СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОКОВОК ИЗ СКОМПАКТИРОВАННЫХ СПЕЧЕННЫХ ЗАГОТОВОК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ Российский патент 2014 года по МПК B22F5/00 B21K1/00 

Область техники

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для производства цилиндрических поковок заданной плотности из скомпактированных спеченных заготовок металлических порошков.

Уровень техники

Известен способ горячей штамповки поковок, который включает нагрев исходной заготовки, штамповку в закрытом штампе осадкой в торец, извлечение поковки из штампа и охлаждение [Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. - М.: Машиностроение, 1986. - Т.2. Горячая объемная штамповка / Под ред. Е.И. Семенова, 1986. - С.171].

Известен также принятый заявителем за наиболее близкий аналог способ горячей штамповки цилиндрических поковок, включающий нагрев исходной цилиндрической заготовки, штамповку в закрытом штампе осадкой в торец, извлечение поковки из штампа с использованием выталкивателя и охлаждение [Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. - Изд. 2-е. - М.: Машиностроение, 1976. - С.261-262, 279-280].

Недостаток известных способов заключаются в следующем.

Размеры исходной монолитной заготовки определяются из условия постоянства объема. Однако данное условие неприменимо при использовании пористой порошковой заготовки, так как не обеспечивает производство поковки с требуемой плотностью.

Указанный недостаток не позволяет определять деформационные условия штамповки, гарантирующие получение поковки с заданной плотностью, что не обеспечивают необходимую конструктивную прочность детали, изготавливаемой из такой поковки.

Описание изобретения

Техническая задача данного изобретения - получение цилиндрических поковок с использованием скомпактированных спеченных цилиндрических заготовок из металлических порошков с заданной плотностью.

Технический результат изобретения достигается предварительным определением необходимых парных значений высотной и радиальной относительных деформаций цилиндрической заготовки при штамповке в закрытом штампе осадкой в торец.

На чертеже изображена схема производства поковок, где 1 - исходная заготовка, 2 - штамп, 3 - поковка, 4 - выталкиватель.

Отличительные признаки

Способ отличается от известного тем, что для процесса пластического деформирования композиционных спеченных порошковых материалов в закрытом штампе используется условие сохранения постоянства массы:

V_i·ρ_i=const,

где V_i - объем заготовки или поковки; $${\rho }_i\frac{{\gamma }_i}{{\gamma }_{м}}$$ $$$$ - относительная плотность заготовки или поковки; $${\gamma }_i$$ - плотность заготовки или поковки; $${\gamma }_m$$ - плотность металла, из которого изготовлен порошок.

Способ работает следующим образом.

Нагретую исходную цилиндрическую заготовку 1 штампуют в закрытом штампе 2 осадкой в торец. При этом деформационное условие процесса штамповки определяется по выражению:

$$\left(1-\epsilon \right){\left(1+{\epsilon }_r\right)}^2={\frac{{\rho }_0}{{\rho }_1}}_{}$$ ,

где $${\epsilon }_r={\frac{h_0-h_1}{h_0}}_{}$$ - относительное торцевое обжатие заготовки,

h_0, h₁ - высота исходной заготовки и поковки соответственно;

$${\epsilon }_r=\frac{d_1-d_0}{d_0}$$ - относительная радиальная деформация заготовки,

d₀, d₁ диаметр исходной заготовки и поковки соответственно;

ρ₀₌ $$\frac{{\gamma }_0}{{\gamma }_m}$$ $$$$ - относительная плотность заготовки,

γ₀ - плотность заготовки;

ρ₁₌ $$\frac{{\gamma }_1}{{\gamma }_m}$$ - относительная плотность поковки,

γ₁ - плотность поковки.

Из данного условия определяются размеры получаемой поковки: высота h₁₌(1-ε)·h₀ и диаметр d₁=(1+ε_r)·d.

Затем поковку 3 с использованием выталкивателя 4 извлекают из штампа 2 и охлаждают.

Данный способ производства обеспечивает получение цилиндрических поковок с заданной плотностью, гарантирующей необходимый комплекс физико-механических свойств изготавливаемых из них деталей.

Способ может быть реализован на промышленном агрегате, например гидравлическом прессе, укомплектованном нагревательной печью и закрытым штампом с выталкивателем.

Пример реализации.

Исходные цилиндрические заготовки высотой h₀=13,9 мм, диаметром d₀=38,1 мм и объемом $$V_0=\frac{\pi \cdot d_0^2}{4}\cdot h_0=\mathrm{15839,241}м{м}^3=\mathrm{15,839}с{м}^3$$ , полученные компактированием и спеканием из медного порошка ПМС-1, имели массу m=117,5 г и плотность $${\gamma }_0=\frac{m}{v_0}=\mathrm{7,4189}г/с{м}^3$$ . При известной плотности меди γ_m=8,96г/см³ относительная плотность заготовки составила $${\rho }_0=\frac{{\gamma }_0}{{\gamma }_m}=\frac{\mathrm{7,4189}}{\mathrm{8,96}}=\mathrm{0,828}$$ .

Для получения цилиндрической поковки диаметром d₁,=42,5 мм посредством штамповки в закрытом штампе осадкой в торец с заданной относительной плотностью ρ₁=0,900 радиальная относительная деформация будет $${\epsilon }_r=\frac{\mathrm{42,5}-\mathrm{38,1}}{\mathrm{38,1}}=\mathrm{0,115}$$ . Тогда деформационному условию удовлетворяет значение относительного обжатия ε=0,260:

$$(1-\mathrm{0,260}){(1+\mathrm{0,115})}^2=\frac{\mathrm{0,828}}{\mathrm{0,900}}=\mathrm{0,92}$$ .

Штамповку с ограничением высотных и диаметральных размеров поковок в закрытом штампе производили на универсальной гидравлической испытательной машине РМ-20 при скорости деформирования 3 мм/с. Получили десять цилиндрических поковок высотой h₁=10,3 мм и диаметром d₁=42,5 мм. Средняя плотность поковок составила γ₁=7,9744г/см³ и ее относительная величина ρ₁=0,89 (с отличием от заданной величины на 1,1%).

За счет соблюдения деформационного условия штамповки в закрытом штампе из скомпактированных спеченных цилиндрических заготовок металлических порошков производятся цилиндрические поковки с заданной плотностью, что гарантирует получение из них деталей с необходимым комплексом физико-механических свойств.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве цилиндрических поковок заданной плотности штамповкой скомпактированных спеченных заготовок, полученных из металлических порошков. Производят осадку в торец нагретой исходной цилиндрической заготовки в закрытом штампе. Готовую поковку извлекают из штампа с использованием выталкивателя и охлаждают. Деформирование заготовки осуществляют с соблюдением условия, выраженного в виде приведенного математического выражения, в которое входят относительное обжатие заготовки, ее относительная радиальная деформация, относительная плотность заготовки и относительная плотность поковки. В результате обеспечивается получение цилиндрических поковок с заданной плотностью, гарантирующей необходимый комплекс физико-механических свойств изготавливаемых из них деталей. 1 ил., 1 пр.

Способ производства цилиндрических поковок из скомпактированных спеченных заготовок из металлических порошков, включающий нагрев исходной цилиндрической заготовки, ее штамповку в закрытом штампе осадкой в торец, извлечение полученной поковки из штампа с использованием выталкивателя и охлаждение, отличающийся тем, что штамповку осуществляют с соблюдением следующего соотношения:
,
где - относительное обжатие заготовки, h_0, h₁ - высота исходной заготовки и поковки соответственно;
- относительная радиальная деформация заготовки, d₀, d₁ - диаметр исходной заготовки и поковки соответственно;
- относительная плотность заготовки, γ₀, γ_м - плотность заготовки и металла порошка соответственно;
- относительная плотность поковки, γ₁ - плотность поковки.