Холодное выдавливание деталей из спеченных порошковых заготовок

Холодное выдавливание деталей из спеченных порошковых заготовок состоит в том, что сначала приготавливают порошковую шихту, в состав которой входит железный порошок, порошок пластификатора (стеарта цинка), предназначенный для снижения трения между отдельными частицами, а так же, возможно порошки легирующих элементов, в качестве которых чаще всего применяют порошки никеля, молибдена, меди и графита. Из порошковой шихты в закрытом штампе формируют заготовку простейшей формы, например, цилиндрической.

Способ получения железного порошка оказывает влияние на качество изделий, но это влияние может быть компенсировано выбором схемы уплотнения при формовании порошковой заготовки.

Спекание производят при высокой температуре, не достигающей температуры плавления основного компонента, в восстановительной атмосфере или в атмосфере, не допускающей окисления, например, в аргоне или азоте. Спекание чистых металлов проводят в большинстве случаев при температуре около 0,67…0,8 температуры плавления. Для спекания используют как камерные, так и проходные печи. Для спекания при температурах до 1050…1100 °С применяют электрические печи сопротивления, до 1200 °С – газовые печи, до 1300 °С – электрические печи с силитовыми нагревательными элементами сопротивления. При спекании заготовки остаточная пористость изменяется незначительно. Так, например, увеличение времени спекания от 1 до 3 ч заготовок из железного порошка ПЖВ4.160.28 в среде водорода при температуре 1200 °С остаточная пористость понижается примерно на 3 %.

Температура спекания зависит от требований, предъявляемых к спеченному материалу, и от характеристики исходных порошков. Повышение температуры существенно увеличивает скорость спекания и, как привило, оказывается выгоднее увеличения длительности.

После спекания заготовка представляет собой твердое тело, имеющее остаточную пористость. Эта заготовка подвергается последующей холодной штамповке выдавливанием, как и обычная, отрезанная от прутка цилиндрическая заготовка. После выдавливания деталь подвергается отжигу в защитной атмосфере с целью снятия остаточных напряжений. Однако холодное выдавливание заготовок из железного порошка, легированного упрочняющими добавками, практически не применяется из-за больших удельных сил, необходимых для формоизменения заготовки и, как следствие, неудовлетворительной стойкости штампового инструмента.

Выдавливание с активными силами трения.

Преимущество выдавливания с активными силами трения заключается в снижении величин удельных сил, действующих на штамповый инструмент. Снижение удельных сил позволяет повысить стойкость инструмента и расширить применение технологии на область производства из легированных порошковых материалов. Удельная сила (т.е. сила развиваемая прессом, деленная на площадь перпендикулярного направления) при холодном выдавливании спеченных заготовок достигает 2500 МПа. Современные штамповые стали 5ХНТ, Х12Ф, при таких удельных силах не обеспечивают стойкости, при которой процесс холодной штамповки являлся бы конкурентоспособным по сравнению с другими процессами производства машиностроительных деталей.

Для снижения удельной силы необходимо выдавливание проводить в штампах, рабочие элементы которых перемещаются относительно друг друга таким образом, чтобы силы трения на поверхности контакта пластически деформируемого материала заготовки с этими элементами инструмента становились направленными в сторону течения материала и способствовали этому течению. Такие силы трения названы активными силами контактного трения.

Кроме снижения удельной деформирующей силы выдавливания с активными силами контактного трения возможно улучшение качества изготовляемой детали. При выдавливании по традиционной схеме силы контактного трения на границе заготовки с матрицей препятствуют течению материала заготовки. Однако, если матрицу, установленную на траверсе пресса, перемещать в направлении течения металла со скоростью, превышающей скорость течения металла, силы трения на границе заготовки с матрицей будут способствовать течению и разгрузят пуансоны.

Использование активных сил трения при холодном выдавливании спеченных порошковых заготовок позволяет уменьшить удельную силу на пуансоне на 7…13 %. При таком снижении удельной силы стойкость пуансонов увеличивается в 1,5…2 раза. Благодаря этому становится возможным холодное выдавливание спеченных заготовок из железного порошка с добавлением графита. Например, при добавке 0,5 % углерода удельная сила на пуансоне при выдавливании стаканов с наружным диаметром 30 мм и диаметром отверстия в стакане 22 мм не превышает 2400 МПа.

Создание и использование активных сил контактного трения при выдавливании спеченных порошковых заготовок могут быть осуществлены не только на специализированных прессах, но и при выдавливании в так называемой плавающей матрице, которая под действием сил трения имеет возможность перемещаться в осевом направлении.

Выдавливание в плавающей матрице – процесс менее эффективный, чем выдавливание на специализированном прессе. Преимущество этого процесса состоит в применении штампов для выдавливания традиционных конструкций и универсального прессового оборудования. Требуется лишь незначительная доработка штампа.