Пресс-форма для прессования порошковых композиций на основе углерода

Использование: порошковая технология, получение заготовок и изделий, преимущественно предназначенных для серийного производства.

Задача: повышение плотности получаемых заготовок и изделий путем увеличения объема удаляемых газов из свободного пространства между рабочей поверхностью пуансона и поверхностью засыпки.

Сущность полезной модели: Пресс-форма содержит верхний пуансон 1 с рабочей поверхностью 2, нижний пуансон 3, матрицу 4. Матрица 4 имеет входной участок 5 высотой hex с углами наклона от 10' до 0,5°, на котором выполнены каналы 6 радиусом R=(4,5÷5,5)h_вх. Центры O ₁ и О₂ лежат в плоскости торцевой поверхности матрицы 4. Каналы 6 выполнены глубиной t=3÷5 мм и высотой b=5÷6 мм. Число каналов n равно V_вх/(30000÷50000), где V_вх - объем входного участка матрицы.

Положительный эффект: увеличение плотности в среднем на 7%.

Полезная модель относится к порошковой технологии, в частности к конструкции пресс-форм для получения заготовок и изделий, преимущественно предназначенных для серийного производства.

Известна пресс-форма для прессования порошковых композиций на основе углерода, содержащая матрицу, упорную плиту и вертикальный пуансон (Темкин И.В., Производство электроугольных и металлокерамических изделий. - М.: Высшая школа, 1986, рис.53а).

Недостатком указанной пресс-формы является пониженная плотность получаемых заготовок и изделий из них. Одной из причин пониженной плотности является недостаточный объем удаляемых газов из свободного пространства между рабочей поверхностью пуансона и засыпкой порошковой композиции в матрице. Это свободное пространство при ручном заполнении матрицы может составлять от 20 до 40% объема засыпки порошковой композиции. После начала прессования большая часть этого объема газов атмосферы не успевает удалиться из матрицы при малом зазоре между пуансоном и стенками матрицы и впрессовывается в засыпку порошковой композиции. При этом насыпная плотность засыпки снижается на 10-30%. Удалить газы из засыпки и заготовки не могут и дополнительные 2-3 подпрессовки и выдержки прессовок при нагрузках в течение 3-5 минут и более. Эти дополнительные операции в десятки раз снижают производительность процесса прессования (Темкин И.В., Производство электроугольных изделий. - М.: Высшая школа, 1975, с.107).

Несколько повышает плотность заготовок и изделий наиболее близкая по технической сущности и достигаемому эффекту пресс-форма для прессования порошковых композиций на основе углерода, содержащая «плавающую» матрицу, верхний и нижний пуансоны и опорную плиту (Темкин И.В., Производство электроугольных и металлокерамических изделий, - М.: Высшая школа, 1986, рис.57, с.98-100). В матрице в верхней части выполнен входной участок с наклонными стенками. Этот участок улучшает возможность удаления газов атмосферы из свободного пространства в матрице между поверхностью засыпки и рабочей поверхностью верхнего пуансона. Угол наклона входного участка к оси матрицы составляет от 10' до 0,5°, высота входного участка равна высоте прессовки. Даже такое незначительное увеличение сечения матрицы на входе позволяет устранить появление макродефектов, в основном расслойных трещин, в прессовках при их выталкивании из матрицы. Однако такой малый наклон стенок входного участка только незначительно (на десятки мкм) увеличивает сечение матрицы на входе в ее внутренний объем и поэтому не может существенно повлиять на удаление газов из нее и повышение плотности прессовок.

Задачей предлагаемого решения является повышение плотности получаемых заготовок и изделий путем увеличения объема удаляемых газов из свободного пространства между рабочей поверхностью пуансона и поверхностью засыпки.

Поставленная задача решается тем, что в пресс-форме для прессования порошковых композиций на основе углерода, содержащей верхний и нижний пуансоны и матрицу с входным участком с наклонными стенками, согласно предлагаемому решению, на входном участке выполнены каналы радиусом R=(4,5÷5,5) h_вх, где h_вх - высота входного участка, центр которого лежит в плоскости торцевой поверхности матрицы, максимальной глубиной t=3÷5 мм и шириной b=5÷6 мм, при этом число каналов n=V_вх/(30000÷50000), где V_вх - объем входного участка.

То, что в пресс-форме выполнены каналы заявляемых формы и размеров позволит более полно удалить газы атмосферы из свободного пространства между пунсоном и поверхностью засыпки и устранит запрессовывание их в засыпку, что увеличит плотность заготовок и изделий, повысит их механические свойства и качество.

При радиусе меньшем 4,5 h_вх увеличится вогнутость поверхности каналов, что приведет к вероятности застревания порошка в них при засыпке его в матрицу. При радиусе большем 5,5 h_вх снизится глубина каналов и уменьшится их возможность удаления газов.

При глубине каналов t меньшей 3 мм и ширине b меньшей 5 мм снижается возможность полного удаления газов из свободного пространства между пуансоном и поверхностью засыпки, а при глубине t больше 5 мм и ширине b больше 6 мм снижаются прочностные свойства матрицы.

При количестве каналов большем V_вх/30000 снижается прочность матрицы пресс-формы, а при их количестве меньшем V_вх/50000 снижается возможность удаления газов через каналы.

Заявляемая пресс-форма показана на фиг.1, 2, где на фиг.1 дан общий вид пресс-формы, на фиг.2 - вид сверху на пресс-форму.

Пресс-форма содержит верхний пуансон 1 с рабочей поверхностью 2, нижний пуансон 3, матрицу 4. Матрица 4 имеет входной участок 5 с наклонными стенками высотой h_вх с углами наклона от 10' до 0,5°, на котором выполнены каналы 6 радиусом R=(4,5÷5,5)h _вх. Центры O₁ и 0₂ каналов лежат в плоскости торцевой поверхности матрицы 4. Каналы 6 выполнены глубиной t=3÷5 мм и шириной b=5÷6 мм. Число каналов равно V_вх/(30000÷50000), где V_вх - объем входного участка матрицы 4.

Заявляемая пресс-форма работает следующим образом.

После сборки пресс-формы и установления матрицы 4 на нижний пуансон 3 полость матрицы 4 на высоту до h_вх входного участка 5 заполняют порошковой композицией на основе углерода, содержащей 86% порошка графита и 14% порошка фенолформальдегидной смолы. После включения в работу пресса верхний пуансон 1 начинает перемещаться. На фиг.1 показано положение пуансона 1, когда его рабочая поверхность 2 совпадает с плоскостью верхней торцевой поверхности матрицы 4. При этом свободный объем входного участка V_вх будет ограничен рабочей поверхностью 2 верхнего пуансона 1, поверхностью засыпки 7 и внутренней поверхностью матрицы 4.

При дальнейшем перемещении пуансона 1 его рабочая поверхность 2 будет воздействовать на газы атмосферы в объеме V_вх входного участка 5 и они будут удаляться через каналы 6. После контакта рабочей поверхности 2 верхнего пуансона 1 с поверхностью 7 засыпки начинается процесс прессования из засыпки заготовки или изделия. На фиг.1 показана поверхность 8 заготовки высотой h_п после окончания процесса прессования.

Изготовлен опытный образец предлагаемой пресс-формы. В этой пресс-форме отпрессовывали заготовки в виде блоков для последующего получения из них механической обработкой заготовок щеток электрических машин. Блоки имели следующие размеры: высота 32 мм, ширина 75 мм и длина 115 мм. При трехкратном соотношении высоты засыпки к высоте блока (заготовки) (h _п) объем засыпки V_з равен 75×115×96=828000 мм³. Объем входного участка V_вх при h _вх=32 мм равен 75×115×32=276000 мм³ , т.е. V_вх/V_з=0,33, что соответствует принятым в промышленных условиях значениям.

Зная V _вх и принимая среднее значение коэффициента в формуле n=V _вх/(30000÷50000), равное ~ 40000, подсчитали количество каналов. Оно равно 6. По длине пресс-формы с каждой стороны выполнили по два канала и по ширине пресс-формы с каждой стороны выполнили по одному каналу. На сторонах прямоугольной пресс-формы, равных 115 мм, выполнили каналы радиусом R=4,5×32=144 мм, глубиной 3 мм и шириной 5 мм, а на сторонах, равных 75 мм, выполнили каналы радиусами R=5,5×32=176 мм. глубиной 5 мм и шириной 6 мм. На опытном образце матрицы пресс-формы каналы выполняли отрезными абразивными кругами на бакелитовой связке, изготовленными по ГОСТ 21963-82.

Порошковая композиция была изготовлена из графита по ТУ 1916-109-71-2000 (86%) и фенолформальдегидной смолы марки СПФ-О11А по ТУ 6-05751768-35-94. Насыпная плотность композиции находилась в пределах 0,60-0,65 г/см³. Прессование вели на прессе модели D 1937 при скорости прессования 20 мм/с и нагреве пресс-формы до температуры 180-200°С.

Плотность полученных блоков составила 1,87-1,91 г/см ³. Увеличение плотности по сравнению с наиболее близким аналогом в среднем составило 7%.

Заявляемая пресс-форма найдет применение при прессовании преимущественно композиций на основе углерода, а также на основе металлов, керамики и твердоссплавных композиций.

Пресс-форма для прессования порошковых композиций на основе углерода, содержащая верхний и нижний пуансоны и матрицу с входным участком с наклонными стенками, отличающаяся тем, что на входном участке выполнены каналы радиусом R=(4,5÷5,5)h_вх , где h_вх - высота входного участка, центр которого лежит в плоскости торцевой поверхности матрицы, максимальной глубиной 3÷5 мм и шириной 5÷6 мм, при этом число каналов n=V_вх/(30000÷50000), где V_вх - объем входного участка.