СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНЫХ ПОРОШКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПРОДОЛЬНЫМИ ВЫСТУПАМИ И ПАЗАМИ Российский патент 1997 года по МПК B22F3/24 B22F3/14 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к способу изготовления изделий зубчатой формы типа шестерни с наружным или внутренним зацеплением, деталей шлицевых шпоночных соединений и т.д.

В порошковой металлургии при производстве высокоплотных зубчатых изделий известен способ динамического горячего прессования, включающий формование пористой заготовки простой формы, ее нагрев и горячее доуплотнение с формообразованием зубьев за счет выдавливания порошкового материала в свободные полости зубчатой матрицы. Данный способ позволяет упростить изготовление пористой формовки, отказаться от ориентации заготовки в горячем штампе, создать волокнистую структуру материала, повысив изгибную прочность зубьев шестерни. (Шадрин В.И. и др. Исследование деформации порошкового материала при ДГП в процессе изготовления шестерен с различным модулем. В кн. Горячее прессование в порошковой металлургии. Новочеркасск: РИО НПИ, 1981, с. 33-36.)
Однако известный способ не позволяет изготавливать высококачественные зубчатые изделия с высокой равномерностью распределения плотности в зубьях без микротрещин на их головках. Это обусловлено тем, что при выдавливании порошкового материала в полость зуба на его свободной поверхности возникают растягивающие напряжения, приводящие к разуплотнению с последующим трещинообразованием. Этому способствуют также и силы трения между поверхностью выдавливаемого материала и стенкой полости матрицы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления высокоплотных изделий с продольными выступами и пазами (заявка Франции N 2226235, кл. B 22 F 5/08 от 20.12.74), включающий формование заготовки простой формы с диаметром профилируемой поверхности, равным диаметру выступов формируемого профиля, ее нагрев и горячее доуплотнение с формообразованием изделия инструментом, поверхность которого обратна требуемой форме изделия, а формообразование пазов осуществляют вдавливанием в условиях поперечного (радиального) прессования формующим инструментом с клиновидной заборной частью его формообразующих выступающих элементов.

Однако известный способ не позволяет изготавливать высококачественные изделия с равномерным распределением порошкового материала по объему изделия и без образования облоя на его торцевой поверхности. Это обусловлено тем, что при формообразовании пазов в условиях поперечного прессования нагретых пористых заготовок наблюдается перераспределение материала, а на выходе формующего инструмента формируется облой, приводящий к снижению качества изделия.

Решаемая задача повышение качества высокоплотных порошковых изделий с продольными выступами и пазами за счет снижения неравномерности распределения плотности , где θ_max, θ_min, θ_ср максимальная, минимальная, средняя относительная плотность изделия, соответственно) и безоблойного формообразования зубьев.

Задача решается путем формования заготовки простой формы, ее нагрева и горячего доуплотнения с формообразованием изделия инструментом, поверхность которого обратна требуемой форме изделия, а формообразование пазов осуществляют вдавливанием в условиях поперечного (радиального) прессования формующим инструментом с клиновидной заборной частью его формообразующих выступающих элементов. Причем, заготовку простой формы формуют с диаметром профилируемой поверхности D_з, неравным диаметру выступов формируемого профиля D_и и определяемым по формуле D_з K•D_и, где коэффициент предварительного уплотнения при получении изделий с наружным (n -1) и внутренним (n +1) раположением зубьев; коэффициент формы изделия; D_н, D_в наружный и внутренний диаметры изделия, соответственно; θ₁, θ_o значения относительной плотности предварительно уплотненной заготовки и формовки, соответственно; D_з, D_и - диаметры профилируемой поверхности заготовки простой формы и выступов формируемого профиля изделия; а горячее доуплотнение осуществляют предварительным, предшествующим вдавливания, обжатием заготовки до пористости 0,08 ± 0,01 с последующим ее формованием в изделие инструментом с углом заборной части 11.15^o и пуансоном с торцевой формующей полостью в виде полутора с радиусом, определяемым по формуле
r (1 m)(D_вп d_вп),
где r радиус профиля формующей полости, выполненной в виде полутора; D_вп, d_вп диаметры впадин наружного и внутреннего зубчатого венца изделия; m 0,35.0,65 коэффициент, учитывающий неравномерность деформации торцевой поверхности заготовки; и калиброванием с натягом 0,1 мм сформованного изделия в процессе формообразования последующего изделия.

Использование низкопористых заготовок (0,08 ± 0,01) при формообразовании пазов вдавливанием инструмента с углом заборной части 11.15^o позволяет снизить неравномерность распределения плотности ( Hθ ) до 1,5.2,5%
Совместное формообразование двух заготовок позволяет осуществить вдавливание инструмента при отсутствии свободных торцевых поверхностей. При этом обеспечивается безоблойный выход инструмента из предыдущей заготовки и бездефектный (отсутствие трещин на торцевой поверхности) вход инструмента в следующую заготовку.

Применение пуансона с торцевой формующей полостью в виде полутора с радиусом r для проталкивания предварительно уплотненной заготовки позволяет компенсировать неоднородность деформации материала, связанную с действием внешнего трения между заготовкой и инструментом и неоднородностью скорости деформации по толщине заготовки, и снизить неравномерность деформации торцевой поверхности до 2.3%
Калибрование с натягом 0,1 мм сформованного изделия в процессе формообразования последующего позволяет повысить стабильность геометрических размеров и качество поверхности изделия.

На чертежах представлена схема осуществления предлагаемого способа.

На фиг. 1 слева от осевой линии установка нагретой пористой порошковой заготовки простой формы перед ее формоизменением; справа от осевой линии - первоначальное обжатие заготовки;
на фиг. 2 слева от осевой линии установка нагретой пористой порошковой заготовки простой формы на предварительно обжатую заготовку; справа от осевой линии формообразование изделия, при проталкивании последующей заготовки;
на фиг. 3 справа от осевой линии установка нагретой пористой порошковой заготовки на предварительно обжатую заготовку и сформованное изделие; слева от осевой линии калибрование сформованного изделия в прессе формообразования последующего изделия.

Примеры конкретного выполнения.

Изготовление шестерни редуктора с наружным расположением зубьев, модулем m₁ 1,25 мм проводят по следующей технологии.

Приготовление порошковой шихты (мас.):
графит карандашный (ГОСТ 4404-78) 0,6
ферро-хром 2
порошок железный ПЖРВ.200.26 (ГОСТ 9849-74) остальное
Формование пористой q_o 0,75 заготовки давлением 400 МПа, с наружным диаметром D_з, определяемым по формуле
D_з K•D_и 1,08•42 45,54 мм,
где ;
;
D_н 42 мм наружный диаметр изделия;
D_в 20 мм внутренний диаметр изделия;
θ₁ 0,92 относительная плотность предварительно уплотненной заготовки;
θ_o 0,75 относительная плотность формовки простой формы;
D_и D_н 42 мм диаметр выступов формируемого профиля изделия.

Спекание заготовки простой формы в среде диссоциированного аммиака в течение двух часов, при температуре 1180^oC.

Кратковременный (20 мин.) нагрев (1150^oC) спеченной пористой заготовки в среде диссоциированного аммиака.

Горячее доуплотнение с формообразованием изделия в матрице, поверхность которой обратна требуемой форме изделия, с углом заборной части: 11^o (пример 1), 13^o (пример 2), 15^o (пример 3), соответственно; осуществляемое пуансоном, имеющим на его торцевой поверхности формующую полость в виде полутора с радиусом, определяемым по формуле
r (1 m)(D_вп d_вп) 0,5(36,75 20) 8,4 мм
где D_вп 36,25 мм диаметр впадины наружного зубчатого венца изделия; d_вп D_в 20 мм; m 0,5 коэффициент, учитывающий неравномерность деформации торцевой поверхности заготовки и определенный экспериментально.

При этом, горячее доуплотнение осуществляется в три этапа: первоначальное обжатие заготовки до относительной плотности 0,92, последующее формообразование наружных зубьев изделия и калибрование сформованного изделия с натягом 0,1 мм.

Использование предлагаемого способа обеспечивает, по сравнению с существующим, повышение качества изделий, оцениваемое по снижению неравномерности распределения плотности до 2,3.2,7% и отсутствию облоя на торцевой поверхности изделия.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления высокоплотных изделий с продольными выступами и пазами из порошковых материалов, заготовку формируют с диаметром профилированной поверхности, неравным диаметру выступов формируемого профиля. Этот диаметр определяется по формуле: D_з = K•D_н, где K - коэффициент предварительного уплотнения; D_з и D_н - диаметры профилируемой поверхности заготовки простой формы и выступов формируемого профиля изделия. Формообразование заготовки осуществляют в процессе горячего доуплотнения, причем предварительно проводят выдавливание с обжатием заготовки до пористости 0,08 ± 0,01. Способ позволяет повысить равномерность распределения плотности. 1 табл., 3 ил.

Способ изготовления высокоплотных порошковых изделий с продольными выступами и пазами, включающий формование заготовки простой формы, ее нагрев, горячее доуплотнение с формообразованием изделия инструментом, поверхность которого обратная требуемой форме изделия, и формирование пазов вдавливанием в условиях поперечного прессования формующим инструментом с клиновидной заборной частью его формообразующих выступающих элементов, отличающийся тем, что заготовку формуют с диаметром профилируемой поверхности, не равным диаметру выступов формируемого профиля и определяемым по формуле
D_з K • D_и,
где коэффициент предварительного уплотнения при получении изделий с наружным (n -1) и внутренним (n +1) расположением зубьев;
коэффициент формы изделия;
D_н и D_в наружный и внутренний диаметры изделия соответственно;
θ₁, θ₀ - значения относительной плотности предварительно уплотненной заготовки и формовки соответственно;
D_з и D_и диаметры профилируемой заготовки простой формы и выступов формируемого профиля изделия,
а горячее доуплотнение осуществляют предварительным, предшествующим вдавливанию, обжатием заготовки до пористости 0,07 0,09 с последующим ее формообразованием в изделие инструментом с углом заборной части 11 15^o и пуансоном с торцевой формующей поверхностью в виде полутора с радиусом, определяемым по формуле
r (1 m) (D_в и d_в и),
где r радиус профиля формирующей полости, выполненной в виде полутора;
D_в и, d_в и диаметры впадин наружного и внутреннего зубчатого венца изделия;
m 0,35 0,65 коэффициент, учитывающий неравномерность деформации торцевой поверхности заготовки,
и калиброванием в процессе формообразования изделия.