Формообразование заготовок из порошковых материалов

Высокоскоростные методы штамповки

Особенностью таких методов является высокая скорость деформирования в соответствии с высокими скоростями преобразования энергии. Кратковременное приложение больших усилий разгоняет заготовку до скоростей 150 м/с. Последующее ее деформирование происходит за счет накопленной в период разгона кинетической энергии. Основными разновидностями высокоскоростной листовой штамповки являются: штамповка взрывом, электрогидравлическая и электромагнитная штамповка (Рисунок 81).

Рисунок 81 а- электрогидравлическая, б – электромагнитная штамповка

Штамповка взрывом осуществляется в бассейнах, наполненных водой (Рисунок 81 а). Заготовку 3, зажатую между матрицей 5 и прижимом 4 опускают в бассейн с водой 2. Полость матрицы под заготовкой вакуумируется при помощи вакуумной линии 6. Заряд с детонатором 1 подвешивают в воде над заготовкой. Взрыв образует волну высокого давления, которая, достигая заготовки, вызывает ее разгон. Процесс штамповки длится тысячные доли секунды, а скорости перемещения заготовки соизмеримы со скоростями распространения пластических деформаций в металле. При штамповке взрывом не требуется дорогостоящего прессового оборудования, конструкция штампа крайне проста.

Электрогидравлическую штамповку также осуществляют в бассейне с водой. Ударная волна, разгоняющая заготовку, возникает при кратковременном электрическом разряде в жидкости. Мощный искровой разряд подобен взрыву. В результате разряда в жидкости возникает ударная волна, которая, дойдя до заготовки, оказывает на нее сильное воздействие и деформирует ее по матрице.

При электромагнитной штамповке (Рисунок 81 б) электрическая энергия преобразуется в механическую за счет импульсного разряда батареи конденсаторов через соленоид 7, вокруг которого при этом возникает мгновенное магнитное поле высокой мощности, наводящее вихревые токи в трубчатой токопроводящей заготовке 3. Взаимодействие магнитных полей вихревых токов с магнитным полем индуктора создает механические силы, деформирующие заготовку. Для электромагнитной штамповки трубчатых и плоских заготовок созданы установки, на которых можно проводить обжим, раздачу, формовку и операции получения неразъемных соединения деталей.

Заготовки из порошковых материалов получают прессованием (холодным, горячим), изостатическим формованием, прокаткой и другими способами.

При холодном прессовании в пресс-форму засыпают определенное количество подготовленного порошка и прессуют пуансоном.

В процессе прессования увеличивается контакт между частицами, уменьшается пористость, деформируются или разрушаются отдельные частицы. Прочность получаемой заготовки достигается благодаря силам механического сцепления частиц порошка электростатическими силами притяжения и трения. С увеличением давления прессования прочность заготовки возрастает. Давление распределяется неравномерно по высоте прессуемой заготовки из-за влияния сил трения порошка о стенки пресс-формы, вследствие чего заготовки получаются с различной прочностью и пористостью по высоте. В зависимости от размеров и сложности прессуемых заготовок применяют одно- и двустороннее прессование.

Односторонним прессованием получают заготовки простой формы с отношением высоты к диаметру, меньшим единицы, и заготовки втулок с отношением наружного диаметра к толщине стенки, меньшим трех.

Двустороннее прессование применяют для формообразования заготовок сложной формы. После заполнения пресс-формы порошком к верхнему пуансону с помощью гидропресса прикладывают давление для предварительного прессования. Затем гидропривод выключают и удаляют подкладку. В дальнейшем в процессе прессования участвуют оба пуансона. В этом случае требуемое давление для получения равномерной плотности снижается на 30…40 %. Использование вибрационного прессования позволяет в десятки раз уменьшить требуемое давление.

В процессе прессования частицы порошка подвергаются упругому и пластическому деформированию. После извлечения заготовки из пресс-формы ее размеры увеличиваются в результате упругого последействия.

При горячем прессовании технологически совмещаются прессование и спекание заготовки. Температура горячего прессования составляет обычно 0,6…0,8 температуры плавления порошка. Благодаря нагреву уплотнение протекает гораздо интенсивнее, чем при холодном прессовании. Это позволяет значительно уменьшить необходимое давление. Горячим прессованием получают материалы, характеризующиеся высокой прочностью и однородностью структуры. Этот способ применяют для таких плохо прессуемых композиций, как тугоплавкие металлоподобные соединения (карбиды, бориды, силициды).

Изостатическое (всестороннее) формование применяют для получения крупногабаритных заготовок с массой до 500 кг и более. Отсутствие потерь на внешнее трение и равномерность давления со всех сторон дают возможность получать необходимую плотность заготовок при давлениях, значительно меньших, чем при прессовании в закрытых пресс-формах.

При гидростатическом формовании (Рисунок 82Рисунок 82) на порошок 3, заключенный в эластичную оболочку 2, передается давление с помощью жидкости, находящейся в сосуде высокого давления 1. В качестве рабочей жидкости используют масло, глицерин, воду и т.д.

Рисунок 82 Схема гидростатического формования

Прокатка – наиболее производительный и перспективный способ переработки порошковых материалов. Характерной особенностью является высокая степень автоматизации и непрерывность прокатки. Схема прокатки представлена на Рисунок 83.

Рисунок 83 Схема прокатки порошков

Порошок непрерывно поступает из бункера 1 (Рисунок 83 а) в зазор между валками. При вращении валков 3 происходит обжатие и вытяжка порошка 2 в ленту или полосу 4 определенной толщины. Прокатка может быть совмещена со спеканием и окончательной обработкой получаемых заготовок. В этом случае лента проходит через печь для спекания, а затем снова подвергается прокатке для получения листов заданных размеров. Применяя бункеры с перегородкой (Рисунок 83 б) изготавливают ленты из разных материалов (двухслойные). Применение валков определенной формы позволяет получать валки различного профиля, в том числе и проволоку.

Список литературы:

А.И.Целиков Теория расчета усилий в прокатных станах. М.Металлургиздат, 1962, 494с.

А.И.Целиков, В.В.Смирнов Прокатные станы. М.Металлургиздат, 1958,432с.

В.В.Жолобов, Г.И.Зверев Прессование металлов. М.Металлургия, 1971,455с.

И.К.Суворов Обработка металлов давлением. М.Высшая школа, 1980,364с.

К.Н.Скобников и др. Технология металлов и других конструкционных материалов. М.Машиностроение,1972,520с.

1 ВВЕДЕНИЕ. 1

2 Пластическая деформация металла при прокатке. 7

2.1 Механизм пластической деформации. 7

2.2 Элементы теории напряжений. 10

2.2.1........................................................................ Линейное сжатие. 10

2.2.2 Сжатие по двум перпендикулярным направлениям (одноименная схема). 14

2.2.3 Сжатие - растяжение по двум перпендикулярным направлениям (разноименная схема). 17

2.3 Схемы напряженного и деформированного состояний. 20

2.4 Энергетическое условие пластичности. 23

3 Величины, характеризующие пластическую деформацию. 26

4 Наклеп и рекристаллизация. 28

5 Основы теории прокатки. 31

5.1 Скорость деформации. 31

5.2 Внешнее трение. 33

5.3 Захват металла валками. 37

5.4 Кинематика процесса прокатки. 42

5.5 Поперечная деформация. 44

6 Характеристика прокатного производства. 45

6.1 Прокатные изделия. 45

7 Технологическая схема производства. 46

8 Исходный материал и его подготовка. 49

8.1 Температурные условия горячей прокатки. 50

8.2 Охлаждение металла. 50

9 Калибровка прокатных валков. 51

10 Определение энергосиловых параметров при прокатке. 55

11 Оборудование для прокатки. 58

12 Прессование металла. 62

13 Оборудование и инструмент для прессования. 67

13.1 Горизонтальные гидропрессы. 67

14 Определение усилия прессования. 73

15 Волочение металлов. 77

15.1 Волочильный инструмент. 80

15.2 Машины для волочения. Роликовые и сборные волоки. 80

15.3 Технология волочения. 83

15.4 Машины и оборудование для волочения. 84

15.4.1........................................ Прямолинейный волочильный стан. 85

15.4.2............................................ Барабанные волочильные станы. 86

15.5 Расчет усилий и потребной мощности при волочении. 89

16 Ковка. 92

16.1 Операции ковки. 93

16.1.1.................................................... Предварительные операции. 93

16.1.2.................................................................. Основные операции. 94

16.2 Оборудование для ковки. 100

16.3 Конструирование кованых заготовок. 101

17 Горячая объемная штамповка. 102

17.1 Формообразование при горячей объемной штамповке. 103

17.2 Чертеж поковки. 107

17.3 Технологический процесс горячей объемной штамповки. 109

17.4 Оборудование для горячей объемной штамповки. 111

17.4.1............................. Горячая объемная штамповка на молотах. 111

17.5 Геометрическая точность поковок, полученных на молотах. 113

17.6 Горячая объемная штамповка на прессах. 113

17.7 Штамповка на горизонтально-ковочных машинах. 115

17.8 Ротационные способы изготовления поковок. 117

17.9 Штамповка жидкого металла. 119

18 Холодная штамповка. 120

18.1 Объемная холодная штамповка. 121

19 Листовая штамповка. 126

19.1 Операции листовой штамповки. 128

19.2 Формообразующие операции листовой штамповки. 131

19.3 Высокоскоростные методы штамповки. 135

20 Формообразование заготовок из порошковых материалов. 137

[1] ПОЛИКРИСТАЛЛЫ (от поли... и кристаллы), агрегаты из большого числа маленьких кристаллических зерен, ориентированных друг относительно друга хаотически. Большинство твердых технических материалов являются поликристаллическими.

[2] МОНОКРИСТАЛЛ (от моно... и кристалл), твердое тело, состоящее из единственного кристалла с единой кристаллической решеткой.

[3] ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ физической системы, определяется в случае равновесия равновесными значениями ее параметров: температуры, давления, объема, концентраций компонентов, потенциалов и т. п.; неравновесное состояние характеризуется наличием в системе перепадов (градиентов) температуры, концентрации или др. параметров.

[4] металла, внутреннее строение зёрен, характеризуемое типом, количеством и взаимным расположением дефектов кристаллической решётки. В недеформированном металле зёрна состоят из блоков (субзёрен), развёрнутых друг относительно друга на углы порядка угловых минут; эти блоки разделены субграницами

[5] ПОЛИГОНИЗАЦИЯ 2-я стадия процесса возврата деформированного металла, протекающая при нагреве до 0,3-0,4 tпл. После больших деформаций полигонизация - как правило, начальная стадия рекристаллизации.

[6] Для чистых металлов t_рек = 0,4 Т_пл, для сталей - 600÷700, меди 450÷500

[7] РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ процесс роста одних кристаллических зерен поликристалла за счет других. Протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах.

[8] окисление границ зерен

[9] (нем. Flocken, буквально - хлопья), внутренние трещины в стальных поковках и прокатной продукции (иногда - в слитках или отливках), резко снижающие механические свойства стали. На протравленных шлифах Ф. выявляются в виде тонких волосовин, а в изломе закалённых образцов Ф. представляют собой овальные кристаллические пятна серебристо-белого цвета, отличающиеся от основной серой массы излома. Наибольшую склонность к поражению Ф. имеют легированные и углеродистые стали мартенситного и перлитного классов (конструкционные, подшипниковые, броневые, рельсовые и т.д.); в сталях аустенитного и карбидного классов (нержавеющие, быстрорежущие) эти дефекты не встречаются

[10] (от лат. ad - на, при и sorbeo - поглощаю), поглощение к.-л. вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела

Дата добавления: 2014-01-11