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
1.
Рис. 1.6. Схема двустороннего
прессования детали IV группы
сложности с неподвижным нижним
пуансоном для бурта
Рис. 1.7. Схема одностороннего
прессования детали V группы
сложности с формованием
бурта в матрице
Эффективным средством выравнивания плотностей различных
участков в деталях с буртами является обеспечение равенства скорости их уплотнения. В этом случае деталь уплотняется равномерно,
практически без «перетекания» порошка между полостями. Для осуществления такого процесса необходимо использование пресс-форм
и прессового оборудования, допускающих автономно регулируемое
одновременное движение пуансонов или других формообразующих
элементов
рис. 1.6, соотношение скоростей верхнего υ
пресс-формы. В частности, для детали, изображенной на
и нижнего υн пуансонов
в
при выполнении данного условия должно удовлетворять уравнению
⎛⎞
h
υ=υ −
нв
1
⎜⎟
h
⎝⎠
(1.4)
2
При одностороннем прессовании деталей V группы сложности
для выравнивания плотности конструкция пресс-формы должна
обеспечивать возможность перемещения наружной матрицы и внутреннего стержня. Обычно это достигается подпружиниванием матрицы и стержня, как показано на рис. 1.7. Подпружинивание матрицы обеспечивает соблюдение пропорциональности высот различных
11
частей прессовки высотам соответствующих засыпок, а подпружинивание стержня служит для дополнительного перемещения порошка за счет внешнего трения.
В пресс-формах для прессования деталей VI и VII групп сложности, поскольку они имеют большое количество переходов по высоте,
приходится применять составные верхние и нижние пуансоны, причем они могут иметь по 2, 3
и более независимо перемещающихся
формующих элемента (рис. 1.8). Иногда в целях упрощения конструкции пресс-формы для переходов с небольшим изменением высоты детали можно не использовать составной пуансон, пренебрегая
небольшими различиями плотности в данном сечении.
Рис. 1.8. Схема двустороннего прессования деталей VI (a) и VII (б)
групп сложности при неподвижном одном из нижних пуансонов
Конструкции пресс-форм должны предусматривать возможности
регулировки высоты слоя порошка, величины хода пуансонов и движения матрицы. Контроль над процессом прессования в прессформах и моментом окончания операции уплотнения порошка может
осуществляться двумя методами. При первом методе контролируется
общее усилие прессования, например, манометром (прессование по
давлению), при втором – прессование производится до
упоров, кото-
рые препятствуют дальнейшему перемещению пуансонов и матрицы
(прессование до упора). Каждый из этих методов имеет свои пре-
12
имущества и недостатки. Основными преимуществами метода контроля прессования по давлению являются меньшая опасность разрушения пресс-форм и экономия энергии при осуществлении процесса
прессования. Однако при этом методе труднее обеспечить постоянство высоты спрессованного изделия, повышаются требования к
точности дозирования порошка при засыпке в пресс-форму. Метод
прессования до упора
позволяет понизить требования к жесткости
прессового оборудования, но не исключает перегрузки элементов
пресс-формы.
Помимо сложности формы порошковой детали существует ряд
других признаков, по которым классифицируют пресс-формы. По
конструкции матрицы различают пресс-формы со сплошными и
разъемными матрицами. Важность этого признака определяется тем,
что методы расчета и изготовления сплошных
и разъемных матриц
существенно отличаются.
В зависимости от количества гнезд в матрице пресс-формы разделяют на одногнездные и многогнездные. Применение многогнездных
пресс-форм позволяет увеличить производительность прессов, но
требует более высокой точности их изготовления особенно в отношении взаимного расположения гнезд, а также усложняет дозирование засыпаемого в гнезда порошка
.
По виду материала, применяемого для изготовления основных деталей, пресс-формы подразделяют на стальные и твердосплавные. От
этого зависят методы расчета пресс-формы, ее долговечность и технология изготовления.
Общими требованиями к конструкции пресс-форм для калибровочных и допрессовочных операций являются обеспечение максимально возможной жесткости, так как эти
операции являются заключительными и определяют размеры готового изделия. В связи с этим
пресс-форма должна иметь минимальные зазоры в подвижных частях
и наименьшее количество разъемов.
В конструкциях таких пресс-форм должны предусматриваться
элементы, обеспечивающие ориентировку и фиксацию калибруемых
заготовок перед началом калибрования. Во избежание образования
трещин наружные поверхности заготовок калибруют
раньше, чем
отверстий, причем ранее калиброванная поверхность должна оставаться в контакте с поверхностью инструмента до окончания процесса калибрования детали в целом.
13
2. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ПРЕСС-ФОРМ
min
c
,
DD ll l
min
,
100
min
,
100
β
Конструирование пресс-формы начинают с выбора направления
прессования детали. При этом обычно руководствуются следующими правилами:
• для деталей, имеющих ось вращения, усилие прессования
должно быть направлено вдоль этой оси;
• для деталей, не имеющих оси вращения, направление усилия
прессования выбирают исходя из наименьшего количества переходов
в этом направлении.
При расчете размеров формующих элементов пресс-формы для
получения заданной детали необходимо учитывать материал детали,
требования к точности ее размеров и особенности технологического
процесса изготовления, т.е. потребность в спекании, калибровании и
других операциях, влияющих на размеры спрессованной детали.
2.1. Определение размеров
рабочей полости матрицы
Размеры рабочей полости
матрицы (например, внутренний диа-
метр) определяют исходя из минимального (с учетом допусков) наружного размера готовой детали, чтобы обеспечить наибольший
припуск на износ матрицы. В общем случае минимальный размер D
рабочей полости матрицы определяется по формуле
м
где D
l
– минимально допустимый размер готовой детали;
min
– абсолютная величина упругого последействия по линейным
п
размерам после прессования, вычисляемая по формуле
здесь α
– величина упругого последействия после прессования, %;
п
для железных порошков обычно α
l
– абсолютная величина усадки (или роста) по линейным раз-
с
мерам при спекании (знак «+» соответствует усадке, а знак
«–» – росту размера), равная
здесь β – величина усадки, %; для железных порошков обычно β =
= 1...3 % и зависит от давления прессования и времени
14
=−± − (2.1)
м
lα=
п
l
= (2.3)
с
+ П
п
D
п
кк
(2.2)
= 0,2...0,3 %;
п
D
спекания (рис. 2.1) (рост размеров при спекании может
1,
1,
min
,
100
наблюдаться при наличии в шихте серы, а также зависит
от среды, в которой происходит спекание);
П
– величина припуска на калибрование или допрессовку спе-
к
ченной заготовки. Для сплошных деталей, калибрование
которых происходит при обжатии стенками матрицы, величина припуска определяется по формуле
⎛⎞
γ
к
3
=−
П
D
⎜⎟
к
⎜⎟
γ
c
⎝⎠
(2.4)
здесь D – номинальный наружный размер детали;
γ
γ
– плотность прессовки после спекания;
с
– плотность готовой детали после калибрования или допрес-
к
совки.
Рис. 2.1. Линейная усадка прессованных деталей из железного порошка,
спеченных при 890 ºС, в зависимости от давления спрессовывания:
1 – 400 МПа; 2 – 600 МПа; 3 – 800 МПа; 4 – 1000 МПа
Для деталей с отверстием, калибрование которых происходит при
обжатии пуансоном, величина припуска определяется по формуле
⎛⎞
γ
к
П
к
3
=−
S
⎜⎟
⎜⎟
γ
c
⎝⎠
(2.5)
где S – номинальная толщина стенки детали.
l
– абсолютная величина упругого последействия по линейным
к
размерам после калибрования или допрессовки, равная
lα=
к
к
(2.6)
D
15
здесь α
max
c
d
l
– величина упругого последействия после калибрования в
к
процентах. При допрессовке принимают α
либровании α
= (0,3…0,5) αп.
к
= αп, а при ка-
к
Обычно изменение плотности детали при калибровании не превышает
1...3 %. Этим соотношением можно пользоваться при расчете припуска.
2.2. Определение размеров стержня
Размеры стержня (например, наружный диаметр) определяют исходя из максимального (с учетом допусков) внутреннего размера отверстия в готовой детали, чтобы обеспечить наибольший припуск на
износ стержня. В общем случае максимальный
стержня d
определяется по формуле
ст
размер рабочей части
где d
dll
=±±−±, (2.7)
ст
– максимально допустимый размер отверстия в готовой
max
п
П
кк
детали;
, lс и lк – абсолютные величины соответственно упругого после-
l
п
действия по линейным размерам после прессования,
усадки (или роста) по линейным размерам при спекании
и упругого последействия по линейным размерам после
калибрования или допрессовки; их значения определяют
по формулам (2.2), (2.3) и (2.6) соответственно с подстановкой значения d
вместо D
max
, причем знак «+» в
min
формуле (2.7) соответствует уменьшению отверстия, а
знак «–» увеличению отверстия в результате упругого
последействия или спекания;
– величина припуска на калибрование или допрессовку
П
к
спеченной заготовки, определяемая по формуле (2.5).
Для свободных размеров детали, допуски на которые обычно выбирают по 14-му квалитету, расчет технологических размеров матрицы и
стержня не производят, так как поле допуска значительно превышает
суммарное изменение размеров прессовки в результате упругого последействия и усадки при
спекании. Размеры матрицы и стержня прини-
мают равными номинальным размерам готовой детали.
Также поступают при проектировании пресс-форм для прессования деталей с припусками на механическую обработку. В этом случае размеры матрицы и стержня принимают равными номинальным
размерам готовой детали с учетом выбранного припуска.
16
2.3. Определение высоты
max
,
ll
l
,
γ=γ
загрузочной камеры матрицы
Высота загрузочной камеры матрицы, т.е. той части матрицы, которая заполняется порошком перед формованием, зависит от высоты
готовой детали, ее изменений в результате упругих последействий и
спекания, а также от степени уплотнения порошка при спрессовывании. Высота прессовки H
должна удовлетворять уравнению
пр
где Н
l
– наибольшая высота готовой детали;.
max
– абсолютная величина упругого последействия по линейным
п
H Н
=−±+−
пр
пс кк
П
(2.8)
размерам, определяемая по формуле (2.2); для железных порошков при расчете величины упругого последействия по
высоте прессуемой детали используют данные табл. 2.1;
– абсолютная величина усадки (или роста) по линейным
l
с
размерам при спекании, определяемая по формуле (2.3);
при этом при уменьшении высотных размеров в процессе
спекания принимают β = 0,5...6,0 % со знаком «+», а при
увеличении размеров – β = 0,3...2,0 % со знаком «–»;
П
– величина припуска на калибрование или допрессовку спе-
к
ченной заготовки, определяемая по формуле (2.4);
l
– абсолютная величина упругого последействия по линей-
к
ным размерам после калибрования или допрессовки, определяемая по формуле (2.6).
Таблица 2.1
Величина упругого последействия по высоте прессуемой детали для железных
порошков
Высота готовой детали, мм До 30 30...50 50...70 70...120
Упругое последействие αп, % 0,3 0,4 0,5 0,6
При прессовании деталей, имеющих переходы по высоте, необходимо определять высоту каждого участка прессовки.
Высота загрузочной камеры Н
– насыпная плотность порошка;
где γ
н
– плотность спрессованной детали.
γ
п
НН
определяется по формуле
з
п
зпр
(2.9)
н
17
Насыпная плотность порошка γ
1,
100
100
,
i
i
γ
зависит от его химического и
н
гранулометрического состава, крупности, способа изготовления и
других факторов. Она регламентируется стандартами. В табл. 2.2 в
качестве примера приведена насыпная плотность порошков из некоторых материалов.
Таблица 2.2
Насыпная плотность металлических порошков
Материал порошка Марка порошка
Железный порошок:
– крупный
– мелкий
Медный порошок ПМА
Никелевый порошок ПНЭ-1 <3,4
Никелевый карбонильный ПНК-УТ1 3,0–3,5
Сталь легированная хромистая ПХ1 2,3–2,6
Сталь легированная марганцовистая ПГ1-1 2,4–2,8
Сталь нержавеющая ПРХ18Н9 2,6–3,2
ПЖЗК1
ПЖЗК2
ПЖЗКЗ
ПЖ2М1
ПЖ2М2
ПЖ2МЗ
ПМС-1
ПМС-В
Насыпная
плотность, г/см2
2,0–2,5
2,6–3,0
≥3,1
2,0–2,2
2,3–2,5
≥2,6
1,3–1,5
1,25–1,9
2,4–2,7
Плотность спрессованной детали определяется ее пористостью и
может быть рассчитана по формуле
θ
⎛⎞
где θ
– пористость прессованной детали, %;
п
γ=γ −
п
п
⎜⎟
⎝⎠
(2.10)
γ – плотность компактного материала, рассчитываемая по формуле
здесь а
γ
18
γ=
(2.11)
а
∑
– содержание i-го компонента в шихте порошка, %;
i
– плотность i-го компонента, значения которой для наиболее
i
распространенных материалов приведены в табл. 2.3.
Плотность наиболее распространенных материалов
Таблица 2.3
Обозначение
компонента
Плотность, г/см3 7,87 8,93 2,25 6,54 2,00 8,90 2,42 7,16
Fe Сu С Sn S Ni Si Сг W Pb
19,3
Плотность прессованной детали в зависимости от давления прессования может быть также определена по данным табл. 2.4 [4].
Таблица 2.4
Зависимость плотности прессовок от давления холодного прессования
Марка порошка или состав
шихты, %
Железный ПЖ2МТ
Медный ПМА
Никелевый ПНЭ – 1
Железо – 95, графит – 5
Железо – 90, графит – 10
Железо – 85, графит – 15
Железо – 80, графит – 20
Железо – 93, хром – 7
Никель – 94, карбид
вольфрама – 6
Никель – 88, карбид
вольфрама – 12
Титан – 97,
алюминий – 3
Титан – 95,
алюминий – 5
Плотность прессовок при давлении прессования, МПа
400 500 600 700 800 900 1000
5,59
71,2
6,74
75,7
6,05
67,5
5.42
78,2
5,04
80,8
4,49
80,3
4,07
78,6
5,07
65,1
5,38
58,0
5,19
55,6
3,54
80,3
3,15
72,4
5,94
75,6
7,06
79,5
6,31
70,5
5,92
85,4
5,44
87,2
4,92
88,0
4,17
80,5
5,32
68,3
5,67
61,1
5,49
58,8
3,59
81,4
3,27
75,2
6,20
79,0
7,38
83,0
6,54
73,0
6,08
87,6
5,62
90,0
5,01
89,6
4,38
84,5
5,63
72,2
5,84
62,9
5,75
61,6
3,83
86,8
3,66
84,1
6,37
82,0
7,53
84,6
6,64
74,1
6,14
88,6
5,65
90,5
5,08
91,0
4,42
85,3
5,97
76,6
6,31
68,0
6,12
65,5
3,89
88,1
3,76
86,4
6,44
84,3
–
–
6,88
76,7
6,21
89,6
5,71
91,6
5,13
91,7
4,47
86,3
6,32
81,1
6,49
70,1
6,22
66,5
3,94
89,3
3,81
87,6
6,62
84,3
–
–
6,93
77,3
6,34
91,5
5,73
91,8
5,23
93,3
4,67
90,1
6,49
83,3
–
–
–
–
4,06
92,0
3,84
88,3
11,3
6,74
86,2
–
–
–
–
6,46
93,2
5.91
94,7
5,34
95,6
4,71
90,7
–
–
–
–
–
–
4,14
93,9
3,89
89,4
Примечание. Числитель – плотность, г/см3; знаменатель – относительная плотность. Состав шихты дан в массовых процентах.
19
2.4. Определение массы навески порошка
1,
100
Массу навески порошка М для получения прессованной детали
заданной плотности у
M = γ
– плотность готовой детали, которая определяется по выраже-
где γ
к
можно вычислить по формуле
к
V K1 K2,
к
(2.12)
нию, аналогичному (2.10):
θ
⎛⎞
здесь θ
γ=γ −
к
– пористость готовой детали, %;
к
к
⎜⎟
⎝⎠
(2.13)
V – объем готовой детали, рассчитанный по номинальным
размерам;
K
= 1,005...1,010 – коэффициент, учитывающий потерю массы
1
детали вследствие неточности изготовления пресс-формы;
K
= 1,01...1,03 – коэффициент, учитывающий потерю массы
2
детали при спекании вследствие выгорания примесей.
Допуск на массу навески обычно принимается в пределах 2...3 %
от массы прессованной детали.
2.5. Пример расчета пресс-формы
Рассчитать размеры рабочих элементов пресс-формы для получения втулки (рис. 2.2) из железографитового порошка, состав шихты
которого следующий: железо – 95 %, графит – 5 %.
20
Рис. 2.2. Втулка из железографитового порошка
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]