Методические указания для самостоятельной работы студентов

Методические указания

Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/05

Министерство образования и науки республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Факультет металлургии, машиностроения и транспорта

Кафедра металлургии

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для самостоятельной работы студентов

по дисциплине

«ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ»

Павлодар

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета ММиТ

_______________

«___»_________200_г.

Составитель: ст. преподаватель

Кафедра металлургии

для специальности 050709 «Металлургия»

Рассмотрены на заседании кафедры, протокол №__ от «__» _____200_г.

Заведующий кафедрой _________

Одобрено учебно-методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта

«__» _______ 200_г., протокол № __

Председатель УМС __________

Введение

Порошковая металлургия, представляя собой важную область науки и техники, испытывает весьма быстрое развитие в последнее время. Это объясняется тем, что порошковая металлургия обеспечивает создание изделий с уникальными свойствами, лучшими технико-экономическими показателями. Технология порошковой металлургии является высокорентабельной, экологически чистой и гарантирует большую экономию металла, повышение ресурса изделий, рост производительности труда, делает возможным осуществление глубокой автоматизации производства. Таким образом, порошковая металлургия является одной из перспективных технологий металлургического и машиностроительного производства.

Целью преподавания дисциплины является изучение студентами методов получения металлических порошков, их свойств и методов контроля; особенностей технологии формования изделий из металлических порошков, вариантов процесса прессования и спекания, принципов конструирования штампов и пресс-форм, ознакомление с инструментальной оснасткой и технологическим оборудованием участков порошковой металлургии.

Основной задачей является получение знаний по способам получения металлических порошков, технологии прессования и спекания порошковых материалов и изделий, умение определять рациональное сочетание основных технико-экономических показателей при разработке технологии, привитие студентам практических навыков, необходимых при подборе оборудования и технологической оснастки участков порошковой металлургии.

Целью самостоятельной работы студентов является закрепление и контроль теоретических знаний, развитие практических навыков проектирования и конструирования.

Работа предусматривает самостоятельное выполнение студентами заданий расчетно-графического характера по проектированию изделия, получаемого методом порошковой металлургии, конструированию специфических деталей инструментальной оснастки, подбору технологического оборудования участка и расчету пресс-форм.

В состав работы входит описание назначения детали, обоснование принятых конструктивных решений (применяемые материалы, технология изготовления, способы дополнительной обработки деталей, необходимые расчеты с учетом конструктивных, нормативных и технологических особенностей исполнения и т. д.). Чертежи и схемы могут быть оформлены в виде приложения.

1 Задания на самотоятельную работу

1 Назначить материал для изготовления детали, обосновать выбор.

2 Рассчитать объем засыпки, массу прессовки, назначить окончательную плотность и плотность засыпки.

3 Разработать чертеж прессовки.

4 Разработать технологию изготовления детали методами порошковой металлургии. Обосновать назначаемые операции и режимы.

5 Описать применяемое оборудование, обосновать выбор и обозначения (мельница, печь и пресса).

6 Описать возможные дефекты прессовок и меры по их предотвращению.

7 Спроектировать основные элементы пресс – форм (пуансон, матрица, выталкиватель).

8 В графической части представить:

1) Чертеж детали, чертежи пресс-формы в сборе, деталировку пуансона, матрицы, выталкивателей, стержней.

2) Планировку участка порошковой металлургии в масштабе 1:100

Рисунок 1. Чертеж детали «Втулка»

2 Рекомендации по выполнению самостоятельной работы

Самостоятельная работа должна включать выполненные задания согласно своего варианта. Методические указания предлагают 10 вариантов.

Студенты выбирают задание в соответствии со своим номером в журнальном списке. В процессе самостоятельной проработки материала по литературному источнику, должны быть выписаны формулы, а также найдены значения искомых величин.

В процессе расчетов студент не только получает опыт разработки технологии и конструирования инструментальной оснастки порошковой металлургии, но и углубленно изучает материал соответствующего раздела по литературным источникам. В случае необходимости для выполнения расчета могут быть использованы дополнительные учебно-методические справочные источники.

3 Варианты заданий самостоятельной работы

1 вариант

Деталь «Язык замка» представляет собой прямоугольную призму с размерами 25х12х70 с двумя отверстиями диаметром 5 мм. Деталь предназначена для запирания дверей в механизме встроенных замков.

2 вариант

Деталь «Втулка» (рисунок 1) представляет собой полый цилиндр. Наружный диаметр 50, внутренний 30, высота 50 мм. Деталь используется в качестве подшипника скольжения.

3 вариант

Деталь «Кольцо соленоида» представляет собой полый цилиндр Наружный диаметр 65, внутренний 45, высота 20 мм. Деталь используется в электротехнической промышленности.

4 вариант

Деталь «Язык замка» представляет собой прямоугольную призму с размерами 35х15х75 с двумя отверстиями диаметром 6 мм. Деталь предназначена для запирания дверей в механизме встроенных замков.

5 вариант

Деталь «Втулка» (рисунок 1) представляет собой полый цилиндр. Наружный диаметр 60, внутренний 35, высота 50 мм. Деталь используется в качестве подшипника скольжения.

6 вариант

Деталь «Феррит» представляет собой полый цилиндр. Наружный диаметр 60, внутренний 40, высота 15 мм. Деталь используется в электротехнической промышленности.

7 вариант

Деталь «Втулка» (рисунок 1) представляет собой полый цилиндр. Наружный диаметр 45, внутренний 25, высота 50 мм. Деталь используется в качестве подшипника скольжения.

8 вариант

Деталь «Тор» представляет собой тор. Наружный диаметр 65, внутренний 45, высота 15 мм. Деталь используется в электротехнической промышленности.

9 вариант

Деталь «Фиксатор» представляет собой прямоугольную призму с размерами 20х12х 65 с отверстием диаметром 5 мм. Деталь предназначена для фиксирования механизма переключения автоматического устройства

10 вариант

Деталь «Втулка» (рисунок 1) представляет собой полый цилиндр. Наружный диаметр 75, внутренний 45, высота 60 мм. Деталь используется в качестве подшипника скольжения.

Исходные материалы порошковой металлургии

Порошковые антифрикционные материалы предназначены для производства изделий с низкими потерями на трение; их определяющий признак – сравнительно низкий коэффициент трения. Именно метод порошковой металлургии наиболее эффективен для изготовления антифрикционных изделий различного химического состава с хорошей прирабатываемостью, высокой износостойкостью, низким и стабильным коэффициентом трения, хорошей сопротивляемостью схватыванию и другими полезными качествами.

Большое число конструкционных изделий изготавливается из порошковых смесей на основе железного порошка с добавками графита и легирующих элементов. Исходными материалами служат порошки железа и графита карандашного, вместо которого можно использовать графитовый концентрат или графит электроугольного производства. С увеличением пористости втулок коэффициент трения и износ возрастают, что, очевидно связано с ухудшением сцепления частиц основы материала и шероховатостью трущихся поверхностей. Железографитовые втулки отличаются высокой износостойкостью, определяемой наличием в их составе графита, а также образованием коллоидальной графитомасляной смазки. Прочностные характеристики определяются в основном составом материала, пористостью и крупностью частиц исходных порошков, главным образом железного. С повышением содержания графита до 3 – 4% твердость, временное сопротивление при растяжении и изгибе возрастают, а затем при большем содержании графита происходит резкое снижение прочности. Ударная вязкость по мере увеличения содержания графита непрерывно снижается, что объясняется образованием структуры, состоящей из тонкопластинчатого или сорбитообразного перлита с включениями графита.

Присадка меди в шихту повышает прочность изделий. Оптимальная износостойкость наблюдается у образцов с 5 – 7% Cu, что объясняется как упрочнением, так и повышением теплопроводности материала. Медь при большем ее содержании в рабочих условиях наволакивается, т. е. налипает на вал, и износостойкость материала снижается.

Деталь “втулка” предназначена для работы в качестве подшипника скольжения. Пористая структура поверхности обеспечивает удерживание смазочного материала и постепенное накопление продуктов износа. Продукты износа при этом удаляются из зоны трения. Коэффициент трения в опоре с такими подшипниками значительно уменьшается и составляет не более 0,04. Пористость для данных деталей составляет 20%.

Для изготовления заданной детали назначаю материал – ЖГрК1. Конструктивно деталь представляет собой полый цилиндр. Наружный диаметр составляет 45 мм, внутренний диаметр составляет 18 мм. Высота детали составляет 32 мм. На гранях цилиндра предусмотрены фаски.

Контрольные задания:

1. Обоснуйте способ получения металлического порошка для получения данной детали.

2. Назначьте марку материала для получения заданной детали методом порошковой металлургии. Решение обоснуйте.

Расчет навески порошковой смеси

Методика расчета:

Рассчитаем объем засыпки порошка, по формуле ,

где R1 – меньший диаметр пресс-формы;

R2 – больший диаметр пресс-формы;

h – высота пресс-формы.

Рассчитаем общую плотность порошка в пресс-форме, по формуле ,

где d1, d2, d3 – плотность каждого материала;

P1, P2, P3 – процентное содержание каждого материала.

Рассчитаем массу прессовки, по формуле

Рассчитаем массу засыпного порошка, по формуле ,

где Р – заданная пористость готовой детали;

к1, к2 – коэффициент учитывающий потери порошковой смеси во время прессования и спекания соответственно, к1 = 1,08, к2 = 1,02.

Контрольные задания:

1. Для заданной детали определите объем засыпки порошка.

2. По указанию преподавателя определите объем детали и усилие прессования.

3. Назначьте пористость готовой детали.

Проектирование основных элементов пресс-формы

Заготовки для деталей подгруппы А по форме соответствуют готовому изделию. Их поперечные размеры меньше размеров матрицы ДГП с учетом расширения формовки при нагреве под горячее доуплотнение, а высота определяется ее пористостью. Схема прессования, как правило, односторонняя, но если предъявляются повышенные требования к равномерности распределения плотности, то следует использовать схему двухстороннего прессования заготовок. Способ дозировки порошковой шихты при засыпке ее в пресс-форму для СХП также зависит от указанных требований к деталям: объемная дозировки применяется для получения менее точных изделий, а весовая — при изготовлении деталей с более точными и стабильными размерами и свойствами их материала. Кроме того, она, как менее технологичная, может быть заменена объемной, если прессы-автоматы для СХП будут оборудованы устройствами, автоматически следящими за изменением насыпной массы порошковой шихты и корректирующими в связи с этим объем камеры засыпки.

ДГП деталей этой подгруппы осуществляется с использованием в конструкции оснастки схемы одностороннего прессования, так как для них 0,6 < hk/d < 1. Формующий инструмент должен иметь конфигурацию готового изделия, а размеры больше на величину усадки материала сформованной детали после ее охлаждения, а также на величину упругой деформации матрицы при ее нагружении. Формование изделий происходит только за счет осадки заготовки до практически беспористого состояния с минимальным поперечным течением материала (заполняется технологический зазор между стенками матрицы и нагретой заготовкой).

Поскольку детали подгруппы Б также имеют простую форму и отличаются только отношением hk/d (его значение лежит в пределах 1—2), то для них конструкция и параметры пористых заготовок такие же, как и для формовок подгруппы А (0,6—1). Изготавливать их необходимо с использованием схемы двухстороннего прессования, что уменьшает неравномерность распределения плотности в прессовке, повышает ее качество, снижает усилие прессования, а следовательно, износ инструмента и необходимую мощность оборудования. Двухсторонняя осадка выполняется путем применения в конструкции штампа “плавающей” матрицы. Нижний пуансон играет роль выталкивателя детали из полости матрицы после окончания процесса формования. Позиционные схемы ДГП деталей показаны на рисунке.

Рассчитаем диаметр матрицы (3), выталкиваи верхнего пуансона (1). При холодном прессований берем погрешность 1%, следовательно коэффициент на который мы будем умножать все размеры будет равен 1,01. Тогда диаметры матрицы, выталкивателя и верхнего пуансона будут равны:

С тем же коэффициентом рассчитаем диаметр иглы (7):

Контрольные задания

1. По указанию преподавателя определите степень сложности предложенных деталей.

2. Опишите типовую конструкцию пресс-форм для получения прессовок данной группы.

3. Определите диаметр матрицы, пуансона и выталкивателя для заданной детали.

Схема формования деталей 1-й группы подгруппы Б:

а — положение пуансона, выталкивателя, “плавающей” матрицы и нагретой заготовки перед загрузкой; б — загрузка заготовки в полость матрицы; е — двухстороннее прессование формование детали; г — извлечение готового изделия из полости матрицы; д — снятие извлеченной детали с иглы; е — удаление сформованного изделия из рабочей зоны штампа; 1, 2 — верхний пуансон и выталкиватель; 3 — “плавающая” матрица; 4 — упругий элемент; 5 — заготовка; 6 — толкатель; 7 — игла; 8 — сформованная деталь

Проектирование порошковых изделий.

Порошковая металлургия обеспечивает создание изделий с уникальными свойствами и лучшими технико-экономическими показателями. Технология порошковой металлургии является высокорентабельной, экологически чистой и гарантирует большую экономию металла, повышение ресурса изделий, рост производительности труда, делает возможным осуществление глубокой автоматизации производства. Таким образом, порошковая металлургия является одной из перспективных технологий металлургического и машиностроительного производства.

Порошковая металлургия охватывает производство металлических порошков, изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками. Металлический порошок – совокупность частиц металла, сплава, металлоподобного соединения размерами до 1 мм, находящихся во взаимном контакте и не связанных между собой.

Отличительными чертами порошковой металлургии являются получение и работа с твердым веществом в порошкообразном состоянии и проведение операции нагрева (спекания) заготовок из металлического порошка при температуре ниже точки плавления соответствующего металла (для смеси – наименее тугоплавкого компонента).

Порошковая металлургия – прогрессивный производственный метод, сочетающий в себе металлургию (получение металлических порошков), металлообработку (получение изделий из металлических порошков) и материаловедение (особые свойства материалов и изделий). Последовательное осуществление в едином цикле операций получения порошка и превращение его в изделие составляет суть порошковой металлургии. Порошковая металлургия позволяет производить изделия различных форм и назначений, создавать принципиально новые материалы с особыми свойствами, которые невозможно получить другими способами.

Порошковая металлургия успешно конкурирует с литьем, обработкой металлов давлением, резанием, заменяя и дополняя их. Это подтверждается высокими темпами роста производства изделий методами порошковой металлургии в промышленно развитых странах.

Основные преимущества порошковой металлургии перед другими технологическими процессами:

- резкое сокращение расхода материалов и энергии,

- композиционная гибкость при разработке материалов с особыми механическими и физико-химическими свойствами,

- постоянство состава и свойств изделий,

- однородность микроструктуры,

- возможность получения армированных изделий.

Большим достоинством является возможность получения исходных материалов как непосредственно из руд, так и из отходов металлургической и машиностроительной промышленности (окалина, стружка, облой и др.)

Типовая технологическая схема производстива заготовок и изделий методами порошковой металлургии включает четыре основные операции:

- получение порошка исходного материала,

- формование (прессование) заготовки,

- спекание,

- окончательная обработка (регулирование структуры, калибровка, при необходимости механическая, термическая и химико-термическая обработка).

Существуют два основных направления развития порошковой металлургии:

1. Изготовление особых материалов и изделий; пористые (антифрикционные, фильтровальные, фрикционные и др.); электротехнические (контакты, магниты и др.); высокотемпературные (тугоплавкие, дисперсно-упрочняемые, волокна), инструментальные (твердые сплавы).

2. Материалы и изделия с обычными составами и структурами, но при значительно более выгодных экономических показателях производства.

Изделия порошковой металлургии применяются в приборостроении, тракторном, сельскохозяйственном, тяжелом, химическом и нефтегазовом энергетическом и транспортном машиностроении, автомобильной, станкоинструментальной и электротехнической промышленности.

Большое число конструкционных изделий изготавливается из порошковых смесей на основе железного порошка с добавками графита и легирующих элементов. Типичными деталями, изготовленными методами порошковой металлургии, являются шестерни, кулачки, храповики, звездочки и др. Преимуществом именно такого их получения является возможность массового выпуска сложных деталей с жесткими и легко воспроизводимыми допусками без применения механической обработки, что в 10-15 раз уменьшает отходы и потери металла.

Наибольшее применение имеет метод холодного прессования в закрытых пресс-формах с последующим спеканием. При этом прессование может быть однократным или многократным с промежуточными отжигами.

Для получения деталей высокой плотности с повышенными механическими характеристиками применяют предварительное прессование и спекание заготовок с высокой пористостью, которые затем подвергают динамическому горячему прессованию.

Новое направление в порошковой металлургии: упрочнение, восстановление, повышение износостойкости путем напыления порошковых материалов на поверхность изделий. Например, напыление шеек коленчатых валов хромосодержащими порошками увеличивает износостойкость в 3-4 раза. Основные преимущества этого направления:

- резкое возрастание производительности труда;

- снижение материалоемкости,

- снижение себестоимости в связи с возможной заменой дефицитных и дорогих материалов без снижения свойств и качества изделий,

- использование менее квалифицированного труда рабочих, уменьшение общего числа занятых рабочих.

К основным материалам порошковой металлургии относят: порошки металлов и сплавов, неметаллов и химических соединений. Вспомогательными материалами являются пропиточные материалы, защитные среды и твердые засыпки, активирующие добавки, вода и др.

Стоимость металлических порошков выше стоимости литого металла и проката в 1,5-3,5 раза. Однако, расходы на материалы в целом ниже, так как коэффициент использования металла составляет 0,95-0,97 против 0,4-0,6 при механической обработке.

Определяющим фактором себестоимости порошковых изделий является расходы, связанные непосредственно с производством деталей. Расходы на приготовление порошковой смеси и подачу ее к прессам составляют небольшую долю затрат.

Наиболее трудоемкой операцией является прессование (60% трудоемкости изделия). Сравнительно велики также расходы на изготовление пресс-форм. Расходы на спекание определяются температурой, временем и атмосферой спекания, а также амортизацией печей. Среда спекания, обеспечивая безокислительный нагрев, не должна взаимодействовать с компонентами изделий, вызывать их выгорание.

При переходе на изготовление изделий методом порошковой металлургии важно разумно подходить к оценке задаваемых механических свойств. Рентабельность и целесообразность перевода деталей на порошковую металлургию оправдывается при крупносерийном производстве.

Прирабатываются порошковые изделия в 8-10 раз быстрее, чем обычные. Высокие технико-экономические показатели достигаются при производстве порошкового проката и различных профилей. Прокатка позволяет получать беспористые и пористые полосы, ленты, листы, имеющие большое применение в химической, авиационной и атомной промышленности. Использование метода горячего динамического прессования обеспечивает получение плотных высококачественных изделий и изделий с переменной пористостью, обладающих одновременно свойствами, присущими высокопрочным и пористым антифрикционным изделиям.

Контрольные задания:

1. Для заданной детали определите технологию изготовления методами порошковой металлургии.

2. Обоснуйте возможность и целесообразность изготовления детали методом порошковой металлургии

Конструирование пресс-форм.

В пресс-формах путем обжатия определенного количества порошка получают заготовки, воспроизводящие полностью или с небольшими припусками форму и размеры готового изделия. Пресс-формы должны обеспечивать:

- формование изделий заданных форм и размеров с учетом их изменения при последующих операциях;

- равномерную плотность изделий по всему объему;

- отсутствие трещин, расслоений и др.;

- легкую выпрессовку изделий без разрушения, строгое взаимодействие всех основных рабочих частей;

- дозировку, прессование и выталкивание прессовки за один ход пресса.

Конструкция пресс-форм должна быть надежной в эксплуатации; детали ее должны иметь высокую поверхностную твердость, абразивную износостойкость, прочность. Пресс-формы (ПФ) должны быть просты в изготовлении, иметь минимальную стоимость, длительный срок службы и ремонтопригодность.

Основным типом ПФ являются компрессионные ПФ, которые могут быть по связи с прессом – съемными или стационарными, по принципу заполнения порошком – с весовой и объемной дозировкой, по назначению – формовочные и калибровочные, по характеру приложения давления – одно - и двухстороннего прессования. В зависимости от мощности пресса и площади изделия ПФ могут быть одно - и многогнездными. Стационарные ПФ используются в массовом производстве, что обеспечивает высокую производительность и автоматизацию производства. Разборные ПФ применяются для труднодеформируемых порошков и изделий сложной формы.

Все ПФ независимо от назначения и сложности детали имеют главные и второстепенные детали. К главным относятся: матрица (служит для обжатия порошка и формования внешней боковой поверхности заготовок), вкладыш (нижний пуансон со стержнем – для формования нижней торцевой и внутренней боковой поверхности), верхний пуансон, передающий давление на порошок и формирующий верхний торец заготовки. Ход верхнего пуансона ограничивает необходимую высоту прессовки.

К второстепенным деталям относят ограничители, фиксаторы, сменные вставки, пружины, выталкиватели, крепеж, плиты и др.

Исходными данными для проектирования ПФ являются: направление прессования, технические характеристики пресса, технологические свойства порошковой смеси, максимальное давление прессования, степень уплотнения смеси в матрице, размеры изделия после каждой стадии изготовления и плотность готового изделия. При изготовлении ПФ учитываются все технологические операции, которые следуют после спекания.

После определения технологических размеров пуансонов, стержней и других деталей ПФ проводится их расчет на прочность. Для этого необходимо знать размеры изготавливаемых изделий после каждой операции.

Изменение размеров заготовки по разным направлениям проходит неодинаково. Цилиндр имеет усадку по высоте и значительно меньшую по диаметру. При h=D усадка примерно одинакова по высоте и диаметру. Тонкая круглая пластина имеет усадку по диаметру. У кольца уменьшается внешний и внутренний диаметр.

Размеры внутреннего диаметра матрицы и диаметр стержня определяются размерами прессуемой заготовки с учетом свойств порошковой смеси, усадки при спекании и припуска на Мо и калибровку. Чтобы рабочие детали имели длительный сроку службы, допуск по наружному диаметру принимается минимальный, а по отверстию – максимальный. Долговечность деталей обеспечивается при этом перешлифовкой по мере отклонения размеров в пределах допуска на деталь. Расчетный диаметр канала рабочей полости матрицы ПФ:

- наименьший диаметр готового изделия,

- изменение линейного разм6ера в связи с упругим последействием после прессования и калибровки,

- усадка при спекании,

- припуск на калибрование или механическую обработку.

Диаметр стержня (пуансона), формирующего внутреннюю полость отверстий:

Вводимые величины определяются опытным путем, так как зависят от состава и крупности частиц порошка, формы заготовки, давления прессования, среды, температуры и времени спекания и др. высота канала матрицы пресс-формы зависит от насыпной плотности порошка и его уплотнения при прессовании:

Припуск на калибровку предусматривается в пределах 0,25-0,5 мм.

Для определения размеров толщины стенок матриц для обеспечения необходимой жесткости используют соотношения: D/d=2 при боковом давлении до 200МПа, D/d=3, свыше 200МПа.

Для предупреждения расслойных трещин на выходном конце матрицы предусматривают конусное расширение внутреннего канала с уклоном 0,5-1°. Все детали ПФ подвергают закалке и отпуску с последующей шлифовкой и полировкой соприкасающихся поверхностей. Это уменьшает износ и обеспечивает минимальную шероховатость поверхности прессовкам. Зазоры при тонком порошке между скользящими деталями ПФ 0,012-0,013 мм.

Для изготовления ПФ используются инструментальные стали, обладающие большой прокаливаемостью и высокой твердостью после закалки и отпуска:

ХВГ, ХГ,9ХС, Х12Ф1,ХВ5,Х12М, 9Х, Х,8ХФ, У10А, У7А,45,40Х, НRС 42-64.

Срок службы ПФ зависит от материала и технологии ТО, от степени ухода за ними. Для снижения износа ПФ могут смазываться смазками, если это не противопоказано требованиями к прессовке. В результате снижается износ деталей и предупреждается заедание пуансонов и стержней выталкивания. Разладка и износ ПФ приводят к нарушению размеров заготовок, появлению в них продольных трещин и царапин, задиров, кольцевых трещин. Для своевременной замены деталей проводят проверку всех рабочих размеров на образцах, изготовленных из эталонных порошков.

ПФ для горячего прессования при температурах 800-900°С изготавливают из твердых сплавов, свыше 900° - из графита.

Калибровку в специальных пресс-формах проводят при массовом производстве. При конструировании калибровочных ПФ следует выполнять требования:

- детали рассчитывать из условия обеспечения максимальной жесткости, чтобы упругая деформация не повлияла на окончательные размеры прессовок

- конструкция д. б. простой, с минимальным количеством подвижных деталей.

- Должны быть предусмотрены устройства, обеспечивающие точную установку изделий и устойчивость в процессе калибрования и допрессовки.

- Для сложных изделий для каждого перехода предусматривать отдельный пуансон.

- Для предотвращения трещин наружные поверхности калибровать раньше, чем отверстия.

- Уклоны 1-2°

- Уплотнение деталей из порошка при калибровке 1-3%.

- Шероховатость рабочих поверхностей - минимальная для обеспечения чистоты поверхности прессовок и снижения усилия прессования.

Контрольные задания

1) По указанию преподавателя изучите чертеж инструментальной оснастки порошковой металлургии.

2) Выполните расчет на прочность пуансона (стержня), матрицы, бандажа, опорной плиты.

Технологическое оборудование участков порошковой металлургии.

При выборе оборудования необходимо руководствоваться следующим:

1) оборудование по возможности должно быть стандартным иметь не большие габаритные размеры и массу, а так же простым в управлении и соответствовать правилам ТБ;

2) обеспечивать высокую производительность труда и минимально вычислять служащему персоналу, автоматизацию технологических процессов и способствовать снижению материальных и энергетических затрат.

Все оборудование применяемое в «Порошковой Металлургии», может быть подразделено на основное (прессы, печи, пресс-формы) и вспомогательное (сито, мельницы, смесители).

Из таблицы моделей мельниц выбираем ту мельницу которая удовлетворяет нашему условию.

Наименование	Габаритные размеры (м)	Мощность двигателя (кВт)	Производительность (кг/ч)
Вибрационное сито (электромагнитное)	0,5х0,8	2 – 2,5	50 – 70

Для прессов порошковых изделий могут применяться, как специальные прессы, так и обычные различные системы. Прессы должны удовлетворять следующим требованиям:

1) иметь нижний и верхний регулируемые по ходу пуансоны;

2) обеспечивать достаточное давление в необходимом направлении или регулировку скорости прессования и выталкивания;

3) иметь высокую степень точности хода пуансонов по высоте;

4) обладать жесткой конструкцией и высоким сопротивлением износу движения частей;

5) обеспечивать высокую производительность, постоянную массу и точность размеров прессуемых заготовок.

Из таблицы моделей прессов выбираем тот пресс, который подходит нашим условиям.

Показатель	Модель пресса (КБ 0624)
Номинальное усилие	250
Наибольшая высота засыпки порошка в матрицу (мм)	80
Наибольший диаметр изделия в плане (мм)	60
Ход прессовой головки (мм)	150
Число ходов в прессовой головке в минуту	8 – 40
Усилие выталкивания (кН)	80
Ход выталкивателя (мм)	90
Ход плавающей матрицы (мм)	50
Диапазон регулирующего положение верхнего пуансона (мм)	30
Мощность электродвигателя (кВт)	7,5
Габаритные размеры в плане (мм)	1100х1620
Высота над полом (мм)	2180
Общая высота (мм)	2480
Масса (т)	4500

По производительности гидравлические прессы уступают механическим, однако большие скорости прессования в технологических отношений не всегда является приемлемым. Скорость прессования зависит от давления прессовки и высоты прессуемого изделия. Поэтому при прессовании крупно габаритных изделий с высокой прочностью, преимущество в скорости механических прессов утрачивается, и наиболее пригодными в этих условиях являются мощные гидропрессы.

При массовом производстве порошковых изделий малой массы широко применяют роторные пресс-автоматы.

Показатель	Модель пресса (Б 324)
Усилие пресса (кН)	250
Число парных шпинделей	17
Число прессуемых позиций	2
Наибольшая насыпная высота порошка (мм)	50
Число оборотов стола в минуту	3 – 12
Длина прессуемого изделия (мм)	40
Мощность привода (кВт)	16,4
Габаритные размеры (мм)	2325х1760
Высота (мм)	2320
Масса (т)	7,5

Оборудование для спекания.

Для обеспечения большей производительности и нормального хода процесса спекания, нагревание прессовок проводят в специальных термических печах различных размеров и конструкций.

Требования к печному оборудованию:

1) Быстрый и равномерный нагрев до заданной температуры;

2) Герметичность рабочего пространства, позволяющие принимать защитные среды или вакуум;

3) Большая производительность;

4) Экономичность;

5) Надежность в работе.

В практике порошковой металлургии в основном применяют электрические печи сопротивления, с нагревателем из сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Они обеспечивают нагрев до температуры 1000 – 1200 оС.

В зависимости от характера производства применяют газовые или вакуумные печи. При спекании в периодичных печах изделие кладут в герметичный контейнер, в который попадает газ. При спекании в печах непрерывного действия, изделия загружают на движущую ленту и по ней постепенно проходят все зоны печи. Применение вакуума при спекании позволяет уменьшить загрязнение изделия азотом, углеродом и водородом, а так же удалить летучие примеси. Поэтому при производстве ответственных деталей с жесткими физико-механическими требованиями применяют вакуумное спекание.

Показатели	Толкательная печь СТН 2.45 1,6 – 13
Температура (оС) – участка предварительного нагревания – камеры спекания	650 1300
Производительность (кг/ч)	25 – 45
Рабочее пространство – ширина (мм) – высота (мм) – длина (м) – длина камеры спекания (м)	200 160 1,5 2
Мощность (кВт)	75
Рабочая среда	водород

Контрольные задания

1. Обоснуйте параметры оборудования участка порошковой металлургии для получения заданных деталей.

2. Выполните эскиз планировки участка порошковой металлургии.

Контроль качества порошковых изделий.

Возможные дефекты прессовок и меры по их предотвращению

Спекание – заключительная основная операция технологической схемы производства изделий методом порошковой металлургии. Поэтому при спекании возможно появление брака как в результате нарушения режимов нагрева и охлаждения заготовок, так и в результате выявления каких-либо отклонений при осуществлении более ранних операций формования или изготовления порошков и их смесей (шихт)

При появлении брака должны быть приняты немедленные меры по выяснению причин его возникновения и их устранению Ниже указаны наиболее часто встречающиеся виды брака при спекании.

Скрытый расслой — проявление в спеченном изделии трещин имевшихся в порошковой формовке в виде небольших нарушений сплошности, невидимых невооруженным глазом. Брак неисправим

Недопекание — нарушение требований плотности и прочности спеченного изделия при занижении заданных температуры или времени изотермической выдержки. Можно исправить повторным спеканием. Однако механические свойства изделий после допекания будут, как правило, несколько ниже, чем у изделий, спеченных без нарушения режима.

Пережог — нарушение (загрубление) нормальной структуры спеченного изделия при превышении заданной температуры спекания. Брак неисправим.

Корочка — образование в поверхностном слое спеченного брикета структуры, отличающейся от заданной. Возникает, в частности, из-за разложения органических связок или смазок, вводимых в шихту для улучшения прессуемости порошка. Брак неисправим. Для предотвращения его появления применяют медленный и равномерный нагрев заготовок, тщательное укрытие их засыпкой и достаточную подачу защитного газа в печь.

Коробление — искажение формы, приводящее к нарушению требуемых геометрических размеров изделия. Появлению брака способствуют плохое перемешивание компонентов шихты, неравномерная плотность порошковой формовки и чрезмерно быстрый подъем температуры при нагреве. Брак может быть исправлен (часто лишь с большим трудом) шлифованием или обработкой давлением (например, горячим прессованием, спеканием под давлением и др.).

Выпотевание — выделение жидкой фазы на поверхности нагреваемой порошковой формовки, например из – за плохой или ухудшающейся смачиваемости жидкой фазой тугоплавкой составляющей материала. Брак неисправим.

Вспучивание — образование пузырей на поверхности спеченного изделия. Причины — интенсивное газовыделение при жидкофазном спекании, местные перегревы из – за неравномерности нагрева порошковой формовки в печи, вызывающие расплавление какого-либо компонента при твердофазном спекании. Брак неисправим.

Диффузионная пористость — пористость, возникающая при спекании порошковой формовки, состоящей из материалов, обладающих различными коэффициентами взаимной диффузии. Брак неисправим.

Обезуглероживание — уменьшение содержания С в поверхностных слоях нагреваемых заготовок из – за повышенного содержания Н2О и СО2 в горячей зоне печи. Как правило, обезуглероживание больше у изделий находящихся в верхнем слое загрузки в лодочке (поддоне). Для устранения этого поддоны закрывают металлическими или графитовыми крышками, а также применяют защитные засыпки, содержащие углерод. Слабо обезуглероженные материалы (заготовки) можно исправить, спекая их в углеродистой засыпке (например, в графитовой крупке) при минимальном токе водорода.

Окисление — появление на поверхности спеченного изделия цветов побежалости, окалины или коррозии. Это часто связано с нарушением состава газовой среды при спекании. Цвета побежалости указывают на окисление изделий в холодильнике печи при относительно низких температурах (ниже 480°С), тогда как появление коррозии или окалины происходит из – за воздействия окисляющих газов на материал порошковой формовки при высоких температурах в самой печи (исходный защитный газ может иметь повышенное содержание О2, Н2О и СО2 или в печи происходят побочные реакции с образованием этих окислителей, в частности при подсосе воздуха в печь). В ряде случаев этот брак можно исправить повторным нагревом изделий в восстановительной атмосфере. Однако для материалов, содержащих металлы с высоким сродством к кислороду, этот брак неисправим.

Брак при прессовании.

Наиболее распространенным видом брака является расслой поперечные или диагональные трещины, нарушающие целостность прессовки. Их появление обусловлено тем, что при выталкивании прессовки из матрицы пресс-формы происходит два противоположных процесса: расширение выходящего из матрицы брикета и расширение перед этим сжатой матрицы. В результате имеющих место деформаций по границам их действия и возникают трещины. Причинами трещин могут быть технологические факторы и ошибки при конструировании пресс-форм и изделий из порошков. Более вероятно возникновение трещин с уменьшением прочности брикетов (гладкие, окисленные и наклепанные частички порошка с обилием смазки), при высоких усилиях прессования в связи с ростом упругих сил в прессовке, в случае неравномерного распределения компонентов порошковых смесей по объему прессовки. Неправильная конструкция пресс-формы (например, отсутствие конусности у матрицы со стороны выпрессовывания брикета из нее) или ее перекос при прессовании приводят к неравномерному сбросу усилия, что вызывает дополнительные напряжения в прессовке при удалении ее из матрицы. К трещинам может привести слишком медленная выпрессовка брикета и в особенности остановки во время выпрессовывания. Способствует появлению трещин наличие в прессуемой заготовке тонких стенок или резких переходов.

Часто при прессовании наблюдается неравномерная плотность в отдельных местах прессовки или непропрессовка, вызванные неравномерным распределением порошка по объему пресс-формы низким усилием прессования или занижением навески при прессовании до упора.

Возможен брак по размерам, связанный с увеличением упругого последействия в случае повышения жесткости порошка, неправильной конструкцией или размерами пресс-формы, неточностью дозирования порошка или нарушением режима прессования (завышением или занижением давления). Задиры матрицы приводят к многочисленным рискам на поверхности прессовки, а недостаточно качественная обработка (шлифовка) рабочей поверхности пуансонов — к сколам на торцах прессовки, особенно на их кромках.

При появлении брака необходимо установить его причины и принять меры к их устранению путем подбора соответствующих давлений прессования, изменения размеров и конструкции пресс-формы или детали, а также варьируя свойства порошка. Брак при прессовании составляет до 2—З %. Бракованные по тем или иным признакам прессовки в большинстве случаев, хотя и не всегда, могут быть возвращены в производство после соответствующего дробления и измельчения. Иногда получаемый при этом порошок небольшими порциями подмешивают к исходному материалу.

Контрольные задания

1. Для заданной детали определите возможные дефекты. Предложите меры по их устранению.

Литература

1. , Либенсон металлургия - М.: Металлургия,1с.

2. Либенсон порошковой металлургии. – М.: Металлургия, с.

3. , Вязников стали и изделия. – Л.: Машиностроение, 1990 –320 с.

4. , и др. Промышленная технология горячего прессования порошковых изделий. - М.: Металлургия, с.

5. . , Кипарисов порошковой металлургии - М.: Металлургия, 19с.

6. , , Тетерин проектирования деформирующего инструмента – М.: Высшая школа, 1984 –223 с.

7. , Панов цехов порошковой металлургии. – М.: Металлургия, с.

8. , , Бобров и оснастка для формования порошковых материалов - М.: Металлургия.1986 –336 с.

9. Девятов технология обработки материалов давлением – М.: Машиностроение, 19с.

10. А, и др. Штампы для горячего деформирования металлов – М.: Высшая школа, 1977 –496с.