Приготовление смеси для изготовления деталей

Для обеспечения оптимальной плотности засыпки и прессуемости порошков необходимо определенное соотношение размеров их частиц. С этой целью порошки сначала разделяют (классифицируют) просеиванием, седиментацией и воздушной сепарацией, а затем смешивают в необходимой пропорции. Диапазон размеров частиц очень велик и может быть от десятых долей микрометра до десятых долей миллиметра.

Порошки с размерами частиц 50 мкм и больше разделяют по группам просеиванием на ситах, более мелкие — воздушной сепарацией. В металлические порошки вводят технологические присадки различного назначения: пластификаторы (парафин, стеарин, олеиновую кислоту и др.), облегчающие процесс прессования и получения заготовки высокого качества; легкоплавкие присадки, улучшающие процесс спекания, и различные летучие вещества для получения деталей с заданной пористостью. Для повышения текучести порошок иногда предварительно гранулируют. Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мельницах и других смешивающих устройствах. Предварительную механическую или термическую обработку (например, отжиг) применяют для повышения пластичности и прессуемости.

Способы формообразования заготовок и деталей

При формовании осуществляется консолидация порошков с одновременным формообразованием деталей (прессовок) и их уплотнением. Детали получают холодным прессованием в пресс-формах, горячим прессованием, продольной, поперечной или поперечно-винтовой прокаткой, методами, применяемыми при формовании полимерных материалов: экструзией и литьевым прессованием, а также гидростатически с уплотнением, когда порошок помещают в герметичную деформируемую оболочку (чаще из резины) и уплотняют при всестороннем давлении жидкой среды. В других случаях порошки насыпают в форму или на поверхность без применения повышенного давления, например для припекания к поверхности изделия порошкового слоя с целью защиты от коррозии. Масса различных прессовок колеблется в широких пределах — от долей грамма до тонны и более. Из названных способов формования самым распространенным является холодное прессование в закрытых пресс-формах с последующим спеканием прессовок.

Холодное прессование

Суть метода можно пояснить схемой, показанной на рис. 8.1. Процесс включает в себя объемное или массовое дозирование порошка 3, его засыпку в пресс-форму 2, собственно прессование пуансоном 1 (рис. 8.1, а) на гидравлическом или механическом прессе и удаление прессовки из пресс-формы.

Рис. 8.1. Схемы холодного прессования:

а — одностороннее; б — двухстороннее Конфигурация поверхностей пресс-формы — матрицы, пуансонов, стержней — должна определять заданную форму прессовки, которая близка к готовой детали. Давление прессования составляет 200−1000 МПа в зависимости от требуемой плотности, размеров, формы детали, вида порошка и других факторов.

В процессе прессования деформируются или разрушаются отдельные частицы, увеличивается контакт между ними, уменьшаются занимаемый порошком объем и пористость. Изменение объема происходит в результате смещения и деформации отдельных частиц и связано с заполнением пустот между ними и заклиниванием — механическим сцеплением. Прочность получаемой заготовки обеспечивается силами механического сцепления частиц порошка, электростатическими силами притяжения и трения. С увеличением давления прессования прочность возрастает. Давление распределяется неравномерно по высоте прессуемой заготовки из-за влияния сил трения порошка о стенки пресс-формы, бокового давления и других факторов. Это является причиной получения заготовок с различной прочностью и пористостью по высоте. В зависимости от габаритных размеров и сложности прессуемых заготовок применяют однои двустороннее прессование.

Односторонним прессованием (см. рис. 8.1, с) изготовляют заготовки простой формы с отношением высоты к диаметру меньше единицы и типа втулок с отношением диаметра к толщине стенки меньше трех, вследствие чего обеспечивается равномерная плотность. Двухсторонним прессованием (рис. 8.1, б) получают заготовки сложной формы, при этом требуемое давление для получения равномерной плотности уменьшается на 30−40%. Этот метод получил наибольшее признание, так как обеспечивает более благоприятное распределение металла и более высокую плотность по сравнению с односторонним прессованием.

При извлечении детали из пресс-формы ее размеры увеличиваются. Упругое последействие в направлении прессования составляет 0,3−0,5%, в перпендикулярном — 0,1−0,2%. Это явление необходимо учитывать при расчете исполнительных размеров пресс-форм.

Использование вибрационного прессования позволяет резко (в 50−100 раз) уменьшить потребное давление. Рабочие детали пресс-форм изготовляют из инструментальных сталей марок типа ХВГ, 9ХС, У8, У10, Р9, Р18, Р6К5 и твердых сплавов марок ВК-8 и ВК-15.

Пресс-формы стоят дорого, поэтому изготовление прессовок в них является экономически целесообразным в условиях крупносерийного и массового производства, когда окунается их стоимость и стоимость технологического оборудования. Нормальный срок службы пресс-форм 20−60 тыс. прессовок. Наиболее характерно изготовление деталей массой до 1 кг. На рис. 8.2 приведены примеры деталей, полученных из металлических порошков методом холодного прессования.

Рис. 8.2. Образцы деталей, полученных холодным прессованием.