ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СВС-СМЕСЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B22F3/03 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения изделий из тугоплавких соединений и сплавов.

Известна пресс-форма для изготовления изделий из СВС-смесей, содержащая пуансон и закрытую матрицу, которые выполнены из графита. Для уменьшения теплопотерь при горении шихтовой заготовки стенки матрицы нагревают с помощью индукционного нагрева.

Недостатком известной пресс-формы является то, что из-за низкой прочности графита давление прессования продуктов горения незначительно и составляет всего 5 6 МПа. Этого давления недостаточно для получения изделий с высокой плотностью материала. Максимальная относительная плотность спрессованных изделий составляет 0,75 0,83. Недостатком является и то, что инструмент, изготовленный из графита, является одноразовым.

Отмеченных недостатков не имеет металлическая, в частности стальная, пресс-форма, в которой предусмотрена теплоизолирующая оболочка между горячими продуктами горения и внутренней поверхностью матрицы.

Предлагается пресс-форма для изготовления изделий из СВС-смесей, содержащая пуансон, закрытую матрицу, заполненную сыпучим теплоизолятором и состоящую из основания, корпуса и размещенного между ними кольца с устройством для инициирования реакции горения, и пресс-шайбу, причем пресс-шайба выполнена в виде пластины с толщиной, рассчитываемой по формуле:

где δ величина радиального зазора между матрицей и пуансоном;
p давление прессования;
[τ]_c допускаемое напряжение среза материала пресс-шайбы.

В первом приближении можно принять h 0,01d, d диаметр матрицы.

Существенное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что между пуансоном и теплоизолятором помещена пресс-шайба малой толщины. Расширение при нагреве тонкой пресс-шайбы не вызывает ее заклинивание в матрице, так как из-за малой толщины будут незначительны силы трения о стенки матрицы и радиальная жесткость пресс-шайбы. Поэтому сопряжение холодной пресс-шайбы с матрицей выполняется с минимальным, в частности с нулевым зазором. Это исключает или сводит к минимуму явление обратного выдавливания теплоизолятора из матрицы на этапе приложения усилия прессования. Поле осевых деформаций в теплоизоляторе и продуктах горения будет однородным, а искажение формы изделия минимальным. В итоге повышаются размерная точность изделия и выход годного.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой пресс-формы.

Пресс-форма содержит закрытую матрицу, которая состоит из основания 1, кольца 2 с инициирующим устройством и корпуса 3. Спираль 4 инициирующего устройства подключена к источнику питания постоянного или переменного тока. Полость матрицы заполнена сыпучим теплоизолятором 5, внутри которого помещена шихтовая заготовка 6. В матрице с гарантированным зазором установлен пуансон 7 и с нулевым зазором пресс-шайба 8.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Полость основания 1 заполняют сыпучим теплоизолятором, например речным песком. На песок в центр основания 1 помещают заготовку 6, представляющую собой спрессованный брикет из экзотермической смеси порошков. На основание 1 устанавливают кольцо 2 со спиралью 4. Затем полость кольца 2 заполняют песком и сверху устанавливают пресс-шайбу 8. Сборка пресс-формы завершается установкой корпуса 3 и пуансона 7. Собранную пресс-форму устанавливают под пресс, подают электрический импульс на спираль 4 и осуществляют поджиг шихтовой заготовки 6. Горение экзотермической смеси протекает в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. После прохождения волны горения по всему объему заготовки 6 производят прессование горячих продуктов горения совместно с теплоизолятором. Затем осуществляют выдержку в течение заданного промежутка времени, снимают давление прессования, разбирают пресс-форму и извлекают готовое изделие. Пресс-шайба 8 устанавливается в кольцо 2 с нулевым зазором. Отсутствие зазора исключает обратное выдавливание теплоизолятора 5 из матрицы на этапе прессования. Уплотнение теплоизолятора и продуктов горения происходит равномерно по всему сечению матрицы и форма изделия не искажается. На этапе выдержки под давлением пресс-шайба 8 и пуансон 7 нагреваются и расширяются. Для исключения заклинивания величина зазора между холодным пуансоном и матрицей выполняется больше, чем величина радиального расширения пуансона при его нагреве в единичном цикле прессования. Поэтому при разборке пресс-формы пуансон 7 легко извлекается из матрицы. Пресс-шайба 8 установленная в матрицу с нулевым зазором, при нагреве на этапе выдержки запрессовывается в кольцо 2. Однако ввиду малой радиальной жесткости извлечение пресс-шайбы из кольца не требует больших усилий. Кроме того, в связи с малой массой и теплосодержанием пресс-шайба быстро остывает и уменьшается в размерах. Это облегчает процесс разборки пресс-формы.

Толщина h пресс-шайбы рассчитывается из условия прочности на срез кольцевого пояска.

где δ величина радиального зазора между матрицей и пуансоном;
p давление прессования;
[τ]_c допускаемое напряжение среза материала пресс-шайбы.

Процесс СВС-прессования осуществляется при давлениях p 150 200 МПа. Величина зазора для пресс-форм диаметром d 100 115 мм составляет δ 0,25 0,4 мм. Допускаемое напряжение среза у углеродистых сталей равно [τ]_c=60 МПа. Тогда для рассматриваемого типоразмера инструмента толщина пресс-шайбы составляет h 0,8 1,0 мм или в первом приближении h 0,01d.

Пример. Изготавливают квадратную пластину с номинальными размерами 70 х 70 х 7 мм из СВС-смеси, соответствующей получению твердого сплава марки СТИМ-5. Синтез и прессование осуществляют в пресс-форме диаметром 125 мм на прессе Д-1932 с номинальным усилием 1600 кН.

Вариант 1. Прессование продуктов горения совместно с теплоизолятором производят непосредственно пуансоном. Для исключения заклинивания сопряжение пуансона 7 с кольцом 2 выполнено с радиальным зазором 0,25 мм. Толщина синтезированной заготовки в средней части составляет 7,2 мм, в угловых зонах
9,5 мм, т.е. разнотолщинность равна 2,3 мм.

Вариант 2. Прессование продуктов горения и теплоизолятора производят через пресс-шайбу 8 толщиной 1,2 мм, которая в холодном состоянии устанавливается в кольцо 2 с нулевым зазором. Синтезированная заготовка в средней части имеет толщину, равную 7,2 мм, в угловых зонах 8,0 мм. Разнотолщинность равна 0,8 мм или уменьшилась в 3 раза по сравнению с вариантом 1.

Таким образом, предлагаемая пресс-форма, снабженная пресс-шайбой малой толщины, позволяет изготавливать изделия из СВС-смесей с минимальными искажениями формы, заданной исходной шихтовой заготовке.

Существо изобретения состоит в том, что в пресс-форме для изготовления изделий из СВС-смесей между пуансоном и теплоизолятором помещена пресс-шайба малой толщины. Расширение при нагреве тонкой шайбы не вызывает ее заклинивания в матрице. Сопряжение холодной пресс-шайбы с матрицей выполняется с минимальным, в частности с нулевым зазором. Это исключает или сводит к минимуму явление обратного выдавливания. В итоге повышаются размерная точность изделия и выход годного. Толщина h пресс-шайбы рассчитывается из условия прочности на срез кольцевого пояска
,
где δ - величина радиального зазора между матрицей и пуансоном; p -давление прессования; [τ]_c -допускаемое напряжение среза материала пресс-шайбы. 1 ил.

Пресс-форма для изготовления изделий из СВС-смесей, содержащая пуансон и закрытую матрицу, состоящую из корпуса и основания, отличающаяся тем, что она снабжена пресс-шайбой, кольцом, размещенным между основанием и корпусом, и устройством для инициирования реакций горения, матрица заполнена сыпучим теплоизолятором, а пресс-шайба выполнена в виде металлической пластины толщиной

где δ величина радиального зазора между матрицей и пуансоном;
P давление прессования;
[τ]_c допускаемое напряжение среза материала пресс-шайбы.