Пресс-формы для порошковой металлургии. Расчет и конструирование
Радомысельский И. Д., Печентковский Е. Л., Сердюк Г. Г.
Техніка, 1970 г.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПРЕСС-ФОРМ
Пресс-форма, используемая в массовом производстве, представляет собой сложный механизм, состоящий из большого количества деталей. В зависимости от выполняемых функций эти детали можно разделить на следующие группы:
1) основные рабочие детали: матрицы, пуансоны, стержни;
2) вспомогательные рабочие детали: толкатели, обоймы, направляющие колонки, направляющие втулки, опорные плиты, кулачки, упоры, подкладки, плиты питателей, соединительные планки, пружины;
3) вспомогательные детали обычного типа: болты, гайки, шпонки, заглушки, пробки, штифты, винты, ненагруженные плиты, фиксаторы, ограничители и др.
Детали второй и третьей групп применяются во многих механизмах и машинах общего машиностроения, и выбор материала для них обычно не представляет затруднений.
Наиболее важным является правильный выбор материала для первой группы деталей, так как от этого зависит срок службыпресс-формы и ее нормальная работа.
Главной рабочей деталью пресс-формы является матрица; она наиболее трудоемка при изготовлении, и поэтому срок службы ее должен быть максимальным.
Чтобы обеспечить высокие эксплуатационные свойства матрицы» материал ее должен обладать износостойкостью (вследствие абразивного действия порошка), высокой твердостью (вследствие применения высоких давлений прессования), достаточным сопротивлениемусталостным напряжениям (вследствие периодичности процесса), сопротивлением растягивающим нагрузкам при приложении давления. Кроме того, материалматрицы должен хорошо обрабатываться и иметь минимальные объемные изменения при термической обработке, что позволяет легче добиться высокой точности при изготовлении матрицы. Указанным свойствам хорошо удовлетворяют штамповые стали для деформирования в холодном состоянии.
При необходимости спрессовать небольшую партию деталей сравнительно небольших размеровматрицу изготовляют из сталей марок У10 и У12. матрицы сложной формы и относительно крупных размеров для партий деталей в 25—30 тыс. штук изготовляют из сталей марок X, 9ХС, ХВГ, 9ХВГЛ Стали 9ХС и ХВГ позволяют получить небольшие деформации при закалке.
Для матриц, испытывающих большие механические нагрузки или имеющих сложную форму и требующих повышенной твердости (HRC65-5-67), можно использовать стали высокой прокаливаемости (в сечении более 200—300 мм) и износоустойчивости, имеющие минимальные объемные изменения при закалке. Это стали марок Х12Ф1, Х12Ф, XI2M, Х12. Первые три марки стали сравнительно мало различаются по свойствам. Сталь Х12Ф1 несколько превосходит стали Х12Ф и XI2Mпо пластичности и вязкости, а также по устойчивости против отпуска. Сталь Х12М, содержащая больше углерода, получает после закалки немного более высокую твердость. Сталь Х12 вследствие повышенного количества избыточных карбидов заметно уступает по механическим свойствам остальным высокохромистым сталям. Поэтому Сталь Х12 следует применять лишь для матриц простой формы, которые в эксплуатации не получают Значительных ударных нагрузок, но от которых требуется высокая износоустойчивость.
Условия работыпуансонов отличаются от условийработыматриц и стержней. Пуансоны значительно в меньшей степени подвео-гаются абразивному износу и в основном работают на сжатие (часто с ударными нагрузками). Поэтому в первую очередь материалпуансонов должен обеспечить достаточную вязкость и усталостную прочность, а затем уже твердость для сопротивлениясмятию и износу.
Пуансоны несложной формы и небольших размеров изготовляют из сталей марок У7, УЮ, У12. Для изготовления пуансонов сложной формы применяют инструментальные легированные стали марок 9ХС и ХВГЛ
При прессованииизделий низкой и даже среднейплотности из порошков железа и на основе железа хорошие результаты были получены при использовании верхних пуансонов, изготовленных из алюминиевой бронзы. Материалы для вспомогательных рабочих деталей выбираются в зависимости от условий их работы в пресс-форме. Например, обоймы матриц, если давлениепрессования невелико, изготовляются из малоуглеродистых сталей марок Ст. 3, Ст. 5, 45, а при высоких давлениях — йз высокоуглеродистых инструментальных сталей марок УЮ, У12, закаливаемых до твердости HRC40.
Пружины для подвески матриц, стержней и пуансонов, работающих при напряжениях, изменяющихся- во времени, изготовляются из хромованадиевых сталей марок 50ХФА, 60С2ХФА-
Направляющие втулки, опорные плиты, кулачки и др. изготовляются из сталей марок У7, У8 и в некоторых случаях из легированных инструментальных сталей.
Для изготовления вспомогательных деталей обычного типа Широко применяются цементуемые малоуглеродистые стали марок Ст.1, Ст.2, Ст.5 и Ст.6.
ДЕТАЛИ ПРЕСС-ФОРМ ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
Для изготовления твердосплавного инструмента применяются твердые сплавы В Кб, ВК8, ВКИ и ВК15. Прессующий инструмент, изготовленный из твердых сплавов обладает наибольшими износостойкостью и сроком службы. от кость твердосплавных матриц превышает стойкостьматриц из азотируемых сталей в 15—20 раз.
По данным предприятий США, матрицы из твердых сплавов выдерживали производство 9 млн. деталей, причем износматрицысоставлял только 0,5 мкм. Износостойкость матрицы определяется твердостью поверхности. У твердосплавных матриц она сравнительно высока. Например, для сплава ВК8 она составляет HRA87-S-88, т. е. твердостьсплава значительно выше, чем у инструментальных сталей.
Хорошими эксплуатационными данными обладает карбидохромовый сплав с никелевой связкой, технология изготовления которого описана В. В. Григорьевой и В. Н. Клименко [9]. сплавы на основе карбидахрома принадлежат к тому же типу, что и сплавы на основе карбида вольфрама, однако себестоимость изделий из сплавов на основе карбидахрома в 4 раза меньше себестоимости изделий из сплавов на основе карбида вольфрама. Для изготовления матрицпресс-форм можно рекомендовать сплавы на основе карбида хрома, содержащие в качестве связкиникель в количестве 10—15% по весу. матрицы из такого сплава имеют твердость HRA87-90, достаточную прочность и весьма износоустойчивы. Так, например, норма стойкостиматрицы из стали ХВГ в автоматической пресс-форме для прессованияферритов составляет 5—8 тыс. штук. В матрице, изготовленной из сплава на основе карбидахрома с 10% никелевой связки, было спрессовано более 100 тыс. штук ферритов, причем размерыматрицы почти не изменились.
Твердые сплавы, обладая высокой прочностью на сжатие, плохо работают на растяжение. Поэтому матрицы всегда стягиваются обоймами.
При использовании цилиндрических матриц применяется горячая запрессовка матрицы в обойму. При горячей запрессовке матриц прямоугольной формы требуется очень. тщательная пригонка поверхностисоединенияматрицы и обоймы. В случае плохой пригонки в твердосплавных деталях появляются трещины, которые приводят к выводу из строя пресс-формы.
В качестве материала для обойм рекоменуются стали марок У10, У12, закаленные до твердости HRC40.
Для запрессовки цилиндрических матриц из твердых C™B°Bв обойму применяются величины натягов после охлаждения обоймы, указанные в табл. И.