СПОСОБ ПРЕССОВАНИЯ ШТАБИКОВ ИЗ ПОРОШКОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ИХ ПРЕССОВАНИЯ Российский патент 2010 года по МПК B22F3/02 B22F3/03 B30B15/02 

Изобретения относятся к порошковой металлургии, в частности к производству длинномерных заготовок (штабиков) квадратного и прямоугольного сечений преимущественно из порошков вольфрама и молибдена, предназначенных для получения прутков, проволоки и лент для светотехнической, электронной промышленностей и приборостроения.

Известен способ прессования из вольфрамовых порошков штабиков [1], включающий засыпку порошка в пресс-форму и его вертикальное обжатие.

К недостаткам способа относятся сложность засыпки порошка в узкую лопасть пресс-формы, у которой длина в 63-100 раз превышает ширину полости. Это приводит к потерям дорогостоящего порошка и образованию воздушных пробок при его засыпке, что ведет к браку штабиков и невозможности получить при последующих термической и пластической обработках изделия высокого качества с заданными механическими и физическими свойствами, особенно если порошки вольфрама имеют легирующие присадки.

Известна пресс-форма для получения описанного ранее способа [2]. Пресс-форма состоит из пуансона и матрицы. Матрица содержит две щеки, в одной из которых выполнена полость для засыпки порошка. Щеки соединены штифтами.

К недостаткам данной пресс-формы относится сложность извлечения готового штабика из пресс-формы. В результате прессования под большим давлением после снятия усилия прессования в штабике возникает "упругое последствие", т.е. размеры штабика увеличиваются, причем в наибольшей мере по его длине. Но увеличению длины штабика препятствуют неподвижные торцовые части полости щеки пресс-формы. Таким образом, штабик заклинивается в полости щеки, в нем возникают микро- и даже макродефекты, приводящие во многих случаях к его разрушению на операции извлечения. Брак штабиков на операции извлечения превышает 50% от годных штабиков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ прессования из порошков вольфрама и молибдена штабиков [3]. Из порошков молибдена прессуют квадратные штабики размерами от 14×14×600 до 60×60×650 мм и прямоугольные штабики размерами 40×70×600 мм. Этот способ позволяет расширить ряд порошков применяемых тугоплавких металлов, а также размерный ряд изготавливаемых штабиков. Способ включает прессование порошка в пресс-форме с разъемной матрицей вертикальным обжатием. Этот способ по сравнению с указанным выше аналогом облегчает извлечение штабика после прессования из пресс-формы.

Основным недостатком данного способа является низкое качество получаемых штабиков. Очень высокие степени сжатия порошков в полости пресс-формы, превышающие 300% и изменяющие объем порошка в 3-4 раза в одном вертикальном направлении, при наличии больших значений реактивных сил трения порошка о стенки полости приводят к неоднородности распределения напряжений и неравномерности плотности штабиков по высоте, ширине и длине. Так, верхние слои штабиков, имеющие схему напряжений, близкую к всестороннему сжатию, всегда плотнее нижних слоев, имеющих менее благоприятную для уплотнения схему напряженного состояния. После операции термической обработки спекания такие штабики получают разную усадку по высоте, ширине и длине, а также анизотропию плотности, твердости и микротвердости по сечениям и длинам. Из таких спеченных штабиков последующей термической обработкой (сваркой) и пластической деформацией невозможно получить, особенно из порошков молибдена и вольфрама с присадками, изделия (прутки, проволоку и ленту) высокого качества и длительной работоспособности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является пресс-форма для прессования порошков из вольфрама и молибдена [4]. Пресс-форма содержит матрицу и пуансон. Матрица выполнена разборной и содержит две боковины (щеки), нижнюю плиту, торцовые пластины соединены штифтами. Длина боковин в 5-6 раз превышает их высоту и в 25-30 раз - их ширину. Сечение пуансона соответствует сечению рабочей полости матрицы, а высота пуансона в 3-4 раза превышает высоту готового штабика.

После прессования матрица пресс-формы разбирается на отдельные части и штабик освобождается от контакта с боковинами, торцовыми пластинами, в результате чего исключается брак штабиков на операции извлечения его из полости пресс-формы.

Недостатком данной пресс-формы является низкое качество получаемых штабиков. Пресс-форма имеет только один вертикальный пуансон, который при перемещении в полости матрицы, по ширине равной ширине пуансона, изменяет объем порошка в 3-4 раза. При такой очень большой деформации порошка штабик после прессования имеет неоднородное напряженное состояние и неравномерную плотность как по сечению, так и по длине. Дальнейшая термическая и пластическая обработка таких штабиков приводит к амизотропии механических и физических свойств готовых изделий. Одной из причин неоднородности напряжений и неравномерности плотности штабиков является большое перемещение порошка и пуансона в полости пресс-формы при прессовании, оно в 2-3 раза превышает высоту штабиков и приводит к появлению на поверхностях контакта порошка со стенками полости больших значение реактивных сил трения, которые и способствуют снижению неоднородности напряжений и неравномерности плотности.

Задачей предлагаемых решений является повышение качества получаемых штабиков путем приложения к порошку тугоплавких металлов дополнительного сжимающего усилия в горизонтальном направлении.

Поставленная задача решается в предлагаемом способе прессования штабиков из порошков тугоплавких металлов, включающем вертикальное обжатие порошка в пресс-форме, согласно изобретению одновременно с вертикальным обжатием порошок обжимают в горизонтальном направлении с абсолютным обжатием, равным абсолютному обжатию в вертикальном направлении, и с удельным усилием, равным удельному усилию в вертикальном направлении, при этом порошок засыпают в полость пресс-формы, ширина которой равна (1,5-2,0)В₁, где В₁ - ширина готового штабика.

Горизонтальное обжатие приводит к схеме напряженного состояния, близкой к схеме всестороннего сжатия, что увеличивает однородность распределения напряжений и плотности по высоте и ширине штабика. При этом абсолютное обжатие по высоте порошка уменьшается в 1,5-2 раза. Все это повышает качество получаемых штабиков.

Для получения однородной плотности по высоте и ширине абсолютные обжатия и удельные усилия прессования порошка в вертикальном и горизонтальном направлениях должны быть равны.

Увеличение ширины полости пресс-формы более чем 2В, где В - ширина готового штабика, так же как и уменьшение этой величины менее 1,5В, обусловлено заданными размерами и плотностью штабика.

Поставленная задача решается в пресс-форме для прессования штабиков из порошков тугоплавких металлов, которая содержит вертикальный пуансон, боковину и нижнюю плиту, согласно изобретению она дополнительно содержит горизонтальный пуансон, контактирующий рабочей поверхностью с торцовой поверхностью вертикального пуансона, установленного в корпусе пресс-формы с возможностью горизонтального перемещения, при этом нижняя плита контактирует своей торцовой поверхностью с рабочей поверхностью боковины, которая смонтирована в корпусе с возможностью вертикального перемещения, причем пуансоны подпружинены относительно корпуса.

То что заявляемая пресс-форма дополнительно снабжена горизонтальным пуансоном, позволит обжимать порошок из тугоплавких металлов как по высоте, так и по ширине, что создаст благоприятную схему напряженно-деформированного состояния, повысит плотность штабиков и ее равномерность по его сечению. Это способствует повышению качества штабиков. Возможность в данной пресс-форме горизонтального обжатия позволит уменьшить высоту пресс-формы, облегчит засыпку в нее порошка при более широкой полости, снизит его потери.

Предлагаемый способ прессования штабиков и пресс-форма для их прессования проиллюстрированы на фиг.1-3, где на фиг.1 показано поперечное сечение пресс-формы для получения штабика квадратного сечения, на фиг.2 - то же в конце прессования, на фиг.3 показан вид на пресс-форму в плане.

Пресс-форма содержит вертикальный пуансон 1, горизонтальный пуансон 2, контактирующий с торцовой поверхностью вертикального пуансона 1. Рабочая полость 3 пресс-формы образована вертикальным и горизонтальным пуансонами 1, 2, боковиной 4, нижней плитой 5. Нижняя плита 5 контактирует с торцовой поверхностью горизонтально пуансона 2. Боковина 4 установлена в корпусе 6 с возможностью вертикального перемещения. Пуансон 1 через боковину 4 подпружинен относительно корпуса 6 упругим элементом 7 (например, полиуретановым буфером). Горизонтальный пуансон 2 также подпружинен упругим элементом 7 относительно корпуса 6.

Пресс-форма работает следующим образом.

В рабочую полость 3 пресс-формы засыпают порошок тугоплавкого металла. Включают привод (не показан). Вертикальный и горизонтальный пуансоны 1, 2 начинают перемещаться, формируя из порошка штабик. При перемещении вертикального пуансона 1 он перемещает вниз боковину 4, сжимая упругий элемент 7.

При перемещении горизонтальный пуансон 2 сдвигает в горизонтальном направлении вертикальный пуансон 1, сжимая упругий элемент 7. Происходит формообразование штабика пуансонами 1, 2, нижней плитой 5 и боковиной 4.

После процесса формообразования упругими элементами 7 пуансоны 1, 2, боковина 4 возвращаются в исходное положение и штабик свободно извлекается из пресс-формы.

Согласно предлагаемому способу были изготовлены штабики из вольфрама марки ВА размером H₁×B₁×L₁=15×15×600 мм. Порошок засыпали в полость пресс-формы, превышающей в 1,5-2 раза ширину штабика. Высота полости пресс-формы составила 22,5-30 мм. Для сравнения были изготовлены аналогичные штабики по известному способу [3].

Данные испытаний сведены в таблицу.

Таблица № п/п Абсолютное сжатие, мм Удельное усилие прессования, кг/мм² Ширина пресс-формы, мм Показатели качества Плотность, г/см³ Расслой, % 1. 15=Н₁=В₁ 20 30=2В₁ 14 Нет 2. 15=Н₁=В₁ 20 26,25=1,75В₁ 13 Нет 3. 15=Н₁=В₁ 20 22,5=1,5В₁ 12 Нет 4. 15=Н₁=В₁ 20 18=1,2В₁ 9 Нет 5. 15=Н₁=В₁ 20 33=2,2В₁ 16 10% расслоя Прессование по существующей технологии [3] 6. 45 20 15 12 13% расслоя

Как показали испытания, плотность штабиков повысилась на 10-20%, расслой снизился на 10% при удельном давлении прессования, равном 20 кг/мм².

Данный способ и пресс-форма найдут применение в электротехнической, электронной и других отраслях новой техники.

Источники информации

1. Слителлс К.Дж. Вольфрам. М.: Металлургиздат, 1958, с.125-130.

2. Слителлс К.Дж. Вольфрам. М.: Металлургиздат, 1958, с.126 рис.30.

3. Зеликман А.Н. Молибден. М.: Металлургия, 1970, с.315-318.

4. Г.И.Абашин, Г.М.Погосян. Технология получения вольфрама и молибдена. М.: Металлургиздат, 1960, с.124.

Изобретения относятся к порошковой металлургии, в частности к получению штабиков преимущественно из порошков вольфрама, молибдена. Может использоваться для производства прутков, проволоки и лент для светотехнической, электронной промышленностей и приборостроения. При прессовании штабиков одновременно с вертикальным обжатием порошок обжимают в горизонтальном направлении с абсолютным обжатием, равным абсолютному обжатию в вертикальном направлении, и с удельным усилием, равным удельному усилию в вертикальном направлении. Порошок засыпают в полость пресс-формы, ширина которой равна (1,5-2)B₁, где B₁ - ширина готового штабика. Пресс-форма содержит горизонтальный пуансон, контактирующий рабочей поверхностью с торцовой поверхностью вертикального пуансона, установленного в корпусе пресс-формы с возможностью горизонтального перемещения. Нижняя плита пресс-формы контактирует торцовой поверхностью с рабочей поверхностью боковины, смонтированной в корпусе с возможностью вертикального перемещения. Пуансоны подпружинены относительно корпуса. Полученные штабики обладают однородным распределением напряжений и плотности по высоте и ширине. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ прессования штабиков из порошков тугоплавких металлов, включающий вертикальное обжатие порошка в пресс-форме, отличающийся тем, что одновременно с вертикальным обжатием порошок обжимают в горизонтальном направлении с абсолютным обжатием, равным абсолютному обжатию в вертикальном направлении и с удельным усилием, равным удельному усилию в вертикальном направлении, при этом порошок засыпают в полость пресс-формы, ширина которой равна (1,5÷2)B₁, где B₁ - ширина готового штабика.

2. Пресс-форма для прессования штабиков из порошков тугоплавких металлов, содержащая вертикальный пуансон, боковину и нижнюю плиту, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит горизонтальный пуансон, контактирующий рабочей поверхностью с торцовой поверхностью вертикального пуансона, установленного в корпусе пресс-формы с возможностью горизонтального перемещения, при этом нижняя плита контактирует своей торцовой поверхностью с рабочей поверхностью боковины, которая смонтирована в корпусе с возможностью вертикального перемещения, причем пуансоны подпружинены относительно корпуса.