Пресс-форма для прессования порошков

Использование: Порошковая металлургия, прессование преимущественно углеродных порошков, а также порошков, активно адсорбирующих газы атмосферы (ниобий, тантал, молибден, вольфрам).

Задача: Повышение плотности получаемых изделий путем увеличения количества удаляемого воздуха при их формовании.

Сущность полезной модели: Пресс-форма состоит из вертикального пуансона 1, горизонтального пуансона 2, корпуса 3, установленного на плиту 4. В корпусе 3 размещены боковины 5, 6, 7, которые с плитой 4 и корпусом 3 образуют полость 8 для засыпки порошка. Горизонтальный пуансон 2 выполнен с наклонной поверхностью 9, расположенной под углом =15÷45° к его оси. Наклонная поверхность 9 сопряжена с наклонной поверхностью 10, выполненной на боковине 5. Расстояние от торцовой поверхности 11 горизонтального пуансона 2 до контактной поверхности 12 боковины H=(2,2÷6,2)b/tg, где b - длина наименьшей стороны полости пресс-формы в конце хода горизонтального пуансона. Расстояние между торцовой поверхностью 11 горизонтального пуансона 2 и контактной поверхностью 13 боковины 6 равно H₁=(1-tg)H.

Положительный эффект: повышение плотности на 3-4%.

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к конструкциям пресс-форм для получения заготовок и изделий, преимущественно квадратного и прямоугольного сечений из порошков на основе углерода.

Известна пресс-форма для прессования углеродных порошков, содержащая цельную матрицу, упорную плиту и вертикальный пуансон (И.В.Темкин, Производство электроугольных изделий, Москва, «Высшая школа», с.88, рис.46а).

Недостатком указанной пресс-формы является низкая плотность получаемых заготовок или изделий в результате одностороннего сжатия порошка, при этом наблюдается неравномерность деформации по высоте прессовки и как следствие значительная анизотропность свойств. Одной из причин анизотропности является недостаточное количество удаляемого воздуха из прессуемого порошка.

Несколько повышает плотность и улучшает свойства за счет схемы всестороннего сжатия наиболее близкая по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемой пресс-форма для прессования порошков, содержащая вертикальный пуансон, горизонтальный пуансон, контактирующий с торцовой поверхностью вертикального пуансона. (Патент РФ на изобретение 2381870, Способ прессования штабиков из порошков тугоплавких металлов и пресс-форма для их прессования. МПК B22F 3/02, от 20.02.2010). Полость для засыпки порошка образована вертикальным и горизонтальным пуансонами, боковиной, нижней плитой. Боковина установлена в корпусе с возможностью вертикального перемещения. Вертикальный и горизонтальный пуансоны подпружинены относительно корпуса.

Недостатками наиболее близкого аналога являются низкая плотность и прочность получаемых изделий вследствие недостаточного удаления воздуха из прессуемого порошка. Это вызывает появление в изделии расслоя, трещин, ведет к анизотропии свойств.

Задачей предлагаемого решения является устранение указанных недостатков, а именно повышение плотности получаемых изделий путем увеличения количества удаляемого воздуха при их формовании.

Поставленная задача решается тем, что в известной пресс-форме, содержащей вертикальный пуансон, горизонтальный пуансон, полость для засыпки порошка, образованную нижней плитой и установленными в корпусе боковинами, упругие элементы, смонтированные между корпусом и боковинами, согласно предлагаемому решению, горизонтальный пуансон имеет наклонную поверхность под углом =15÷45° к его оси, сопряженную с наклонной поверхностью одной из боковин, образующих полость для засыпки порошка. При этом торцовая поверхность горизонтального пуансона расположена на расстоянии H от контактной с ним поверхности боковины с наклонной поверхностью, равном H=(2,2÷6,2)b/tg, где b - длина наименьшей стороны полости пресс-формы в конце хода горизонтального пуансона, и на расстоянии H ₁ от контактной поверхности боковины, смежной боковине с наклонной поверхностью, равном (1-tg)H.

Выполнение горизонтального пуансона и одной из боковин с сопрягаемыми наклонными поверхностями и заявляемое расстояние между торцовой поверхностью горизонтального пуансона и контактных поверхностей боковины с наклонной поверхностью и смежной ей боковины позволит осуществить предварительно в открытой пресс-форме формование порошка в двух взаимно перпендикулярных направлениях одним движением горизонтального пуансона. Это предварительное формование засыпки порошка позволяет удалить из нее большую часть адсорбированных к частицам порошка газов атмосферы, а также при последующем прессовании засыпки вертикальным пуансоном избежать образования в заготовках воздушных пробок, тем самым, увеличить их плотность, устранить дефекты заготовок в виде расслоений. Уменьшение адсорбированных газов в засыпке позволяет увеличить скорость прессования заготовок. Так, вместо пресса модели K25.033 со скоростью прессования 4,2 мм/с можно использовать пресс модели D 1037 со скоростью прессования 4,5 мм/с, что повысит производительность пресс-формы.

Угол наклонных поверхностей не должен превышать 45°, т.к. это превышение ведет к заклиниванию боковины с наклонной поверхностью, уменьшение этого угла менее 15° вызывает значительное увеличение габаритов пресс-формы.

Расстояние Н обусловлено необходимой величиной подпрессовки. Уменьшение этого расстояния меньше заявляемого не позволяет достичь заданной плотности, его увеличение технологически нецелесообразно.

Расстояние H₁ однозначно определено величиной расстояния H и величиной угла .

Заявляемая пресс-форма изображена на фиг.1-4, где на фиг.1 показан общий вид пресс-формы после засыпки порошка, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1 перед подпрессовкой порошка, на фиг.3 - сечение А-А фиг.1 после подпрессовки, на фиг.4 - показан общий вид пресс-формы в момент окончания прессования.

Пресс-форма состоит из вертикального пуансона 1, горизонтального пуансона 2, корпуса 3, установленного на плиту 4. В корпусе 3 размещены боковины 5, 6, 7, которые с плитой 4 и корпусом 3 образуют полость 8 для засыпки порошка. Горизонтальный пуансон 2 выполнен с наклонной поверхностью 9, расположенной под углом =15÷45° его оси. Наклонная поверхность 9 сопряжена с наклонной поверхностью 10, выполненной на боковине 5. Расстояние от торцовой поверхности 11 горизонтального пуансона 2 до контактной поверхности 12 боковины 5 с наклонной поверхностью 10 H=(2,2÷6,2)b/tg. Расстояние между торцовой поверхностью 11 горизонтального пуансона 2 и контактной поверхностью 13 боковины 6 с прокладками 17 равно H₁=(1-tg)H. Между корпусом 3 и боковинами 5, 6, 7, установлены упругие элементы 14, 15, 16. Боковина 6 снабжена сменными прокладками 17.

Пресс-форма работает следующим образом.

После сборки пресс-формы на стол специализированного пресса устанавливают корпус 3 пресс-формы с плитой 4. После чего в полость 8, образованную боковинами 5, 6, 7, плитой 4 и корпусом 3 засыпается порошок. Затем перемещают горизонтальный плунжер (на черт. не показан), передающий усилие Pг на горизонтальный пуансон 2, который воздействует своей наклонной поверхностью 9 на наклонную поверхность 10 боковины 5 и, сжимая упругие элементы 15, перемещает ее влево, изменяя размер полости 8 и сжимая засыпку порошка в этом направлении. При дальнейшем перемещении горизонтального пуансона 2 он своей торцовой поверхностью 11 соприкасается с контактной поверхностью 13 боковины 6 с прокладками 17 и перемещает боковины 6 и 7 в направлении, перпендикулярном направлению движения боковины 5. При этом происходит изменение размера полости 8 и подпрессовка засыпки порошка. Когда торцовая поверхность 11 горизонтального пуансона 2 коснется контактной поверхности 12 боковины 5, подпрессовка заканчивается. Величину обжатия засыпки порошка регулируют прокладками 17. После окончания процесса предварительного формования засыпки порошка перемещают вертикальный пуансон 1 и производят окончательное прессование порошка. Затем отводят пуансоны 1,2 в исходное положение и под действием упругих элементов возвращаются в исходное положение боковины 5, 6, 7. Величину обжатия засыпки порошка регулируют сменными прокладками, меняя расстояние H₁.

Изготовлен опытный образец предлагаемой пресс-формы. В этой пресс-форме были изготовлены заготовки щеток электрических машин размером 20×32×55 мм из композиции на основе углерода. В качестве наполнителя композиции был использован «Графит искусственный измельченный» по ТУ 1916-109-71-2000, в качестве связки - порошковая фенолформальдегидная смола марки СПФ-011А по ТУ 6-05751768-35-94. Массовая плотность композиции находилась в пределах 0,6-0,7 г/см³. Угол наклонных поверхностей сопрягаемых поверхностей горизонтального пуансона и боковины 30°. Подпрессовка велась до размера 30×90 мм, а затем данная засыпка уплотнялась вертикальным пуансоном. Расстояние H=215 мм, H₁=91 мм. Упругие элементы были изготовлены из полиуретана. Прессование вели на прессе модели D 1037. Плотность полученных заготовок составила 1,89-1,93 г/см³. По сравнению с наиболее близким аналогом плотность увеличилась на 3%. Повысились также прочность заготовок на сжатие и на изгиб на 3-4%, твердость по Шору возросла с 37 до 48НШ. Удельное электрическое сопротивление уменьшилось с 50-60 до 48-57 мкОм.м.

Заявляемая пресс-форма найдет применение в порошковой металлургии при прессовании преимущественно углеродных порошков, а также порошков и порошковых смесей металлических и неметаллических материалов, активно адсорбирующих газы атмосферы, как ниобий, тантал, молибден, вольфрам.

Пресс-форма для прессования порошков, содержащая вертикальный пуансон, горизонтальный пуансон, полость для засыпки порошка, образованную нижней плитой и боковинами, упругие элементы, смонтированные между корпусом и боковинами, отличающаяся тем, что горизонтальный пуансон имеет наклонную поверхность под углом =15÷45° к его оси, сопряженную с наклонной поверхностью с одной из боковин, образующих полость для засыпки порошка, при этом торцовая поверхность горизонтального пуансона расположена на расстоянии H от контактной с ним поверхности боковины с наклонной поверхностью, равном H=(2,2÷6,2)b/tg, где b - длина наименьшей стороны полости пресс-формы в конце хода горизонтального пуансона, и на расстоянии H ₁ от контактной поверхности боковины, смежной боковине с наклонной поверхностью, равном H₁=(1-tg)H.