CC BY
32
УДК : 621.762. 62
Ахмедпашаев А. У.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ФАСОННЫХ ФРЕЗ ХОЛОДНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ
Ahmedpashaev A.U.
TECHNOLOGY OF THE FABRICATION OF THE POWDERED SHAPED MILLING CUTTERS BY COOL PRESSING
В статье описывается технология изготовления фасонных фрез до горячего прессования и прочности поверхности. Подробно описан процесс прессование металлических порошков для изготовления порошковых деталей изкарбид "сталь ". Проведен расчет пресс-форм для холодного прессования фасонной фрезы.
Ключевые слова: прессование, пресс-форма, заготовка, поверхностное упрочнение, фреза, температура, износостойкость, порошок металлов, расчет.
Technology of the fabrication of the shaped milling cutters is described In article before hot pressing and toughness to surfaces. In detail process pressing metallic powder is described for fabrication of the powdered details from carbide steel. The Organized calculation of the dies for cool pressing the shaped milling cutter.
Key words: pressing, die, stocking up, toughness to surfaces, milling cutter, temperature, wear capability, powder metal, calculation.
Формование металлических порошков для изготовления порошковых деталей из карбидостали необходимо начинать с операции отжига с целью повышения их пластичности и прессуемости [1]. В заводских условиях отжиг можно проводить в вакууме при температуре (0,4 - 0,6) Тпл. основного компонента, затем необходимо классифицировать по величине частиц, используя вибросито или механическое сито. При этом чрезвычайно важно правильно установить необходимое количество используемого порошка для прессования. Ниже приведен расчет и конструирование пресс-форм для холодного прессования фасонной фрезы ОР 2323-1 (рис. 1).
Холодное прессование представляет собой формование заданных образцов путем приложения давления к порошку, который находится в закрытой форме. Сущность самого процесса заключается в изменении объема, формы, размеров и свойств порошка. Объем изменяется из-за того, что при прессовании отдельные частицы в результате смещения заполняют пустоты. Поэтому с научной точки зрения прессование можно рассматривать как увеличение контакта между частицами порошка за счет деформации внешними силами. Известно, что между частицами прессуемого порошка находится воздух. По мере уплотнения он начинает оказывать препятствие уплотнению.
Если отжиг и классификация порошков проведены на заводах изготовителях, то при формовании эти операции можно не проводить. Приготовление шихты заданного состава необходимо проводить в специальных смесителях типа СК-3.
1-левая фреза; 2-тержень, 3..5 - регулировочные канавки; 6 - правая фреза
По характеру кривой, при прессовании металлические порошки уплотняются монотонно. При этом статическое прессование наиболее приемлемое для режущего инструмента.
Для развески смешиваемых компонентов используют технические весы. Шихта считается однородной, когда не менее 95% произвольно взятых проб имеют химический и гранулометрический составы, соответствующие заданным. При прессовании правильность выбора навески порошка - одно из основных условий изготовления изделия заданных размеров и формы.
Величина навески определяется по формуле (в граммах):
0= укУ(1 - П /100)КгК2, (1)
где ук - плотность компактного материала, кг/м3 ; V - объем изделия после спекания, м3 ; П - фактическая пористость спеченного изделия, %; К1- коэффициент, учитывающий потери порошка при прессовании 1,005-1,01; К2 - коэффициент, учитывающий потерю массы прессовкой при спекании 1,01-1,03.
При уплотнении порошка в простейшей пресс-форме матрица обеспечивает формование боковой поверхности прессовки и служит для размещения в ее засыпной полости заданной навески порошка. Нижний пуансон формует нижнюю торцевую поверхность прессовки и предотвращает высыпание порошка из матрицы, а верхний пуансон служит для формования верхнего торца. Следует иметь в виду, что при прессовании высота насыпного порошка уменьшается приблизительно в три раза. Усилие подбирается оптимальное, чтобы исключить образование трещин в прессовках (формовках).
Прессование проводят на специальных прессах гидравлического и механического действия. С экономической точки зрения экономики предпочтительнее гидравлические прессы, например, стоимость гидравлического пресса ДА 1532Б - 356500 руб., а механического пресса КБ 8130А -700000 руб.
Для расчета и конструирования пресс-форм необходимо определить:
1) технологические свойства шихты и характеристики материалов. Насыпная плотность рн = 2200 кг/м3 определяется на волюмометре разработки ИПМ АН УССР (ГОСТ 19440 - 74); уплотняемость по ГОСТ 25280-82; формуемость по ГОСТ 25280-82, прибором разработки ИПМ АН УССР; текучесть (ГОСТ 20899-75).
Исходными материалами для расчета пресс-форм являются технологические свойства материалов прессовки: плотность прессовки ро = 6700 кг/м3; годовая программа; усадка по высоте Н, в = 1%, по внешнему диаметру D, Р1 - 2%, по внутреннему диаметру d, Р2 - 1% ; упругие последействия по высоте Н, an1 =2%, по диаметру Dl, ап1 - 2%, по диаметру d, an2 = 0,5%; уменьшение массы прессовки при спекании за счет выгорания смазки, восстановления окислов и других факторов, £ = 1%; прирост плотности при горячем прессовании, т = 11%; давления прессования Р = 8,0 МПа; чертеж заготовки (см. рис. 1);
2) схема прессования исследуемого образца. Расчет пресс-форм необходимо начинать с выбора направления прессования, которое должно быть направлено вдоль оси вращения при одностороннем прессовании.
Образец имеет один переход. Количество пуансонов определяется по формуле:
m = п + 1 = 2, (2)
где п - количество переходов, п = 1.
Из них верхних - 1 пуансон, нижних - 1 пуансон.
Прессование осуществляется при неподвижной матрице 1 (рисунок 2) движением пуансона 2 вниз, затем выталкивание образца производится выталкивателем 5. Пуансоны после проведения операции возвращаются в исходное положение; P
3
4
Рисунок 2 - Пресс-форма 1 - матрица; 2 - верхний пуансон; 3 - порошок; 4 - нижний пуансон;
5- выталкиватель
3) определение площади прессования. Площадь прессования равна проекции образца на плоскость, перпендикулярную оси прессования.
Б = П (О2 - а2) = 0,785(4,09692 -1,6082) = 11,1610-4(1 2)
4) определение объема образца.
Vo = Fh = 11, 16 • 0,995 = 11, 10-10-6 (м3);
5) определение массы образца.
Go = рс • Vo = 6, 7 • 11, 1 = 74, 37-10-3 (кг);
6) определение массы прессовки.
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №2 (29), 2013
Опр = ро • Vпр = ро • Vo(1+ §/100) = 0о+0о§/100 = 74, 37+74, 37 1, 0/100 = 75,114 •Ю-3
(кг);
7) определение массы навески порошка.
Он = КнОо=1, 03 75, 114 = 77, 37-10-3 (кг). гдеКн(1,02-1,05) - коэффициент учитывающий потери массы при засыпке;
8) определение коэффициента обжатия (уплотнения).
Ко = ро / рн = 6,7/ 2,2= 3;
9) определение уточненной плотности прессовки.
рпр = Опр^пр = Опр^о(1+ §/100)= 75,114 / 11,11= 6,76 г/см3=6760 (кг/м3);
10) определение высоты прессовки образца.
Высота прессовки зависит от номинального размера образца и его изменения в результате упругих последствий, роста или усадки при спекании и припуска на дополнительную обработку:
Нр = Н - /п = 8 + Пк, (3)
где Пк - припуск на механическую обработку, 10-3 м. £ - величина усадки, £ = р/100 А
1п = величина упругих последействий
/п = КС^100 А, (4)
где К^- ударная вязкость, кДж/м2.
А - размер образца, (для сплавов на основе железа /п=(0,2-0,3). Нр = 9,95 - 2/100 • 9,95 + 1/100 • 9,95 + 0 = 9,65^0-3 (м.);
11) определение высоты загрузочной камеры.
Высота формующей камеры, т.е. высота засыпки определяется по формуле:
Н3 = К • Нр = 3 • 9,65 = 23,95 •Ю-3 (м). (5)
12) определение общей высоты матрицы.
Общая высота матрицы определяется с учетом высоты загрузочной камеры и величин захода в матрицу верхнего (Ив) и нижнего (Ьн) пуансов:
Нм = Н3+Ьв+ Ьн = 28,95 = 10,5 = 5 = 44,45-10-3 (м.);
13) определение размеров рабочей полости матрица.
Размеры рабочей полости матрицы зависят от наружных размеров детали, изменения их после выпрессовки, спекания, калибрования и допускаемой максимальной величины износа. Номинальный размер рабочей полости матрицы определяем по формуле:
Бм =Бш1п- /п± 8 ± Пк, (6)
где Ртш-минимально допустимый размер готовой детали, •Ю-3 (м.), пк - припуск на калибрование,
Бм = 40,935 - 2/100 • 40,935 + 2/100 • 40,935 + 0 = 40,935-10-3 (м.). Максимально допустимый размер рабочей полости матрицы равен: Б'м =Бтах - 1п ± 8 ± Пк = 41, - 2/100 = 2/100 = 0 = 4Ы0-3 (м.). Припуск на износ матрицы определяется по формуле:
ДБ = Б'м - Бм - Ам (7)
где Ам - действительный допуск размера рабочей части матрицы при ее изготовлении,
ДБ = 41 - 40,935 - 0,03 = 0,035-10-3 (м.);
49
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №2 (29), 2013
14) определяются рабочие размеры стержня.
Размеры стержня зависят от внутренних размеров образца, изменяются они после технологических операций и принимаются максимально возможные, чтобы обеспечить наибольший припуск на износ стержня.
Номинальный размер рабочей части стержня:
ёст= ёшах- 1п± 8 ± пк1к = 16, 016 - 0,5/10046,16+1/100 следы 16,16+ 0 + 0 =16,32 10-3
(м.).
Максимально допустимый размер стержня:
d' = ёшш- 1п± 8 ± пк± 1к,
где - dmiп- минимально допустимый размер стержня:
^ = 16,00 - 0,5/100 • 16,00 + 1/100 : 16,00) = 16,08 •Ю-3 (м.). Допуск на износ:
Д dl = dlmах - dlmiп- Ам = 16,32 - 16,08 - 0,025 = 0,215-10-3 (м.);
15) определение усилия прессования.
Р = рБп, (8)
где р - давление прессования, МПа; Б - площадь прессования, м2; п - число гнезд в пресс-форме.
Давление прессования выбираем экспериментально, р = 8 МПа, тогда Р = 8, 0 • 11,16 • 1 = 89,28 МПа-10-4 (м2.). 16) определение размеров матрицы, обоймы.
Наружные размеры матрицы (обоймы) зависят от величины бокового давления, возникающего при прессовании. Боковое давление вычисляется по формуле:
Рб = С • рот (9)
гдеС - 0,00725; т = 1,8, коэффициенты, зависящие от материала Р5 = 0,00725 • 6 • 71,8 = 300,4 МПа.
Наружные размеры матрицы и обоймы устанавливаются, исходя из соображений максимальной жесткости (рис. 3).
I
Ю Я3
Я2
Рисунок 3 - Условия максимальной жесткости Ю, Я2, Я3 - радиусы обоймы
При Р5> 200 МПа; Я3 = (1/140Р5 + 0,67)Кл= (1/140 00,4 + 0,67) 16 =45^ 10-3м. Контактный радиус (наружный диаметр обоймы) При Рб < 200 МПа Я2 = 2^; Яз = 4^
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №2 (29), 2013 Я2 Я Яэ = ^16^45 = 26, 8 •Ю"3 (м).
Принимается 27-10"3 (м.).
Натяг при выпрессовке:
5 = Рб/Б 2Я2 (10)
где Е = модель упругости, 2,15105 МПа
5 = 300,4/2,15 105 227 = 0,07540-3 (м.).
На основании проведенных расчетов составляются эскизы прессовки (рис. 3) и матрицы (4);
17) выбор пресса для холодного прессования.
Усилия прессования
Рпр = Кзап • Р = 1,25 • 89,28 = 111,6 МПа-10"4 (м.)2, где Кзап = 1,25 - 1,3 - коэффициент запаса мощности пресса. Определение потребного усилия выталкивания, в (Н.):
Рвыт =| • Рб •Бб (11)
где | - 0,1 - 0,2 - коэффициент трения прессовки о стенки пресс формы
316,3
„ 04 1 .
1 041Н7 1
„ 0100и6 _Ь.
+
чг
■чг
Рисунок 3- Эскиз прессовки
Рисунок 4 -Эскиз матрицы
Рб - боковое давление, МПа.
Бб - площадь боковой поверхности, •Ю-4 м2.
Рвыт =0,01 • 300,4 • (3,14 4,1 • 1,0) = 38,6 МПа
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №2 (29), 2013 Расчет формовки холодного прессования.
Масса исходной заготовки:
а) Сх = Ст+0,010г = 40,4-10-3 (кг);
б) объем образца
Vх = Ох/ух = 40, 4/5,5 = 7,Ы0-6 (м.)3 где ух - ориентивочная плотность порошковой заготовки после холодного прессования;
в) размер матрицы штампа. Для диаметра 45-10-3 (м.).
Ь3 = 0,9997Ь ± 2бкИ± ^ ДЬ§ = 45,0997 - 2 0,28 1,49-0,031 = 44,865 - 0,834 - 0,031 = 44-10-3 (м.).
Для диаметра 40-10-3 (м.).
Ьэх = 40 • 0,997 + 2 • 0, 25 1,35 +0,08 = 40,65^10-3 (м.).;
г) площадь прессовки
Бх = 3, 14 (4, 42 - 4 • 0662/4) = 3,14 • 19,36 - 16,5/4 = 225 •Ю-6 (м.)2;
д) высота заготовки
Ьх3 = 1, 41 Vг/Sх = 1,41 5,21/2,25 = 22,6-10-3 (м.);
е) высота засыпки порошка
Ьзасып = 2,5 Ьх3 = 2,5 • 2,26 = 56,5-10-3 (м.);
ж) усилие прессования
Рх = Я Бх = 5 2,25= 11,25 МПа-10-4 (м.)2 где я - давление прессования
Выводы:
1.Разработана промышленная технология изготовления прессовок для фасонных фрез из рациональнолегированного порошкового материала на основе железа до горячего прессования.
2. Рассчитана и сконструирована пресс-форма для холодного прессования. Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-
педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг. под руководством д.т.н. М.У. Ахмедпашаева
Библиографический список:
1. Патент № 2354502 Российская Федерация. МПК В22F С22С 33/02. Способ изготовления поверхностно-упрочненной порошковой карбидостали / М.У. Ахмедпашаев [и др.]; заявитель и патентообладатель Дагестанск. государст. технич. ун-т.-2007128352/02; заявл. 23.07.2007; опубл. 10.05.2009, Бюл. № 13.- 3 с.
