Процесс формования изделий с помощью холодного изостатического прессования в порошковой металлургии — презентация

Прессование в пресс-формах

Прессование в пресс-формах наиболее распространено в связи с тем, что оно обеспечивает получение деталей, которые практически не подвергаются механической обработке.

Прессование в пресс-формах может быть односторонним и двухсторонним. Одностороннее прессование применяется при изготовлении изделий простой конфигурации, у которых отношение длины или высоты к диаметру или толщине не превышает 3.

Размеры прессуемого изделия в направлении, перпендикулярном направле6нию прессования, определяются размерами полости пресс-формы и являются для данной пресс-формы стабильными. Размер в направлении прессования (по высоте) может меняться при каждом очередном прессовании.

Получение изделия заданной высоты можно обеспечить либо прессованием с использованием ограничителей высоты (так называемое прессование до упора), когда ход плунжера пресса ограничивается специальными ограничителями, либо путем контроля давления прессования по индикатору или манометру. Прессование до упора обеспечивает высокую производительность и получение изделий с размерами, которые зависят от колебаний характеристик порошка вследствие влияния последних на упругое последействие. Метод прессования по давлению основывается на наличии точного соответствия между приложенным давлением и плотностью спрессованного брикета для каждого сорта порошка.

Операция прессования из-за специфических особенностей накладывает ограничения на форму и размеры прессуемых изделий. Например, невозможно получить изделия с боковыми впадинами, которые приходится изготавливать дополнительной механической обработкой. Отверстия, перпендикулярные направлению прессования, необходимо высверливать после операций прессования и спекания.

Наиболее распространенными видами брака спрессованных брикетов являются расслойные трещины (расслой) и осыпание граней. Причинами расслоя являются неправильный режим прессования (высокое давление прессования при использовании непластичных порошков с большим упругим последействием), неправильная конструкция пресс-формы и плохо обработанные стенки её, неравномерная засыпка шихты в полость матрицы и другие факторы.

При горячем прессовании используются графитовые пресс-формы или пресс-формы из жаропрочных сталей. В этом случае процесс прессования обычно совмещается со спеканием, так как применяемые температуры горячего прессования составляют 0,5 – 0,8 от Т_пл. основного компонента смеси.

Мундштучное прессование

Мундштучным прессованием называют формование заготовок путем продавливания смеси порошка с пластификатором через отверстие в матрице.

При мундштучном прессовании можно продавливать через мундштук либо смесь порошка со связкой, либо предварительно спрессованную заготовку, которую перед продавливанием подогревают.

В качестве пластификатора применяют парафин, поливиниловый спирт, крахмал, бакелит. Мундштучное прессование эффективно при производстве прутков, труб, уголков и других больших по длине изделий из плохо прессуемых материалов, в том числе тугоплавких металлов и соединений, твердых сплавов и других.

Формула изобретения

1. Способ горячего прессования порошков тугоплавких металлов, преимущественно молибдена и вольфрама, включающий засыпку порошка в пресс-форму, его горячее прессование и извлечение полученного изделия, отличающийся тем, что горячее прессование порошка осуществляют в атмосфере инертного газа, при этом порошок нагревают до температуры рекристаллизации тугоплавкого металла, затем в температурном интервале рекристаллизации тугоплавкого металла одновременно с ростом температуры прикладывают давление, величина нарастания которого плавно изменяется до максимального значения, далее осуществляют нагрев при этом давлении до окончательной температуры горячего прессования и изотермическую выдержку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при горячем прессовании порошка молибдена предпочтительно нагревают его до температуры рекристаллизации 900°С со скоростью 90 град./мин, затем в температурном интервале рекристаллизации 900÷1250°С одновременно с ростом температуры со скоростью 60 град/мин прикладывают давление 0÷10 МПа со скоростью 2 МПа/мин, далее при этом давлении проводят нагрев до окончательной температуры горячего прессования 1500°С со скоростью 150 град/мин и выдержку 10÷15 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при горячем прессовании порошка вольфрама предпочтительно нагревают его до температуры рекристаллизации 1100°С со скоростью 90 град./мин, затем в температурном интервале рекристаллизации 1100÷1450°С одновременно с ростом температуры со скоростью 60 град/мин прикладывают давление 0÷10 МПа со скоростью 2 МПа/мин, далее при этом давлении проводят нагрев до окончательной температуры горячего прессования 1700°С со скоростью 150 град/мин и выдержку 10÷15 мин.

8.12. Роторные прессы и линии

В
роторных линиях и роторных прессах
транспортные операции совмещены с
технологическими, что обеспечивает
максимально возможную производительность.
Для прессования это засыпание порошка,
его прессование, извлечение заготовки
из формы. В прессах прессующий механизм
перемещается вместе с формой и прессуемым
порошком. Такие прессы применяют для
массового производства, например, для
прессования таблеток при производстве
конденсаторов. Устройство достаточно
сложное. Необходима высокая надежность,
поскольку при такой большой
производительности цена простоя тоже
оказывается очень высокой. Такие прессы
трудно перестраивать на новые изделия.
СЛИШКОМ БОЛЬШАЯ производительность
будет приводить к длительным простоям.

РОТОРНО–КОНВЕЙЕРНЫЕ
ЛИНИИ
(РКЛ),
комплекс рабочих машин, транспортных
устройств и приборов, объединенных
системой автоматического управления,
предназначенный для производства
дискретных изделий, в котором одновременно
с обработкой объекта происходит его
непрерывное перемещение.

РКЛ
– наиболее развитая совокупность
технологических роторных машин; ее
более простые представители –
технологические роторные автоматы и
автоматические роторные линии – широко
применяют в промышленности. РКЛ включают
несколько роторных машин, соединенных
между собой транспортными роторами и
конвейерами (рисунок ниже) и работающих
в едином рабочем цикле, а также системы
привода и управления.

Схема
роторно–конвейерной линии для горячего
литья парафиновых шликеров:

а
–
заготовки из отвакуумированного и
охладенного шликера; б
–
инжекционный цилиндр; в
– пресс–форма;
г
–
изделия; 1– бункер; 2 – ротор дозирования;
3 – ротор смыкания пресс–форм; 4 – ротор
инжекции; 5, 6 – роторы охлаждения; 7 –
ротор размыкания пресс–форм; 8 – ротор
съема изделий; 9, 14 – конвейеры возврата
пресс–форм и инжекционных цилиндров;
10–13, 15 – транспортные роторы.

В
каждой роторной машине выполняется
определенная операция процесса,
реализуемого в РКЛ. Такая машина состоит
из ротора, закрепленного на валу, систем
исполнительных органов, блокодержателей
для крепления инструментальных блоков
и блоков технологических орудий
(инструментов), расположенных по
окружности ротора. При необходимости
в машине может выполняться автоматический
контроль состояния инструмента (например,
его износ) и (или) качества выполнения
операции (например, определяется масса
изделия, его характерные размеры и т.
п.); при нарушении регламента производится
соответствующая замена инструмента
или отбраковка изделия.

Производительность
РКЛ (шт/ч):

П
= 3600k_иu/s,

где
k_и
–
коэффициент использования (обычно 0,8 –
0,9); u
–
скорость перемещения объектов обработки
транспортными роторами, м/с; s
–
шаг инструментальных блоков, м.

Похожие патенты SU1470455A1

Изостатическое прессование

Изостатическое прессование представляет собой процесс неустановившегося течения. Поэтому экстремальное свойство действительного поля скоростей, рассмотренное выше, пригодно для определения поля скоростей и значения давления на каждом шаге.
 

Изостатическое прессование основано на всестороннем обжатии засыпанного в эластичную форму пресс-порошка или предварительно оформленнвй каким-либо способом заготовки Жидкостью или сжатым газом. Изостатическое прессование в резиновой форме путем приложения гидростатического давления жидкости обычно называют гидростатическим прессованием. Этот способ применяется для оформления заготовок некоторых видов изоляторов, пьезокерамических элементов и других подобных изделий. Он обеспечивает получение плотных и однородных заготовок.
 

Изостатическое прессование обеспечивает всестороннее сжатие прессуемого изделия и, следовательно, наиболее равномерное распределение плотности по его объему. Сыпучий материал заполняет внутренний канал резиновой втулки, прессующие пуансоны создают давление и на материал, и на торцы втулки. При воздействии осевого давления на резиновую втулку происходит всестороннее обжатие таблетки. Для этой цели может применяться также пуансон телескопической конструкции.
 

Изостатическое прессование обеспечивает получение плотных и однородных заготовок.
 

Изостатическое прессование приобрело особое значение после создания свободносыпучих марок суспензионного ПТФЭ, Эти марки позволяют получать тонкие изделия ( до 1 мм) и упрощать трудоемкую операцию заполнения формы порошком. Изостатическое прессование применяется для получения малых и больших сосудов, труб большего диаметра, трубной арматуры и фасонных изделий сложной формы. В конце 1960 — х начале 1970 — х гг. созданы новые установки для изостатического прессования, которые позволили существенно улучшить этот процесс и повысить его экономические показатели. Для ряда изделий производительность изостатического прессования значительно превышает этот показатель для других способов переработки.
 

Способ изостатического прессования дает удовлетворительные результаты при футеровании сравнительно крупногабаритных изделий. На рис. 21 приведена схема прессования царг реактора ( хлоратора) на одном из предприятий.
 

Использование изостатического прессования позволяет получить ряд преимуществ по сравнению с прессованием порошков в жестких пресс-формах.
 

При изостатическом прессовании на поверхности тела задано равномерное нормальное давление pt — pn, где щ — направляющие косинусы внешней нормали.
 

НИЕ — изостатическое прессование, при к-ром в качестве рабочей среды используют жидкость: воду или масло ( при холодном Т.п.), расплавл. Холодное Г.п. ведут при давлении рабочей жидкости 300 — 1500 МПа, горячее — 150 — 500 МПа.
 

Затруднительным моментом изостатического прессования является удаление воздуха при прессовании ( особенно при изготовлении толстостенных блоков), который заключен в частицах и между частицами порошка ПТФЭ.
 

Сущность метода изостатического прессования заключается в формовании порошка фторопласта-4 гибким формующим элементом — эластичной ( резиновой) камерой. При футеровке изделий фасонного профиля внутрь изделия вставляется резиновая камера, повторяющая профиль внутренней полости изделия, но меньшего диаметра. На рис. 19 показана схема прессования фторопласта-4 при футеровке стального тройника.
 

Изготавливают способом изостатического прессования, предназначены для перекрытия струи металла, поступающего в кристаллизатор из промежуточного ковша.
 

Совершенствование конструкций установок изостатического прессования в течение последних 5 — 8 лет проводилось в двух основных направлениях. Первое направление связано с совершенствованием сосудов высокого давления. Были разработаны автоматические быстрозакрывающиеся механизмы, позволяющие быстро закладывать и извлекать обрабатываемые детали, в которых нашли широкое применение прерывистая резьба, затворы игольчатого типа и безрезьбовые затворы ( закрепляемые обоймой), применяемые в дополнение к обычным резьбовым гидравлическим затворам.
 

Изготовление и применение изделий изостатического прессования наиболее проблематично в огнеупорах: как правило, процесс изготовления менее механизирован, чем, к примеру, стандартных размеров кирпича, а соответственно, дороже; стойкость изделий для металлопровод-ки намного ниже, а ущерб неправильного использования значительнее.
 

Такое топливо для ТЭП получают изостатическим прессованием порошков с последующим спеканием.
 

Изостатическое прессование

Изостатическим называют прессование в эластичной оболочке под действием всестороннего сжатия. Если сжимающее усилие создается жидкостью, прессование называют гидростатическим, а если газом – газостатическим.

При гидростатическом прессовании порошок засыпается в резиновую оболочку, помещают её в рабочую камеру гидростата, в которой создают требуемое давление жидкостью с помощью насоса высокого давления.

В качестве жидкости может использоваться масло, вода, глицерин. При этом виде прессования почти отсутствует трение частиц порошка о стенки оболочки, так как те из них, которые прилегают к оболочке, перемещаются вместе с ней. Равенство и равномерность сжимающих усилий во всех направлениях приводит к тому, что боковое давление равно единице. Плотность различных участков получаемой прессовки практически одинаково.

Порошок, находящийся в оболочке, до приложения к нему давления подвергают вибрации для обеспечения равномерной плотности засыпки и дегазации, так как воздух, имеющийся в порах засыпки, будет препятствовать уплотнению.

Гидростатическим прессованием получают цилиндры, трубы, шары и другие изделия. К недостаткам гидростатического прессования следует отнести трудности получения брикетов размерами близкими к заданным и необходимость применения механической обработки при изготовлении изделий точных форм и размеров, а также низкую производительность процесса.

Газостатическое прессование пока не получило широкого распространения из-за сложности конструкций прессующих устройств. Оно может проводится при комнатной температуре или при повышенных температурах. Прессование при высоких температурах совмещается с процессом спекания и позволяет получать изделия практически любых материалов с относительной плотностью, близкой к теоретической.

Динамическое формование

Динамическое формование представляет собой процесс прессования с использованием импульсных нагрузок или вибрации. Отличительной чертой такого формования является высокая скорость приложения нагрузки к уплотняемому порошку. В связи с этим его часто называют высокоскоростным.

В качестве источника энергии используют энергию взрыва заряда взрывчатого вещества, ударную волну высокой интенсивности, возникающую при разряде аккумулированной электрической энергии и воздействующую на материал через жидкость, энергию сжатого газа, вибрацию.

При взрывном формовании энергия взрыва сообщает определенную скорость устройству, ударяющему по прессующему пуансону, либо передается на прессуемый порошок через жидкость, либо воздействует на прессуемый порошок, заключенный в эластичную оболочку или тонкостенный металлический контейнер. Такой высокоскоростной вид прессования приводит к выделению тепла и нагреву контактных межчастичных участков, что облегчает процесс деформирования. В результате плотность заготовок достигает большего значения, чем при обычных методах прессования низкоскоростными нагрузками.

Разновидностью динамического формования является динамическое горячее прессование (метод ДГП). Метод основан на предварительном холодном формовании пористой заготовки из порошковой шихты заданного состава, её последующем кратковременном нагреве и допрессовки динамическими нагрузками. Этот метод позволяет получать практически беспористые изделия точных размеров и с высокой чистотой поверхности.

При вибрационном формовании используется эффект благоприятного воздействия вибрации на процесс уплотнения, что связано с разрушением межчастичных связей и улучшением взаимоподвижности частиц. В результате достигается плотная укладка частиц при меньших давлениях прессования и обеспечивается высокая равномерность распределения плотности по объёму заготовки.

Энергия вибрирования расходуется на преодоление инерции и упругого сопротивления вибрирующей системы и на преодоление инерции, сил трения и сцепления уплотняемого порошка. В случае уплотнения порошка небольшой массы основную роль играют инерция и упругие свойства системы. Поэтому для обеспечения наиболее выгодного режима уплотнения следует выбирать частоту вибрирования ближе к собственной частоте колебаний системы. При уплотнении больших масс порошка основную роль будут играть собственная частота колебаний слоя частиц и силы связи между ними. Поэтому частоту вибрирования выбирают ближе к резонансной или по отношению к вибрирующей системе, или по отношению к уплотняемой массе порошка. При правильном выборе частоты, ускорения и амплитуды вибрирования плотность и прочность прессовок выше, чем при статическом прессовании.

Во всех случаях, требующих высоких давлений при статическом прессовании применение вибрирования будет выгодным. Наиболее эффективно применение вибрации при прессовании порошков непластичных и хрупких металлов, к которым высокие статические давления не могут быть приложены из-за происходящего при этом разрушения брикетов.

Способы изготовления пресс-порошков

Для получения пресс-порошков на основе твердых фенолоформальдегидных олигомеров применяют вальцовый или экструзионный способ (сухие способы), а на основе жидких эмульсий и растворов олигомеров — эмульсионный или лаковый способ (мокрые способы).

В промышленности наибольшее распространение получил вальцовый способ, однако весьма перспективным является и экструзионный метод.

Вальцовый способ

Производство новолачных и некоторых быстро вальцующихся резольных пресс-порошков осуществляют по непрерывному способу (рис. 1). В случае экструзионного способа в качестве основного агрегата вместо вальцов применяют экструдер. Технологический процесс производства вальцовым или экструзионным способом включает стадии подготовки сырья, смешения компонентов, пластикации массы, размола и стандартизации материала. Пластикацию проводят на вальцах или в экструдере.

На этой стадии наряду с гомогенизацией смеси происходит дальнейшая поликонденсация олигомеров с частичным переходом их в стадию резитола. Температурный режим процесса выбирается таким образом, чтобы олигомеры могли расплавиться и хорошо пропитать наполнитель и другие компоненты смеси (около 130°С в конце пластикации массы). Продолжительность пластикации резольных порошков в среднем в 2—3 раза выше, чем новолачных, что объясняется более высокой скоростью их перехода под действием уротропина в стадию резитола.

Некоторые марки новолачных и резольных порошков, требующие длительного вальцевания, готовят периодическим вальцовым способом. Этот способ включает те же стадии, что и непрерывный. Отличие состоит в том, что композиция на вальцы подается вручную. Кроме того, продолжительность вальцевания, которая контролируется по текучести и внешнему виду изделий, отпрессованных из провальцованной массы, может изменяться в широких пределах. Периодическим вальцеванием готовят порошки на основе термореактивных крезолоформальдегидных олигомеров, совмещенных с термопластичными полимерами, особенно с поливинилхлоридом, или при использовании плохо пропитывающихся наполнителей (слюда, асбест, виброизмельченный кокс и др.).

Экструзионный способ

Этот способ в отличие от вальцового обеспечивает более высокое качество получаемых пресс-материалов за счет однородности порошка и хорошей пропитки наполнителей. Хорошая герметизация оборудования обеспечивает и лучшие санитарно-гигиенические условия труда. Достоинство этого способа заключается также в возможности легкого перехода с производства пресс-материала одной марки, на другую.

Поэтому экструзионный метод изготовления пресс-порошков является более перспективным, чем вальцовый.

Эмульсионный способ

Основан на пропитке наполнителя водоэмульсионными олигомерами. Существенным недостатком этого способа является применение нестандартных по вязкости олигомеров, содержащих значительное количество свободного фенола и низкомолекулярных соединений. Способ малопроизводителен, его трудно оформить в виде непрерывного процесса, поэтому практически он утратил свое значение.

Лаковый способ

заключается в пропитке наполнителя и других компонентов в смесителе растворами новолачных или резольных олигомеров в спирте или его смесях с другими растворителями. Пропитанную массу высушивают в вакууме при 60— 75 °С. Вследствие больших расходов растворителя, относительно низкого качества пропитки и неравномерности сушки получаемого материала этот способ в настоящее время находит лишь ограниченное применение.

10 Изотермическая штамповка

В
последние годы процесс горячей
изотермической штамповки находят все
большее применение при изготовлении
точных штампованных заготовок из
титановых сплавов, как правило, для
производства сложноконтурных деталей,
которые имеют широкие полотна, высокие,
тонкие ребра при повышенных требованиях
к структуре, механическим свойствам,
определяющим курс и эксплутационную
надежность изделия. К таким деталям
относятся лопатки, наиболее массовые
и ответственные элементы современных
двигателей. Традиционные способы горячей
штамповки в холодном или подогретом до
невысоких температур инструменте,
проводимые на кривошипных или винтовых
прессах со сравнительно высоким (до 1,5
м/с ) скоростями, характеризуются высокими
удельными усилиями деформирования,
пониженной технологической пластичностью,
заметной неоднородностью структуры и
механических свойств по сечению детали
и низким качеством поверхности, что,
как правило, приводит к значительным
припускам на механическую обработку.

Перечисленными
требованиями наиболее полно удовлетворяют
процессы, основанные на изотермических
условиях деформирования, проводимые
на гидравлических прессах со сравнительно
небольшими (до 20 мм/с) скоростями
деформирования, при которых обеспечивается
стабильность важнейшего элемента
технологии горячей обработки давлением
— температуры деформации. Благодаря
стабильности температуры обрабатываемой
заготовки на всем технологическом цикле
штамповки в каждом конкретном случае
можно назначать оптимальный
термомеханический режим обработки, то
есть наиболее выгодное сочетание
температуры, скорости и величины
деформации, чем достигается резкое
снижение усилия деформации при штамповке
деталей малых толщин, повышение
пластичности материала и степени
однородности деформации, возможность
активно влиять на механические свойства
изделия.

Процессы
изотермического деформирования
отличаются от обычных традиционных
способов горячей штамповки тем, что
формоизменение нагретой заготовки
осуществляют в инструменте, нагретом
до температуры деформации. Термин “
изотермическое деформирование “,
получивший распространение в нашей
стране и за рубежом, отражает условия
процесса, а не температуру штампуемого
металла, которая при деформировании
может повышаться вследствие теплового
эффекта пластической деформации. Однако
охлаждение заготовки в процессе ее
деформирования практически исключается
. В настоящее время горячее деформирование
в изотермических условиях эффективно
применяют на различных стадиях
производства заготовок лопаток,
включающих предварительное перераспределение
металла исходной цилиндрической
заготовки, штамповку и правку- калибровку.
Освоенная в настоящее время в отрасли
технология точной изотермической
штамповки заготовок компрессорных
лопаток обеспечивает снижение припуска
на механическую обработку профиля пера
в 4-5 раз по сравнению с обычными методами
штамповки на молотах и кривошипных
горячештамповочных прессах.

Изотермическое
формообразование заготовок деталей
(ГТД) находит

все
большее распространение благодаря ряду
преимуществ. Оно обеспечивает высокие
эксплуатационные свойства получаемых
деталей, заготовки по форме приближаются
к готовым изделиям. Пластическому
формообразованию по данному методу
можно подвергнуть любые труднообрабатываемые
материалы. В настоящее время освоены и
внедрены в серийное производство
технологические процессы точной
изотермической штамповки заготовок
компрессорных лопаток практически из
всех промышленных титановых сплавов
(ВТ-1; ВТ-9; ВТ-18; ВТ-20 и др.).

Оборудование для холодного изостатического прессования порошков или их смесей в заготовки

Изостатическое прессование требует сосудов высокого давления (СВД), в которых создают давление сжатой жидкости, приложенное либо непосредственно к обрабатываемому объекту, либо к поверхностям капсулы, наполненной порошком. Проблемы безопасности были решены созданием установок, в которых радиальные усилия принимаются цельнокованым стальным цилиндром, предварительно напряженным километровой намоткой прочной стальной проволоки, а осевые усилия передаются двумя подвижными крышками на внешнюю раму, которая также находится в предварительно напряженном состоянии, созданном навитой проволокой. Отрицательные предварительные напряжения в СВД, созданные навитой проволокой, рассчитаны так, чтобы наиболее ответственные составляющие прессов (СВД и рама) находились в несколько сжатом состоянии даже в том случае, когда внутри сосуда создают максимальное давление.

Плотность и прочность неспеченного материала обеспечивает возможность его обработки в сыром состоянии. Сжатие однородного материала до спекания снижает стоимость дальнейшей обработки. Конечный продукт имеет широкий спектр применения в связи с изотропными свойствами.

Можно выделить несколько основных направлений использования холодного изостатического прессования:

• Производство изделий конечной формы из карбида вольфрама.
• Производство огнеупорной керамики.
• Производство жаропрочных материалов.
• Производство предварительно отформованных графитовых заготовок.
• Обработка тяжелых металлов.
• Предварительное компактирование керамики.
• Производство тонкокерамических изделий.
• Производство металлических фильтров.
• Предварительное компактирование металлических порошков.
• Производство предварительно отформованных бериллиевых заготовок.
• Производство изделий из редкоземельных металлов.
• Предварительно отформованных графитовых заготовок.
• Производство политетрафторэтиленовых соединений и тефлона.

Процесс изостатического прессования характеризуется возможностью изготовления широкого спектра деталей различных сфер применения; а также, крупных деталей, с большим диаметром и высотой; деталей сложной формы, таких как сопло, труба, фильтр, изолятор.

Схема холодного изостатического прессования способом «мокрого мешка»: 1 – верхний затвор; 2 – контейнер высокого давления; 3 – жидкость; 4 – порошок; 5 – эластичный мешок; 6 – перфорированный короб; 7 – нижний затвор; 8 – магистраль высокого давления; 9 – магистраль слива жидкости.

Как правило, методами CIP компактируются вещества, которые по различным причинам не могут быть подвергнуты непосредственному газостатированию при высокой температуре. В частности, этот процесс необходим для изделий из порошковых материалов, которые в дальнейшем спекаются при одноосном сжатии, получая выделенное направление в объеме материала, достигая контролируемой анизотропии свойств.

От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.