матрицы. Однако в этом варианте удорожается изготовление оснастки. Следует строго рассчитывать жесткость пружин: в случае жестких пружин верхний пуансон будет

12

elib.pstu.ru

Высота матрицы определяется по высоте необходимого для формования детали порошка из расчета, что высота засыпки превышает высоту спрессованного изделия примерно в 3 раза. При этом во избежание высыпания порошка матрица должна перекрывать нижний пуансон на 5–10 мм.

Длина верхних и нижних пуансонов определяется по высоте матрицы с учетом того, что торцы пуансонов в положении уплотненного порошка должны выходить за срез матрицы на 15–20 мм. При превышении высоты рельефа на детали в направлении прессования более 0,5 мм его следует выполнять раздельными пуансонами.

В правом верхнем углу сборочного чертежа выполняется чертеж заготовки. На сборке проставляются все виды посадок сопрягаемых деталей и габариты пресс-формы. Приближенно подсчитывается вес пресс-формы.

Пример выполнения сборочного чертежа пресс-формы для ручного прессования показан на рис. 4.

Рис. 4. Вид сборочного чертежа пресс-формы для ручного прессования: 1 – пуансон верхний; 2 – разрезная обойма матрицы; 3 – наружная обойма матрицы; 4 – стержень; 5 – нижний разрезной наружный пуансон; 6 – нижний внутренний пуансон; 7 – резиновое кольцо; 8 – шайба, удерживающая нижний наружный пуансон; 9 – пружина; 10 – втулка, регулирующая положение нижнего наружного пуансона; 11 – гайка регулировки высотного положения матрицы; 12 – винт стопорный; 13 – корпус подставки; 14 – пробка; 15 – пружина; 16 – гайка; 17 – упор

14

elib.pstu.ru

1.3.1.2.Конструкция матриц

Сп л о ш н а я м а т р и ц а (рис. 5, а) проста в техническом исполнении, однако обладает малой механической прочностью.

Рис. 5. Конструкции матриц для прессования:

а– сплошная матрица; б – составная матрица;

в– разборная матрица

Сувеличением высоты засыпанного порошка, когда возникают большие боковые усилия, матрица может разрушиться. Это обусловлено тем, что стенки матрицы контактируют с порошком, и чтобы противостоять износу и появлению на стенках царапин и задиров, металл подвергают термической обработке на твердость 60–64 НRС. Металл в таком состоянии плохо работает на растяжение и склонен к хрупкому разрушению.

Со с т а в н а я м а т р и ц а (рис. 5, б) включает в себя внутреннюю обойму, изготавливаемую из инструментальной стали с высокой твердостью, и наружную обойму, изготавливаемую из конструкционной улучшаемой стали. Поскольку наружная обойма не контактирует с порошком и не работает на износ, ее твердость может быть значительно ниже, а следовательно, вязкость разрушения значительно выше. Составные матрицы способны выдерживать большие нагрузки и работать без существенного износа до 30–50 тыс. циклов, но более трудоемки в изготовлении.

Внутренняя и наружная обоймы составной матрицы сопрягаются по горячей посадке, что создает во внутренней обойме

15

elib.pstu.ru

напряжения сжатия, повышающие сопротивление разрушению составных матриц.

В р а з б о р н ы х м а т р и ц а х (рис. 5, в) внутренняя и наружная обоймы сопрягаются по конусной поверхности. Внутренняя обойма разрезается на три или более частей в зависимости от конфигурации детали и позволяет освободить прессовку без выталкивания за счет разборки матрицы. Вначале внутренняя обойма по попутной конусности выталкивается из наружной обоймы, а затем, распадаясь на части, освобождает изделие. Далее прессовку освобождают от пуансонов и стержней.

Отсутствие скольжения прессовки по внутренней стенке матрицы не приводит к появлению царапин и задиров на ее поверхности. Недостатком разборных матриц является их высокая стоимость и сложность использования в пресс-автоматах.

При конструировании разрезных матриц необходимо правильно выбрать количество разрезов и их места. При этом руководствуются следующими положениями:

–линии разреза должны обеспечить свободную разборку внутренней обоймы, чтобы деталь не заклинивалась в ней в результате упругого последействия;

–линии разреза матрицы по возможности должны быть радиальными, количество частей должно быть минимальным;

–при сборке части внутренней обоймы не должны иметь свободного перемещения относительно друг друга.

При конструировании матрицы важно обеспечить перекрытие нижних пуансонов матрицей на глубину 5–10 мм в стадии засыпки. При окончательном уплотнении порошка пуансоны должны выступать за срез матрицы на 15–20 мм. В случае утопания пуансонов в матрице двухстороннее прессование переходит в одностороннее.

Схема разборки сборной матрицы представлена на рис. 6. Распрессовку матрицы можно осуществлять и в положе-

нии, развернутом в вертикальной плоскости на 180°.

16

elib.pstu.ru

пуансонов на разной высоте обеспечивают упоры, которые представляют собой стержни на пружинах, способные при прессовании утопать в подставку.

На рис. 7, а представлена конструкция одиночного упора. Упор в виде стержня в ходе прессования имеет возможность двигаться вниз, преодолевая сопротивление пружины.

Висходном положении пружина находится в поджатом состоянии и жестко удерживает пуансон в нужном положении.

Кпреимуществам конструкции при наличии нескольких упоров следует отнести независимость действия каждого упора. Недостатком конструкции является ограниченность хода по высоте, при необходимости большого хода требуется большая длина пружины, что увеличивает высоту подставки. Высокая подставка громоздка, тяжела и неудобна в работе.

Вторым недостатком является строгий подбор жесткости пружины. При слабой пружине пуансоны выставляются по высоте неточно, а при сильной – матрица под давлением верхнего пуансона проскальзывает относительно порошка вниз, и нижние пуансоны могут в ней утонуть, что приведет к схеме одностороннего прессования.

Впрактике прессования высота упоров может достигать 100 мм и более. В этом случае указанная конструкция упоров неприемлема, а используется конструкция, показанная на рис. 7, б. Упоры 1 с помощью резьбы монтируются на общей платформе 3. Платформа перемещается по высоте в корпусе подставки 2. Пружина 5 поддерживает платформу 3 в верхнем поджатом состоянии. Сама пружина поджимается гайкой 4.

Эта конструкция позволяет иметь большой ход упоров по высоте, пустотелая подставка не утяжеляет конструкцию. Высотное регулирование упоров осуществляется путем их вращения по резьбе. К недостаткам конструкции можно отнести одновременность работы всех упоров, что в практике прессования не всегда удобно, а также высокие затраты при изготовлении подставки.

18

elib.pstu.ru

1.3.1.4. Варианты освобождения прессовок от пуансонов

При формовании изделий с несколькими переходами по диаметру наружную поверхность изделия охватывают не только матрица, но и пуансоны. После снятия давления прессования упругая деформация стремится увеличить объем изделий, что приводит к их прочному удерживанию внутри пуансонов.

Ввиду низкой прочности прессовок их можно подвергать только объемному сжатию, поэтому все схемы освобождения должны строиться на выталкивании прессовок из матриц и пуансонов.

На рис. 8, 9, 10 приведены примеры освобождения прессовки из нижнего наружного пуансона.

Схема освобождения прессовки с помощью специальных выступов на нижнем пуансоне показана на рис. 8. Для облегчения освобождения прессовки внутреннюю полость пуансона выполняем на конус с уклоном 1:10. На пуансоне 2 выполняются фигурные выступы, а на пуансоне 3 делаются прорези. Для упора снизу выполняется специальное приспособление 5.

Рис. 8. Схема освобождения прессовки по типу «наружное кольцо»: 1 – прессовка; 2 – пуансон внутренний; 3 – пуансон наружный; 4 – стержень; 5 – кольцо наружное; 6 – подставка

19

elib.pstu.ru

Освобождение прессовки ведем по следующей схеме. Освобожденная из матрицы сборка, включающая прессовку 1, пуансоны 2 и 3, а также стержень 4, устанавливается на подставку 6 так, чтобы фигурные выступы пуансона 2 оказались напротив прорезей в подставке 6. Сверху на выступы пуансона 2 устанавливается кольцо 5.

Для освобождения изделия прикладываем нагрузку на кольцо 5 с упором на подставку 6. Стержень 4 выталкивает деталь из пуансона 2. Пуансон 3 помогает снятию детали с наружного диаметра пуансона 2.

На рис. 9 показана схема освобождения прессовки с приложением усилия на внутреннюю перемычку нижнего наружного пуансона.

Рис. 9. Схема освобождения прессовки с приложением усилия на перемычку наружного пуансона: 1 – прессовка; 2 – стержень; 3 – наружный пуансон; 4 – перемычка наружного пуансона; 5 – внутренний пуансон; 6 – подставка

На пуансоне 3 в нижней части отверстия при изготовлении оставляется перемычка 4. На пуансоне 5 изготавливается фигурный паз, в котором при сборке с наружным пуансоном размещается перемычка.

20

elib.pstu.ru