Пресс-форма для прессования порошков
Использование: порошковая металлургия, производство заготовок из тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, тантала, ниобия), а также из композиционных материалов и керамики. Задача: повышение плотности получаемых заготовок. Сущность полезной модели: Пресс-форма состоит из вертикального пуансона 1, боковины 2 с пазом и боковины 3. В пазу боковины 2 установлены вставки 4, контактирующие с ней посредством упругих элементов 5. Положительный эффект: повышение плотности получаемых заготовок, увеличение производительности, расширение размерного ряда и марочного состава получаемых заготовок.
Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к конструкциям пресс-форм для получения заготовок (штабиков) квадратного и прямоугольного сечений из порошков преимущественно вольфрама и молибдена без присадок и с присадками нанопорошков оксидов тория, лантана и иттрия, а также порошков композиции металлов с керамикой.
Известна пресс-форма для прессования штабиков квадратного сечения от 6×6 до 25×25 мм длиной от 200 до 600 мм из порошков вольфрама (1). Пресс-форма состоит из вертикального пуансона, двух боковин, четырех пальцев, двух пружинных стяжек для прижатия боковин друг к другу. В одной из боковин выполнена полость для засыпки порошка. На неподвижных торцовых пластинах этой боковины запрессовано по два пальца, входящих в отверстия второй боковины по скользящей посадке. Таким образом, полость для засыпки порошка образована рабочими плоскостями двух боковин, двух торцовых пластин и подкладки. Пресс-форма устанавливается на специализированный гидравлический пресс с вертикальным и горизонтальным цилиндрами. На отечественных предприятиях к таким прессам относятся пресса моделей П-801, К25.033 и другие (2).
Существенным недостатком указанной пресс-формы является то, что в процессе прессования из засыпки порошка, имеющей очень низкую плотность и очень высокую пористость, не удается удалить весь воздух. Так известно (3), что насыпная плотность порошка вольфрама составляет всего 2,4-4,0 г/см3, т.е. 80-88% пор засыпки заполнены воздухом.
Для частичного удаления воздуха из засыпки в процессе прессования между стенками полости и пуансоном пресс-формы устанавливается зазор, равный 0,015 мм, а скорость прессования снижается до 2,5 мм/с. При этом удалить хотя бы большую часть воздуха из засыпки не удается. По этой причине заготовки после прессования имеют пониженную плотность, равную для вольфрама 12-13 г/см3 (4), т.е. их пористость составляет 30-40%. Это осложняет передачу таких малопрочных заготовок на операцию спекания. Кроме того, отдельные значительные объемы воздуха запрессовываются в заготовки, что приводит к их расслоениям на операциях спекания и обработки давлением.
Второй существенный недостаток известной пресс-формы заключается в малой ширине полости для засыпки порошка. Так при получении штабиков сечением от 6×6 до 10×10 мм в засыпке порошка высотой, превышающей высоту штабика в 3-4 раза, образуются воздушные пробки, устранить которые в процессах подготовки к прессованию и прессования практически невозможно. В этом случае выход годных безрасслойных штабиков не превышает 50%.
К недостаткам указанной пресс-формы можно отнести повышенную закрытость полости для засыпки порошка, выполненную в одной из боковин.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому решению является пресс-форма для прессования штабиков из порошков, содержащая вертикальный пуансон, две боковины и подкладку (5). Одна из боковин установлена в пазу другой боковины и состыкована с ней с одной стороны поверхностью, имеющей уклон к ее торцовой поверхности в сторону полости для засыпки порошка.
Эта пресс-форма по сравнению с ранее указанной пресс-формой является менее закрытой и позволяет удалять при прессовании большее количество воздуха.
Задачей предлагаемого решения является устранение указанных недостатков, а именно повышение плотности получаемых заготовок.
Поставленная задача решается тем, что в пресс-форме для прессования порошков, содержащей вертикальный пуансон, две боковины, одна из которых установлена в пазу другой боковины, согласно предлагаемому решению, в пазу между боковинами дополнительно установлены вставки, контактирующие с выполненной с пазами боковиной посредством упругого элемента.
То, что в пазах боковины дополнительно установлены вставки с упругим элементом, позволяет создавать в пресс-форме полости двух размеров: полость шириной 1,5-2,5 ширины заготовки при заполнении ее порошком и полость шириной, равной ширине заготовки при прессовании ее вертикальным пуансоном. Увеличение ширины полости на операции ее заполнения порошком позволяет устранить явление образования воздушных пробок, а на операции прессования снизить вероятность запрессовки воздуха в заготовки. Подвижность вставок при изменении ширины полости путем горизонтального перемещения второй боковины позволяет создать условия для предварительного перед прессованием вертикальным пуансоном удаления большей части воздуха при сжатии порошка засыпки в открытой полости пресс-формы. Оставшаяся часть воздуха удаляется из порошка на операции прессования заготовки.
Указанные конструктивные особенности пресс-формы позволяют не только полностью удалить воздух из порошка и избавить от расслоений заготовок, но также расширить размерный ряд заготовок и повысить скорость прессования, т.е. увеличить производительность процесса прессования.
В качестве упругих элементов могут быть использованы полиуретановые эластомерные пластины, обладающие высокими упругими и износостойкими свойствами, например, из полиуретана марки СКУ - ПФЛ с коэффициентом сжимаемости К сж=2800 МПа.
Предлагаемая пресс-форма показана на фиг.1-3, где на фиг.1 приведен общий вид пресс-формы, на фиг.2 - вид сверху после заполнения полости порошком, на фиг.3 - вид сверху после предварительного уплотнения порошка.
Пресс-форма состоит из вертикального пуансона 1, боковины 2 с пазом и боковины 3. В пазу боковины 2 установлены вставки 4, контактирующие с ней посредством упругих элементов 5. Полость 6 для засыпки порошка образована боковиной 3, вставками 4 и подкладкой 7.
Пресс-форма работает следующим образом.
Вначале пресс-форма собирается с полостью 6, ширина которой равна вн=(1,5-2,5)в3, где в 3 - ширина спрессованной заготовки, и заполняется порошком до части высоты полости пресс-формы h0, равной h н=(1,6-2,6)h3, где h3 - высота спрессованной заготовки. Порошок располагается между боковиной 3, вставками 4 и подкладкой 7. Перемещают боковину 2 горизонтальным плунжером (на черт. не показан, его усилие обозначено Рг). Боковина 3, перемещаясь, передает усилие на вставки 4 и передвигает их, сдавливая упругий элемент 5. Происходит предварительное уплотнение, в результате чего удаляется из засыпки порошка в открытой полости большая часть воздуха. После предварительного уплотнения высота засыпки перед прессованием ее пуансоном 1 становится равной h пp=0,9h0. Далее в полость 6 устанавливается пуансон 1, включают вертикальный плунжер (на черт. не показан) и происходит окончательное прессование заготовки.
Согласно предлагаемому решению были получены заготовки (штабики) сечением 30×30 мм и длиной 350 мм из труднодеформируемой порошковой смеси марки ВТ-50, содержащей кроме порошка вольфрама 5% ТhO2. На 10 полученных прессованием с удельным давлением 6 т/см2 штабиках расслоев не обнаружено. Исследования штабиков после операции спекания также не выявили расслоений, что свидетельствует о высокой степени плотности предварительно полученной прессованной заготовки. По сравнению с наиболее близким аналогом увеличено максимальное сечение штабиков с 25×25 мм до 30×30 мм, увеличена их длина с 200 мм до 350 мм, т.е. расширен размерный ряд получаемых заготовок. Расширен марочный состав получаемых заготовок. Повысилась производительность процесса за счет увеличения скорости прессования и возможности применения более скоростного оборудования (в аналоге процесс прессования вели на прессе 801, согласно предлагаемому решению процесс прессования вели на прессе модели К25.033, скорость прессования на котором почти в два раза выше).
Заявляемая пресс-форма найдет применение при производстве заготовок (штабиков) из тугоплавких металлов (W, Мо, Та, Nв), а также из таких композиционных материалов как САП (спеченный алюминиевый порошок, содержащий до 30% Аl2О3), твердосплавных смесей и керамики.
Источники информации:
1. К.Дж. Смителс. Вольфрам, М., Металлургия, 1958, с.125-130, рис.30.
2. В.И.Трусковский, Л.А.Барков, В,К,Плотников. Прессы-автоматы для обработки порошковых материалов. Челябинск, «Металл», 1994, с.52-56, рис.2, 4.
3. О.В.Роман, И.Г.Габриелов. Порошковая металлургия - безотходная, энергосберегающая технология. Минск, «Белорусь», 1986, с.32-33, табл.7.
4. Г.И.Абашин, Г.М.Погосян. Технология получения вольфрама и молибдена. М.: Металлургия, 1960, с.123.
5. Патент на полезную модель 
91685. Пресс-форма для прессования штабиков. МКИ В22F 3/02, от 27.02.2010.
Пресс-форма для прессования порошков, содержащая вертикальный пуансон, две боковины, одна из которых установлена в пазу другой боковины, отличающаяся тем, что в пазу между боковинами дополнительно установлены вставки, контактирующие с выполненной с пазом боковиной посредством упругого элемента.
