Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет и проектирование механизмов и систем технологического оборудования расчет и конструирование пресс-форм для формообразования порошков. Учебное п
.pdf
№ 1898
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Кафедра машин и агрегатов металлургических предприятий
Т.А. Дудко
И.А. Шур
Н.А. Чиченев
Расчет и проектирование
механизмов и систем
технологического
оборудования
Расчет и конструирование прессформ
для формообразования порошков
Учебное пособие
Допущено учебнометодическим объединением
по образованию в области металлургии в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по направлению Металлургия
Москва Издательский Дом МИСиС 2009
УДК 621.742.073.001.24
Д81
Рецензент
д-р техн. наук, проф. С.П. Галкин
Дудко Т.А., Шур И.А., Чиченев Н.А.
Д81 Расчет и проектирование механизмов и систем технологи-
ческого оборудования: Расчет и конструирование пресс-форм
для формообразования порошков: Учеб. пособие. – М.: Изд.
Дом МИСиС, 2009. – 57 с.
ISBN 978-5-87623-247-2
Приведена классификация пресс-форм, даны современные методики расчета элементов пресс-форм на прочность и жесткость. Рассмотрены примеры
расчетов стальной и твердосплавной матриц и пуансона.
Приведены необходимые для расчетов справочные сведения по свойствам
порошков для прессуемых деталей и конструкционных материалов. Даны рекомендации по выполнению сборочного чертежа и рабочих чертежей деталей.
Предназначено для студентов специальностей 150404 «Металлургические
машины и оборудование» и 150108 «Композиционные и порошковые материалы, покрытия», изучающих курс «Расчет и проектирование механизмов и
систем технологического оборудования».
УДК 621.742.073.001.24
ISBN 978-5-87623-247-2
2
Государственный технологический
©
университет «Московский институт
стали и сплавов» (МИСиС), 2009
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Общие сведения и классификация пресс-форм .................................4
2. Расчет размеров пресс-форм..............................................................14
2.1. Определение размеров рабочей полости матрицы...................14
2.2. Определение размеров стержня .................................................16
2.3. Определение высоты загрузочной камеры матрицы................17
2.4. Определение массы навески порошка .......................................20
2.5. Пример расчета пресс-формы ....................................................20
3. Расчет основных элементов пресс-формы на прочность
и жесткость..............................................................................................23
3.1. Расчет однослойных матриц.......................................................23
3.2. Расчет составных матриц............................................................25
3.3. Расчет матриц из твердых сплавов ............................................26
3.4. Пример расчета матрицы на прочность и жесткость ...............28
3.4.1. Расчет однослойной матрицы .......................................... 28
3.4.2. Расчет стальной составной матрицы ...............................29
3.4.3. Расчет матрицы из твердого сплава.................................29
3.5. Расчет пуансонов .........................................................................31
4. Материалы для изготовления пресс-форм .......................................33
5. Особенности технологии изготовления пресс-форм.......................36
5.1. Технологические требования к изготовлению пресс-форм.....36
5.2. Конструкция матриц и их изготовление....................................38
5.3. Конструкция пуансонов и их изготовление ..............................40
5.4. Конструкция стержней и их изготовление................................42
6. Требования к рабочим чертежам ......................................................44
6.1. Задание размеров .........................................................................45
6.2. Условные обозначения отклонений формы
и расположения поверхностей деталей на чертежах.......................48
6.3. Шероховатость поверхностей ....................................................52
Библиографический список...................................................................56
3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕСС-ФОРМ
Формообразование заготовок из порошка осуществляется с помощью
инструмента, в рабочем пространстве которого масса порошка под действием давления трансформируется в прессованную деталь (прессовку).
Форма и размеры прессовки соответствуют готовой детали с припусками
на последующую обработку (спекание, калибрование и др.). Одновременно
с формообразованием происходит изменение
физико-механических
свойств порошковой заготовки: плотности, прочности, электро- и теплопроводности и других свойств, которые необходимы для выполнения последующих технологических операций и для готовой детали. Калибрование спеченных заготовок выполняют для обеспечения требуемой точности
размеров и величины допусков на отклонение формы и взаимного расположения поверхностей прессованной детали. Допрессование
выполняют в
основном для увеличения плотности спеченных заготовок.
Основными видами формообразующего инструмента в порошковой
металлургии являются закрытые пресс-формы, имеющие замкнутую со
всех сторон формующую полость. На рис. 1.1 показана широко используемая конструкция пресс-формы для прессования деталей с отверстием, основными формующими элементами которой являются:
• матрица 6, обеспечивающая формирование
боковой поверхно-
сти прессовки и служащая для размещения навески порошка;
• нижний пуансон 4, формирующий нижнюю поверхность прес-
совки и предотвращающий высыпание порошка из пресс-формы;
• верхний пуансон 10, формирующий верхнюю поверхность
прессовки и служащий для передачи давления на порошок;
• стержень 11, формирующий внутреннюю полость (отверстие) в
прессовке.
В пресс-формах также используются подкладочные плиты, держатели, толкатели, пружины, направляющие колонки, упоры и другие детали, которые служат для фиксации формующих элементов и
обеспечения их соосности, достижения точности размеров прессовки, возможности её удаления из пресс-формы и т.д.
В процессе прессования порошок, находящийся в полости прессформы
, стремится к «растеканию» в стороны, но при этом удерживается
боковыми стенками матрицы. Возникает боковое давление порошка на
стенки матрицы, которое в результате внутреннего трения частиц порошка оказывается несколько меньше, чем прилагаемое давление прес-
4
сования. Вместе с тем из-за перемещения порошка в направлении действия усилия прессования между ним и стенками матрицы возникают
силы трения, которые препятствуют получению равномерной плотности прессовки.
Рис. 1.1. Конструкция преесформы для прессования детали с
отверстием: а – конечная стадия прессования, б – выталкивание
прессованной заготовки; 1 – нижняя подштамповая плита,
2 – нижняя подкладочная плита, 3 – матрицедержатель,
4 – нижний пуансон, 5 – прессованная деталь, 6 – матрица,
7 – держатель верхнего пуансона, 8 – верхняя подштамповая плита,
9 – верхняя подкладочная плита, 10 – верхний пуансон,
11 – стержень 12 – пружина, 13 –толкатель
Прессование в закрытых пресс-формах в зависимости от схемы при-
ложения давления может быть односторонним и двусторонним. При од-
5
ностороннем прессовании наибольшая плотность наблюдается у стенки
,
hHh h
,
h
h
матрицы под прессующим пуансоном, наименьшая – у стенки матрицы
возле неподвижного пуансона. При двустороннем прессовании наименьшая плотность получается в среднем сечении высоты прессовки.
После снятия давления прессования прессовка в результате действия
упругих напряжений плотно сцепляется с матрицей (и стержнем при
формовании отверстия) и
для ее извлечения следует приложить усилие
выталкивания, которое может составлять 20...50 % от усилия прессования. Обычно извлечение прессовки производится либо пуансоном, связанным с выталкивателем пресса, либо стягиванием с нее матрицы.
После извлечения прессовки из формующей полости матрицы происходит некоторое увеличение ее размеров по высоте и диаметру вследствие освобождения упругих
сил, возникающих во время процесса
прессования. Это явление называется упругим последействием и должно учитываться при расчете формующей полости пресс-формы.
Одностороннее прессование применяется при изготовлении простых деталей типа пластин или дисков с отношением высоты к диаметру h/d < 1, а также гладких втулок с отношением высоты к минимальному
значению толщины стенки h/S
< 3. Схема такого прес-
min
сования приведена на рис. 1.2. При этом высота полученной прессовки определяется по формуле
где Н – высота засыпанного слоя порошка;
h
в.п
Δh – величина упругого последействия по высоте прессовки.
Двустороннее прессование обычно применяется при изготовлении
деталей, имеющих следующее отношение высоты к диаметру или
минимальной толщине стенки:
Схема одного из вариантов двустороннего прессования, при котором прессование производится двумя подвижными пуансонами при
неподвижной матрице, приведена на рис. 1.3. Движение пуансонов
может быть как одновременным, так и поочередным. Высота прессовки при таком прессовании определяется по формуле
где h
н.п
6
=− +Δ (1.1)
в.п
– ход верхнего пуансона при прессовании порошка;
1< h/d < 5 или 3 < h/S
Hh h
=− − +Δ
в.пн.п
< 20.
min
(1.2)
– ход нижнего пуансона при прессовании.
Рис. 1.2. Схема одностороннего прессования:
а – заполнение пресс-формы, б – прессование, в – выталкивание;
1 – порошок, 2 – верхний пуансон, 3 – прессовка 4 – матрица,
5 – выталкиватель
Рис. 1.3. Схема двустороннего прессования с неподвижной матрицей:
а – заполнение прессформы, б – прессование, в – выталкивание;
1 – порошок, 2 – верхний пуансон, 3 – прессовка, 4 – матрица,
5 – нижний пуансон-выталкиватель
7
Конструкция пресс-формы зависит от сложности конфигурации
прессуемой детали, соотношения ее размеров и выбранной схемы
прессования. По сложности конфигурации все виды прессуемых из
порошка деталей принято разделять на семь групп (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Примеры порошковых деталей различных групп сложности
I группа – детали без отверстия с неизменным сечением по высо-
те, ограниченные двумя плоскостями, которые перпендикулярны направлению прессования, и имеющие отношение высоты к минимальному поперечному размеру меньше 3 (а, б);
II группа – детали с неизменными сечениями по высоте, ограниченные двумя параллельными плоскостями, с одним или несколькими отверстиями в направлении
прессования, и имеющие отношение
высоты детали к минимальной толщине стенки меньше 8 (в, г);
III группа – детали, относящиеся ко II группе, но с отношением
высоты детали к минимальной толщине стенки больше 8 (д);
IV группа – детали с наружным или внутренним буртом, имеющие отношение высоты детали к минимальной толщине стенки
меньше 6 (е, ж);
V группа
– детали, относящиеся к IV группе, но с отношением
высоты детали к минимальной толщине стенки больше 6 (з, и);
VI группа – детали без отверстий, имеющие несколько переходов в направлении прессования (к, л);
8
VII группа – детали с отверстиями, имеющие несколько наруж-
ных или внутренних переходов в направлении прессования, а также
детали, ограниченные непараллельными основанию или криволинейными поверхностями (м–п).
Схема прессования определяется количеством подвижных элементов пресс-формы, соотношением скоростей их движения и последовательностью приложения нагрузки к различным участкам поверхности прессуемой
детали. Главным критерием выбора схемы
прессования является обеспечение наиболее равномерного распределения плотности в прессуемой детали, так как от этого зависит идентичность свойств во всех ее частях, в частности прочность и твердость. Неравномерная плотность вызывает большие внутренние напряжения во время дальнейшей обработки прессованной детали,
особенно при спекании, когда
могут появиться неравномерные усад-
ки различных ее элементов, возникнуть коробления и даже трещины.
Неравномерность распределения плотности в основном обуслов-
лена следующими двумя факторами:
• внешним трением порошка о стенки матрицы, поверхности
стержня и пуансонов;
• наличием внутренних и внешних ступенчатых переходов в на-
правлении прессования, а также криволинейных или непараллельных
основанию поверхностей.
Для деталей I, II и III групп сложности наибольшее влияние на равномерность распределения плотности оказывает внешнее трение порошка по поверхности инструмента: чем больше отношение высоты
детали к толщине ее стенки, тем заметнее неравномерность в распределении плотности. Ее выравнивание достигается увеличением количества подвижных элементов пресс-формы, контактирующих с порошком
перемещение которых в процессе прессования способствует дополнительному перераспределению материала в объеме детали.
Наиболее благоприятной схемой прессования деталей I и II групп
сложности является двустороннее прессование. Гораздо труднее добиться равномерной плотности в высоких тонкостенных деталях III группы
сложности. В этом случае приходится применять схемы прессования с
относительным перемещением матрицы и стержня. В
пресс-форме, работающей по этому принципу (рис. 1.5, а), стержень перемещается вме-
сте с верхним пуансоном относительно неподвижной матрицы. При этом
внешнее трение между движущейся боковой поверхностью стержня и
частицами порошка увлекает их и перемещает вдоль полости прессформы, выравнивания распределение плотности по высоте детали. Данную схему следует применять, если
отношение наружного диаметра к
внутреннему диаметру меньше трех; в противном случае следует использовать двустороннее прессование (рис. 1.5, б).
,
9
,
γ
γ
Рис. 1.5. Схемы прессования деталей III группы сложности:
а – одностороннее прессование с одновременным
перемещением стержня и верхнего пуансона,
б – двустороннее прессование с одновременным
перемещением матрицы и верхнего и нижнего пуансонов
Прессование деталей IV и V групп сложности вызывает трудности
в связи с тем, что эти детали имеют переходы по своему вертикальному сечению, которые препятствуют получению равномерного распределения плотности, как по высоте прессовки, так и в ее выступающих частях (буртах). В связи с этим для выравнивания распределения плотности применяют либо
составные пуансоны с независимо
перемещающимися элементами (рис. 1.6), либо производят формование буртов деталей в матрице (рис. 1.7).
Основным условием получения равномерной плотности во всех
сечениях детали является пропорциональность между высотой засыпанных слоев порошка в полостях пресс-формы и высотами соответствующих сечений детали. Например, для втулки с наружным бур-
см. рис. 1.6) необходимо, чтобы выполнялось соотношение
том (
hh
12н
==
HH
12
(1.3)
где Н
γ
и Н2 – соответственно высоты насыпок для участков прессов-
1
ки с высотами h
и γ – плотность насыпки и средняя плотность прессовки со-
н
и h2,
1
ответственно.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]