Основними способами формування виробів з металевих порошків є:
- пресування в прес-формах;
- ізостатичне пресування;
- прокатка порошків;
- Мундштучне пресування;
- шлікерного формування;
- динамічне пресування.
Пресування в прес-формах
Пресування в прес-формах найбільш поширене в зв'язку з тим, що воно забезпечує отримання деталей, які практично не піддаються механічній обробці.
Пресування в прес-формах може бути одностороннім і двостороннім. Одностороннє пресування застосовується при виготовленні виробів простої конфігурації, у яких відношення довжини або висоти до діаметру або товщині не перевищує 3.
Розміри пресованого виробу в напрямку, перпендикулярному направле6нію пресування, визначаються розмірами порожнини прес-форми і є для даної прес-форми стабільними. Розмір в напрямку пресування (по висоті) може змінюватися при кожному черговому пресуванні.
Отримання вироби заданої висоти можна забезпечити або пресуванням з використанням обмежувачів висоти (так зване пресування до упору), коли хід плунжера преса обмежується спеціальними обмежувачами, або шляхом контролю тиску пресування по індикатору або манометру. Пресування до упору забезпечує високу продуктивність і отримання виробів з розмірами, які залежать від коливань характеристик порошку внаслідок впливу останніх на пружне післядія. Метод пресування по тиску грунтується на наявності точної відповідності між прикладеним тиском і щільністю спресованого брикету для кожного сорту порошку.
Операція пресування через специфічних особливостей накладає обмеження на форму і розміри пресованих виробів. Наприклад, неможливо отримати вироби з бічними западинами, які доводиться виготовляти додаткової механічної обробкою. Отвори, перпендикулярні напрямку пресування, необхідно висвердлювати після операцій пресування і спікання.
Найбільш поширеними видами шлюбу спресованих брикетів є расслойние тріщини (розшарування) і осипання граней. Причинами розшарується є неправильний режим пресування (високий тиск пресування при використанні непластічних порошків з великим пружним последействием), неправильна конструкція прес-форми і погано оброблені стінки її, нерівномірна засипка шихти в порожнину матриці та інші фактори.
При гарячому пресуванні використовуються графітові прес-форми або прес-форми з жароміцних сталей. В цьому випадку процес пресування зазвичай поєднується зі спіканням, так як застосовуються температури гарячого пресування складають 0,5 - 0,8 від Тпл. основного компонента суміші.
Ізостатичне пресування
Ізостатичним називають пресування в еластичною оболонці під дією всебічного стиснення. Якщо стискуюче зусилля створюється рідиною, пресування називають гідростатичним, а якщо газом - газостатичному.
При гідростатичному пресуванні порошок засипається в гумову оболонку, поміщають її в робочу камеру гидростата, в якій створюють необхідний тиск рідиною за допомогою насоса високого тиску.
В якості рідини може використовуватися масло, вода, гліцерин. При цьому виді пресування майже відсутнє тертя частинок порошку об стінки оболонки, так як ті з них, які прилягають до оболонки, переміщаються разом з нею. Рівність і рівномірність стискають зусиль у всіх напрямках призводить до того, що бічний тиск дорівнює одиниці. Щільність різних ділянок одержуваної пресування практично однаково.
Порошок, що знаходиться в оболонці, до додатка до нього тиску піддають вібрації для забезпечення рівномірної щільності засипки і дегазації, так як повітря, наявний в порах засипки, буде перешкоджати ущільненню.
Гідростатичним пресуванням отримують циліндри, труби, кулі та інші вироби. До недоліків гідростатичного пресування слід віднести труднощі отримання брикетів розмірами близькими до заданих і необхідність застосування механічної обробки при виготовленні виробів точних форм і розмірів, а також низьку продуктивність процесу.
Газостатичному пресування поки не отримало широкого поширення через складність конструкцій пресуючих пристроїв. Воно може проводиться при кімнатній температурі або при підвищених температурах. Пресування при високих температурах поєднується з процесом спікання і дозволяє отримувати вироби практично будь-яких матеріалів з відносною щільністю, близькою до теоретичної.
прокатка порошків
Прокатка металевих порошків є формування в прокатному стані. Суть методу прокатки полягає в подачі порошку в зазор між двома обертовими назустріч один одному валками.
Силами зовнішнього тертя порошок захоплюється в зазор і ущільнюється в виріб достатньої міцності, що забезпечує транспортування його на спікання. Надходження порошку в валки може бути вільним, коли він надходить в осередок деформації під дією власної маси, і під тиском, коли порошок в валки подається примусово, за допомогою спеціальних пристроїв. Наприклад, подача порошку в валки за допомогою шнекового пристрою, коли тиск підпору порошку в осередку деформації створюється за рахунок різниці продуктивності шнека і пропускної здатності валків.
Товщина і щільність заготовки залежать від хімічного і гранулометричного складу порошку, форми його частинок, тиску порошку на валки, стану поверхні валків і інших чинників. При прокатці кожна частка в залежності від зусилля пресування і форми частинок буде мати різну ступінь деформації і різну щільність. Частинки кульової форми будуть менше деформуватися, ніж частки дендритних або голчастою форми і заготівля з цих частинок буде мати меншу щільність. Крім того, заготівля з частинок з сильно розвиненою поверхнею володіє підвищеною щільністю.
Процес прокатки порошку від початку надходження його в валки і до виходу з валків ділиться на три періоди. У перший період, який називається початковим несталому. заготовка має змінні товщину і щільність, так як щільність порошку, що заповнює зону деформації, змінюється по висоті. При обертанні валків в зазор між ними захоплюються деформуються частки порошку, які викликають розклинюючий дію, а в осередок деформації надходять нові порції порошку. Коли процес залучення і пресування порошку врівноважується опором стану пружних деформацій, настає другий період, званий сталим періодом прокатки, в якому виходить з валків заготовки має постійну щільність. У третьому періоді, званим нестаціонарним. відбуваються зворотні явища в зв'язку з розвантаженням валків стану.
У початковому і кінцевому періодах паралельно зі зміною щільності змінюється тиск порошку на валки і в результаті пружної деформації стану змінюється товщина заготовки. У зв'язку з цим при прокатці порошків прагнуть до максимального скорочення тривалості цих періодів, а кінцеві ділянки заготовок підлягають обрізці, так як вони зазвичай неоднорідні по щільності.
Порошок можна прокатувати в холодному або гарячому стані. Прокатка при кімнатній температурі найбільш проста, але менш ефективна, ніж прокатка підігрітого порошку.
Заготовки після прокатки зазвичай спекают в печах безперервної дії в захисній атмосфері.
У деяких випадках після спікання застосовують ще одну або кілька повторних ущільнюючих прокаток і спікання, що забезпечують отримання заготовки з заданими властивостями. При одночасної прокатки декількох порошків, що розрізняються за властивостями металів, або порошку і листового металу отримують багатошаровий прокат.
Прокатка металевих порошків застосовується для отримання заготовок конструкційних, електротехнічних, фрикційних і антифрикційних виробів (стрічка, листи, дріт та ін.), А також у виробництві фільтрів і інших пористих виробів для очищення різних середовищ.
Мундштучне пресування
Мундштучне пресуванням називають формування заготовок шляхом продавлювання суміші порошку з пластифікатором через отвір в матриці.
При Мундштучне пресуванні можна продавлювати через мундштук або суміш порошку зі зв'язкою, або попередньо спресовану заготовку, яку перед продавливанием підігрівають.
В якості пластифікатора застосовують парафін, полівініловий спирт, крохмаль, бакеліт. Мундштучне пресування ефективно при виробництві прутків, труб, куточків і інших великих по довжині виробів з погано пресованих матеріалів, в тому числі тугоплавких металів і сполук, твердих сплавів та інших.
шлікерного формування
Шлікерного формування є способом виготовлення виробів шляхом заливання шлікера, що представляє собою однорідну концентровану суспензію порошку в рідині, в пористу форму з наступним сушінням. При цьому процес формування здійснюється без застосування зовнішнього тиску. Іноді цей процес формування називають шлікерного литтям.
Для приготування шлікера використовують дуже дрібні порошки, суспензія яких в рідини (розчини на основі води і спирту) однорідна і стійка протягом тривалого часу. Шликер містить деяку кількість добавок (кислоти, луги, різні солі), що перешкоджають накопиченню частинок і поліпшують змочування частинок порошку і стінок форми рідиною.
Форму для шликерного формування виготовляють з гіпсу, пористої кераміки, нержавіючої сталі та інших подібних матеріалів.
Заготівлю отримують шляхом заливання шлікера у вологопоглинаючу форму, рідина з якої видаляється через пори. Механізм формування полягає в направленому осадженні твердих частинок на стінках форми під дією направлених потоків рідини. Потоки виникають в результаті вбирання рідини в пори форми під впливом розрідження або під впливом відцентрових сил при відцентровому шлікерного формуванні.
Швидкість нарощування твердого шару залежить від швидкості видалення рідини, розміру часток, співвідношення між твердою і рідкою фазами в шлікером, температури, кількості добавок. Зв'язок між частинками обумовлена в основному механічному зачепленням.
Отримана заготовка витягується з форми і піддається сушінню і спікання. Для полегшення видалення заготовки внутрішню поверхню форми покривають тонким шаром спеціальної речовини (мило, графіт, папір, тальк), який перешкоджає схоплюванню з формованим матеріалом.
Вироби, отримані шлікерного формуванням, внаслідок великої вихідної пористості, яка може досягати 60%, при спіканні дають значну усадку. Однак щільність виробів після спікання виходить досить великий і рівномірної за обсягом.
Методом шликерного формування виготовляють вироби складних форм (труби, тиглі, турбінні лопатки і ін.), Які важко отримати традиційними методами пресування, особливо в разі ущільнення тендітних порошкоподібних матеріалів.
динамічне формування
Динамічне формування являє собою процес пресування з використанням імпульсних навантажень або вібрації. Відмінною рисою такого формування є висока швидкість програми навантаження до ущільнюють порошку. У зв'язку з цим його часто називають високошвидкісним.
Як джерело енергії використовують енергію вибуху заряду вибухової речовини, ударну хвилю високої інтенсивності, що виникає при розряді акумульованої електричної енергії та впливає на матеріал через рідину, енергію стисненого газу, вібрацію.
При вибуховому формуванні енергія вибуху повідомляє певну швидкість пристрою, вдаряє по Прес пуансону, або передається на пресований порошок через рідину, або впливає на пресований порошок, укладений в еластичну оболонку або тонкостінний металевий контейнер. Такий високошвидкісний вид пресування призводить до виділення тепла і нагрівання контактних міжчасткових ділянок, що полегшує процес деформування. В результаті щільність заготовок досягає більшого значення, ніж при звичайних методах пресування низькошвидкісними навантаженнями.
Різновидом динамічного формування є динамічне гаряче пресування (метод ДГП). Метод заснований на попередньому холодному формуванні пористої заготовки з порошкової шихти заданого складу, її подальшому короткочасному нагріванні і допрессовкі динамічними навантаженнями. Цей метод дозволяє отримувати практично безпористі вироби точних розмірів і з високою чистотою поверхні.
При вібраційному формуванні використовується ефект сприятливого впливу вібрації на процес ущільнення, що пов'язано з руйнуванням міжчасткових зв'язків і поліпшенням взаімоподвіжності частинок. В результаті досягається щільна укладання частинок при менших тисках пресування і забезпечується висока рівномірність розподілу щільності за обсягом заготівлі.
Енергія вібрації витрачається на подолання інерції і пружного опору вібруючої системи і на подолання інерції, сил тертя і зчеплення ущільнюється порошку. У разі ущільнення порошку невеликої маси основну роль грають інерція і пружні властивості системи. Тому для забезпечення найбільш вигідного режиму ущільнення слід вибирати частоту вібрації ближче до власної частоти коливань системи. При ущільненні великих мас порошку основну роль будуть грати власна частота коливань шару частинок і сили зв'язку між ними. Тому частоту вібрації вибирають ближче до резонансної або по відношенню до вібруючої системі, або по відношенню до ущільнюваної масі порошку. При правильному виборі частоти, прискорення і амплітуди вібрації щільність і міцність прессовок вище, ніж при статичному пресуванні.
У всіх випадках, що вимагають високих тисків при статичному пресуванні застосування вібрації буде вигідним. Найбільш ефективним є застосування вібрації при пресуванні порошків непластічних і тендітних металів, до яких високі статичні тиску не можуть бути включені через що відбувається при цьому руйнування брикетів.