RU2132253C1 - Method and apparatus for pressing hollow products from powder compositions - Google Patents

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: powder is poured to die and it is preliminarily compacted under specific load 0.016-0.008 MPa at simultaneously rotating punch round axis at least by two revolutions; realizing finish compaction at specific load set by predetermined density of product material. Preliminary compaction is also carried out due to reciprocation motions in different directions. Apparatus for performing the method includes die, punch for preliminarily molding whose profile is calculated according to equation K=V1/V1'=V2/V2'= =V3/V3', where K- factor of volumetric compaction of powder; V1/V1',V2/V2',V3/V3'- relations of volumes of preliminarily and finally compacted material in any separate circular cylindrical bands of blank and article. Apparatus also includes final compaction punch whose profile corresponds to inner contour of article. EFFECT: increased dimension accuracy, enhanced quality of products. 3 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

Изобретения относятся к порошковой металлургии и могут быть использованы для прессования полых изделий из порошковых композиций. The invention relates to powder metallurgy and can be used for pressing hollow products from powder compositions.

Известен способ прессования изделий из порошковых материалов, описанный в авт. свид. СССР N 1382587, МКИ B 22 F 3/02, опубл. 23.03.88 г. Способ заключается в том, что уплотнение проводят в несколько этапов. На первом этапе уплотняют порошок по всему сечению заготовки, затем осуществляют уплотнение центральной части, после чего уплотняют периферийные участки заготовки с дополнительным уплотнением порошка по всему сечению заготовки. A known method of pressing products from powder materials described in ed. testimonial. USSR N 1382587, MKI B 22 F 3/02, publ. 03/23/88, the Method consists in the fact that the seal is carried out in several stages. At the first stage, the powder is compacted over the entire cross section of the workpiece, then the central part is compacted, then the peripheral sections of the workpiece are compacted with additional powder compaction over the entire cross section of the workpiece.

Недостатком этого способа является то, что при прессовании в холодном состоянии получают изделия низкого качества из-за неравномерности структуры, внутренних напряжений в переходных зонах, расположенных на границах последовательно уплотняемых участков заготовки. Это обусловлено тем, что в известном способе при поэтапном уплотнении порошка в узкой рабочей полости, соответствующей профилю изделия, невозможно обеспечить равномерную плотность материала изделия, вследствие интенсивного затухания уплотняющих напряжений по высоте. Этот способ не пригоден для изготовления пустотелых изделий типа "конус". The disadvantage of this method is that when cold pressed, low-quality products are obtained due to uneven structure, internal stresses in the transition zones located at the boundaries of successively sealed sections of the workpiece. This is due to the fact that in the known method, during the phased compaction of the powder in a narrow working cavity corresponding to the profile of the product, it is impossible to ensure a uniform density of the material of the product, due to the intense attenuation of the sealing stresses in height. This method is not suitable for the manufacture of hollow products of the type "cone".

Известно устройство для прессования изделий сложной формы из порошка, описанное в авт. свид. СССР N 1823283, МКИ В 22 F 3/02, опубл. 09.08.95г., включающее обойму, матрицу, верхние пуансоны, переходник с коническим отверстием, полый нижний пуансон, расположенный в отверстии переходника, дополнительный пуансон и элементы фиксирования пуансонов и матрицы. A device for pressing products of complex shape from a powder, described in ed. testimonial. USSR N 1823283, MKI B 22 F 3/02, publ. 08/09/95, including a holder, a die, upper punches, an adapter with a conical hole, a hollow lower puncheon located in the adapter hole, an additional puncheon and elements for fixing the punches and matrix.

Недостатком известного устройства является невысокое качество прессуемых изделий. Это обусловлено разноплотностью на различных участках профиля изделия. Недостатком является также то, что в известном устройстве малая прочность нижнего пуансона и разрезного кольца не позволяет длительное время выдерживать значительные нагрузки при прессовании изделий из металлических порошков. Кроме того, интенсивный износ упругого выступа полого нижнего пуансона приводит к потере стабильности диаметральных размеров прессуемого изделия. A disadvantage of the known device is the low quality of the molded products. This is due to the different density in different parts of the product profile. The disadvantage is that in the known device, the low strength of the lower punch and the split ring does not allow a long time to withstand significant loads when pressing products made of metal powders. In addition, intensive wear of the elastic protrusion of the hollow lower punch leads to a loss of stability of the diametrical dimensions of the pressed product.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу, является способ прессования полых изделий из металлических порошков по авт. свид. СССР N 1279748, МКИ B 22 F 3/02, опубл. 30.12.86 г., в котором после засыпки порошка в полость матрицы осуществляют предварительное уплотнение его эластичными пуансонами и окончательное уплотнение пуансоном с фасонным профилем в осевом и радиальном направлениях. Closest to the proposed invention relating to the method is a method of pressing hollow articles of metal powders according to the author. testimonial. USSR N 1279748, MKI B 22 F 3/02, publ. 12/30/86, in which after filling the powder into the cavity of the matrix, it is pre-compacted with elastic punches and final compacted with a puncheon with a shaped profile in axial and radial directions.

Недостатком известного способа является то, что получают изделия низкого качества и точности. Причины: повышенный износ жесткого пуансона, работающего в условиях интенсивного трения в контакте с непрерывно уплотняемой массой порошка, изменение размеров пуансона и изделия в результате теплового расширения и оплавления легкоплавких фракций в составе порошка. Также известный способ имеет ограниченные технологические возможности, так как обеспечивает окончательное уплотнение изделия только до 70% относительно средней плотности. The disadvantage of this method is that they receive products of low quality and accuracy. Reasons: increased wear of a rigid punch working in conditions of intense friction in contact with a continuously compacted mass of powder, change in the size of the punch and product as a result of thermal expansion and fusion of low-melting fractions in the composition of the powder. Also, the known method has limited technological capabilities, as it provides the final seal of the product only up to 70% relative to the average density.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к устройству, является устройство, описанное в авт. свид. СССР N 1279748, МКИ B 22 F 3/02 под названием "Способ прессования полых изделий из металлических порошков", реализующее данный способ. Известное устройство содержит матрицу, верхний и нижний эластичные пуансоны (пуансон предварительного формования), жесткий пуансон с фасонным профилем (пуансон окончательного прессования). Closest to the proposed invention relating to the device is the device described in ed. testimonial. USSR N 1279748, MKI B 22 F 3/02 under the name "Method for pressing hollow articles of metal powders" that implements this method. The known device comprises a die, upper and lower elastic punches (preform punch), a rigid punch with a shaped profile (final compression punch).

Недостатком такого устройства является получение изделий низкого качества и снижение точности размеров изделия. Это обусловлено тем, что в известном устройстве рабочие поверхности пуансона быстро изнашиваются. Винтовые канавки на поверхности жесткого пуансона формируют на поверхности изделия соответствующие винтовые выступы, а при выводе пуансона из контакта с отпрессованным изделием происходят местные разрушения в результате отрыва от поверхности изделия выступов, плотно сопряженных с канавками пуансона. The disadvantage of this device is to obtain products of low quality and reduced dimensional accuracy of the product. This is due to the fact that in the known device, the working surfaces of the punch wear out quickly. The helical grooves on the surface of the rigid punch form corresponding screw protrusions on the surface of the product, and when the punch comes out of contact with the pressed product, local damage occurs as a result of the separation of protrusions from the product surface that are tightly coupled with the punch grooves.

Задачей предлагаемых изобретений является повышение точности размеров и улучшение качества прессуемых изделий. The task of the invention is to improve the accuracy of sizes and improve the quality of the pressed products.

Технический результат - устранение разноплотности материала изделия. The technical result is the elimination of the multi-density material of the product.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе прессования полых изделий из порошковых композиций, включающем засыпку порошка в полость матрицы, предварительное и окончательное уплотнение пуансонами в осевом и радиальном направлениях, согласно изобретению предварительное уплотнение проводят с удельной нагрузкой 0,016... 0,08 МПа, одновременно поворачивая пуансон вокруг оси не менее чем на 2 оборота, после чего окончательное уплотнение осуществляют с удельной нагрузкой, определяемой заданной плотностью материала изделия. To obtain such a technical result in the proposed method of pressing hollow articles from powder compositions, including filling the powder into the cavity of the matrix, preliminary and final compaction with punches in the axial and radial directions, according to the invention, preliminary compaction is carried out with a specific load of 0.016 ... 0.08 MPa, at the same time turning the punch around the axis by at least 2 turns, after which the final seal is carried out with a specific load determined by a given density of material Leah.

Кроме того, предварительное уплотнение проводят возвратно-вращательными движениями в разных направлениях. In addition, pre-compaction is carried out by reciprocating movements in different directions.

Это приводит к тому, что при предварительном уплотнении происходит вытеснение порошка пуансоном из зоны засыпки путем его перемещения по спирали снизу вверх. Процесс поворота и осевого перемещения пуансона продолжается до равномерного заполнения порошком всего рабочего объема полости между матрицей и пуансоном, что, в свою очередь, влияет на точность изделия после окончательного уплотнения. This leads to the fact that during pre-compaction, the powder is displaced by the punch from the filling zone by moving it in a spiral from the bottom up. The process of rotation and axial movement of the punch continues until the powder is evenly filled with the entire working volume of the cavity between the die and the punch, which, in turn, affects the accuracy of the product after final compaction.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство для прессования полых изделий из порошковых композиций, содержащее матрицу, пуансон предварительного формования и пуансон окончательного прессования, согласно изобретению профиль пуансона окончательного прессования выполнен соответствующим внутреннему профилю изделия, а профиль пуансона предварительного формования выполнен исходя из уравнения

где K - коэффициент объемного уплотнения порошка;

отношения объемов предварительно и окончательно уплотненного материала в любых отдельных круговых цилиндрических поясах заготовки и изделия.To achieve the technical result, a device is proposed for pressing hollow articles from powder compositions containing a matrix, a preform punch and a final punch, according to the invention, the profile of the final punch is made corresponding to the internal profile of the product, and the profile of the preform is made on the basis of the equation

where K is the coefficient of volumetric compaction of the powder;

volume ratios of previously and finally compacted material in any individual circular cylindrical zones of the workpiece and product.

Это приводит к тому, что в любой зоне от полюса изделия до периферии плотность спрессованного порошка будет одинаковой, так как отношения объемов порошка до прессования к объемам после прессования остаются неизменными. This leads to the fact that in any zone from the pole of the product to the periphery, the density of the pressed powder will be the same, since the ratio of the powder volumes before pressing to the volumes after pressing remains unchanged.

На фиг.1 изображена пресс-форма с засыпанным порошком; на фиг. 2 - схема предварительного уплотнения заготовки; на фиг. 3 - схема окончательного уплотнения изделия; на фиг. 4 совмещенные профили заготовки и изделия, условно разделенные на зоны коаксиальными сечениями; на фиг. 5 - часть заготовки, размещенная между смежными сечениями; на фиг. 6 - часть изделия, размещенная между смежными сечениями. Figure 1 shows a mold filled with powder; in FIG. 2 is a diagram of the pre-compaction of the workpiece; in FIG. 3 is a diagram of the final seal of the product; in FIG. 4 combined profiles of the workpiece and product, conventionally divided into zones by coaxial sections; in FIG. 5 - part of the workpiece placed between adjacent sections; in FIG. 6 - part of the product placed between adjacent sections.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. Порошок 11 (фиг. 1) дозированной массы засыпают в матрицу 1. При свободной засыпке он произвольно размещается в полости матрицы. The proposed method is carried out in the following sequence. The powder 11 (Fig. 1) of the metered mass is poured into the matrix 1. With free filling, it is arbitrarily placed in the cavity of the matrix.

Пуансон 4 предварительного формования 8 (фиг. 2) вводят в направляющую втулку 2, прижимают к порошку с силой P₁, создающей удельную нагрузку P = 0,016. ..0,08 МПа, одновременно поворачивая его вокруг оси не менее чем на 2 оборота. При сочетании вращательного и поступательного движений под нагрузкой с силой P₁ порошок вытесняется в зазор между рабочими поверхностями матрицы 1 и пуансона 4, совершая перемещение по спирали от вершины формируемого конуса заготовки 6 к основанию. Формование заготовки завершают, когда порошок равномерно заполнит все рабочее пространство пресс-формы до ограничительного уступа 8.The preform punch 4 4 (FIG. 2) is inserted into the guide sleeve 2, pressed against the powder with a force P ₁ , which creates a specific load P = 0.016. ..0.08 MPa, while simultaneously turning it around the axis by at least 2 turns. When a combination of rotational and translational movements under load with a force P _{1, the} powder is forced into the gap between the working surfaces of the matrix 1 and the punch 4, moving in a spiral from the top of the formed cone of the workpiece 6 to the base. The molding of the preform is completed when the powder evenly fills the entire working space of the mold to a restrictive ledge 8.

Пуансон 4 извлекают из пресс-формы и на его место устанавливают пуансон 5 окончательного прессования (фиг. 3) изделия. Прессование изделия 7 проводят при уплотнении силой P₂, рассчитанной исходя из удельной нагрузки, необходимой для уплотнения порошка до требуемой плотности изделия.The punch 4 is removed from the mold and the punch 5 of the final pressing (Fig. 3) of the product is installed in its place. The pressing of the product 7 is carried out during compaction with a force of P ₂ calculated on the basis of the specific load required to compact the powder to the desired density of the product.

Пример. Проведено прессование из порошковой смеси "медь-олово-вольфрам" конических воронок (партия из 10 штук). Размеры воронки: наружный диаметр в основании конуса - 40 мм; высота - 36,17 мм; толщина стенки переменная от 2,65 до 0,88 мм; угол наружного конуса - 56^o; угол внутреннего конуса 50^o. Плотность материала воронки 10 г/см³; масса воронки - 4755 г; коэффициент уплотнения - 2; расчетный объем заготовки - 9498 мм³; объем изделия - 4755 мм³; погрешность при расчете составила - 0,13%.Example. Conical funnels were pressed from a powder mixture of copper-tin-tungsten (batch of 10 pieces). Funnel dimensions: outer diameter at the base of the cone - 40 mm; height - 36.17 mm; wall thickness variable from 2.65 to 0.88 mm; the angle of the outer cone - 56 ^o ; angle of the inner cone 50 ^o . The density of the material of the funnel is 10 g / cm ³ ; funnel mass - 4755 g; compaction ratio - 2; the estimated volume of the workpiece is 9498 mm ³ ; product volume - 4755 mm ³ ; the error in the calculation was 0.13%.

Предварительное уплотнение порошка осуществляли пуансоном предварительного формования, к которому прилагалось усилие 60 Н (удельная нагрузка 0,048 МПа) и с вращением его вокруг оси на 4-5 оборотов. Окончательное уплотнение осуществляли пуансоном окончательного прессования с усилием 600 кН и выдержкой 12-15 с. The preliminary compaction of the powder was carried out by a preform punch, to which a force of 60 N was applied (specific load 0.048 MPa) and with its rotation around the axis by 4-5 revolutions. Final compaction was carried out by a final pressing punch with a force of 600 kN and a holding time of 12-15 s.

Плотность материала воронок в различных сечениях по высоте изменялась в пределах от 9,93 до 10,04 г/см³, т.е. разноплотность составляет 0,11 г/см³ или 1,1%.The density of the funnel material in various sections along the height varied from 9.93 to 10.04 g / cm ³ , i.e. the density is 0.11 g / cm ³ or 1.1%.

Для выявления предельных значений технологических параметров, при которых завершается предварительное уплотнение заготовки, осуществляли процесс формования конических воронок при различных сочетаниях осевой силы P₁ и числа оборотов n пуансона.To identify the limiting values of the technological parameters at which the preliminary compaction of the workpiece is completed, the process of forming conical funnels was carried out with various combinations of the axial force P ₁ and the number of revolutions n of the punch.

В табл. 1 (см. табл. 1, 2 в конце описания) приведены результаты, полученные при предварительном формовании заготовок из композиции порошков "медь-олово-вольфрам", а в табл. 2 - из композиции порошков "медь-олово-графит". In the table. 1 (see tab. 1, 2 at the end of the description) shows the results obtained by preforming blanks from a composition of powders of copper-tin-tungsten, and in table. 2 - from the composition of powders "copper-tin-graphite".

Как следует из таблиц, предварительное формование заготовки воронки завершается при сочетаниях: P_1min = 20 H, n_max = 10 об, и P_1max = 100 Н, n_min = 2 об, т.е. при условии: удельная нагрузка P = 0,016 - 0,08 МПа, число оборотов n = 10...2.As follows from the tables, the preliminary molding of the funnel blank is completed with the combinations: P _1min = 20 H, n _max = 10 rpm, and P _1max = 100 N, n _min = 2 rpm, i.e. provided: the specific load P = 0.016 - 0.08 MPa, the speed n = 10 ... 2.

Предлагаемое устройство (фиг. 1, 2, 3) содержит матрицу 1 и направляющую втулку 2, установленные в обойму 3, и два пуансона 4 и 5. Пуансон 4 предназначен для формования заготовки 6 из порошка, а пуансон 5 - для прессования изделия 7. The proposed device (Fig. 1, 2, 3) contains a matrix 1 and a guide sleeve 2 mounted in a ferrule 3, and two punches 4 and 5. The puncheon 4 is intended for molding the workpiece 6 from powder, and the puncheon 5 is for pressing the product 7.

Рабочий профиль пуансона 5 соответствует внутреннему профилю конического изделия 7 и ограничен уступом 9, оформляющим торец изделия. Профиль пуансона 4, ограниченный уступом 8, отличается от рабочего профиля пуансона 5 - угол α₁ конуса заготовки отличается от угла α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ конуса изделия.The working profile of the punch 5 corresponds to the internal profile of the conical product 7 and is limited to a ledge 9, forming the end face of the product. The profile of the punch 4, limited by the step 8, differs from the working profile of the punch 5 - the angle α _{1 of the} cone of the workpiece differs from the angle α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ cone of the product.

Параметры профиля пуансона 4 предварительного формования соответствуют параметрам внутреннего профиля заготовки, которые определяют из условия равной плотности материала изделия по всему объему. The parameters of the profile of the punch 4 pre-molding correspond to the parameters of the internal profile of the workpiece, which are determined from the condition of equal density of the material of the product throughout the volume.

Параметры внутреннего профиля заготовки определяют следующим образом. Заготовку и изделие (фиг. 4) условно совмещают по наружной поверхности 10 и разделяют на смежные зоны A₁, A₂, A₃,... коаксиальными сечениями I, II, III, . . . . При постоянном значении коэффициента уплотнения K отношения объемов заготовки и изделия (фиг. 5, 6) в отдельных зонах также постоянны

где

отношения объемов предварительно и окончательно уплотненного материала в любых отдельных круговых цилиндрических поясах заготовки и изделия.The parameters of the internal profile of the workpiece are determined as follows. The workpiece and the product (Fig. 4) are conventionally combined on the outer surface 10 and divided into adjacent zones A ₁ , A ₂ , A ₃ , ... with coaxial sections I, II, III,. . . . With a constant value of the compaction coefficient K, the ratios of the volumes of the workpiece and the product (Fig. 5, 6) in individual zones are also constant

Where

volume ratios of previously and finally compacted material in any individual circular cylindrical zones of the workpiece and product.

Это уравнение является исходным для определения параметров внутреннего профиля заготовки и соответственно параметров профиля пуансона предварительного формования. This equation is the initial one for determining the parameters of the internal profile of the workpiece and, accordingly, the profile parameters of the preform punch.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Порошковую смесь 11 загружают в матрицу 1. Пуансон 4 предварительного формования устанавливают в направляющую втулку 2 и прижимают к порошку с усилием P₁, одновременно поворачивая его вокруг оси. Затем пуансон 4 предварительного формования извлекают из направляющей втулки 2 и на его место устанавливают пуансон 5 окончательного прессования, после чего прижимают его к заготовке 6 с усилием P₂.The powder mixture 11 is loaded into the matrix 1. The pre-molding punch 4 is installed in the guide sleeve 2 and pressed against the powder with a force P ₁ , while turning it around its axis. Then, the pre-forming punch 4 is removed from the guide sleeve 2 and the final pressing punch 5 is installed in its place, after which it is pressed against the workpiece 6 with a force P ₂ .

По окончании уплотнения пуансон 5 окончательного прессования извлекают из направляющей втулки 2, также извлекают готовое изделие 7. At the end of the seal, the final pressing punch 5 is removed from the guide sleeve 2, and the finished product 7 is also removed.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет получить прессуемые изделия равной плотности материала по всему объему до 100%, что в свою очередь влияет на качество изделия. Thus, the proposed group of inventions allows to obtain extruded products of equal material density throughout the volume up to 100%, which in turn affects the quality of the product.

Claims (3)

1. Способ прессования полых изделий из порошковых композиций, включающий засыпку порошка в полость матрицы, предварительное и окончательное уплотнение пуансонами в осевом и радиальном направлениях, отличающийся тем, что предварительное уплотнение проводят с удельной нагрузкой 0,016 - 0,08 МПа, одновременно поворачивая пуансон вокруг оси не менее, чем на 2 оборота, после чего окончательное уплотнение осуществляют с удельной нагрузкой, определяемой заданной плотностью материала изделия. 1. The method of pressing hollow products from powder compositions, including filling the powder into the cavity of the matrix, preliminary and final compaction with punches in the axial and radial directions, characterized in that the preliminary compaction is carried out with a specific load of 0.016 - 0.08 MPa, while rotating the punch around the axis not less than 2 turns, after which the final seal is carried out with a specific load determined by a given density of the product material. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное уплотнение проводят возвратно-вращательными движениями в разных направлениях. 2. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary seal is carried out by reciprocating movements in different directions. 3. Устройство для прессования полых изделий из порошковых композиций, содержащее матрицу, пуансоны предварительного формования и окончательного прессования, отличающееся тем, что профиль пуансона окончательного прессования выполнен соответствующим внутреннему профилю изделия, а профиль пуансона предварительного формования выполнен исходя из уравнения

где K - коэффициент объемного уплотнения порошка;

отношения объемов предварительно и окончательно уплотненного материала в отдельных любых круговых цилиндрических поясах заготовки и изделия.3. A device for pressing hollow articles of powder compositions containing a matrix, preforms and final pressing punches, characterized in that the profile of the final pressing punch is made corresponding to the internal profile of the product, and the profile of the preforming punch is made based on the equation

where K is the coefficient of volumetric compaction of the powder;

the ratio of volumes of preliminary and finally compacted material in any individual circular cylindrical zones of the workpiece and product.

Images