Устройство для формования изделий из порошковых композиций
Использование: Прессование изделий из трудно деформируемых порошковых композиций для абразивной, электротехнической и других отраслей промышленности. Задача: Повышение однородности плотности изделий. Сущность полезной модели: Устройство содержит верхний пуансон 1, нижний пуансон 2, прокатные валки 3. Устройство снабжено контейнером 4 для подачи порошковой композиции и контейнером 5 для приема изделия. Прокатные валки 3 имеют прямоугольные вырезы 6 глубиной b=0,5(bв-bн), где bв - ширина внутренней поверхности контейнера для подачи порошковой композиции, bн - ширина внутренней поверхности контейнера приема изделия и высотой h=(0,6÷0,8)r, где r - радиус валков. Имеется фиксатор начального положения валков, выполненный в виде пружины 7 кручения, установленной на хвостовике 8 валка 3. Один конец пружины 7 закреплен на корпусе 9 устройства, а второй закреплен на смонтированном на хвостовике 8 засове 10, взаимодействующем с расположенным на корпусе 9 упором 11. Положительный эффект: повышение однородности плотности получаемых изделий на 9%.
Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к конструкции устройств для формования заготовок и изделий из порошковых композиций.
Известно устройство для формования углеродных порошков, содержащее цельную матрицу, упорную плиту и вертикальный пуансон (И.В. Темкин, Производство электроугольных изделий, Москва, «Высшая школа», 1975 с. 88, рис. 46а).
Недостатком указанного устройства является низкая и неоднородная плотность получаемых изделий в результате одностороннего сжатия порошка, при этом наблюдается неравномерность деформации, как по высоте, так и по сечению прессовки и, как следствие, значительная неоднородность плотности и анизотропность свойств. Основной причиной анизотропности физико-механических свойств являются разные по своим величинам активное и реактивное усилия, прикладываемые к поверхностям прессовки в процессе ее формования. Если активное усилие, действующее от вертикального пуансона на прессовку принять за 100%, то реактивное противонаправленное вертикальное усилие от дна матрицы на прессовку не превысит и 60% от активного усилия, а реактивные усилия на прессовку от боковых стенок матрицы не достигнут и 20% от активного усилия. Кроме того, от боковых стенок матрицы будут действовать реактивные касательные усилия, вектора которых противонаправлены вектору активного усилия (Фиалков А.С. Процессы и аппараты производства порошковых углеграфитовых материалов. - М.:, Аспект пресс, 2008, с. 245-253, рис. 5-10). Указанные условия приложения сил к поверхностям прессовки приводят к резкой неоднородности ее напряженно-деформированного состояния по объему в процессе формования, неоднородности плотности и свойств готового изделия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является устройство для прессования порошковых композиций (Авт. свид. СССР 
11633984, Устройство для прессования металлических порошков, МПК B22F 3/02, от 30.06.85). Устройство содержит верхний и нижний пуансоны, матрицу с двумя прокатными валками. Для подачи порошка и приема изделия имеются контейнеры, расположенные соответственно в верхней и нижней части устройства.
Преимущество этого устройства, по сравнению с указанным ранее, заключается в возможности на основной стадии формования, за исключением конечной, приложения к порошку активных сжимающих усилий, близких по величинам, по торцевым и боковым поверхностям прессовки. Это создает в прессовке схему напряженно-деформированного состояния, близкую однородной, что повышает плотность изделий и улучшает их физико-механические свойства. Следует отметить, что силы трения на поверхностях валков будут также активными, а их векторы, направленные по ходу прокатки, совпадают с вектором верхнего пуансона.
Однако в данном устройстве сжимающее усилие от верхнего пуансона действует на порошок только в контейнере подачи порошка до плоскости входа пуансона в очаг деформации, образованный валками. После входа порошка в очаг деформации вертикальное усилие от пуансона на порошок не действует, что меняет схему напряженно-деформированного состояния прессовки на менее благоприятную. Возникает неоднородность плотности прессовки, ухудшаются ее физико-механические свойства.
Таким образом, основным недостатком наиболее близкого аналога является неоднородность плотности прессовки.
Задачей предлагаемого решения является устранение указанного недостатка, а именно повышение однородности плотности прессовок.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для формования изделий из порошковых композиций, содержащем верхний и нижний пуансоны, матрицу с двумя прокатными валками и контейнерами для подачи порошковой композиции и приема изделия, согласно предлагаемому решению, прокатные валки имеют прямоугольный вырез глубиной b=0,5(b в-bн), где bв - ширина внутренней поверхности контейнера для подачи порошка, bн - ширина внутренней поверхности контейнера приема изделия и высотой h=(0,6÷0,8)r, где r - радиус валков. При этом устройство снабжено фиксатором начального положения прокатных валков, выполненным в виде установленной на хвостовике валка пружины кручения, один конец которой закреплен на корпусе устройства, а второй закреплен в смонтированном на хвостовике валка засове, взаимодействующем с расположенным на корпусе устройства упором.
То, что прокатные валки выполнены с вырезами заявляемых размеров, позволяет исключить стадию формования, когда на порошковую композицию действуют только поперечные сжимающие усилия от валков и не действует сжимающее усилие от вертикального пуансона. Это позволяет на всей стадии формования прикладывать к прессовке вертикальное усилие от верхнего пуансона, усилие от валков и усилие от нижнего пуансона, равные по величине. Это устранит неоднородность плотности прессовок. Фиксатор положения прокатных валков обеспечит приложение усилия от вертикального пуансона именно в момент приближения вертикальным пуансоном прокатных валков и позволит вернуть валки в начальное положение.
Предлагаемое устройство для формования изделий из порошковых композиций показано на фиг. 1-5, где на фиг. 1 схематично показано устройство после засыпки порошковой композиции, на фиг. 2 - то же в процессе формования, на фиг. 3 - то же в момент окончания формования изделия, на фиг. 4 - сечение А-А фиг. 3, на фиг. 5 - вид Б фиг. 4.
Устройство содержит верхний пуансон 1, нижний пуансон 2, прокатные валки 3. Устройство снабжено контейнером 4 для подачи порошковой композиции и контейнером 5 для приема изделия. Прокатные валки 3 имеют прямоугольные вырезы 6 глубиной b=0,5(bв-b н), где bв - ширина внутренней поверхности контейнера для подачи порошковой композиции, bн - ширина внутренней поверхности контейнера приема изделия и высотой h=(0,6÷0,8)r, где r - радиус валков. Имеется фиксатор начального положения валков 3, выполненным в виде пружины 7 кручения, установленной на хвостовике 8 валка 3. Один конец пружины 7 закреплен на корпусе 9 устройства, а второй закреплен на смонтированном на хвостовике 8 засове 10, взаимодействующем с расположенным на корпусе 9 упором 11.
Устройство работает следующим образом.
Устанавливают начальное положение валков 3 так, чтобы плоскости ширины их вырезов 6 находились в плоскости выхода композиции из валков 3. Затем засыпают в контейнер 4 порошковую композицию при условии, что торец нижнего пуансона 2 находится в плоскости выхода из валков 3. Включают привод (на черт, не показан) устройства. Пуансоны 1 и 2 начинают двигаться и формовать порошковую композицию, при этом через силы трения от порошковой композиции 12 начинают вращать валки 3. При вращении валков 3 происходит деформация смонтированных на их хвостовиках 8 пружины 7, закрепленной своими концами на корпусе 9 и засове 10. На завершающей стадии формования при подходе верхнего пуансона 1 к валкам 3 он попадает в вырезы 6 валков 3 и продолжает прикладывать вертикальное усилие к прессовке, придавая ей однородность плотности. Засов 10 в этот момент упрется в упор 11. После завершения формования и возвращения пуансонов 1 и 2 в исходное положение готовое изделие извлекают из контейнера 5. Под действием пружины 7 после выхода верхнего пуансона 1 из вырезов 6 валков 3 валки 3 возвращаются в свое начальное положение.
Изготовлен опытный образец предлагаемого устройства. Прокатные валки имеют радиус 35 мм. В них выполнены прямоугольные вырезы высотой 24,5 мм, и шириной 11 мм. Внутренняя поверхность контейнера для подачи порошковой композиции 77,5 мм, внутренняя поверхность контейнера приема изделия 55,5 мм. Однородность плотности полученных изделий увеличилась на 9%.
Предлагаемое устройство найдет применение при прессовании изделий из труднодеформируемых порошковых композиций для абразивной, электротехнической и других отраслей промышленности.
1. Устройство для формования изделий из порошковых композиций, содержащее верхний и нижний пуансоны и матрицу с двумя прокатными валками и контейнерами для подачи порошковой композиции и приема изделия, отличающееся тем, что прокатные валки имеют прямоугольный вырез глубиной b=0,5(bB-bH), где b B - ширина внутренней поверхности контейнера для подачи порошковой композиции, bH - ширина внутренней поверхности контейнера для приема изделия, и высотой h=(0,6-0,8) r, где r - радиус валков.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено фиксатором начального положения прокатных валков, выполненным в виде установленной на хвостовике валка пружины кручения, один конец которой закреплен на корпусе устройства, а второй - в смонтированном на хвостовике валка засове, взаимодействующем с расположенным на корпусе устройства упором.
