RU2040368C1

RU2040368C1 - Method of cold molding of blanks of powder material and apparatus for performing the same

Info

Publication number: RU2040368C1
Application number: RU93010412A
Authority: RU
Inventors: В.И. Трусковский; Л.А. Барков; В.К. Плотников
Original assignee: Челябинский государственный технический университет
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: powder blank production. SUBSTANCE: method of cold molding of blanks comprises steps of single-side applying of an axial effort, multiside applying of lateral compression efforts and shearing efforts, normal relative to the axial effort, and single-side applying of an axial effort, opposite to the initial axial effort. Apparatus for performing the method includes a die, having, for example, four joined molding members, placed in the same plane and mounted in a casing, having cone surfaces, joined with respective cone surfaces of the molding members of the die. An upper and a lower punches are arranged in central openings of clamping plates. The casing is provided by a drive unit for reciprocation motion of it along an axis of the die. Each molding member of the die is spring-loaded relative to the casing by an elastic member. EFFECT: increased compactness of blanks, consisting up to 90% of theoretical one, elimination of different compaction degree of blanks, mainly of hard-to-deform fragile powder materials. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к порошковой технологии, а именно к прессованию изделий из порошковых материалов, и может быть использовано преимущественно для производства изделий и полуфабрикатов из труднодеформируемых порошковых материалов, таких как металлокерамика, керметы и керамика. The invention relates to powder technology, namely to the pressing of products from powder materials, and can be used mainly for the production of products and semi-finished products from difficult to deform powder materials, such as cermets, cermets and ceramics.

Известен способ холодного формования заготовок из порошкового материала в закрытой пресс-форме, включающий одностороннее приложение усилий [1]
Недостатком этого способа является однократное и одностороннее приложение усилия, что ведет к неравномерности уплотнения порошка по высоте и сечению заготовок и не обеспечивает достаточной их плотности. Наибольшую плотность имеют участки, примыкающие к торцу пуансона и стенке матрицы.A known method of cold forming blanks of powder material in a closed mold, comprising a one-sided application of force [1]
The disadvantage of this method is a single and one-sided application of force, which leads to uneven compaction of the powder in height and cross section of the workpieces and does not provide sufficient density. The highest density are the areas adjacent to the end face of the punch and the wall of the matrix.

Известно устройство для формирования заготовок из порошковых материалов, включающее матрицу, пуансон и нижнюю плиту. A device for forming blanks from powder materials is known, including a die, a punch, and a bottom plate.

Недостатком данного устройства также является однократное и одностороннее приложение усилия, что дает неравномерное уплотнение заготовок по высоте и сечению и не обеспечивает их достаточной плотности. The disadvantage of this device is also a single and one-sided application of force, which gives uneven compaction of the workpieces in height and cross section and does not provide their sufficient density.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий приложение двустороннего осевого сжатия порошка в холодном состоянии. Closest to the proposed is a method comprising applying bilateral axial compression of the powder in the cold state.

В этом способе плотность слоев порошка, примыкающих к верхнему и нижнему пуансонам, становится одинаковой, но остается разной по высоте и сечению и недостаточной в целом по объему заготовок. Повышение равномерности плотности по высоте и сечению заготовки недостаточно. В указанном способе из-за однократного, двустороннего приложения усилия в одном направлении происходит более интенсивное уплотнение заготовки у торцов пуансонов. Средняя часть заготовки по высоте менее плотна, по сечению разноплотна. После приложения двусторонних осевых усилий происходит некоторая оптимизация упаковки исходного фракционного состава порошка за счет истирания и дробления частиц хрупких керамических материалов. Особенно это касается заготовок из оксидной, карбидной и нитридной керамики. In this method, the density of the powder layers adjacent to the upper and lower punches becomes the same, but remains different in height and cross section and insufficient in general in the volume of the workpieces. Increasing the density uniformity in height and cross section of the workpiece is not enough. In this method, due to a single, two-sided application of force in one direction, a more intensive compaction of the workpiece at the ends of the punches occurs. The middle part of the workpiece is less dense in height and multi-dense in cross section. After applying bilateral axial forces, some packing optimization of the initial fractional composition of the powder occurs due to abrasion and crushing of brittle ceramic material particles. This is especially true for workpieces made of oxide, carbide and nitride ceramics.

Основным недостатком известного способа является малая кратность и сторонность приложения усилий, не обеспечивающих достаточной оптимизации упаковки фракционного состава порошков, и вследствие этого, неравномерная плотность получаемых заготовок по высоте и сечению и недостаточная плотность по объему. The main disadvantage of this method is the low multiplicity and laterality of the application of efforts that do not provide sufficient optimization of the packing of the fractional composition of the powders, and as a result, the uneven density of the obtained preforms in height and cross section and insufficient density in volume.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для прессования изделий из порошка, включающее матрицу, выполненную в виде шести формующих элементов, состыкованных между собой и снабженных приводом их радиального перемещения, верхний кольцевой пуансон, пуансон, выталкиватель. Пуансоны установлены в центральных отверстиях зажимных плит. Closest to the proposed is a device for pressing powder products, including a matrix made in the form of six forming elements, joined together and provided with a drive for their radial movement, the upper annular punch, punch, pusher. Punches are installed in the central holes of the clamping plates.

В данном устройстве прессование ведут формующими элементами матрицы. Верхний пуансон осуществляет зажим порошка в рабочей полости. In this device, the pressing is carried out by the forming elements of the matrix. The upper punch clamps the powder in the working cavity.

Недостатками указанного устройства являются также неравномерная плотность заготовки по высоте и сечению и недостаточная плотность по объему. The disadvantages of this device are also the uneven density of the workpiece in height and cross section and insufficient density in volume.

Цель изобретения повышение плотности и увеличение ее равномерности по высоте, сечению при получении заготовок из порошков труднодеформируемых материалов, преимущественно металлокерамики, керметов и керамики. The purpose of the invention is to increase the density and increase its uniformity in height and cross section upon receipt of workpieces from powders of difficult to deform materials, mainly cermets, cermets and ceramics.

Цель достигается тем, что в способе холодного формования заготовок из порошковых материалов, включающем двустороннее приложение осевых усилий, вначале прикладывают одностороннее осевое усилие, затем к заготовке прикладывают многосторонние сжимающие и сдвигающие боковые усилия в направлениях, нормальных осевому, и, наконец, прикладывают противонаправленное начальному осевое усилие. The goal is achieved in that in a method of cold forming workpieces of powder materials, including two-sided axial forces, first apply one-sided axial forces, then apply multilateral compressive and shear lateral forces in the directions normal to the axial, and finally apply the opposite axial initial an effort.

То, что к порошку и порошковому полуфабрикату прикладывают многократные осевые, боковые нормальные и сдвигающие усилия с многократным изменением направлений их приложения, приводит к оптимизации упаковки исходного фракционного состава порошкового материала, оптимальному изменению фракционного состава порошкового материала за счет дробления хрупких частиц и истирания пластичных частиц. Все это позволяет повысить плотность порошковых заготовок и увеличить равномерность распределения плотности как по высоте, так по сечению заготовок. Особенно это относится к керамике, керметам и металлокерамике. The fact that multiple axial, lateral normal and shear forces are applied to the powder and the semi-finished product with a multiple change in the directions of their application leads to optimization of the packing of the initial fractional composition of the powder material, an optimal change in the fractional composition of the powder material due to crushing of brittle particles and abrasion of plastic particles. All this makes it possible to increase the density of powder preforms and increase the uniformity of the density distribution both in height and in cross section of the preforms. This is especially true for ceramics, cermets and cermets.

Цель в предлагаемом устройстве достигается тем, что в устройстве для холодного формования заготовок из порошковых материалов, содержащем матрицу, выполненную в виде состыкованных формирующих элементов, установленных в одной плоскости и снабженных приводом их радиального перемещения, зажимающие плиты с центральными отверстиями, в которых установлены верхний и нижний пуансоны, формующие элементы смонтированы в обойме, выполненной с клиновыми поверхностями, сопряженными с соответствующими клиновыми поверхностями, выполненными на формующих элементах матрицы, обойма снабжена приводом возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси матрицы, при этом каждый формующий элемент подпружинен относительно соседнего элемента и обоймы. The goal of the proposed device is achieved by the fact that in the device for cold forming workpieces of powder materials containing a matrix made in the form of joined docking elements installed in the same plane and provided with a drive for their radial movement, clamping plates with central holes in which the upper and lower punches, forming elements are mounted in a holder made with wedge surfaces mating with corresponding wedge surfaces made on molds For the elements of the matrix, the cage is equipped with a reciprocating drive along the longitudinal axis of the matrix, with each forming element being spring-loaded relative to the adjacent element and cage.

Это позволяет на данном устройстве осуществить последовательное приложение к порошку вначале одностороннего осевого усилия, затем многосторонних усилий, нормальных к осевому усилию, и, наконец, одностороннего осевого усилия противоположного направления первоначальному осевому усилию, т.е. как и в предлагаемом способе осуществить дробный характер деформации с многократным изменением направлений усилий, что позволит повысить степень уплотнения заготовки и увеличить равномерность плотности по высоте и сечению. This allows the device to carry out sequential application of one-sided axial force to the powder, then multilateral forces normal to the axial force, and finally, one-sided axial forces in the opposite direction to the initial axial force, i.e. as in the proposed method to implement the fractional nature of the deformation with multiple changes in the direction of effort, which will increase the degree of compaction of the workpiece and increase the uniformity of density along the height and cross section.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Порошок подают в матрицу. Затем, например, верхним пуансоном сжимают порошок в осевом направлении. После чего к порошку прикладывают боковые многосторонние сжимающие и сдвигающие усилия в направлениях, нормальных к осевому усилию. Затем начинают прикладывать, например, нижним пуансоном осевое усилие, противонаправленное первоначальному усилию со стороны верхнего пуансона. The powder is fed into a matrix. Then, for example, the powder is axially compressed by the upper punch. Then, lateral multilateral compressive and shear forces are applied to the powder in directions normal to the axial force. Then begin to apply, for example, the lower punch axial force, opposite the initial force from the upper punch.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows the proposed device; figure 2 section aa in figure 1.

Устройство содержит матрицу 1, выполненную, например, из четырех состыкованных формующих элементов, которые установлены в одной плоскости и смонтированы в обойме 2. Обойма 2 имеет конические поверхности 3, сопряженные с соответствующими коническими поверхностями 4, выполненными на формующих элементах матрицы 1. Матрица 1 установлена между зажимными плитами 5, 6, соединенными между собой колонками 7 и винтом 8. В центральных отверстиях зажимных плит 5, 6 расположены верхний пуансон 9 и нижний пуансон 10. Обойма 2 снабжена приводом 11 возвратно-поступательного перемещения вдоль оси матрицы 1. Каждый формующий элемент матрицы 1 подпружинен относительно обоймы 2 упругим элементом 12, выполненным в виде, например, пружины. The device comprises a matrix 1 made, for example, of four docked forming elements that are mounted in the same plane and mounted in a holder 2. The holder 2 has conical surfaces 3 conjugated with the corresponding conical surfaces 4 made on the forming elements of the matrix 1. Matrix 1 is installed between the clamping plates 5, 6, connected by columns 7 and the screw 8. In the Central holes of the clamping plates 5, 6 are the upper punch 9 and the lower punch 10. The holder 2 is equipped with a drive 11 return-post positive movement along the axis of the matrix 1. Each forming element of the matrix 1 is spring-loaded relative to the casing 2 by an elastic element 12, made in the form, for example, of a spring.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Порошок 13 засыпают в рабочую полость, образованную рабочими поверхностями формующих элементов матрицы 1 и рабочей поверхностью нижнего пуансона 10. Включают привод пресса (на чертежах не показан). Верхний пуансон, перемещаясь вниз, компактирует порошок 13. После этого включают привод 11 возвратно-поступательного перемещения обоймы 2, которая, перемещаясь вверх, своими коническими поверхностями 3 воздействует на конические поверхности 4 формующих элементов матрицы 1, сдвигая их в радиальном направлении. Происходит многостороннее нормальное обжатие и сдвиг порошка в направлении, перпендикулярном осевому приложению усилий. Затем пуансон 10 перемещают в осевом направлении вверх. После чего возвращают в верхнее положение пуансон 9 и приводом 11 в исходное положение обойму 2. Формующие элементы возвращаются в исходное положение под действием пружин (элемента 12). Расстояние между зажимными плитами 5 и 6 регулируется винтом 8 и колонками 7. После удаления заготовки в исходное положение возвращается пуансон 10. The powder 13 is poured into the working cavity formed by the working surfaces of the forming elements of the matrix 1 and the working surface of the lower punch 10. The press drive is turned on (not shown in the drawings). The upper punch, moving downward, compacts the powder 13. Then, the reciprocating drive 11 of the holder 2 is turned on, which, moving upward, with its conical surfaces 3 acts on the conical surfaces 4 of the forming elements of the matrix 1, shifting them in the radial direction. There is a multilateral normal compression and shear of the powder in a direction perpendicular to the axial application of forces. Then the punch 10 is moved axially upward. After that, the punch 9 and the drive 11 are returned to the upper position in the initial position of the yoke 2. The forming elements are returned to their original position under the action of the springs (element 12). The distance between the clamping plates 5 and 6 is regulated by screw 8 and columns 7. After removing the workpiece, the punch 10 returns to its original position.

По предлагаемому способу были изготовлены квадратные изделия из керамического порошка магнитотвердого материала феррита состава BaO^.6Fe₂O₃. Осевые усилия имели величину от 200 до 500 МПа. Боковые нормальные усилия имели величину от 100 до 300 МПа.According to the proposed method, square products were made from ceramic powder of magnetically hard material of ferrite of composition BaO ^. 6Fe ₂ O ₃ . Axial forces ranged from 200 to 500 MPa. Lateral normal forces ranged from 100 to 300 MPa.

Для реализации способа было изготовлено устройство согласно предлагаемому изобретению. Конические поверхности обоймы и формующих элементов матрицы выполнены под углом 15^о.To implement the method, a device according to the invention was manufactured. The conical surfaces of the cage and the forming elements of the matrix are made at an angle of 15 ^about .

Как показали исследования, плотность полученных квадратных заготовок 10х10х10 мм составила 90% от теоретической при равномерном ее распределении по высоте и сечению. As studies have shown, the density of the obtained square billets of 10x10x10 mm amounted to 90% of theoretical with its uniform distribution in height and cross section.

Предлагаемые способ и устройство целесообразно применять для хрупких керамических порошковых материалов: ферриты, оксидная (Al₂O₃, ZrO₂ и др.), карбидная (SiC, TiC и др.), нитридная (Si₃N₄ и др.) керамика, твердосплавные порошки (типа ВК и ТК), порошки керметов на основе карбида титана и других высокотемпературных соединений.The proposed method and device is expediently used for brittle ceramic powder materials: ferrites, oxide (Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , etc.), carbide (SiC, TiC, etc.), nitride (Si ₃ N ₄ , etc.) ceramics, carbide powders (type VK and TK), cermet powders based on titanium carbide and other high-temperature compounds.

Claims

1. A method of cold forming preforms of powder materials, comprising two-sided application of axial forces, characterized in that first, one-sided axial forces are applied to the powder, then multilateral lateral compressive and shear forces are applied to the workpiece in directions normal to the axial, and then the opposite direction to the initial axial force.

2. Device for cold forming preforms of powder materials, containing a matrix made in the form of docked forming elements installed in the same plane and provided with a drive for their radial movement, clamping plates with central holes in which the upper and lower punches are installed, characterized in that the forming elements are mounted in a holder made with wedge surfaces mated to the corresponding wedge surfaces made on the forming elements of the matrix, and clips provided with drive reciprocating movement along a longitudinal axis of the matrix, with each biased member forming relatively cage.