Основы расчета и конструирования прессформ

23.07.2019

Спрессованную заготовку спекают. В процессе спекания происходит усадка заготовки вследствие исчезновения пор, а также ряда других физико-химических явлений. Объем заготовки уменьшается почти в два раза, а линейные размеры ее сокращаются на 20—30%. Различают линейную и объемную усадку. Линейной усадкой называется отношение линейных размеров заготовки до спекания к тем же размерам после спекания. Например, если спрессованная пластина до спекания имела длину l1 = 25 мм, а после спекания се длина стала l2 = 20 мм, то коэффициент линейной усадки будет равен
Основы расчета и конструирования прессформ

Объемная усадка пропорциональна корню кубическому из отношения объема спрессованной заготовки к объему спеченного изделия. Коэффициенты усадки зависят от плотности спрессованной заготовки. С увеличением плотности усадка уменьшается. Большое влияние на плотность заготовок оказывает количество цементирующего металла. Так, например, если плотность заготовки, состоящей из 94% WC и 6%Co, равна 8,0 г/см3, то плотность заготовки, спрессованной в тех же условиях, но состоящей из 80%WC и 20% Co, будет 6,8 г/см3. Это объясняется тем, что плотность карбида вольфрама выше плотности кобальта. В связи с этим увеличение содержания цементирующего металла уменьшает плотность спрессованных заготовок, а усадка и соответственно коэффициент усадки увеличиваются.

Плотность заготовок в большой степени зависит от зернистости прессуемых порошков. С уменьшением размеров зерен плотность понижается и, наоборот, с увеличением зерна плотность возрастает. Это объясняется тем, что при прессовании мелкозернистых порошков общий объем пор между зернами больше, чем при прессовании средне- и крупнозернистых порошков. Если, например, заготовка состоит из 94% мелкозернистого карбида вольфрама и 6% кобальта, то ее плотность будет равна 7,2 г/см3, а заготовка того же состава, но на основе среднезернистого карбида вольфрама будет иметь плотность 8,0 г/см3.

Форма заготовок оказывает основное влияние на равномерное распределение плотности по всему объему заготовки. По форме заготовок изделия из твердых сплавов можно подразделить на технологичные и нетехнологичные. Наиболее технологичны изделия простых геометрических форм: прямоугольные пластины, цилиндры и втулки с определенными соотношениями размеров. При прессовании этих изделий давление от пуансона прессформы передается равномерно всей площади поперечного сечения и несколько уменьшается с увеличением высоты. Плотность таких заготовок почти равномерна по всему объему. Усадка их при спекании также будет проходить равномерно.

Наиболее благоприятное соотношение высоты и ширины (диаметра) прессуемой заготовки составляет 1:1. Однако иногда такое соотношение может доходить до 3:1.

Нетехнологичные изделия — такие, которые имеют разнопеременное сечение с резко выраженным переходом по высоте прессования. К таким изделиям можно отнести заготовку, показанную на рис. 34, состоящую из двух прямоугольников разных сечений. Однако если у этого изделия изменить конфигурацию и представить в виде сочетания трапеции и прямоугольника, как это показано на рис. 35, то такое изделие спрессовать уже легче с точки зрения распределения пористости по всему объему изделия.

В местах резко выраженных переходов от одного сечения к другому при прессовании будет значительно более высокая плотность, чем в остальных участках изделия. В результате этого при спекании вследствие различной усадки в разных частях изделия могут появиться трещины. Таким образом, формы изделий и их размеры определяют получение равномерной плотности в процессе прессования в стальных прессформах, а также возможности их изготовления вообще.

В результате систематического усовершенствования технологических приемов прессования появляется возможность изготавливать изделия весьма сложной формы.

Вследствие влияния многочисленных факторов на плотность спрессованных заготовок необходимо иметь в виду, что и в пределах одной заготовки и во всей партии заготовок плотность будет колебаться, в результате чего усадка также будет колебаться. Практикой установлено, что усадка колеблется в пределах ±1%. Эго значит, что если в целом по спрессованной заготовке коэффициент усадки равен, например, 1,23, то фактический коэффициент усадки по различным сечениям будет колебаться от 1,22 до 1,24.

При разработке новых видов изделий из твердых сплавов необходимо учитывать технологические возможности их изготовления. Форма и размеры изделий должны быть такими, чтобы их можно было получить существующими технологическими приемами. Самый главный фактор, влияющий на технологичность изделия, как отмечалось выше, — возможность его получения с наиболее равномерной плотностью по объему. Форма и размеры заготовки должны приближаться к готовому изделию. Указанные вопросы решаются совместно конструкторами и технологами.

Пластифицированные или спеченные заготовки подвергают окончательной обработке — абразивному или алмазному шлифованию, электрической, ультразвуковой, электрохимической и другим видам обработки. В соответствии с этим прессованные изделия должны иметь припуск на окончательную обработку. Учитывая, что процесс обработки окончательно спеченных изделий весьма трудоемок, необходимо стремиться к минимальной величине припуска. В зависимости от формы и размеров изделия припуск рассчитывают и назначают в пределах примерно от 0,1 до 2 мм.

Допуск на изготовление изделий определяется технологическими возможностями их изготовления. Допуски на изделия зависят от ряда технологических факторов, главные из которых колебания коэффициента усадки в пределах одной заготовки и в целом по партии, а также возможное искажение формы изделия в процессе спекания. Как отмечалось выше, колебания коэффициента усадки зависят от неравномерной плотности изделия, что влечет за собой искажение формы. Кроме того, искажение может быть вызвано неравномерным нагревом изделий при спекании и некоторыми другими причинами. Допуск на изготовление изделий определяется в основном их формой и размерами.

Зачастую при массовом выпуске изделий допуск определяют экспериментально на опытных образцах из разных партий смесей. Необходимо стремиться к уменьшению допусков вследствие усовершенствования технологии изготовления изделий. Таким образом, размеры спеченных изделий будут слагаться из размеров готовых изделий, припусков на обработку и допусков на изготовление. Следует иметь в виду, что допуск на изготовление изделий может быть со знаком плюс, со знаком минус или с обоими знаками вместе. Знак допуска определяется в зависимости от назначения изделия. Размеры изделий могут иметь любые значения в пределах установленного допуска.

Пример 1. Ширина прямоугольной пластины после окончательной обработки должна быть 30 мм. Припуск на обработку составляет +0,5 мм, а допуск на изготовление ±0,2 мм. Определить ширину спеченной пластины.

Ширина спеченной пластины А будет равна

т. е. ширина изделия может находиться в пределах 30,5—30,9 мм.

Пример 2. Определить ширину спеченной пластины при условии, что припуск на ее обработку составляет + 0,5 мм, а допуск минус 0,4 мм. Ширина спеченной пластины в этом случае будет равна

т. е. ширина изделия может находиться в пределах от 30,5 до 30,9 мм.

Изделия из металлокерамических твердых сплавов по форме подразделяются в основном на два вида: плоские и круглые. В соответствии с этим и прессформы для прессования конструктивно делятся на два типа: для прессования плоских изделий (пластины для металлорежущего, бурового и других инструментов) и для прессования круглых изделий (волоки, матрицы, штампы, втулки и т.д.). Для прессования плоских изделий применяют плоские многогнездные и одногнездные прессформы, одна из которых изображена на рис. 36.

В многогнездных прессформах прессуют одновременно несколько изделий, причем обычно прессование проводят на «ребро», т. е. давление дают на узкую грань изделия. Такой способ прессования обеспечивает более равномерное распределение давления прессования, а следовательно, и плотности. При прессовании на широкую грань «на плоскость» ширина прессформы увеличивается, в результате чего затрудняется равномерное распределение тонкого слоя порошка в небольшом гнезде прессформы.

Прессформы для плоских изделий состоят из следующих основных частей: щек, подкладок, пуансонов, вкладышей со скосами, вкладышей призматических, сухарей, шпилек. Прессование в такой прессформе осуществляется следующим образом: прессформу ставят на ребро и в каждое гнездо засыпают предварительно взвешенную порцию смеси. После разравнивания смеси в гнезда помещают пуансоны, на щеки кладут ограничительные пластины и производят прессование.

Габаритные размеры прессформы зависят от числа одновременно прессуемых изделий и их размеров. При этом необходимо иметь в виду, что максимальная длина прессформы может находиться в пределах 200—300 мм. Высота прессформы складывается из толщины подкладки и трехкратной высоты прессуемого изделия и может быть в пределах от 35 до 110 мм.

Прессформы для круглых изделий (рис. 37) состоят из следующих основных частей: стакана, пуансона, стержня, подкладки, промежуточного кольца, ограничителя.

Габаритные размеры круглой прессформы зависят от размеров прессуемого изделия.

Прессование в круглой прессформе проводят следующим образом: предварительно взвешенную порцию порошка смеси засыпают в стакан прессформы и разравнивают. Затем вставляют пуансон, кладут ограничительное кольцо, прессформу помещают под плунжер пресса и проводят прессование до упора. Далее пресс-форму убирают с пресса, снимают ограничительное кольцо, вынимают стержень вместе с подкладкой. Изделие вместе с промежуточным кольцом и пуансоном выталкивают из стакана. Промежуточное кольцо снимают с изделия после его выпрессовывания. Внутренний диаметр стакана определяет наружный диаметр прессуемого изделия. Высота стакана должна быть в 2,5—3 раза больше высоты прессуемого изделия. В нижней части стакана имеется конусная часть, которая обеспечивает получение изделий после спекания правильной цилиндрической формы и облегчает выталкивание спрессованной заготовки. Основой для расчетов прессформы служат размеры спрессованных заготовок, которые получают умножением всех линейных размеров спеченного изделия на коэффициент усадки. Коэффициенты усадок в соответствии с принятой в настоящее время технологией имеют различные значения для разных марок сплавов:

По размерам спрессованной заготовки рассчитывают конструкции прессформы.

Материалами для изготовления прессформы служат стали, которые после закалки имеют твердость порядка 54—60 RC. Обычно прессформы изготавливают из стали У8, У10, ХВГ и др. В качестве рабочих деталей прессформы часто используют твердые сплавы, обладающие высокой твердостью и износостойкостью. Твердосплавные прессформы применяют в основном в виде небольших матриц для автоматического прессования (рис. 38). Рабочие поверхности прессформ должны иметь высокую чистоту (у9—y11), которая обеспечивает хорошее скольжение частиц порошка о стенки пресс-форм.

Между пуансоном и матрицей не должно быть большого зазора, но он не должен быть и слишком маленьким, так как через него при прессовании выходит воздух, находящийся в прессуемом порошке.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна