Оборудование и оснастка для формования металлических порошков

Освобождение прессовки ведем по следующей схеме. Прессовка 1 с пуансонами 3 и 5 и стержнем 2 устанавливается на подставку 6. Усилие освобождения прессовки прикладываем к стержню 2. Стержень 2 упирается в перемычку 4 пуансона 3 и с помощью подставки 6 создает встречное движение пуансону 5. Деталь под усилием сжатия от пуансона 5 освобождается из пуансона 3.

На рис. 10 показана схема освобождения прессовки с приложением усилия на закладное кольцо.

Рис. 10. Схема освобождения прессовки с приложением усилия на закладное кольцо: 1 – прессовка; 2 – стержень; 3 – наружный пуансон; 4 – внутренний пуансон; 5 – закладное кольцо; 6 – подставка; 7 – наружное кольцо

На пуансоне 3 выполняется кольцевая проточка, в которую вкладываются полукольца 5. Прессовку 1 с пуансонами 3 и 4 устанавливают на подставку 6. Сверху в полукольца 4 упирается наружное кольцо 7. Нагружаем кольцо 7 и встречным движением пуансона 4 выталкиваем изделие 1 из пуансона 3.

Недостатком использования этой схемы является возможное разрушение пуансона 3 в результате достаточно больших усилий, прикладываемых при освобождении прессовки. Кольцевая проточка выступает в роли концентратора напряжений и провоцирует излом.

21

elib.pstu.ru

В некоторых случаях наиболее оптимальным в конструкции пресс-формы является использование разрезного пуансона. Схема использования разрезного пуансона показана на рис. 11.

Рис. 11. Схема освобождения прессовки с использованием разрезного пуансона: 1 – прессовка; 2 – разрезная внутренняя обойма матрицы; 3 – наружная обойма матрицы; 4 – разрезной наружный пуансон; 5 – сплошной внутренний пуансон; 6 – стержень

При освобождении прессовки исключается трение порошка о стенки нижнего наружного пуансона, что значительно уменьшает его износ. В этом случае при установке нижних пуансонов на упоры следует предусматривать специальные кольца, имеющие бурт для закрепления отдельных частей пуансона. При разборке матрицы по схеме, указанной на рис. 6, пуансон 4 также распадается на части. Деталь, освобожденная из матрицы 2 и пуансона 4, легко снимается со стержня 6.

Недостатком использования разрезных пуансонов является сложность и трудоемкость их изготовления, а также более заметные траты времени на сборку пресс-формы.

1.3.1.5.Порядок прессования

Впрактике прессования используют две методики: нормирование порошка по весу или по засыпаемому объему. Нормирование по весу позволяет получать изделия одинаковые по вы-

22

elib.pstu.ru

соте, но для взвешивания навесок порошка требуется дополнительное время. Нормирование по объему значительно повышает производительность, однако нестабильность насыпной плотности приводит к некоторому разбросу изделий по размерам.

При использовании составных разборных матриц вначале собирается матрица. Затем на подставке на расчетную высоту выставляют упоры. На подставку устанавливают нижние пуансоны, а на кольцо укладывают матрицу. Затем от торца нижнего пуансона с помощью кольца, удерживающего матрицу, выставляется высота засыпки. В нижний пуансон при необходимости устанавливаются стержни, оформляющие отверстия в прессовке. После сборки пресс-форма засыпается порошком, затем вставляется верхний пуансон.

Пресс-форма предварительно нагружается на 15–20 % от расчетного усилия, порошок, попадая в зазоры между матрицей и пуансонами, заклинивает последние, и появляется возможность снять матрицу с подставки. Чтобы нижние пуансоны случайно не выпали из матрицы, пресс-форму можно перевернуть на 180° вместе с подставкой, а затем подставку убрать. Далее следует установить матрицу с пуансонами на верхний пуансон. При этом матрица будет удерживаться на верхнем пуансоне за счет трения порошка и ее движения при окончательном уплотнении не будут стеснены.

Для окончательного уплотнения порошка матрица с нижними и верхним пуансонами устанавливается на подкладную плиту пресса. Если окончательное прессование проводить на подставке, то в результате приложения больших усилий произойдет деформация или разрушение подставки.

Контроль усилия прессования производится по силоизмерителю.

23

elib.pstu.ru

1.3.1.6. Порядок освобождения изделия

По завершении уплотнения порошка вначале распрессовывается матрица, а затем в случае неразборных пуансонов деталь выпрессовывается из нижних и верхнего пуансонов. Прессование на ручных пресс-формах требует непосредственного участия рабочего-прессовщика, кроме того, на сборку и разборку пресс-инструмента затрачивается время, что значительно снижает производительность труда. Однако ручные пресс-формы позволяют формовать сложные по конфигурации детали и выгодны при небольшом количестве деталей в партии и частой смене номенклатуры.

1.3.2. Пресс-формы для автоматического прессования

1.3.2.1. Матрицы

Конструкция матриц определяется формой изделия, величиной давления прессования и схемой прессования. Сплошные матрицы используют при невысоких нагрузках прессования, а составные, наоборот, при больших нагрузках и при необходимости обеспечить жесткость матрицы.

Входная кромка рабочей поверхности матриц выполняется скошенной под углом на 15° на длине 3–5 мм. Такой скос предотвращает скалывание острой кромки верхнего пуансона. Составные матрицы скрепляются обоймами. Обойму рекомендуется выполнять цилиндрической, какой бы сложной ни была конфигурация внутренней полости матрицы.

Конструктивное оформление твердосплавных матриц имеет ряд особенностей. Твердый сплав имеют низкую прочность на растяжение, поэтому внутренняя обойма обязательно стягивается наружной. При конструировании необходимо стремиться к минимальной высоте матрицы, так как высокую твердосплавную матрицу трудно изготовить и обработать. Пример крепления матрицы в плите показан на рис. 12.

24

elib.pstu.ru

Общее усилие прессования контролируется либо по манометру, либо по силоизмерителю. При прессовании «до упоров» движение верхнего пуансона ограничивается специальными упорами или подставками.

При контроле по общему усилию прессования всегда достигается заданная плотность детали, но может иметь место разрушение пресс-формы при случайном превышении расчетного усилия прессования или неправильной дозировке порошка.

При прессовании изделий «до упоров» большое значение имеет стабильность насыпного веса порошка: большой насыпной вес может вызвать переуплотнение, а малый – пониженную плотность изделия.

В автоматических пресс-формах осуществляется прессование «до упоров» при одновременном контроле усилия прессования. При превышении расчетного усилия прессования пресс отключается, это предохраняет пресс-инструмент от поломки.

1.4.Расчет деталей пресс-форм на прочность

иразмеры

Для обеспечения размеров спеченного изделия следует знать величины упругого последействия и усадку при спекании. Эти величины берутся из справочника или определяются опытным путем на образцах. При проектировании пресс-форм следует учитывать эти величины.

1.4.1. Определение высоты загрузочной камеры

Загрузочной камерой называется верхняя полость матрицы, заполняемая порошком. Высота загрузочной камеры Н, мм, рассчитывается по формуле

H = khпр,

где hпр – высота спрессованного изделия, мм;

27

elib.pstu.ru

k – коэффициент уплотнения, k = γпр / γн, γпр – средняя

плотность спрессованного изделия, г/см3, γн – насыпной вес шихты, г/см3.

Поскольку высота загрузочной камеры отсчитывается от верхнего торца нижнего пуансона, высота матрицы определяется суммой высот загрузочной камеры и величины захода нижнего пуансона в матрицу.

1.4.2. Расчет размеров рабочей полости матрицы

Оформление наружного диаметра детали производится в матрице. Внутренний диаметр матрицы Dм, мм, с учетом упругого последействия и усадки рассчитывается по формуле

Dм = D −lD +nD ,

где D – наружный диаметр готового изделия, мм;

lD – расширение спрессованной детали по внешнему диаметру вследствие упругого последействия, мм;

nD – величина усадки при спекании по наружному диаметру, мм.

1.4.3. Расчет стержней, оформляющих внутренний диаметр прессовки

Внутренний диаметр детали оформляется стержнем, диаметр которого Dст, мм, рассчитывается по формуле

Dст = d −ld +nd ,

где d – внутренний диаметр готового изделия, мм;

ld – расширение спрессованной детали по внутреннему диаметру вследствие упругого последействия, мм;

nd – величина усадки при спекании по внутреннему диаметру, мм.

28

elib.pstu.ru

1.4.4. Расчет матрицы на прочность

Матрица представляет собой цилиндр, нагруженный внутренним давлением на части его длины.

Осевое усилие прессования Р, кН, подсчитывается по формуле

P = qS,

где q – удельное давление прессования, МПа;

S – площадь сечения прессовки, расположенная перпендикулярно направлению прессования, м2.

Для однослойных матриц должно выполняться условие прочности:

rнаружн – наружный радиус матрицы, мм;

В случае некруглой внутренней полости матрицы радиусы выбираются по наиболее тонкому сечению.

Жесткость и прочность матриц можно повысить, изготавливая их составными из внутренней и наружной обойм. Исходя из допустимой деформации внутреннего радиуса матрицы (табл. 1), при которой будут выполняться условия жесткости

ипрочности матрицы, рассчитываем значения истинной величины деформации внутреннего радиуса матрицы [εrвнутр], %,

исравниваем ее с допустимой:

29

elib.pstu.ru

где Е – модуль упругости материала матрицы, Е = 215 000 МПа; µ – коэффициент Пуассона материала матрицы, µ = 0,28.

Таблица 1

Значения допустимой деформации внутреннего радиуса матрицы [εrвнутр]

Радиус контактной поверхности внутренней и наружной обойм rк, мм, рассчитывается по формуле

rк = rнrв .

где rн – наружный радиус составной матрицы, мм. rв – внутренний радиус составной матрицы, мм;

1.4.5. Расчет пуансонов на сжатие и изгиб

При работе пуансоны подвергаются сжатию и продольному изгибу. На сжатие пуансоны проверяются по формуле

σсжатия = Р/Sпуансона ≤ [σсж], Па,

где Р – расчетное усилие прессования, Н;

Sпуансона – наименьшее поперечное сечение пуансона, м2;

30

elib.pstu.ru