Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Расчет и проектирование механизмов и систем технологического оборудования расчет и конструирование пресс-форм для формообразования порошков. Учебное п

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 64 5 6 > Следующая >>>

2,97

530 1610

294

2,0

рр

−−

σ= + ⋅ =−

кк

где р

= 0; рb = рк; а = r = 20 мм; b = 35 мм.

кк

22 2 22

−−

35 20 20 35 20

20 35

⋅

Тогда 1260 = 2,97р

, откуда следует, что рк = 425МПа, δ = 0,2 мм.

Эквивалентное напряжение на внутренней поверхности стальной

обоймы определяем по формуле (3.1):

⋅

σ= =

где р = р

+ рс = 425 + 105 = 530 МПа,

⎛⎞ ⎜⎟

⎝⎠

Запас прочности обоймы

экв

22,94

−

2,94 1

3200

п =≈

МПа,

1610

Радиальную деформацию внутренней поверхности втулки из

твердого сплава определяем по формуле (3.12):

1 0,3 800 20 530 35

−⋅−⋅

=⋅ ⋅+

540 10 35 20

+⋅⋅=

540 10 35 20

322

⋅−

1 0,3 20 35 800 530

+⋅−

322

⋅−

0,009 мм

где ра = 800 МПа, рb = 530 МПа, а = r = 20 мм, b = 35 мм.

Таким образом, по прочности и жесткости матрица из твердого

сплава полностью соответствует эксплуатационным требованиям.

работе пуансоны подвергаются сжатию и продольному изгибу.

При На сжатие пуансоны проверяются по формуле

где σcж – напряжение сжатия, возникающее в пуансоне,

F – усилие прессования, Sп – площадь наименьшего поперечного сечения пуансона,

[

cж

3.5. Расчет пуансонов

σ= ≤σ

сж сж

, (3.16)

[]

] – допускаемое напряжение на сжатие; для пуансонов из за-

каленной инструментальной стали обычно принимают

[

] = 1600 МПа.

cж

Пуансоны и стержни, имеющие длину больше трех диаметров:

EJlnF

l > 3d, необходимо проверять на продольный изгиб по формуле

≤

4,43

, (3.17)

где l – длина свободной части пуансона, равная расстоянию от пу-

ансонодержателя до середины заходной части;

Е – модуль упругости материала пуансона; J – момент инерции наименьшего сечения пуансона;

n – коэффициент безопасности; для пуансонов из закаленной

инструментальной стали п = 2...3.

Подкладные плиты необходимо применять в тех случаях, когда давление, передаваемое пуансоном или стержнем на подштамповую плиту, превышает 200 МПа для стальных и 100 МПа для чугунных плит. Толщина плит выбирается в пределах 5...8 мм, а их размеры определяются исходя из допустимых напряжений на смятие для материала подштамповых плит.

4. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-ФОРМ

-форма представляет собой механизм, состоящий из доста-

Пресс

точно большого количества деталей. В зависимости от выполняемых функций эти детали можно разделить на две основные группы:

•

детали технологического назначения, непосредственно участ-

вующие в выполнении производимой операции и находящиеся во взаимодействии с прессуемым материалом;

•

детали конструктивного характера, имеющие монтажно-

сборочное назначение в конструкции пресс-форм.

К первой группе относятся основные рабочие детали: матрицы, пуансоны, стержни. Ко второй группе – детали вспомогательного назначения: опорные плиты, подкладки, направляющие колонны, толкатели, кулачки, фиксаторы, пружины и др. К этой же группе относятся крепежные детали.

Детали второй группы применяются во многих механизмах и машинах, и при выборе материала для их изготовления обычно руководствуются общемашиностроительными нормами и правилами. Наиболее важным является правильный выбор материала для основных рабочих деталей, от которых зависит срок службы пресс-формы и ее работа.

Главной рабочей деталью пресс-формы является матрица, она характеризуется наиболее высокой трудоемкостью изготовления, и поэтому срок ее службы должен быть максимальным. Материал матрицы должен обладать прочностью, чтобы сопротивляться растягивающим напряжениям при действии давления прессования, твердостью и износостойкостью против абразивного действия порошка, достаточным сопротивлением усталостным напряжением вследствие периодичности приложения нагрузки. Кроме того, материал матрицы должен хорошо обрабатываться и иметь минимальные объемные изменения при термической обработке, чтобы можно было добиться высокой точности при изготовлении.

Указанным требованиям соответствуют штамповые стали и твердые сплавы, которые в зависимости от степени легирования делятся на следующие группы.

Углеродистые инструментальные стали типа У8А, У10А, У12 характеризуются низкой прокаливаемостью (до 20...25 мм) и принимаются в основном для изготовления матриц простой формы при небольших партиях прессовок (до 10–12 тыс. штук).

Легированные стали повышенной прокаливаемости типа 9ХС, ХВГ,

ХВГ позволяют получать наибольшие деформации при закалке и применяются для изготовления матриц сложной формы и относительно крупных размеров для партий прессовок в 25–30 тыс. штук.

Высокохромистые стали типа Х12Ф, Х12М, обладают высокой прокаливаемостью (в сечении до 200...300 мм), износоустойчивостью, мало деформируются при закалке. Они применяются для изготовления матриц, испытывающих большие механические нагрузки или имеющих сложную форму.

Легированные стали повышенной вязкости типа 4ХВ2С, 6ХВ2С,

Х4ВЗМЗФ2 и др. характеризуются более высокой прочностью и применяются для изготовления матриц при прессовании порошков высокопрочных сплавов.

Быстрорежущие стали типа Р18, Р6М5 с азотированием рабочих поверхностей характеризуются высокой износостойкостью и применяются в качестве сплошных или разрезных рабочих втулок бандажированных матриц.

Твердые вольфрамовые сплавы типа ВК8, ВК15 обладают наибольшей износостойкостью и сроком службы, так как их твердость значительно выше, чем у инструментальных сталей. Стойкость матриц из твердых сплавов между перешлифовками в 30–100 раз выше, чем у стальных.

Твердые сплавы обладают высокой прочностью на сжатие

(4000...4500

МПа) при модуле упругости 480...600 ГПа, плохо работают на растяжение. Поэтому матрицы из твердых сплавов всегда выполняют бандажированными, а рабочие втулки чаще имеют разрезную конструкцию. В качестве материала обойм рекомендуются стали марок У10, У12 твердостью до HRC 40, а также легированные стали.

В таблице приведены свойства материалов, применяемых для из-

готовления основных рабочих деталей пресс-форм.

Свойства материалов для изготовления деталей пресс-форм

Марка материала Твердость, HRC Предел прочности σ

У10А 55–60 2300–2700

9ХС 60–62 3200–3600

ХВГ 58–62 300–3400

Х12М 58–62 2900–3100

8Х4ВЗМЗФ2 58–62 3200–3600

Р6М5 62–64 3200–3600 ВК20 68–72 (HRA 82–84) 1500–2000

, МПа

ви

Для изготовления стержней применяются те же стали, что и для матриц, но в отличие от последних материал стержня должен обладать более высокой вязкостью тех частей, которые находятся вне порошка. Это позволяет предотвратить поломку стержня при продольном изгибе. Поэтому часть стержня, которая подвергается абразивному износу, следует закаливать до твердости HRC 45...50.

Условия работы пуансонов отличаются от условий работы матриц и стержней. Пуансоны в основном работают на сжатие и значительно в меньшей степени подвергаются абразивному износу. Поэтому материал пуансонов в первую очередь должен обеспечивать достаточную вязкость и усталостную прочность, а затем уже твердость для сопротивления смятию и износу.

Пуансоны несложной формы и небольших размеров изготовляют из углеродистых инструментальных сталей. Для изготовления пуансонов сложной формы применяют легированные инструментальные стали. Твердость материала пуансонов обычно на 4–6 единиц HRC ниже, чем у матриц.

5. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-ФОРМ

5.1. Технологические требования к изготовлению пресс-форм

Пресс

-формы для прессования металлических порошков относят-

ся к одному из наиболее сложных видов технологической оснастки, используемой при обработке металлов давлением. Это обусловлено их конструктивной сложностью, большими нагрузками, высокой твердостью рабочих деталей, жесткими требованиями по точности и износостойкости.

Точность пресс-формы является основным фактором, определяющим точность линейных размеров прессованной детали. Как показывает практика порошковой металлургии, достигаемая точность размеров прессованных деталей при уплотнении с контролем процесса по давлению соответствует для высотных размеров 12–14-му квалитетам, для диаметральных – 6–8-му квалитетам. При уплотнении с ограничениями хода («до упора») точность высотных размеров соответствует 10–12-му квалитетам, а диаметральных – 8–11-му квалитетам. Схема прессования «по давлению» обеспечивает более высокую точность диаметральных размеров, а схема прессования «до упора» – высотных. Спекание приводит к снижению точности размеров на 1–2 квалитета.

Для получения прессовок заданной точности точность изготовления пресс-формы должна быть на 1–2 квалитета выше. При этом допуски на размеры рабочих поверхностей матриц и стержней выбирают исходя из условия получения максимальных припусков на износ этих поверхностей. Поскольку с увеличением поля допуска уменьшается припуск на износ, то допуски должны быть минимальными, насколько это возможно с точки зрения технологии механической обработки.

По допускам в соответствии с заданной точностью изготавливают только матрицы и стержни. Пуансоны подгоняют к ним исходя из условия обеспечения необходимого зазора, который выбирается в зависимости от гранулометрического состава порошка, размеров прессовки, типа пресса и др. Для обеспечения надежной работы пресс-формы рекомендуются следующие величины зазоров между сопрягаемыми поверхностями: для диаметров до 25 мм – 12...20 мкм, 25...50 мм – 15...25 мкм, свыше 50 мм – 0,05 % от номинального размера.

Приведенные рекомендации обязательны для использования в массовом производстве, иначе инструмент будет иметь низкую стойкость. Увеличение зазора приводит к повышенному износу сопряженных деталей в результате абразивного действия частиц порошка, проникающих в зазор. При изготовлении небольших партий деталей можно использовать посадки с зазором, соответствующие 6-ому квалитету, зазоры в которых несущественно отличаются от рекомендованных, особенно для малых размеров.

В связи с применением очень малых зазоров между сопрягаемыми поверхностями в пресс-форме поверхности необходимо обрабатывать до высокой чистоты – 10–12-го класса (Ra 0,16...0,04 мкм), что приводит к уменьшению сил трения при прессовании порошка и выталкивании спрессованных деталей, а также предотвращает образование задиров. Шероховатость прессованных деталей зависит от шероховатости формообразующих поверхностей и может соответствовать 6–10-му классу чистоты.

При назначении допусков на отклонение геометрической формы деталей пресс-формы и взаимное расположение элементов их поверхностей следует руководствоваться следующими техническими требованиями.

Отклонение от плоскостности верхней торцевой поверхности

матрицы – не более 0,01 мм на длине 100 мм.

Отклонение от перпендикулярности образующей внутренней поверхности матрицы относительно верхней торцевой поверхности – не более 0,02 мм на длине 100 мм.

Отклонение от параллельности опорных поверхностей пуансо-

нов и стержней относительно верхней торцевой поверхности матрицы – не более 0,01 мм на длине 100 мм.

Отклонение от параллельности хода прессующего пуансона,

стержня, выталкивателя относительно внутренней поверхности матрицы – не более 0,02 мм на длине 100 мм.

Отклонение от перпендикулярности направляющих поверхно-

стей колонок пресс-формы относительно верхней торцевой поверхности матрицы – не более 0,02 мм на длине 100 мм.

Отклонение от параллельности плоскостей прилегания опор-

ных плит, проставок и т.п. – не более 0,01 мм на длине 100 мм.

Эксцентриситет, конусность, овальность основных рабочих и

направляющих деталей пресс-формы круглого сечения – в пределах допуска на диаметр.

Изготовление основных рабочих деталей пресс-формы является

сложным и трудоемким процессом, для которого требуется примене-

ние разнообразных методов механической обработки, специального инструмента, тщательной лекальной обработки и больших затрат квалифицированного труда.

В общем случае изготовление рабочих деталей из инструменталь-

ных сталей состоит из следующих операций:

изготовление деталей на металлорежущих станках с припуска-

–

ми на шлифование;

–

термообработка;

шлифование;

– –

доводка рабочих поверхностей (притирка, хонингование, по-

лировка).

При изготовлении рабочих деталей из твердых сплавов применя-

ют методы ультразвуковой, электроискровой и алмазной обработок.

5.2. Конструкция матриц и их изготовление

Конструкция матрицы определяется формой изделия, давлением прессования, материалом, примененным при ее изготовлении. Матрицы в пресс-формах применяют трех видов: сплошные, составные и сборные.

•

Сплошные матрицы применяют при небольших нагрузках.

•

Составные цельные, состоящие из сплошной внутренней втул-

ки и обоймы, – при больших нагрузках и для обеспечения необходимой жесткости конструкции.

•

Составные матрицы с разрезными втулками, запрессованными

в обойму, применяют для изготовления прессовок сложной формы, когда требуется секционное изготовление втулок, и для повышения износостойкости матрицы в результате использования вставок из твердых сплавов.

Матрицы, у которых отдельные части собираются по подвижным посадкам и скрепляются крепежными деталями (болтами, винтами), называют сборными. Применение сборных матриц, обусловленное сложной формой прессуемых деталей, имеет ограниченный характер из-за их низкой стойкости вследствие проникновения мелких фракций порошка в пространство между соприкасающимися элементами.

Входная кромка рабочей поверхности матриц делается сплошной, скошенной под утлом 15° на длине 1...2 мм. Такой скос предотвращает скалывание острой кромки пуансона при его входе в матрицу.

Обойму составной матрицы рекомендуется выполнять цилиндрической независимо от сложности конфигурации внутренней полости матрицы. Это обеспечивает технологичность изготовления и сборки матриц и обойм.

При конструировании матриц с разрезными втулками необходимо правильно выбирать количество разрезов и места их расположения. При этом обычно руководствуются следующими правилами (рис. 5.1):

Неправильно Правильно Неправильно Правильно

Рис. 5.1. Расположение разрезов во втулках твердосплавных матриц

• линии разреза должны быть проведены так, чтобы исключа-

лось заклинивание прессованной детали в результате действия сил упругого последействия (а, б) и не образовывались риски на боковых поверхностях (б);

•

следует избегать в сечении одной вставки параллельных линий

(

б, в); это обеспечит возможность восстановления износившейся матрицы с помощью перешлифовки разреза, что относится к одному из важных преимуществ разрезных матриц;

•

линии разреза должны быть по возможности радиальными,

чтобы обеспечить удобство подгонки вставок (а, б, в, г, д); при количестве вставок больше двух они не должны иметь свободы движения друг относительно друга в радиальном направлении (д, е, ж), что существенно облегчает совместную обработку наружной поверхности разрезной втулки;

•

в матрицах сложной конфигурации линии разреза должны про-

водиться так, чтобы ни одна вставка не имела узких глубоких пазов, труднодоступных для обработки.

Изготовление сложных матриц с цилиндрическими отверстиями осуществляется традиционными методами: после термообработки отверстия шлифуют и полируют или притирают. Притирка выполняется с применением тонкой абразивной пасты с карбидом бора или алмазным порошком и фасонных притиров. Изготовление в сплошных матрицах отверстий сложной формы осуществляют долблением, оставляя припуск на чистовую обработку протягиванием.

При изготовлении составных матриц чистовую обработку отверстий производят после сборки обоймы и втулки, для скрепления которых применяется посадки с натягом. В случае составных разрезных матриц наибольшая трудность заключается в точной подгонке вставок, сопрягаемые с обоймой поверхности которых должны быть цилиндрическими. Для получения точного размера наружные посадочные поверхности вставок шлифуются в сборе.

Черновую обработку отверстий в твердосплавных вставках производят электроискровым методом, дальнейшую обработку – алмазным шлифованием, которое обеспечивает чистоту обрабатываемой поверхности до 10–12-го классов. При необходимости получения отверстий с более высокой точностью и чистотой обработки поверхности применяется доводка пастой с карбидом бора или алмазным порошком.

Твердость рабочей поверхности матриц, применяемых в массовом производстве, должна быть равной HRC 64...68. Матрицы твердостью HRC 60...62 вследствие их более быстрого износа используются при изготовлении небольших партий деталей.

5.3. Конструкция пуансонов и их изготовление

Пуансоны

, формуя торцы прессовок, подвергаются в основном дей-

ствию сжимающей нагрузки. Длинные пуансоны из-за неточности изготовления и перекосов могут испытывать действие изгибающих нагрузок. Поэтому при конструировании пуансонов следует максимально сокращать их длину. Площадь опорной поверхности пуансонов должна быть в 1,5–2,0 раза больше площади рабочего торца для снижения напряжения смятия на подкладных плитах. Посадочную часть пуансонов сложного профиля выполняют простой формы с размерами, близкими к габаритным размерам рабочего контура пуансона.

Рабочие пояски пуансонов обеспечивают их центрирование по матрице и стержню и поэтому должны подгоняться с минимальным

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 64 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]