SU1574367A1 - Method of compacting powders - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к порошковой металлургии. Целью изобретени   вл етс  увеличение плотности изделий. Порошок засыпаетс  в матрицу, включаетс  система нагружени  пуансона и одновременно в матрице возбуждаютс  колебани  ультразвуковой частоты, которые в начале процесса уплотнени  соответствуют первому резонансу по моде радиальных колебаний матрицы. В дальнейшем, когда начинаетс  стади  уплотнени  за счет пластической деформации частиц порошка, частоту колебаний измен ют до величины, равной первому резонансу по моде продольных колебаний матрицы. Это позвол ет получать издели  с повышенной плотностью без каких-либо конструктивных изменений установки дл  прессовани . 2 ил., 1 табл.The invention relates to powder metallurgy. The aim of the invention is to increase the density of products. The powder is poured into the matrix, the punch loading system is turned on and at the same time ultrasonic frequency oscillations are excited in the matrix, which at the beginning of the compaction process correspond to the first resonance in the mode of the matrix's radial oscillations. Later, when the compaction stage starts due to plastic deformation of powder particles, the oscillation frequency is changed to a value equal to the first resonance in the mode of longitudinal oscillations of the matrix. This makes it possible to obtain products with increased density without any structural changes to the press plant. 2 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс  к порошковой металлургии, в частности к способам уплотнени  порошка с помощью ультразвуковых колебаний.The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods of compacting powder using ultrasonic vibrations.

Цель изобретени  - увеличение плотности изделий.The purpose of the invention is to increase the density of products.

Сущность изобретени , заключаетс  в следующем.The essence of the invention is as follows.

Порошок засыпаетс  в матрицу, включаетс  система нагружени  пуансона, одновременно в матрице возбуждаютс  колебани  ультразвуковой частоты, которые сопровождают процесс уплотнени  до его окончани .The powder is poured into the matrix, the punch loading system is turned on, and ultrasonic frequency oscillations are excited in the matrix at the same time, which accompany the compaction process before it ends.

В начальной стадии процесса, когда уплотнение порошковой засыпки происходит преимущественно за счет более плотной укладки частиц порошка практически без их деформировани ,In the initial stage of the process, when the compaction of the powder filling is predominantly due to the denser packing of the powder particles practically without deforming them,

колебани  производ т с частотой, соответствующей первому резонансу по моде радиальных колебаний матрицы. При этом на порошок действуют радиальные колебани  стенок, уменьша  трение между частицами порошка и стенками, что позвол ет добитьс  на начальной стадии процесса более плотной укладки частиц порошка.oscillations are made with a frequency corresponding to the first resonance in the mode of the radial oscillations of the matrix. In this case, the powder is affected by radial oscillations of the walls, reducing the friction between the powder particles and the walls, which makes it possible to achieve a more dense packing of the powder particles at the initial stage of the process.

На заключительной стадии процесса уплотнени , когда происходит пластическа  деформаци  частиц порошка, частоту колебаний измен ют до величины, равной первому резонансу по моде продольных колебаний матрицы. Это способствует возникновению в уплотн емой порошковой массе знакопеременных динамических напр жений, величина которых нарастает по мере увеличени At the final stage of the compaction process, when plastic deformation of powder particles occurs, the oscillation frequency is changed to a value equal to the first resonance in the mode of longitudinal oscillations of the matrix. This contributes to the appearance of alternating dynamic stresses in the compacted powder mass, the magnitude of which increases with increasing

слcl

-vJ-vJ

СлЭSLE

05 05

плотности порошковой массы и соответствующего уменьшени  различий в акустических характеристиках изделий и -матрицы.the density of the powder mass and the corresponding reduction in differences in the acoustic characteristics of the products and the matrix.

Результатом действи  этих напр жений  вл етс  увеличение плотности издели  за счет дополнительных сдвигов частиц и их частичного диспергировани , что позвол ет получить улучшенный фракционный состав порошка, отвечающий минимальной пористости издели „The result of these stresses is an increase in the density of the product due to additional shifts of particles and their partial dispersion, which allows to obtain an improved fractional composition of the powder, corresponding to the minimum porosity of the product.

Уход частоты в процессе уплотнени  порошка в начальной стадии не превышает 1-2%, в заключительной -2-3%.The frequency drift in the powder compaction process at the initial stage does not exceed 1-2%, at the final -2-3%.

На фиг. 1 схематично изображена матрица дл  осуществлени  предлагаемого способа} на Фиг. 2 - эпюры распределени  амплитуды колебаний,  вл ющейс  суперпозицией радиальных колебаний стенок матрицы на ее внутренней полости и продольных колебаний тех же стенок.FIG. 1 shows schematically a matrix for carrying out the proposed method in FIG. 2 shows diagrams of the distribution of the amplitude of oscillations, which is a superposition of the radial oscillations of the walls of the matrix on its internal cavity and the longitudinal oscillations of the same walls.

II

Матрица дл  уплотнени  порошковогоPowder compaction matrix

материала (фиг.1) состоит из диска 1, стержн  2 и общей дл  диска и стержн  области 3. При радиальном методе возбуждени  колебаний матрицы путем присоединени  к матрице кольцевых или стержневых магнитострикционных преобразователей в диске преимущественно распростран ютс  радиальные колебани , в стержне - продольные, в центральной общей области - сложное сочетание обоих типов волн. Така  дискостержнева  система обладает как минимум двум  сери ми резонансных ча тбт, соответствующих возбуждению либо продольной, либо радиальной моды колебаний с об зательным частичным преобразованием энергии одной моды в другую.The material (Fig. 1) consists of a disk 1, a rod 2 and a common area for the disk and the rod 3. With the radial matrix oscillation method by connecting ring or rod magnetostrictive transducers to the matrix, radial oscillations propagate in the disk, longitudinal, in the central common area, a complex combination of both types of waves. Such a disk-core system has at least two series of resonant circuits, which correspond to the excitation of either a longitudinal or radial mode of oscillations with an obligatory partial conversion of the energy of one mode to another.

Распределение амплитуд колебаний (фиг.2) получено экспериментально при зондировании полости матрицы датчиком звукового давлени , перемещаемого по осевой линии полости. Сигнал от датчика, предварительно про- градуированного оптическим методом, пропорционален амплитуде результирующего колебани . Крива  1 получена при частоте возбуждени  матрицы 17200 Гц и соответствует резонансному возбуждению матрицы на радиальной моде колебаний. Крива  2 получена при частоте 1 9600 Гц и соответствует резонансному возбуждению поThe distribution of oscillation amplitudes (Fig. 2) was obtained experimentally when the cavity of the matrix was probed by a sound pressure sensor moved along the axial line of the cavity. The signal from the sensor, pre-calibrated by the optical method, is proportional to the amplitude of the resulting oscillation. Curve 1 was obtained at an excitation frequency of the matrix of 17,200 Hz and corresponds to the resonant excitation of the matrix at the radial mode of oscillation. Curve 2 is obtained at a frequency of 1 9600 Hz and corresponds to resonant excitation in

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

моде продольных колебаний стержн . Рассматриваема  дискостержнева  система имеет размеры центральной области , общей дл  диска и стержн , существенно меньшие резонансных продольных и радиальных размеров матрицы . С точки зрени  акустики подобна  система  вл етс  св занной системой со слабой св зью и при возбужденш системы на любой резонансной частоте побочные дл  этой частоты моды колебани  выражены крайне слабо. Поэтому можно с большой точностью считать, что представленные на фиг. 2 кривые, хот  и  вл ютс  суперпозицией одновременно двух мод колебаний, но практически отражает распределение амплитуд колебаний только на одной моде.fashion longitudinal oscillations of the rod. The disk-core system under consideration has the dimensions of a central region common to the disc and rod, substantially smaller resonant longitudinal and radial dimensions of the matrix. From the point of view of acoustics, such a system is a coupled system with a weak coupling, and when a system is excited at any resonant frequency, the side modes for this frequency are extremely weak. Therefore, it can be considered with great precision that those shown in FIG. The two curves, although they are a superposition of two oscillation modes simultaneously, but practically reflect the distribution of oscillation amplitudes on only one mode.

На Фиг. 2 показано также расположение исходного порошкового материала и получаемого издели  при экспериментальном опробировании предлагаемого способа. Исходный порошковый материал располагали между точками А и В. При уплотнении пуансоном пресса создавали давление Р на материал в направлении , указанном стрелкой. Граница материала перемещалась из положени  положение А . Положение правой на чертеже границы материала (точка В) при уплотнении не мен ли. При введении процесса центр расположени  материала перемещалс  из положени  С в положение Сг . Рассто ние от С., до С 1 можно считать зоной течени  материала .FIG. 2 also shows the location of the starting powder material and the resulting product during experimental testing of the proposed method. The initial powder material was placed between points A and B. During compaction with the press punch, pressure P was created on the material in the direction indicated by the arrow. The boundary of the material moved from position A. The position of the right in the drawing of the boundary of the material (point B) during compaction does not change. With the introduction of the process, the material center moved from position C to position Cr. The distance from S. to C 1 can be considered the zone of flow of the material.

Экспериментальную проверку предлагаемого способа осуществл ли на установке , включающей пресс усилием 100 кН с регулируемой скоростью движени  пуансона, двигаемого нижней плитой пресса, ультразвуковой генератор с полосой излучаемых частот 15-22 кГц, возбуждающий магнитострик- ционный преобразователь типа ПМС-15А-18 (показан пунктиром на Фиг.1) Колебани  от магнитострикционного преобразовател , присоединенного к диску в радиальном дл  него направлении , передаютс  диску и рапростран - ютс  в нем как радиальные колебани . В общей дл  диска и стержн  области благодар  эффекту Пуассона происходит трансформаци  радиальных колебаний в продольные колебани  стержн .An experimental test of the proposed method was carried out on an installation that included a press with a force of 100 kN with an adjustable speed of movement of the punch, moved by the lower plate of the press, an ultrasonic generator with a frequency band of 15-22 kHz, an exciting magnetostrictive transducer of the PMS-15A-18 type (shown dotted 1) Oscillations from a magnetostrictive transducer connected to a disk in a direction radial to it, are transmitted to the disk and propagated in it as radial oscillations. In the area common to the disk and the rod, due to the Poisson effect, radial oscillations are transformed into longitudinal vibrations of the rod.

При проведении процесса уплотнени  в матрицы вводили выталкиватель и пуансон , запирающие навеску исходногоDuring the compaction process, an ejector and a punch were inserted into the dies, locking the sample of the initial

материала в полости матрицы. Частоту электрического возбуждени  магнито- стрикционного преобразовател  устанавливали по заранее определенной резонансной дл  данной моды колебаний частоте. Так как в ходе протекани  процесса частота несколько измен етс , то за счет применени  магни- ,тострикционных преобразователей с акустической обратной св зью обеспечвали автоматическое поддержание резонансного возбуждени  матрицы. В ходе экспериментальной проверки варьировали акустический режим работы колебательной системы и длительность отдельных этапов ее нагруже- ни .material in the cavity of the matrix. The frequency of electrical excitation of the magnetostriction converter was set at a predetermined resonant frequency for a given mode of oscillation. Since the frequency of the process varies somewhat during the course of the process, through the use of magnetically and tostrictive transducers with acoustic feedback, the resonant excitation of the matrix was automatically maintained. During the experimental test, the acoustic mode of operation of the oscillatory system and the duration of individual stages of its loading were varied.

Результаты исследований сведены в таблицу. Режим 1 - режим без ультразвукового воздействи , при котором скорость движени  пуансона составл ли 0,08 см/с; максимальное усилие пресса 60- кН4 обща  длительность процесса (t) 23,2 с, из которых врем The research results are summarized in the table. Mode 1 — mode without ultrasonic action, in which the speed of movement of the punch was 0.08 cm / s; maximum press force 60-kN4 total process time (t) 23.2 s, of which time

Ј 12,5 с - длительность выдержки издели  под нагрузкой. В результате получено изделие диаметром 45,8 мм массой 148 г при плотности р . В дальнейших опытах все указанные величины , кроме общей длительности процесса , выдерживали неизменными.Ј 12.5 s - the duration of exposure of the product under load. The result is a product with a diameter of 45.8 mm and a mass of 148 g at a density of p. In further experiments, all of these values, except for the total duration of the process, were kept unchanged.

Режим 2 - режим по прототипу длительностью 30,4 с.Mode 2 - mode prototype with a duration of 30.4 s.

Режим 3 - предлагаемый режим длительностью 30,2 с.Mode 3 - the proposed mode with a duration of 30.2 s.

10ten

Данные таблицы показывают, что введение процесса уплотнени  согласно предлагаемому способу позвол ет увеличить плотность изделий на 5-6% без каких-либо конструктивных изменений установки.These tables show that the introduction of the compaction process according to the proposed method allows an increase in the density of products by 5-6% without any structural changes to the installation.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ уплотнени  порошка, включающий засыпку порошка в матрицу и его уплотнение пуансоном при воздействии продольных и радиальных колебаний ультразвуковой частоты, пере- даваемых через стенки матрицы, о т- личающийс  тем, что, с целью увеличени  прочности изделий, в начале уплотнени  на порошок воздействуют колебани ми с главной резонансной частотой дл  моды радиальных колебаний матрицы до наступлени  стадии пластического деформировани  частиц порошка, а затем частоту колебаний измен ют до величины, равной главной частоте возбуждени  моды продольных колебаний матрицы.The method of powder compaction, which includes filling the powder into the matrix and its compaction with a punch when exposed to longitudinal and radial vibrations of the ultrasonic frequency transmitted through the walls of the matrix, is characterized by the fact that, at the beginning of compaction, fluctuations with the main resonant frequency for the mode of radial oscillations of the matrix before the stage of plastic deformation of the powder particles, and then the oscillation frequency is changed to a value equal to the main frequency of the excitation Deni mode longitudinal oscillations of the matrix. i-i- Фиг1Fig1