2.6. Формование заготовок (прессование)

Операция формования заключается в придании порошкообразной или гранулированной шихте необходимой формы и размера, плотности и механической прочности. Поскольку исходная шихта не обладает достаточной пластичностью, то трудно обеспечить высокую плотность заготовок увеличением давления прессования, так как такое увеличение приводит к разрушению частичек шихты. Введение в шихту пластификатора позволяет снизить давление прессования и обеспечить более равномерное распределение плотности заготовки благодаря увеличению подвижности частиц.

Основные методы формования:

1. Холодное прессование в пресс-формах.

2. Мундштучное прессование.

3. Изостатическое прессование.

4. Вибрационное уплотнение.

5. Горячее прессование.

6. Горячее литье.

2.6.1. Холодное прессование в пресс-формах

Существует сухое и мокрое холодное прессование. Сухое прессование используется чаще. В сухом прессовании уплотнение сухого или слегка увлажненного гранулированного порошка происходит в пресс-форме под высоким давлением. При сухом прессовании содержание влаги не превышает 12%.

Основными операциями при сухом прессовании являются:

1) Расчет навески и дозировка пресс-порошка.

Навеска рассчитывается по формуле

M = V∙_k∙₀∙K₁∙K₂,

где V – объем спеченного изделия, _k – плотность беспористого компактного материала, ₀ – относительная плотность (₀ = _с / _k = П /100), П - пористость спеченного изделия, К₁ – коэффициент, учитывающий потери порошка при прессовании (1,005-1,01), К₂ – коэффициент, учитывающий потери массы за счет улетучивания летучих компонентов (1,01-1,03).

Прессуемость порошка, т.е. способность образовывать плотные и прочные заготовки изделий заданной формы, в основном определяется его физико-химическими свойствами, гранулометрическим составом и формой зерен. Для получения качественных заготовок с воспроизводимыми свойствами необходимо добиваться, чтобы коэффициент уплотнения был одинаковым для различных спрессованных заготовок

K_y = V_п/ V_б,

где V_п – объем порошка в пресс-форме, V_б – объем заготовки после прессования.

Пресс-порошок дозируют весовым или объемным методом. В промышленном производстве чаще всего используют объемную дозировку. Весовая дозировка используется для получения заготовок крупных изделий.

2) Засыпка пресс-порошка в пресс-форму.

Заполнение матрицы пресс-формы должно происходить равномерно. Это достигается гранулированием порошка, что увеличивает его текучесть, и использованием вибрирующих пресс-форм.

3) Прессование.

Различают одностороннее и двухстороннее прессование (рис. 2.4 и 2.5, соответственно). При одностороннем прессовании движется только один пуансон.

Рис. 2.4. Одностороннее прессование

При двустороннем прессовании используется пресс с двухсторонней подачей давления. Подобные прессы позволяют получать изделия с большей плотностью и с более равномерным распределением плотности по объему заготовки. Однако такое оборудование довольно дорого.

Рис. 2.5. Двухстороннее прессование

Оптимальное давление прессования определяют экспериментально на основе анализа зависимости плотности заготовки от давления прессования для сырых и спеченных прессованных изделий. Для сырых изделий эти зависимости называются кривыми уплотнения. Вид кривой уплотнения показан на рис. 2.6.

Область I – укладка частиц. В этом случае площадь контактов между частицами мала. При возрастании давления происходит наиболее интенсивное уплотнение заготовки в результате хаотического расположения частиц, которые заполняют все поры. В конце стадии I завершается максимально плотная упаковка частиц исходного порошка.

Область II – упругая деформация частиц. Происходит незначительное уплотнение заготовки за счет деформации частиц в местах их контактов. После извлечения заготовки из пресс-формы она сохраняет свои геометрические размеры (не наблюдается упругого последействия). Как правило, плотность заготовок на II-й стадии при давлении прессования 50-100 МПа не превышает 0,5-0,7 от теоретической плотности.

Рис. 2.6. Кривая уплотнения при прессовании

Область III – хрупкое разрушение частиц. Происходит при давлениях в несколько сотен МПа. При этом деформация охватывает весь объем частиц и происходит хрупкое разрушение частиц.

Зависимость (Р) определяется прочностными характеристиками материалов зерен. При извлечении из пресс-формы геометрические размеры заготовки увеличиваются. В интервале величин давлений до значений, при которых происходит интенсивное измельчение частиц, зависимость плотности заготовки от давления прессования определяется выражением

_з = a +b lgP,

где a и b – постоянные величины.

4) Извлечение заготовки из пресс-формы.

Осуществляется выталкиванием заготовки при давлении, составляющем 20 – 35% от давления прессования. При выталкивании объем заготовки может увеличиться за счет упругих сил (рис. 2.7). Величину такого упругого последействия оценивают по формуле

где V₀ – объем заготовки в пресс-форме под давлением прессования, V₁ – объем заготовки после извлечения из пресс-формы.

Обычно упругое последействие имеет следующий вид. Как правило, V~ 10%.

Рис. 2.7. Изменение объема заготовки после извлечения ее из пресс-формы

Преимущества метода холодного прессования:

1. Простота технологического процесса.

2. Возможность автоматизации процесса с достижением высокой производительности (50-100 штук в мин при производстве конденсаторных элементов).

3. Достаточно высокая точность и воспроизводимость размера прессуемых изделий.

Недостатки:

1. Неоднородность получаемых изделий по плотности.

2. Невозможность изготовления изделий повышенного класса точности и сложной формы.

3. Высокая стоимость пресс-формы.

4. Возможное расслоение заготовки после извлечения из пресс-формы.

Если расслоение связано с захватом воздуха в процессе прессования, то для исключения этого недостатка необходимо проводить прессование в вакууме.

Требования, предъявляемые к пресс-формам:

а. Высокая механическая прочность.

б. Стойкость к истиранию.

в. Точность размеров.

Пресс-формы изготавливаются из твердых сплавов, а их поверхности обрабатываются электроискровым способом.

По методу сухого прессования не удается получать изделия с толщиной < 0,2 мм. Для получения более тонких изделий сначала мокрым способом вытягивают тонкие листки, из которых штампуют необходимые изделия.