Холодная штамповка Холодная объемная штамповка называется штамповка без предварительного нагрева заготовки.

Выдавливание — образование заготовки путем пластического тече­ния материала в полости штампа. Материалом для выдавливания слу­жат цветные металлы и сплавы, а также стали в виде заготовок, изго­товленных из сортового и листового проката.

Выдавливание осуществляют в штампах на механических и гидрав­лических прессах прямым, обратным и комбинированным способами (рис. 40). При прямом способе течение металла выдавливаемой заго­товки совпадает с направлением движения пуансона, а при обратном - противоположно направлению движения пуансона. При комбиниро­ванном способе часть металла заготовки течет по направлению движе­ния пуансона, а другая часть - навстречу движению пуансона.

В качестве смазок при выдавливании применяют: для алюминия - животные жиры, жировую эмульсию; для стали - дисульфид молибдена с омыливанием и т. д.

Холодная высадка - образование местных утолщений на заготов­ках, например головок заклепок (рис. 41). Ее выполняют на холодно-высадочных автоматах. В первом переходе ролики 2 подают пруток 1 до упора 4, после чего матрица 3 перемещается на позицию высадки, отрезая от прутка мерную заготовку. Во втором переходе ударом высадочного пуансона 5 производится высадка головки. После воз­вращения пуансона в исходное положение заклепка выталкивается толкателем 6, который также возвращается в исходное положение, а матрица вновь уходит на линию подачи.

Рис. 40. Методы холодого выдавливания: а –прямой; б- обратный; в – комбинированный: 1- пуансон 2- матрица; 3- изделие; 4- выталкиватель; 5 -съемник

Рис. 41. Схема штамповки на холодновысадочиом одно­ударном автомате

Высадку выполняют на одно-, двух- и трехударных автоматах, производительность которых дости­гает 400 изделий в минуту. По сравнению с изготовлением резанием высадка обеспечивает до 30 - 40 % экономии металла.

Холодная листовая штамповка

Листовая штамповка - способ изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из листов, полос или лент с помощью штампов на прессах или без их применения.

Все операции листовой штамповки делят на две группы: раздели­тельные, в результате которых происходит отделение одной части заготовки от другой по заданному контуру, и формоизменяющие, пред­назначенные для получения изделия пространственной формы путем пластической деформации.

Разделительные операции.

Отрезка - полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига. Отрезку осуще­ствляют на ножницах различных типов и в штампах на прессах.

Вы­рубка (рис. 42) - полное отделение заготовки или детали от листовой заготовки по замкнутому контуру путем сдвига.

Пробивка - образо­вание в заготовке сквозных отверстий и пазов с удалением материала в отход путем сдвига.

При вырубке и пробивке пуансон 2 вдавливает отделяемую часть материала в отверстие матрицы 4. Оптимальная величина зазора между инструментом зависит от толщины заготовки 3, пластических свойств материала и составляет при­мерно 6 - 10 % S. Зазор при выруб­ке назначают за счет уменьшения размеров поперечного сечения пуан­сона, при пробивке - за счет увели­чения отверстия в матрице.

Рис. 42. Схема вырубки (пробивки): 1-прижим; 2- пуансон; 3- заготовка;4- матрица; 5- отход (изделие); 6- изделие (отход)

ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

Порошковой металлургией называют область науки и тех­ники, охватывающую производство изделий из металлических по­рошков, а также изделий из них или их смесей с неме­таллическими порошками.

Металлический порошок — совокупность частиц металла, спла­ва или металлоподобного соединения размерами до миллиметра, находящихся во взаимном контакте и не связанных между собой.

Особенностями порошковой металлургии является:

- получение твердых вещест­в в порошкообразном состоянии,

- формование изделия,

- нагрев (спекания) заготовок из порошков при тем­пературе ниже точки плавления соответствующего метал­ла (сплава) или, в случае смеси разнородных порошков, ниже температуры плавления наименее тугоплавкого компо­нента основы.

Порошковая металлургия сочетает основы металлургии , материаловедения и металлообработки и в тоже время занимает свое особое место, так как позволяет не только производить изделия (называемые порошковыми) различных форм и назначе­ний, но и создавать принципиально новые материалы, по­лучить которые иным путем крайне трудно или вообще невозможно.

Порошковая металлургия является древнейшим способом производства металлов и изделий из них. Порошки золота, меди и бронзы применяли как краски и использовали для декоративных целей в кера­мике и живописи, а также для украшения лица во все известные нам времена. Некоторые древнейшие ману­cкрипты (рукописи) были раскрашены золотом. Найденные при раскопках многие из орудий египтян изготовле­ны из железа и относятся к 3000 г. до н.э., а знаменитый памятник Индии колонна в г. Дели выполнена из очень чистого железа, весит около 6,5 т, имеет высоту 7,3 м при диаметре у основания 0,42 м и относится к 415 г. Но ведь известно, что до начала XIX века не было способов получения температур достаточно высоких, чтобы расплавить чистое железо и воспользоваться методами литья изделий из него.

Возрождение приемов обработки металлов и объединения их в особый технологический ме­тод - порошковую металлургию - принадлежит рус­скому ученому Петру Григорьевичу Соболевскому (1782 -1841гг.), которому в работе помогал химик Василий Васильевич Любарский (1795 -1854гг.). В 1826 -1827 гг. была разработана технология изделий из платинового порошка (монеты, тигли и др.).

Развитие печной техники, сделавшее возможным до­стижение высоких температур, привело к освоению про­изводства платиновых изделий литьем, в связи с чем к середине прошлого века о порошковой металлургии сно­ва забыли и вспомнили лишь через 50 лет, когда бурное развитие электротехники потребовало материалов (таких как проволока из тугоплавких металлов, медно-графитовые щетки и т.п.), которые нельзя было изготовить обыч­ными, известными в то время методами. Затем появились разнообразные изделия из порошков: самосмазывающие­ся подшипники, твердые сплавы для обработки высоко­прочных новых материалов, магнитные материалы и т. д. Сейчас трудно назвать область современной техники где бы не применялись методы порошковой металлур­гии для изготовления изделий или сами порошковые из­делия.

Совокупность основных технологических операций позволяет решать с помощью порошковой металлургии важнейшие задачи, определяющие генеральное на­правление ее развитая:

1. изготовление материалов и изделий с особыми соста­вами, структурами и свойствами, которые недостижимы другими методами производства; примером могут служить порошковые материалы и изделия пористые (ан­тифрикционные, фрикционные, фильтры и др.), электро­технические (электроконтактные, магнитные и др.), вы­сокотемпературные (тугоплавкие металлы, дисперсноупрочненные, волоконые и др.), инструментальные (твер­дые сплавы, сверхтвердые материалы и др.) и пр.;

2)изготовление материалов и изделий с обычными со­ставами, структурами и свойствами, но при значительно более выгодных экономических показателях их произ­водства;

3) методами порошковой металлургии можно получать сплавы из металлов, не растворяющихся друг в друге при расплавлении, а также сплавы из тугоплавких металлов и металлов особо высокой чистоты; как заготовки, так и разнообразные детали точных размеров;

4) пористые материалы и детали из них, а также детали, состоящие из двух (биметаллы) или нескольких слоев различных металлов и сплавов; материалы и детали, обладаю­щие высокой жаростойкостью, износостойкостью, твердостью, с заданными стабильными магнит­ными свойствами, особыми физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые невозможно получить методами литья или обработкой давлением.

Например, для изготовления одной из деталей совре­менного реактивного двигателя, имеющей массу 0,45 кг, требуется 8,6 кг литого металла, тогда как при изготов­лении ее из порошка необходимо только 2,95 кг.

Однако несмотря на большие успехи в науке и технологии производства порошковых материалов и изделий масштабы производства все еще не сопоставимы с традиционными методами и порошковая металлургия испытывает трудно­сти, связанных с достижением узких размерных допус­ков и изготовлением изделий очень сложных геометри­ческих форм.

Производство порошка - первая технологическая опе­рация метода порошковой металлургии. Существующие способы получения порошков весьма разнообразны, что позволяет широко варьировать их свойства. Это, в свою очередь, делает возможным придание изделиям из по­рошка требуемых физических, механических и других специальных свойств. Кроме того, метод изготовления порошка в значительной мере определяет его качество и себестоимость.

Основные свойства порошковых материалов.

Химический состав определяется содержанием примесей, газов - не менее 98 – 99 % основного компонента.

Способов получения порошков условно подразделяют на физико-химические и механические.

К физико-химическим методам относят технологичес­кие процессы производства порошков, связанные с глу­бокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по химическо­му составу существенно отличается от исходного матери­ала. Основными являются методы восстановления, электролиз и термическая диссоциация карбонильных соеди­нений.

Механические методы обеспечивают превращение ис­ходного материала в порошок без заметного изменения его химического состава.

При механических методах порош­ки вырабатывают измельчением твердых или распылением жидких металлов без изменения их химического состава. Для измельчения твер­дых хрупких материалов применяют шаровые, вихревые и вибрационные мельницы. Измельче­ние обрабатываемого материала производят ударным и истирающим действием шаров (стальных или чугунных).

При получении порошков физико - механическими методами происходят изменения химического состава и свойств исходного мате­риала. Основными физико-химическими метода­ми являются химическое восстановление метал­лов из окислов, электролиз расплавленных со­лей, карбонильный метод и метод гидрогениза­ции.

Порошки, полученные физико-химическими методами, являются наиболее тонкодисперсными и чистыми. В зависимости от размера частиц по­рошки классифицируют по гранулометрическому составу на ультратонкие до 0,5 мкм, очень тон кие 0,5—10 мкм, тонкие 10—40 мкм, средней тонкости 40—150 мкм и крупные 150—500 мкм.

Характеристиками основных технологических свойств порошков являются насыпная масса, те­кучесть, прессуемость и спекаемость.

Насыпная масса - масса 1 см³ сво­бодно насыпанного порошка в граммах. Если порошок имеет постоянную насыпную массу, то при спекании будет обеспечиваться постоянная усадка. Один и тот же порошок может иметь различную насыпную массу в зависимости от способа получения. Для изготовления высокопо­ристых изделий следует использовать порошки с малой насыпной массой, а для разнообразных деталей приборов и машин - с большой насып­ной массой.

Текучесть - способность порошка запол­нять форму. Она характеризуется скоростью прохождения порошка через отверстие опреде­ленного диаметра. С уменьшением размера ча­стиц порошка его текучесть ухудшается. Теку­честь в большей степени влияет на равномерность заполнения формы порошком и на скорость уплотнения при прессовании.

Прессуемость - способность порошка уплотняться под действием внешней нагрузки и характеризуется прочностью сцепления частиц порошка после прессования. На прессуемость оказывают влияние пластичность материала, размер и форма частиц порошка. С введением в состав порошков поверхностно-активных веществ прессуемость их повышается.

Под спекаемостью понимают прочность сцепления частиц, возникающую в результате термической обработки прессованных заготовок.

Получение вольфрамовых и молибденовых изделий из порошков.

Металлы вольфрам, молибден и рении имеют высокие температуры плавления:

Вольфрам(W) -3395+15°С,

молибден ( Мо ) - 2620 + 10° С.

поэтому и по ряду других причин получать их непосредственно из руд и чистых химических соединений методами, например, восстановительной плавки затруднительно.

В промышленности вначале получают их порошки, а затем и изделия (проволоку, листы, фольгу, трубки и т.д.).

Исходными химическими соединениями для получения металлов могут быть:

оксиды ( W0₃, MoO₃,Re₂0₇ ),

галогениды ( WF₆, MoF₆, WC1₆, MoCl₅)

карбонилы ( Мо (СО)₆).

К способам получения металлов относятся:

1. Восстановление триоксидов вольфрама и молибдена водородом и углеродом;

2. Восстановление галогенидов (фторидов, хлоридов ) водородом ;

3. . Металлотермическое восстановление оксидов:

4. . Термическая диссоциация карбонилов вольфрама и молибдена,

дисульфида молибдена:

5. Электролитическое получение металлов в расплавах солей.

В практике более 90 % вольфрама и молибдена получают из оксидных соединений восстановлением водородом.

Химические реакции водородного восстановления при температурах 500- 900⁰С.

К порошкам вольфрама, предназначенным для производства ковкого металла методом порошковой металлургии, предъявляются определенные требования в отношении их грануломерического состава. Особенно это важно при получении непровисающей вольфрамовой проволоки.

Гранулометрический состав исходного порошка средним размером 2-3 мкм, колебание от десятых до 5- 6 мкм.

На рис. 1 показан внешний вид частиц вольфрамо­вого порошка

Рис. 1. Внешний вид частиц вольфрамового порошка.

Снято на растровом элек­тронном микроскопе: х 3000 (при печати уменьшено на 9/10)

Восстановление вольфрамового ангидрида водородом проводят в трубчатых или муфельных электропечах с механизированной продвижкой лодочек с исходным материалом через нагревательную камеру печи. Регулирование температуры в печи автоматическое.

В общем, при водородном восстановлении получае­мый мелко- и среднезернистый порошок вольфрама может содержать до 0,3 % кислорода и иметь насыпную плотность не ме­нее 2,5 г/см³, а крупнозернистый порошок вольфрама - до 0,2 % кислорода при насыпной плотности не менее 9 г/см³.

Смешивание это приготовление однородной механи­ческой смеси из металлических порошков различного хи­мического и гранулометрического состава или смеси ме­таллических порошков с неметаллическими.

Наиболее распространенным является механическое смешивание компонентов в шаровых мельницах, идентич­ных применяемым при размоле, и смесителях.