» » Прессование порошков
02.06.2015

Прессованием порошков получают полуфабрикаты (прессовки, брикеты) с размерами, необходимыми для изготовления изделий с учетом деформаций при последующих операциях (спекание, калибрование и т. п.). Прочность прессовок должна быть достаточной, чтобы они могли выдержать, не разрушаясь, перенос и упаковку перед спеканием.
Прессование производят на гидравлических или механических прессах. При прессовании порошок обычно обжимают в 2,5—5 раз (в зависимости от величины его объемной характеристики и требуемой плотности прессовок).
На рис. 17 показано схематически автоматическое прессование порошков на прессах конструкции В.С. Кузнецова и Б.И. Кочеткова. Скорость автоматического прессования 1000—1500 прессовок в час.
Прессование порошков

Детали простейшей пресс-формы для одностороннего Прессования (рис. 18): матрица, которая служит для формирования баковой поверхности прессовки и загрузки порошка; подвижный пуансон для формирования верхней поверхности прессовки или обжатия порошка; подставка для формирования нижней поверхности прессовки и предохранения от высыпания порошка. При двустороннем прессовании, обеспечивающем более равномерное распределение плотности, подставку заменяют нижним пуансоном. Для формирования внутренних отверстий служат стержни-сердечники (рис. 19). В пресс-формах для прессования имеются также различные вспомогательные детали (ограничители) для обеспечения точности размеров прессовки и равномерного прессования с обоих концов и т. п. Пресс-формы по способу удаления прессовок разделяются на два типа: с выпрессовкой изделий после прессования и с удалением изделий в результате разборки после прессования.
Наиболее ответственную и подверженную износу деталь пресс-формы — матрицу готовят из углеродистой или легированной стали с твердостью по Роквеллу после термической обработки 58—64 (сталь У10А, ХГ, ШХ15, ХВГ, Х12М, ЗХ2В8, Р9, Р18). В табл. 7 сведены данные Киффера и Готопа по материалам, применяемым за границей для пресс-форм в зависимости от давления прессования и количества прессований на одну пресс-форму.
Давление прессования складывается из:
1) давления, затрачиваемого на собственно уплотнение порошка при отсутствии потерь на внешнее трение частиц о стенки пресс-формы и при равномерном распределении давления и плотности во всех местах прессовки;
2) давления, идущего на преодоление внешнего трения частиц о стенки пресс-формы;
3) дополнительного давления, вызванного неравномерным распределением давления и плотности в разных местах прессовки.
Прессование порошков
Прессование порошков

Для прессовок небольшого диаметра (около 10 мм) и высоты последние составляющие незначительны (~5—10%). Давление, необходимое для практически полного уплотнения (99—100% относительной плотности) таких небольших прессовок, приблизительно равняется твердости по Бринелю материала порошка в максимально наклепанном состоянии, т. е. приблизительно в три раза больше твердости в отожженном мягком состоянии. Так, например, для медных порошков (твердость по Бринелю меди в отожженном состоянии 46 кг/мм2, в максимально наклепанном — 120 кг/мм2) давление прессования, необходимое для практически полного уплотнения небольших прессовок, составляет 120 кг/мм2 (12 г/см2). Для железа (твердость по Бринелю 60—70 кг/мм2) давление для практически полного уплотнения составляет 180—200 кг/мм2. При промышленном производстве порошковых изделий давление прессования не превосходит 60—80 кг/мм2, так как при более высоких давлениях сильно сокращается срок службы пресс-форм. Поэтому прессовки, даже из наиболее мягких материалов на медной и железной основе, имеют обычно 15—30% пор, а из более твердых — даже 40—60% пор.
С увеличением плотности (уменьшением пористости) на 1 % давление прессования возрастает обычно на 3—4%. Деформируемость прессовки (изменение степени уплотнения, отнесенное к изменению давления прессования) обратно пропорциональна давлению прессования.
В связи с затратой давлений на трение о стенки пресс-формы происходит неравномерное распределение плотности и свойств в порошковых прессовках (рис. 20 и 21). Отношение затрат давления на трение ΔР к усилию прессования Р выражается при одностороннем прессовании формулой
Прессование порошков

Из формулы следует, что доля усилия, приходящаяся на затраты давления на трение, уменьшается со снижением отношения h:D и коэффициента трения μ, т. е. с введением смазки или графита в шихту или на стенки пресс-формы. Особенно эффективно, по данным П.А. Ребиндера и В.И. Лихтмана, применение поверхностно активных смазок. При двустороннем прессовании h в приведенной формуле следует заменить на h/2. Коэффициент бокового давления по данным работ В.Н. Гончаровой, В.Г. Филимонова и других авторов, равен 0,2—0,8; в большинстве случаев 0,3—0,4. Этот коэффициент уменьшается с понижением величины коэффициента Пуассона, ростом пористости прессовки и повышением твердости прессуемых порошков.
Отношение давления выталкивания к общему усилию прессования также может быть приближенно выражено приведенной формулой.
Затрата давления на трение порошка о стенки пресс-формы ограничивает практически возможное отношение высоты к диаметру до 2—2,5 и толщины стенки к диаметру изделия до 15—17. Однако при применении новых методов формирования эти отношения могут быть гораздо больше.
Расширение прессовок после извлечения из пресс-формы (упругое последействие) для большинства промышленных порошков составляет около 0,3% по диаметру и около 0,5—0,7% по высоте прессовки. Для порошков плохого качества расширение доходит до 1 % в поперечном и 5% в продольном направлениях.
Прессование порошков

Прочность прессовок растет приблизительно пропорционально давлению прессования, что объясняется приблизительной пропорциональностью между давлением прессования и величиной контактной поверхности между частицами порошкового тела. Прочность на сжатие прессовок, спрессованных без добавок склеивающих веществ, для мягких металлов (олово, свинец) может превосходить значения давления прессования; для железа и меди доходит до 70—80% от давления прессования и для твердых металлов и сплавов составляет от десятых долей до одного процента от давления прессования. Прочность прессовок при растяжении не превышает 1—2% от приложенного давления прессования.
Прессование порошков