4. Порошковая металлургия

Порошковая металлургия или металлокерамика - отрасль технологии, занимающаяся производством порошков и деталей из них.

Сущность порошковой металлургии состоит в том, что из металлического порошка или смеси порошков прессуют заготовки, которые затем подвергают термической обработке - спеканию.

Благодаря такой технологии открываются широкие возможности управлять свойствами заготовки - получать детали из особо тугоплавких металлов, из нерастворимых друг в друге металлов (вольфрам и медь), пористые, слоистые материалы.

Порошки, а они состоят из частиц размером 0,5...500мкм, получают механическим измельчением (из хрупких материалов) либо физико-химическим путем - восстановлением окислов металлов, электролизом и др. При производстве порошков легированной стали широко применяют распыление расплавов водой или энертными газами под давлением.

Большое применение находят материалы со специальными свойствами: антифрикционные (пористые на базе железо-графитовых, бронзо-графитовых и других композиций), фрикционные, высокопористые (фильтры), металлокерамические твердые сплавы (для изготовления режущего и бурового инструмента), жаропрочные (способные работать до температуры 3000С), материалы со специальными электромагнитными свойствами (постоянные магниты, ферриты и т.п.).

Рис. 3.37. Схема холодного прессования: 1 – пуансон; 2 – матрица; 3 - заготовка

Приготовление смеси включает классификацию порошков по размерам частиц, добавление пластификаторов (парафин, стеарин) - легкоплавких присадок, облегчающих процесс прессования, и различных летучих веществ для получения деталей с заданной пористостью.

Формообразование заготовок или деталей осуществляют в пресс-форме (рис. 3.28) под давлением 200...1000МПа, либо выдавливанием (для изготовления труб, прутков, профилей), либо прокаткой (для получения лент толщиной 0,02...3,0мм, в том числе двухслойных лент из различных материалов).

Спекание проводят для повышения прочности полученных прессованием или прокаткой заготовок. В процессе спекания вследствие температурной подвижности атомов порошков одновременно протекают диффузия, восстановление поверхностных окислов, рекристаллизация.

5. Изготовление деталей из пластмасс

К пластмассам относятся неметаллические материалы, представляющие собой сложные композиции высокомолекулярных соединений. Пластмассы характеризуются малой плотностью и относительно высокой прочностью, химической и коррозионной стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами. Перечисленные свойства, а также хорошая технологичность выводят пластмассы в ряд самых применяемых конструкционных материалов.

Пластмассы в зависимости от поведения при повышенных температурах разделяют на термопластичные полимеры (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты (полиэтилен, капрон, винипласт, фторопласт, оргстекло и др.) размягчаются и плавятся при повышении температуры и вновь затвердевают при охлаждении. Эти изменения состояния могут происходить неоднократно, что имеет решающее значение при выборе способов переработки термопластов.

Реактопласты (текстолиты, стеклопластики и др.) при нагревании легко переходят в вязкотекучее состояние, но с течением времени в результате химической реакции необратимо переходят в твердое состояние.

Все пластмассы подразделяют на простые (состоящие из одного компонента) и композиционные (содержащие несколько составляющих, каждая из которых выполняет определенную функциональную роль: повышения прочности, теплостойкости, эластичности, придания цвета и т.п.).

Технологические процессы переработки пластмасс в детали в связи со специфическими свойствами материала содержат несколько разновидностей:

1. Переработка в вязкотекучем состоянии (прессованием, литьем под давлением и др.).

2. Переработка в высокопластичном состоянии (пневмоформовка, штамповка и др.).

3. Получение деталей из жидких полимеров.

4. Специальные покрытия и другие разновидности процесса.

а) б)

Рис. 3.38 Схема прямого прессования

Наибольшее распространение в машиностроении получили способы переработки пластмасс в вязкотекучем состоянии.

Прессование прямое (рис. 3.29) - один из основных способов переработки реактопластов.

Рис. 3.39. Схема литьевого прессования

В полость пресс-формы 3 (рис. 3.29а) загружают предварительно таблетированный или дозированный по объему либо весу материал. При замыкании пресс-формы пуансон 1 создает давление на прессуемый материал (рис. 3.29б), под действием которого, а также теплоты, материал размягчается и заполняет полость пресс-формы. После выдержки (в течение 0,5...2мин. на 1мм толщины стенки) пресс-форма раскрывается и с помощью выталкивателя 5 из нее извлекается готовая деталь 4.

Литьевое прессование отличается от прямого тем, что прессуемый реактопласт загружают не в полость пресс-формы, а в специальную загрузочную камеру 2 (рис. 3.30), где под действием теплоты от пресс-формы он приобретает вязкотекучее состояние. Далее под давлением пуансона 1 материал выжимается в полость пресс-формы (3, 5); после отвердения деталь 4 извлекают из полости 5 пресс-формы с помощью выталкивателей 6.

Литьевым прессованием возможно получение более сложных, в том числе армированных деталей, но этот способ характерен большими отходами материала: часть его после прессования остается в загрузочной камере.

Рис. 3.40 Схема пневматической формовки

Литье под давлением является высокопроизводительным и самым эффективным способом массового производства деталей из термопластов. Осуществляется этот процесс по схеме, близкой к схеме литья под давлением металлов (см. раздел 3.1).

Для получения тонкостенных крупногабаритных деталей наиболее целесообразным является переработка заготовок из термопластичных материалов методами пневматической или вакуумной формовки.

Заготовкой может быть лист либо так называемая преформа, получаемая литьевым прессованием.

На рис.3.31 показана схема формовки бутылки. Предварительно разогретую заготовку (преформу) 1, имеющую резьбовую часть (под пробку) 2 вводят в состоящую из трех частей, разогретую до 40...60С пресс форму 3 и формируют с помощью подогретого воздуха до 50...70С. После охлаждения готовую деталь извлекают из пресс-формы.