Способ изостатического прессования фасонных изделий из порошков Советский патент 1992 года по МПК B22F3/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изо- стзтического прессования преимущественно огнеупорных изделий из порошкообразных масс.

Известен способ, позволяющий изготовление одновременно нескольких изделий из порошкообразной массы со сложнофасонной частью, заключающийся в заполнении пресс-формы массой, виброуплотнении ее, герметизации пресс-формы, удалении воздуха из пресс-формы вакууми- рованием массы и прессовании вначале односторонним воздействием избыточного давления 0,6-0,8 ат (0,06-0,08 МПа) на фасонную часть, а затем всесторонним изсста- тическим давлением на всю массу.

Этот способ позволяет улучшить качество фасонной части изделия.

Недостаток известного способа заключается в том, что вакуумирование затруднено сопротивлением толщи верхнего слоя массы, заполняющей форму, и ее стечок, неровности которых (выступы или пазухи) препятствуют удалению воздуха.

Неопределенность сопротивления формы исключает гарантию надежности процесса вакуумировэния, сохраняя вероятность запрессовки воздуха в массе и получения брака в виде откопоз или трещин фасонной части после прессования, что ограничивает возможности способа изгото,. ления изделий с фасонной головной частью в виде сферы или конуса, облегчающих удаление воздуха.

Известен способ изготовления фасонных изделий из порошкообразной массы холодным изостатическим прессованием,

XI

СЛ Ю СЛ

сл

чоторый включает заполнение эластичной пресс-формы порошком и приложение к ее жешней поверхности изостгтичес i ro давления рабочей среды (материала с открыты- ми порами). Перед проведением изостатического прессования снимают вакуум, воздействующий на наружную форму, и подключают к системе еаку/мирования внутреннюю полость эластичной формы.

Указанный способ позволяет изготов- лять любые фасонные изделия. Однако ва- куумирование массы осуществляется через весь объем изделия по сто ьысоте, з площадь вакуумирования GI руничена размером отверстия вакуум-провода при непосредственном соприкосновении его с массой; не обеспечивается также полная герметизация пресс-формы. Вследствие этого в процессе прессования возможно яы- теснение оболочкой не только воздуха из пресс-формы, но и порошкообразной массы, которая зэбивает систему вакуума, что затрудняет процесс вакуумироеания и ведет к повышению брака изделий.

Наиболее-близким к предлагаемому яв- ляется способ изготовления изделий из порошка изостатическим прессованием, включающий заполнение пресс-формы массой, вмброуплотнение, герметизацию пресс-формы, вакуумированме и приложе- иие давления рабочей среды.

Недостатком указанного спссоба является то, что процесс вакуумирования затруднен сопротивлением толщч слоя массы, заполняющей форму, и зависит от размеров и конфигурации ее полости. При этом вероятность запрессовки воздуха - массе увеличивается с размерами или количеством одновременно яакуумируемых форм и наличием в н),1х неровностей, выступов или па- зух. Это приводит к увеличению при изготовлении изделий доли брака по отколам и трещинам в сложнофасоннь:х формах из-за разрушения сырца сжатым в массе (воздухом при снятии давления рабочей ере- ды.

Целью изобретения является снижение брака изделий.

Для этого в способе изостатического прессования фасонных изделий из порош- ков, преимущественно огнеупорных, включающем заполнение порошком полости эластичной оболочки, вакуумирование полости и приложение к ее поверхности изостатического рабочего давления, перед вакуумированием осуществляют приложение давления, равного 0,15-17% от рабочего, и его сброс

Приложение и сброс давления осуществляют многократно величиной 0,15-10% от

рабочего давления и с частотой приложения и сброса 0,2-2 раза в секунду с одновременным вакуумированием.

Предлагаемая последовательность операций изготовления изделий изостатиче- ским прессованием обеспечивает на начальной стадии прессования образование свободного зазора между эластичными стенками пресс-формы и сформованной в ней массой, что позволяет беспрепятственно удалять воздух из формы ее вакуумированием вне зависимости от размеров и конфигурации по всей площади поверхности изделия. Определенные опытным путем величины и режим приложения малого давления на начальной стадии прессования обеспечивают устойчивость сформированной массы, уменьшая долю брака изделий.

На чертеже изображена пресс-форма с содержащейся в ней порошкообразной массой, разрез. Левая от оси половина схемы изображает процесс прессования, правая - процесс сакуумирования. Сплошными стрелками слева от оси показано приложение давления рабочей среды в начальной стадии прессования. Пунктирные стрелки справа от оси показывают удаление воздуха из формы.

Пресс-форма для осуществления предложенного способа состоит из перфорированной матрицы 1, эластичной оболочки 2, герметично зажатой дном 3 снизу и сверху фланцам 4, образующим горловину пресс- формы для засыпки порошкообразной массы. Фланец выполнен с каналом, в который встроен клапан 5, связанный с вакуумной магистралью 8. Пресс-форма также снабже- на рышкой 7 с эластичной мембраной 8 и гластичной пробкой 9, обеспечивающей формирование головной части изделия.

Предлагаемый способ изготовления изделий из порошкообразной массы изостати- ческим прессованием осуществляют следующим образом.

Сначала в пресс-форму через ее горловину засыпают порошкообразную массу 10. При этом эластичные элементы формы копируют очертания изделия. Это достигается применением либо профилированной оболочки 2, например из полиуретана, либо созданием разрежения с наружной поверхности резиновой оболочки 2, растягивая ее до полного облегания стенок матрицы 1 в вакуум-камере.

Массу, засыпанную в пресс-форму, виб- роуплотняют, подвергая пресс-форму диб- рации HS стенде (не показан). Затем в горловину устанавливают подвижную эла- стичную пробку 9 и герметично закрывают

крышкой 7. На этом процесс полотое, и пресс-форму к пп-рсговянм. О очкапччьсЗ - ел.

Далее последовательно r.-yuecrtiqioi изостатичегкое прессование . .Л,1,1, этого прос -sbep iv помещг о. a rep-ie .i,j закрывав, ксчмейн&р или камеру изостя та, где массу на нлчз/г пс-/| с - «чии голверге ют всесгороннему оижятич. г обложением избыточного давления рабо -еи среды (жид кости или воздуха) вел чпной в тредсл-эх 0,15-17% от раЬгче о д-пления прессова ния. Под действием давления рабочей среды оболоикя 2, мембран 8 и i рпО .з 9 смешаются к центру пресс фермы упготнпч порошкообразную мессу слчмо содержащийся в ней впзду .. Чо дос ижен-ти занной вел мчы зОиточ лго давченпч осуществляв т гбпос. Однсв рмен- о с ч гим еж гни ч массе воздух воз,;е ств/ет нг элгсгичнукэ оболочку, пробку i Д /аф, агму, оттесняя и от сформованной массы. Рри этом часть гюзду/з выделяет, чз мчсгы и ЗЯПОЛНЯРТ свободней зазор между ластич нымч соками гресс-Фогмь сФсрмовам- ной массой Формование массы происходи г благодаря наличию з не ссясующего необходимой влажности. Далг-карапгорловины пресс-формы соединяют с вякуумно ма и- сгралью 6, открывают 5 и удаляют воздух из лс-егс-формы. При этом происходит вакуумирование массы практически одновременно по гсей ее поверхности через весь объем о поперечном чапрэвпечии по наименьшему сопротивлению двихения воздуха через пористую стенку уплотнемно- О порошки Г«ергеж, справа от оси) Вепичи- на вакуума в магистрали с благодаря образовавшемуся свободному зазору соответствует вакууму в полости пресс-формы, в результате обеспечивается контроль за процессом и гарантируется вакуумирование массы. Вследствие сото, «тс отсасывание воздуха происходит сразу по всему объему сформованной массы через ее пористые стенки, площадь поверхности которых больше площади поперычою сечения, i-ацеж- ность процесса вакуумирования увеличивается, а время вакуумирования уменьшается С дру ой стороны, пористость уплотненной MdCCb- меньше пористости насыпной, следовательно, и количество воздуха в порах значительно меньше, так как часть его после сжатия массы выделяется в зазЪр между оболочкой и сформованной массой и практически мгновенно удаляется через клапан в магистраль из-за сравнительной малости зазора равного усадке порошка на начальной стадии прессования избыточным малым давлением.

Опьтю-npoMLчленным прессованием

ОГЧе /ПОрЧЫХ КОПУН ДПГрчфИГОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

редзгл.см огь л л i hvic чеиичгчу од ю- кратнпо Jf iOKp iнего дав IP ии в ппо

6 цэссс прс-дрчг ТГ1,ь( сю oG,. vaccn .з начально сюд: прессоьак1 г f pi-. даиле ь,т с- 1,. : раго1 е л ,. vr -xo i Mr)c- с f ч т с- -, - с г i .. о - 3 ; ч т i - о рассьп.ье с-1 с Фоол е пс-зл - снятпг

0 дзвгения, ч-с ума,ь- :гет vлегкость про- «jkvyr,ppf«c H q n t злелим

y, ho-ЗЛ HcJiipeCCOD Ct- Ob A iMt -HiOM

.асе1-- rnn обжэтип на стадия прес- соеэнпи до рабочего давления. При дзвлеЬ ним более 17% от раб.его увеличивается вероятность злпргссопкм риздух РЗ за образования спвч icibi-iorc количестьа ззкрь - тых поо и увел чиаеется брок изделий по отколам и грещгчэм головной части, по0 скольку прочности изяелпя меньи э давления сжатого , запрессованного цаплением рабочей среды L-зостата. Оптимальная величина давпеч о в начальной стадии прессования о проделгх 0.15-17% от

5 рабочего обеспечивает устойчиеость сформованной массы и .е прочность при сравни- тельмэ ботьшой сгконтол пс, истости, позволяющей уда.1 не воздуха, не разрушая 1ечную массу.

0При обжатии массы малым дзрпением

-рабочей среды например сжатого воздуха,

оптимальная велчч ча избыточного дзвлениг может составлять от рабочего

давления с частотой прилсхченич и сброса

5 давления 0,2-2 раза в секунду. Предпочтительное сочетание величины давления и частоты его приложения - меньшее давление и большая частота. При меньшем давлении обжатия и меньшей частоте приложения

0 давления масса в пресс-форме распыляется (не формуется) и надежность процесса ваку- умирозакия уменьшается. Пои давлениях обжатия, больших 10% от рабочего, возжт- кгк1т трудности создания пульсирующего

5 режима в камере изостата и сложности включения в вакуумную ма-истрэль Верхний предел частоты ограничен инерционностью системы, в частности эпастмчных стено1т оболочки и дизфрзгмн крышки.

0Вакуумирование массы Р режиме пульсирующего обжатия целесообразно прово дить, например, с помощью тройникового клапана с приводом. При этом камера изостата, где установлена пресс-формя, пооче5 редно подключается источнику давления, например сжатого , а зз- тем к вакуумной магистрали ипч осуществляют сброс избыточного давления в атмосферу. В зтом случае клат1 ; ч горловине пресс-Фоо vu-1 целесообрл

устансвить в положение соединения полости формы с вакуумной магистралью на все время .действия пульсирующего дачленш обжа- гия.

Следовательно, с частотой пульсирую- щего давления масса периодически подвергается сначала изостатическому обжатию эластичными элементами пресс-формы, а затем при снятии избыточного давления эластичные элементы силами упругости и давления воздуха в массе возвращаются в исходное состояние или могу г быть принудительно оттянуты под действием вакуум снаружи пресс-формы. Вследствие инерционности уплотняемой массы, а также пали- чия в ней связующего она не рассыпается в процессе пульсирующего режима прессования и образует устойчивую форму, копируя рельеф внутренней поверхности матрицы 1, В периоды избыточного давления прессова- ния между эластичными элементами пресс- формы и сформованной массой образуется свободное пространство-зазор, обеспечивающий беспрепятственное удаление воздуха из пресс-формы. Таким образом, в пульсирующем режиме обжатии гзоздух в основном удаляется из пресс-формы в паузах при сбросе давления, когда сопротивление вакуумированию минимально,

После предварительного обжатия ма- лым давлением (однократного или многократного) и вакуумирования осуществляют подъем давления в изостате до величины, обеспечивающей получение изделия необходимой плотности. При этом эластичная оболочка 2 и пробка 9 под действием равномерного давления прижимаются к поверхности сформованной массы, не нарушая ее формы, обжимают массу рабочим цавпзн 1- ем среды, производя ее дальнейшее уплот- нение до готового изделия. После сброса избыточного давления пресс-форму разгео- метмзируют, снимая крышку, и производят съем спрессованных изделий,

П р и м е р. На Богдановичском огнеупор- ном заводе проведены опытно-промышленные прессования корундографитовых сложнофасонных изделий по предлагаемому способу.

Прессовали стопоры-моноблоки и по- гружаемые стаканы для промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок из стали, Корундографитоаая шихта содержала тонкомолотые фракции корунда, кремния, глины, а также графит и другие компоненты. В качестве связующего использовался технический лигносульфонат. Влажность готовой порошкообразной массы 1,5-3%.

Полые стопоры-моноблоки высотой 1150 мм, наружным диаметром 130 мм, толщиной стенки 42-45 мм и Мгссой 35 кг с фасонной конусообразной головной частью изготавливались в трех- и четырехформен- ных кассетах.

Погружаемые глуходенные стаканы высотой 700 мм, с переменной толщиной стек- ки от 15 до 40 мм, массой кг с фасонным кольцевым выступом в средней части 12-15 мм, диаметром 170 мм и шириной 120 мм, с фасонной головной частью диаметром 130 мм изготавливались в одмо- и четырехформенных кассетах. Кроме того, формы для изготовления погружаемых стаканов содержали закладные элементы дня формирования полостей-отверстий, 8 горловине каждой формы кассеты выполнено отверстие диаметром 5 мм, перекрываемое клапаном 5 для соединения пглости формы с вак /ум ной магистралью о

Кассета с пресс-формами помещалась в вакуум-камеру, установленную на вибоо- стенде. Подключением к вакуумной магистрали в вакуум-камере создавалось разрежение, оста точное давление воздуха в которой не более 0,01 МПа, При этом эластичные оболочки . пресс-форм прижимались к стенкам матриц 1, копируя очертания полостей форм. После этого пресс-формы загружались порошкообразной шихтой. Затем на 30-35 с включался вибростенд и производилось вибрационное уплотнение массы з пресс-формах. Вибростенд выключила. В горловикы пресс-форм устанавливали эластичные пробки 9 для Формирования головных фасонных частей изделий. Затем формы герметично закрывали крышкэг и 1 с эластичными мембранами 8 и помещали кассету с формами в контейнер гидростата, где осуществляли последо- пзтельное прессование.

На начальной стадия прессования избыточное давление жидкости в контейнере гидростата поднимали до вечмчины 6 МП (б% от рабочего давления прессовгния 100 МПз). После этого избыточное давление снимали, открывали герметизирующую пробку контейнера, подключали к штуцерам клапанов пресс-форм вакуумную магистраль и, открывая клапаны, осуществляли ва- куумировэние массы до остаточного давления в формах 0,05 МПз в течение 40- 60 с (меньшее время для единичной и трех- форменной кассет). Затем клапаны 5 закрывали, отключали вакуумную магистраль, закрывали контейнер гидростата и осуществляли окончательное обжатие массу, поднимая давление жидкости в контейпередо 100 МПа, соответствующее раоочз- мудля этих изделий.

После прессования кассета с пресс- формами извлекалась из контейнера гидростата. Пресс-формы разгерметизировали, снимая крошки 7. Извлекали эластичные пробки 9, а затем из форм вынимали спрессованные изделия. Отколы головкой части изделий отсутствовали, качество поверхности сырца и его размеры соответствовали действующим требованиям. После необходимой механической обработки сырца изделия высушивали до остаточной влэмспсти 1 %, глазировали и обжигали. Качество готовых изделий соответствовало механическим условиям по ТУ 1-1-8-371-81 Стопоры-моноблоки огнеупорные корундографитовые для МНЛЗ и ТУ 14-8-578-89 Изделия средней огнеупорности. Стаканы погружаемые грз- фитосодержащие для разливки стали.

Время вакуумирования пресс-форм для производства стопоров-моноблоков по действующей технологической инструкции составляло 5-8 мин до остаточного давления 0,15 МПа. При этом доля брака по отколам головной части составляла 3-5%. Время вакуумирования пресс форм для производства погоужаемых стаканов для единичных пресс-форм равно 1Б 20 мин, а четырехфор- мекной кассеты до 40-50 мин. При этом доля брака по отколам головной части из-за сложности форм достигала 30%. Таким образом, вместе с устранением брака по отколам головной части достигался дополнительный эффект - сокращение времени вакуумирования. Учитывая время проведения дополнительной операции - предварительного обжатия массы, выигрыш в сокращении производственного цикла при изготовлении стопоров-моноблоков составлял 10-20% и погружаемых стаканов в 4-5 раз при гарантии получения годных изделий.

Значительно большее сокращение производственного цикла достигалось при проведении первой стадии прессования в пульсирующем режиме приложения избыточного давления.

Для этого полости крышек пресс-форм, загруженных шихтой и закрепленных в вакуум-камере, подключали к полости вакуум- камеры, которая подключена через тройниковый клапан к магистрали сжатого воздуха, сбросу в атмосферу и вакуумной магистрали с остаточным разрежением 0,01 МПа. Клапаны пресс-форм при этом на все время пульсирующего обжатия подключались к вакуумной магистрали с остаточным давлением 0,015 МПа. Поворотом рукоятки

тройникового клапана производили поочередно приложение избыточного давления воздуха 0,2 - 0.25 МПа (0.2-0.25% or рабочего давления) на массу через оболочку 2. мембрану 8 и npoGkv, г - сброс избыточного давления в атмосферу и сосданге разрежения в камере с Частотой 0,3 раза о секунду в те«екие 90 с. После клзпг/ны 5 пресс-форм закрывали и отключали гх от

вакуумной магистрали, а полости крышек отключали от вакуум-камеры, Кассзтус пресс- формами извлекали иэ вакуум-камеру и устанавливали в контейнер гидростата, где осуществляли вторую стадию прессования до

рабочего давления 100 МПа. Размеры спрессованных изделий соответствовали требованиям технических условий. Брак по отколам головной части отсутствовал, а время технологического цикла производства изделий сокращалось и совпадало с временем

приложения пульсирующего обжатия. При

этом процесс вакуумирования практически

не зависел от конфигурации пресс-форм.

Предлагаемый способ изготовления изделий из порошкообразной массы изостати- ческим прессованием позволяет снизить брак изделий за счет того, что вакуумирова- иие пресс-формы пооизводят равно- мер.мого обжатия массы неоднократным или

многократным приложением малого избыточного давления (долей от рабочего давления -прессования), когда за усадки массы образуется свободный зазор в пресс- форме, позволяющий беспрепятственное

удаление воздуха и взкуумирование по всему объему массы. Этому способствует оптимальная величина и режим начального изсстатического обжатия, обеспечивающего устойчивость сформованной массы,

Формула изобретения

1.Способ изостатического прессования фасонных изделий из порошков, преимущественно огнеупорных, включающий заполнение порошком полости эластичной о-оолочки, вакуумирование полости и приложение к поверхности эластичной оболочки изостатического рабочего давления, о т л ичающийся тем, что, с целью снижени брака изделий, перед вакуумированием OLT ществляют приложение давления, равного 0,15-17% от рабочего, и его сброс.

2.Способ поп, 1,отличающийся тем, что приложение и сброс давления осуществляют многократно величиной 0,15- Ю-% от рабочего давления и с частотой приложения и сброса 0.2-2 раза в секунду с одновременным вакуумированием.