Пресс горячего формования

1. Описание  технологического процесса горячего формования.

       Горячее формование осуществляется в закрытых пресс-формах при повышенных и высоких температурах и возрастающем до заданной величины давлении. С повышением температуры уменьшается величина давления, необходимого для уплотнения порошка.

       Метод горячего прессования (формования) позволяет получать изделия из порошков, не поддающихся формованию или спеканию обычными способами. При горячем прессовании увеличение контакта между частицами достигается:

       1) за счет их деформации внешними  силами;

       2) собственной температурной подвижностью  атомов.

       При горячем прессовании можно получить материал плотностью, приближающейся к теоретической, и со свойствами компактных металлов.

       Механические  свойства материала повышаются с  ростом прилагаемого давления до достижения 100%-ной плотности. При дальнейшем повышении давления свойства практически  не изменяются. Чем выше температура, тем ниже давление, при котором  достигается постоянство свойств  изделий. Давление, необходимое для  получения изделий определенной плотности, при высоких температурах составляет 0,1–0,2 давления холодного  формования.

       Горячее прессование осуществляется преимущественно  на гидравлических прессах. Оно производится в пресс-формах, изготовляемых из жаропрочных сплавов (для низких температур прессования – до 1000°С), либо из графита для высокотемпературного прессования.

       При горячем прессовании совмещаются  процессы формования и спекания изделий  в пресс-формах, нагреваемых до нужной температуры (как правило, - до реализации пластических свойств материалов). Стадийность процессов, происходящих при горячем прессовании, во времени  можно проиллюстрировать рисунком 3, где имеется три основных стадии:

       1. До 90 % от максимально достижимой  плотности реализуется сдвиг  и скольжение частиц относительно  друг друга;

       2. Граничное скольжение частиц  и объёмная деформация;

       3. Объёмная деформация. 

       Рисунок 3. – Процессы, происходящие при горячем  прессовании. 

       Давление  прессования по данному методу составляет обычно 200-400 кГс/см2. 
Достоинства метода:

       очень хорошие механические (прочностные) характеристики получаемых изделий;

       минимальные допуски по размерам заготовок;

       относительно  невысокие рабочие давления;

       сокращение  времени спекания.

       Недостатки  метода:

       необходимость использования жаропрочных дорогостоящих  пресс-форм, их быстрый износ;

       невысокая производительность.

       Нагрев  пресс-форм и материала осуществляется одним из следующих способов (Рисунок 5):

       применением внешних нагревателей (а);

       непосредственным  пропусканием тока через пресс-форму (б);

       непосредственным  пропусканием тока через порошок (в);

       индукционным  высокочастотным нагревом (г).  

       Рисунок 5. – Способы нагрева при горячем  прессовании. а – внешний нагрев, б – электронагрев пресс-формы, в – электронагрев порошка, г – высокочастотный нагрев (1 – матрица, 2 – пуансон). 

       Горячее прессование применяется только в ряде специальных случаев: при  производстве твердых и жаропрочных  материалов, алмазно-металлических  сплавов и крупных изделий  весом до 500 кг (например, твердосплавных прокатных валков). Кроме того, оно  применяется при производстве тонких пластин, дисков и других деталей, которые  коробятся при спекании и поэтому  изготовление их холодным формованием  затруднительно.

       Выдержка  при горячем прессовании (длительность спекания при максимальном давлении) во много раз ниже, чем при обычном  спекании заготовок. Так, спекание твердых  сплавов производится при выдержках 0,75 – 1,5 часа, а при горячем формовании на это затрачивается всего 1 –10 минут.

       Горячее прессование менее производительно  по сравнению с холодным, связано  со значительным износом пресс-форм и трудностью подбора для них  материала, способного выдерживать  высокие температуры. Однако, несмотря на ряд трудностей, связанных с  предотвращением окисления порошка, выбором материала пресс-формы, а  также некоторым ограничением областей применения горячего прессования, принципиальная ценность и перспективность метода очевидны, особенно для получения  изделий большой плотности и  с высокими механическими свойствами. 
 
 

       ПОРЯДОК ГОРЯЧЕГО ФОРМОВАНИЯ 

       1. Для предупреждения прилипания  изделий к пресс-форме, поверхность  последней слегка смазывается  одной из смазок .

       2. В матрицу пресс-формы закладывается  брикет.

       3. Дается давление гидравлики, обеспечивающее  нужное удельное давление формования  не менее 25 МПа (250 кгс/см²)

       4. Изделия выдерживаются под давлением  в течение 50 с, после чего  производится выпуск газов путем  снятия давления. Через 3 минуты  от начала формования производится  вторичный выпуск газов. Время  горячего формования считается  с момента достижения необходимого  удельного давления (перед выпуском  газов).

       5. По истечении требуемого времени  горячего формования давление  гидравлики выключается, пресс-форма  размыкается, изделия снимаются  с пресс-формы и укладываются  на рабочий стол или поддоны  для остывания.