CC BY
15
УДК 621.726
В. Н. КОКОРИН, В. И. ФИЛИМОНОВ, Н. А. СИЗОВ, Д. П. ГРУЗДЕВ
СПОСОБ ПРЕССОВАНИЯ УВЛАЖНЁННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С НАЛОЖЕНИЕМ УЗ-ВОЗ ДЕЙСТВИЯ
Рассмотрены вопросы консолидации увлажнённых железосодержащих дисперсных материалов при обеспечении интенсивного структурообразования. Представлены экспериментачъные кривые уплотнения с наложением УЗ-воздействия. Определена стадийность уплотнения.
Ключевые слова: порошок, кривые уплотнения, стадийность прессования, УЗ-воздействие.
Развитие порошковой металлургии основывается в значительной мере на разработке и использовании новых прогрессивных технологий консолидации дисперсных металлов, направленных на существенную минимизацию остаточной пористости и создание благоприятной структуры материала.
Наиболее распространённым видом порошковой продукции конструкционного назначения, используемой в машино- и автомобилестроении, являются детали на стальной основе (углеродистые и легированные) общего назначения [1]. При этом потребность промышленности в конструкционных деталях составляет более 60% всей потребности в металлопорошковых изделиях.
Порошковые детали конструкционного назначения должны обладать высокой плотностью и прочностью, приближающимися к плотности и прочности деталей, изготовленных из проката и литья. Использование рациональных технологий уплотнения порошков, согласно данным [2], позволило повысить плотность наиболее распространённых порошковых материалов (на железной основе) до 7,4 г/см3, благодаря чему существенно расширилось их использование.
В. Н. Кокориным предложен способ прессования металлического порошка в присутствии жидкой фазы [3] при получении порошковых структур плотностью, приближенной к теоретической в результате перемещения одной из фаз структурнонеоднородного гетерофазного материала. Установлено, что при введении жидкости малой вязкости (например, воды, ацетона) в количестве 10... 15% массовой доли создаются условия формования высокоплотных деталей с остаточной пористостью, не превышающей 3%, что позволяет использовать эту технологию для изготовления сильно нагруженных изделий машиностроительного назначения.
О Кокорин В. Н., Филимонов В. И., Сизов Н. А., Груздев Д. П., 2012
Сотрудниками УлГТУ разработана также новая технология прессования увлажнённых механических смесей с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК) [4], позволяющая интенсифицировать процесс уплотнения дисперсных материалов. Выявлено, что при статическом уплотнении гетерофазных увлажнённых механических систем с наложением на дисперсную структуру внешнего ультразвукового (УЗ) воздействия в процессе уплотнения способствует равномерному распределению частиц порошка, вследствие чего общее напряжение деформируемого порошкового материала равномерно перераспределяется в прессовке. Распределение давления и плотности по объёму прессовки становится более равномерным из-за снижения пристенного трения, а за счёт снижения межчастичного трения достигается более плотная упаковка частиц порошка и соответственно более высокая плотность получаемого изделия. За счёт кавитации увеличивается растворимость воздуха, содержащегося в порах, в жидкой фазе механической смеси, в результате чего улучшается качество штампуемых изделий [5].
В представленных ниже исследованиях использовали разработанную авторами пресс-форму для прессования металлического порошка с наложением УЗК [6] (рис. 1).
В качестве источника УЗК использовали маг-нитострикционный вибратор с собственной частотой колебаний 18,6 кГц. Возбуждение вибратора производилось ламповым генератором мощностью 250 Вт. Заготовоки прессовали на испытательной машине УМ-50.
В качестве материала заготовок использовали железный распылённый порошок (табл. 1).
По экспериментальным данным построены графики изменения плотности структуры в процессе нагружения (кривые уплотнения) (рис. 2) и определена стадийность уплотнения методом фиксирования характерных этапов структурообразования [7] (рис. 3).
р
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - плита для крепления; 2 - матрица;
3 - деформирующий пуансон; 4 - прессуемый порошок; 5 - нижний пуансон; 6 - УЗ-концентратор;
7 - магнитострикционный преобразователь; 8 - подсоединение УЗ-генератора
Таблица 1
Железный порошок АНС 100.29 фирмы «Hбgaлas», Швеция
Химический состав, % не более
Л? С 02 при нагреве в Н2
Основа 0,024 0,17
Размер, мкм 250...200 200... 160 О о • • • --л >—А 71...45 Менее 45
Содержание, % 0...2 0...12 Ост. Ост. 10...30
Технологические свойства
Л Насыпная плотность, г/см Текучесть, с/50 г
2,95 25
Давление прессования, МПа Рис. 2. Экспериментальные кривые уплотнения: теоретическая плотность 7,85 г/см-’
зо
70
60
>5 О
а.
со
X
о
50
со
І
п;
о
і_
40
ЗО
20
10
0
-10
Рис. 3. Определение стадийности уплотнения методом фиксирования характерных этапов
структурообразования
Отмечено существенное отличие кривых, показанных на рис. 2, от кривых уплотнения увлажнённых гетерофазньгх механических смесей, приведённых в работе [4], а также изменение границ стадий уплотнения: на второй стадии наблюдается резкое увеличение плотности прессуемого изделия до 6,5 г/cмJ (при давлении 200 МПа), тогда как при прессовании без наложения УЗК такая плотность достигается лишь на третьей стадии (при давлении 550 МПа). Установленный эффект позволяет существенно снизить энергосиловые параметры используемого оборудования при изготовлении деталей конструкционного назначения. На пятой стадии прессования достигается плотность 7,69 г/см3, что по уровню приближается к компактным материалам.
При анализе кривой «Ре + вода + УЗК» отмечено её характерное подобие кривой «Ре + вода»: прослеживается наличии пяти чётко выраженных стадий уплотнения (см. рис. 3). Следует отметить, что характер кривых на участке, соответствующем прикладываемому давлению от О до 650 МПа, однотипен. Падение плотности на четвёртой стадии, характеризуемое увеличением распорных усилий со стороны заполняющей фазы (воздух + вода) в замкнутых порах на кривой «Ре + вода» начинается при давлении прессования 650 МПа, в то время как на кривой «Ре + во-
да + УЗК» падение плотности наблюдается лишь с 1100 МПа, характеризуя начало четвёртой стадии уплотнения, тем самым, увеличивая протяжённость третьей стадии.
Таким образом, предложенный способ прессования позволяет получать изделия, остаточная пористость которых составляет 1-2% от теоретической.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ермаков, С. С. Порошковые стали и изделия / С. С. Ермаков. - Л. : Машиностроение, 1990.-319 с.
2. Ермаков, С. С. Получение порошковых легированных сталей из стружки / С. С. Ермаков, В. В. Кокорин // Республиканская НТК «Охрана труда и прогрессивные технологические процессы в литейном производстве, порошковой металлургии и машиностроении». - Челябинск : ЧГУ, 1990-С. 5-6.
3. Патент 2399458 РФ. Способ прессования высокоплотных заготовок и деталей из металлического порошка в присутствии жидкой фазы / В. Н. Кокорин. Опубл. 20.09.2010. Бюл. № 26.
4. Теория и практика процесса прессования гетерофазных увлажнённых механических смесей на основе железа / А. И. Рудской, В. Н. Кокорин. В. И. Филимонов [и др.].- Ульяновск : УлГТУ, 2012.-246 с.
5. Кокорин, В. Н. Способ прессования увлажнённых порошков с использованием УЗК /
Давление прессования, МПа
В. Н. Кокорин, II. А. Сизов // 45 НТК «Вузовская наука в современных условиях». - Ульяновск :
УлГТУ, 2011. -С. 56-57.
6. Патент на полезную модель №107494 РФ. Устройство для прессования увлажнённых смесей / В. Н. Кокорин, О. Г. Крупенников, Н. А. Сизов, Д. П. Груздев. Опубл. 20.08.2011. Бюл. № 23.
7. Кокорин, В. Н. Стадийность прессования увлажнённых порошков / В. Н. Кокорин, Н. А. Сизов // 45 НТК «Вузовская наука в современных условиях». - Ульяновск: УлГТУ, 2011.-С. 59-60.
Кокорин Валерий Николаевич, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Материаловедение и ОМД» УлГТУ.
Филимонов Вячеслав Иванович, доктор технических наук, профессор той же кафедры.
Сизов Николай Александрович, аспирант той же кафедры.
Груздев Дмитрий Павлович, аспирант той же кафедры.
УДК 621.979.134.004
Р. К. ЛУКС, Ю. А. ТИТОВ, Н. В. ШАФРАНЕНКО ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ ОБРЕЗНЫХ ПРЕССОВ
Для повышения, надёжности и долговечности прессов, предназначенных для выполнения разделительных операций, предлагается использовать вспомогательное устройство, которое путём плавного снижения нагрузки в конце разделительной операции демпфирует колебания деталей пресса.
Ключевые слова: энергия, колебания, пресс, станина, скол, деформация, вырубка.
При выполнении операции вырубки на универсальных и обрезных прессах наблюдаются сколы - практически мгновенное (приблизительно за время ?с ~ (4 - 7) ТО'4 с) уменьшение технологического усилия Гт от максимального значения Рп до нуля. При сколе энергия упругой деформации, накопленная на начальной стадии технологической операции (см. сплошную линию на рис.1), после её окончания переходит в энергию собственных колебаний как станины, так и деталей пресса, подвергнутых нагрузке.
Из-за влияния параметров колеблющихся элементов (массы, жёсткости, силы трения, связи с сопряжёнными элементами) указанные колебания происходят в области сравнительно высоких частот. Их вред проявляется в недопустимо высоком шуме и разрушающем действии на конструкцию, нагружая элементы пресса в направлении, обратном технологической нагрузке Гт [1,2].
На практике применяют следующие основные способы снижения негативных последствий упругой разгрузки:
- выполнение на универсальных прессах только тех операций вырубки, для реализации
Луке Р. К., Титов Ю. А., Шафраненко Н. В.. 2012
Рис. 1. Типовой график нагрузки пресса
на операции вырубки
которых требуется поминальная нагрузка /у, значительно меньшая допустимой для используемого пресса;
- повышение жёсткости обрезных прессов и создание статистически равнопрочной конструкции при приложении к ползуну как прямой нагрузки, совпадающей по направлению с технологической, так и обратной, направленной в противоположную сторону.
Повышение жёсткости ведёт к уменьшению энергии упругой деформации, но не устраняет основную причину, ведущую к возбуждению колебаний деталей пресса. Существует возмож-
