Пресс-форма для прессования изделий из порошков

Использование: Порошковая металлургия, прессование изделий прямоугольного и квадратного сечений преимущественно из порошков вольфрама, молибдена и других тугоплавких металлов.

Задача: Повышение качества получаемых изделий путем снижения разницы в твердости физико-механических свойствах на верхней, боковых и торцах изделий.

Сущность полезной модели: Пресс-форма содержит вертикальный пуансон 1, две щеки 2 и 3 две боковые пластины 4, 5. Щеки 2 и 3 соединены между собой двумя парами ступенчатых штифтов 7, соосно установленных и обращенных ступенями большего диаметра навстречу друг другу. Между боковыми пластинами 4, 5 и подкладкой 8 размещены упругие элементы 9. Подкладка 8 выполнена шире и длиннее дна 11 полости для засыпки порошка в конце прессования на 10÷50%. Щеки 2, 3, пуансон 1 выполнены из эластичного материала. Между щеками 2, 3 и подкладкой 8 установлены упругие элементы 13.

Положительный эффект: Снижение колебаний твердости по граням и торцам штабика из вольфрама более, чем в 6 раз.

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к производству изделий из порошка прямоугольного и квадратного сечений, преимущественно заготовок (штабиков) из порошков вольфрама, молибдена и других тугоплавких металлов.

Известна пресс-форма для прессования заготовок квадратного сечения (штабиков) от 6×6 до 25×25 и длиной до 600 мм из порошков нелегированного вольфрама (1). Пресс-форма включает вертикальный пуансон, две боковины, щеки, четыре пальца, две стяжки для прижатия боковин друг к другу. В одной из боковин выполнена полость для засыпки порошка.

Недостатками этой пресс-формы являются заклинивание спрессованного изделия (штабика) в полости пресс-формы по его длине и низкое качество ввиду возникающих расслоений на изделиях.

В процессе прессования на верхнюю грань получаемого изделия действует максимальное активное сжимающее усилие, а на нижнюю грань действует реактивное сжимающее усилие. Величина реактивного усилия значительно меньше активного усилия вследствие действия на боковые грани изделия реактивных сил трения, которые противонаправлены активному усилию. Еще меньше величины реактивных нормальных усилий, действующих на боковые грани и торцы изделия, вследствие отсутствия в процессе прессования течения порошка по ширине изделия. Описанная силовая схема прессования приводит к разной твердости и к различным физико-механическим свойствам по граням, сечению и длине изделия. Такая разница сохраняется и после спекания и сварки изделий, а в результате пластической обработке изделий в виде штабиков на полученных в дальнейшем прутках и проволоке выявляются дефекты в виде расслоений (2). Причем в наибольшей мере такие дефекты возникают на прутках и проволоке, изготовленных из легированных порошков вольфрама и молибдена.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является пресс-форма для прессования изделий из порошков, содержащая вертикальный пуансон, две щеки с размещенными между ними боковыми пластинами, подкладку (3). Боковые пластины состыкованы с щеками наклонными участками. Щеки соединены между собой двумя парами ступенчатых штифтов. Ступени большего диаметра штифтов обращены друг к другу. Пресс-форма снабжена упругими элементами, расположенными между боковыми пластинами и подкладкой и между торцами штифтов большего диаметра.

Эта пресс-форма по сравнению с указанным выше аналогом позволяет устранить заклинивание в ней изделия (штабика) после прессования. Однако второй свойственный аналогу недостаток остается. В наиболее близкой заявляемой пресс-форме максимальное по величине активное нормальное усилие прикладывается только к верхней боковой грани изделия, к боковым граням изделия и к его торцам по его длине прикладывается минимальные по величинам реактивные усилия. Это приводит к разной твердости и другим физико-механическим свойствам по граням, сечению и длине изделия, а при их дальнейшей пластической деформации на прутках и проволоке из порошков вольфрама и молибдена возникают дефекты, чаще всего в виде расслоев.

Таким образом, недостатком наиболее близкого аналога является разная твердость и другие физико-механические показатели по граням, сечению и длине изделия.

Задачей предлагаемого решения является устранение этого недостатка, а именно повышение качества получаемых изделий путем снижения разницы в твердости и физико-механических свойствах на верхней, боковых и торцах изделия.

Поставленная задача достигается тем, что в известной пресс-форме для прессования изделий из порошков, содержащей вертикальный пуансон, подкладку, две щеки с размещенными между ними боковыми пластинами, состыкованными с щеками наклонными участками, две пары соосно установленных ступенчатых штифтов, соединяющих щеки и обращенных ступенями большего диаметра навстречу друг другу, упругие элементы, размещенные между боковыми пластинами и подкладкой и между торцами штифтов большего диаметра, согласно предлагаемому решению, подкладка выполнена на 10-50% шире и длиннее дна полости для засыпки порошка в конце прессования; щеки выполнены из эластичного материала, сопряжения штифтов малого и большего диаметров выполнено в виде конических участков и между щеками и подкладкой установлены упругие элементы.

Пуансон, боковые пластины, а также упругие элементы могут быть изготовлены из полиуретановых пластин или высокотвердых резиновых пластин марки ТМКЩ (тепломорозокислощелочностойких).

Отличительные конструктивные особенности заявляемой пресс-формы позволяют приложить дополнительные активные усилия сжатия к боковым граням и торцам получаемых изделий из порошка. При этом физико-механические свойства, в частности твердость, будут близки по своим величинам на всех гранях прямоугольного или квадратного сечений изделия и на их торцах. Снизится в два раза величина вертикального усилия на верхнюю горизонтальную грань изделия. Это приведет к сближению величины усилий на грани и торцы изделия, что повысит их качество. Уменьшится практически в два раза высота засыпки порошка в пресс-форму, ее обжатие, что приведет к снижению в 2 раза величины максимального усилия, приложенного к верхней грани изделия.

Предлагаемая пресс-форма изображена на фиг.1-4, где на фиг.1 изображен вид сверху на. пресс-форму после засыпки порошка, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - сверху в момент окончания прессования, на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.3.

Пресс-форма состоит из верхнего пуансона 1, двух щек 2 и 3, двух боковых пластин 4, 5. Щеки 2, 3 состыкованы с боковыми пластинами 4, 5 по наклонным участкам 6. Щеки 2, 3 соединены между собой двумя парами ступенчатых штифтов 7, соосно установленных и обращенных ступенями большего диаметра навстречу друг другу. Между боковыми пластинами 4, 5 и подкладкой 8 размещены упругие элементы 9, а между торцами больших ступеней штифтов 7 - упругие элементы 10. Подкладка 8 выполнена шире и длиннее дна 11 полости для засыпки порошка в конце прессования на 10-50%. Щеки 2, 3 и пуансон 1 выполнены из эластичного материала. Сопряжения ступеней штифтов 7 малого и большего диаметров выполнено в виде конических участков 12. Между щеками 2 и 3 и подкладкой 8 установлены упругие элементы 13.

Пресс-форма работает следующим образом.

В полость пресс-формы заданной исходной ширины засыпается порошок. Длина и ширина дна 11 полости для засыпки порошка задается с учетом перемещения щеки 3 под действием горизонтального пуансона (на черт. не показан, его действие условно показано Рг), действием упругих элементов 13 и 9. После засыпки порошка в полость пресс-формы устанавливается вертикальный пуансон 1, сечение которого равно дну 11 полости перед прессованием изделия. Перемещают горизонтальный и вертикальный (на черт. не показан, его усилие показано Рв) плунжеры пресса, которые воздействуют соответственно на щеку 3 и вертикальный пуансон 1. Под действием усилия Рг происходит перемещение щеки 3 в поперечном направлении и поперечное прессование из порошка изделия. При этом на наклонных участках 6 стыковки щек 2, 3 и боковых пластин 4, 5 возникают касательные силы Т, перемещающие боковые пластины 4, 5 и осуществляющие прессование из порошка изделия по его торцам. Перемещение боковых пластин 4, 5 вызовет боковое смещение штифтов 7. В процессе прессования осуществляется упругая деформация вертикального пуансона 1, боковых пластин 4, 5, упругих элементов 9, 10 и расположенных между подкладкой 8 и щеками 2, 3 упругих элементов 13.

После окончания прессования отводят горизонтальный и вертикальный плунжеры пресса и снимают горизонтальное Рг и вертикальное Рв усилия пресса. При этом боковые пластины 4, 5, щеки 2, 3 и штифты 7 за счет действия упругих элементов 9, 10 и 13 возвращаются в исходное положение и освобождают изделие 14 от действия усилий. При этом конические участки 12 обеспечивают равномерность приложения динамической нагрузки на штифты и препятствуют их разрушению.

Согласно предлагаемому решению были изготовлены штабики (изделия) из порошка вольфрама марки ВА сечением 12×12 мм и длиной 500 мм с размером подкладки 14×600 мм. Вертикальный пуансон и щеки были выполнены из резиновых пластин марки ТМКЩ. Прессование осуществляли на специализированном прессе марки П-801 при удельных горизонтальных и вертикальных давлениях, равных 1 т/см² . Твердость штабиков измеряли после их спекания контактным способом в атмосфере водорода при температуре 2700°С в течение 15 минут. Колебания твердости по граням и торцам штабиков не превышало 18 кг/мм², что в 6,6 раза меньше по сравнению со штабиками, полученными в пресс-форме согласно наиболее близкому аналогу.

Заявляемая пресс-форма найдет свое применение при производстве изделий прямоугольного сечения, преимущественно штабиков из порошков тугоплавких металлов, являющимися заготовками для производства изделий в светотехнической, электротехнической и электронной отраслях промышленности.

Источники информации

1. К.Дж.Смителлс, Вольфрам. М.: Металлургиздат, 1958, с.125-130, рис.30.

2. Л.С.Водопьянова, Ю.А.Эйдук, В.А.зарубин и др. Неравномерность усадки и физических свойств вольфрамовых штабиков марок ВЧ и ВА. Научные труды 16 «Твердые сплавы и тугоплавкие металлы». М.: Металлургия, 1976, с.245-254.

3. Авторское свидетельство СССР 1803261, Пресс-форма для прессования изделий из порошков, МПК B22F 3/02, от 23.03.1993.

Пресс-форма для прессования изделий из порошков, содержащая вертикальный пуансон, подкладку, две щеки с размещенными между ними боковыми пластинами, состыкованными со щеками наклонными участками, две пары соосно установленных ступенчатых штифтов, соединяющих щеки и обращенных ступенями большего диаметра навстречу друг другу, упругие элементы, размещенные между боковыми пластинами и подкладкой и между торцами штифтов большего диаметра, отличающаяся тем, что подкладка выполнена на 10÷50% шире и длиннее дна полости для засыпки порошка в конце прессования, щеки выполнены из эластичного материала, сопряжения штифтов малого и большего диаметров выполнено в виде конических участков, и между щеками и подкладкой установлены упругие элементы.