Проектирование и оборудование цехов порошковой металлургии - Поздняк Н.З., Крушинский А.Н.

Author: Поздняк Н.З. Крушинский А.Н.

Tags: общее машиностроение технология машиностроения металлургия оборудование порошковая металлургия

Year: 1965

Similar

Основы порошковой металлургии. Свойства и применение порошковых материалов

Оборудование предприятий порошковой металлургии

Порошковая металлургия

Основы порошковой металлургии

Text

Н-3-П8ЦИЯК,А«РУШИКгКйЙ
m m

Н. 3. поздняк, А. Н. КРУШИНСКИИ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕХОВ
ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
Москва 1 965
УДК 621. 762
В книге изложены основы проектирования и произ-
водства изделий методом порошковой металлургии. Даны
основные технологические схемы, порядок и методика
проектирования производства порошковой металлургии.
Рассмотрены вопросы, связанные с определением струк-
туры цеха, участка, завода. Приведены описание и рас-
четы технологического оборудования. Уделено внимание
технике безопасности и охране труда.
Книга рассчитана на инженерно-технических работ-
ников, занятых в промышленности порошковой метал-
лургии, а также может быть использована студентами,
специализирующимися по порошковой металлургии чер-
ных, цветных и редких металлов.
Рецензент канд. техн, наук М. Ю. Бальшин
Редактор инж, Ю. Л. Маркиз
ХАРЬКОВСКАЯ ТИПООФСЕТНАЯ ФАБРИКА
ГЛАВА I
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ 1
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ —ПРОГРЕССИВНЫЙ МЕТОД
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Порошковая металлургия, как новый технологический метод,
применяется для изготовления порошков металлов, металличе-
ских и металлоподобных соединений (с углеродом, бором, азотом
и кремнием), различных сплавов, а также для производства из
них металлокерамических изделий формованием и спеканием при
температурах ниже точки плавления основного металла компо-
зиции.
С применением порошковой металлургии для определенной
группы деталей исключаются из технологии машиностроения
такие традиционные процессы, как плавка и литье, а механиче-
ская обработка металлов либо совсем исключается, либо сводит-
ся к минимуму.
Порошковую металлургию также называют металлокерами-
кой, а изделия, изготовляемые этим методом — металлокерами-
ческими [5].
Получение металлических порошков является одним из важ-
ных и самостоятельных разделов порошковой металлургии, так.
как металлические порошки, помимо порошковой металлургии,
применяются в химической промышленности в качестве восста-
новителей, в контактном катализе, в металлотермии, пиротехнике,
в полиграфической промышленности, для покрытия сварочных
электродов и т. д.
Обычно технологическая схема порошковой металлургии со-
стоит из операций подготовки и смешения порошков, различных,
методов формования изделия, спекания и окончательной довод-
ки. Некоторые изделия могут быть подвергнуты обработке реза-
нием, шлифованием и полированием.
В зависимости от вида изделий, исходных материалов и кон-
кретных условий технологическая схема метода порошковой
1 Главы I—III, V написаны канд. техн, наук Н. 3. Поздняком, глава
IV — инж. А. Н. Крушинским.
3
металлургии может изменяться, вследствие чего количество опе-
раций в ней непостоянно (фиг. 1). Формование является наиболее
важной операцией и определяет технические возможности порош-
ковой металлургии в целом. Формование заготовок производится
в заранее приготовленных формах под внешним давлением
Основные исходные и вспомогательные материалы
Прессование
Спекание
Предварительное спекание
(в некоторых случаях)
Готовое
изделие
При необходимости один из вариантов производства может быть продолжен
J Пропитка маслом или
легкоплавким металлом
Спекание
Спекание
Готовое
изделие
-Обжатие для получения
у спеченных изделий
окончательных размеров
или нужной плотности
Готовое
Готовое
изделие
Фиг. 1. Основная технологическая схема метода порошковой
металлургии.
Готовое
изделие
(в холодном состоянии, а иногда при нагреве до определенных
температур). Процесс формования характеризуется величиной
давления, прилагаемого к прессуемому порошку до получения
заданной степени обжатия. Чем меньше затрачиваемое давление
на обжатие, тем дешевле операция формования. Обычно величи-
на давления достигает 20—100 Мн/м2.
4
Методы формования подразделяются на следующие:
1. Прерывные (прессование) и непрерывные (прокатка, мунд-
штучное прессование и др.).
2. Осуществляемые при постоянной и при измененной площа-
ди формуемого брикета.
3. Холодные, протекающие при комнатной температуре и го-
рячие — при температурах выше температуры рекристаллизации.
4. В вакууме или атмосферном давлении.
5. С постоянным, с непрерывно возрастающим, мгновенно
возрастающим давлением и с вибрационным приложением дав-
ления.
6. С односторонним, двухсторонним, всесторонним и центро-
бежным приложением давления.
В настоящее время известны следующие технологические ва-
рианты формования металлокерамических деталей: прессование
в закрытых или открытых прессформах, мундштучное прессова-
ние, прессование с использованием сил трения, гидростатическое,
вакуумное, горячее, вибрационное прессование, прокатка свобод-
но насыпанных порошков, прокатка прессованных брикетов, про-
катка порошков в оболочках, шликерное формование, прессова-
ние взрывом [16].
Выбор метода формования зависит от различных факторов.
К ним относятся: форма и размеры детали, материал, масштаб
производства, требуемые классы точности и чистоты поверхности,
вид и количество допускаемых примесей в материале, свойства
порошков, возможность изготовления детали без дополнитель-
ной механической обработки, необходимость в термической обра-
ботке или гальванических покрытиях, пористость (размер и фор-
ма пор), наличие оборудования, экономические соображения.
Наиболее рациональный способ формования может быть выбран
только после тщательного анализа перечисленных выше фак-
торов [16].
Для каждого вида детали отдельные факторы являются опре-
деляющими при выборе метода ее изготовления. Например дета-
ли, у которых длина во много раз больше их поперечного сечения,
можно изготовлять только методами мундштучного прессования,
гидростатического прессования или прессования пуансоном ско-
шенной формы. Выбор метода прессования производится так же
в зависимости от наличия оборудования и экономических пока-
зателей процесса. Наиболее распространенным методом формо-
вания является метод холодного прессования в закрытых пресс-
формах. Следующей операцией после формования является
спекание изделий в печи с восстановительной средой при темпе-
ратурах ниже точки плавления основного металла спекаемой
композиции. В некоторых случаях спекание производится не-
сколько раз для получения особых свойств, но в большинстве
случаев бывает достаточно одного спекания. Обычно процесс
изготовления деталей заканчивается после спекания. Если
5
необходимо получить специальные свойства или более точные
размеры, которых нельзя достигнуть при прессовании порошка,
то все спеченные изделия подвергают повторному прессованию,
калиброванию.
Для получения более точных размеров прессование изделий
после спекания производится в специальных прессформах. Спе-
кание сопровождается изменениями размеров изделий. Для
получения требуемой точности изделие необходимо калибровать
(обычно на быстроходных прессах). Подобная операция часто
производится для повышения прочности металла и сопровож-
дается увеличением удельного веса изделий. Иногда после спека-
ния детали подвергаются двух- или трехкратному обжатию
с последующим спеканием или отжигом. В некоторых случаях
предварительное спекание изделия производится при низких
температурах с кратковременной выдержкой для придания
большей жесткости прессованному порошку при выполнении по-
следующих операций. Предварительное спекание производится
иногда для выжигания смазочных веществ (стеарата цинка, ма-
шинного масла, стеарата лития), добавляемых для облегчения
прессования. После этого следует окончательное спекание для
придания изделию требуемой плотности, твердости и прочности.
Пропитка — спекание представляет собой процесс, которым
можно улучшить физические свойства изделий, изготовляемых из
металлического порошка. Обычно этот процесс применяется то-
гда, когда плотность металла изделий должна быть больше той,
которую можно получить только спеканием.
Развитие порошковой металлургии в машиностроении и при-
боростроении обусловливается непрерывно растущей потребно-
стью в изделиях и материалах, которые невозможно получить
другими методами, и необходимостью улучшения и удешевления
выпускаемой продукции.
Получение однородных сплавов из металлов взаимно не раст-
воряющихся в жидком состоянии весьма затруднительно, так как
различие в удельных весах вызывает расслоение этих металлов
при расплавлении. Такие компоненты как вольфрам и медь, медь
и графит, вольфрам и серебро, сурьма и графит, железо и свинец
и другие более сложные композиции не удается сплавить между
собой и получить однородные сплавы. Порошковая металлургия
позволяет изготовить указанные сплавы и такие, которые содер-
жат наряду с металлами и неметаллические компоненты: графит,
кремнекислоту, асбест, окись алюминия [93]. Отдельные зерна
металлокерамических материалов могут входить в состав более
крупных структурных комплексов (агрегатов, гранул), в силу че-
го такие материалы более термостойки, лучше переносят воздей-
ствие циклических колебаний температур, напряжений и ядерных
облучений [6]. На этих материалах меньше сказывается неблаго-
приятное влияние предпочтительной ориентации зерен (тексту-
ра). Метод порошковой металлургии позволяет изготовлять по-
6
ристые изделия и материалы, которые затем подвергаются про-
питке машинным маслом, легкоплавкими металлами и т. д.
Благодаря высокой производительности автоматического обо-
рудования, особенно при прессовании, экономного использования
металлов, повышенной точности изготовляемых изделий, метода-
ми порошковой металлургии оказалось возможным получать от-
дельные изделия быстрее, дешевле и качественнее, чем такими
методами технологии машиностроения, как литьем по выплавляе-
мым моделям, в оболочковые формы, под давлением, холодной
и горячей штамповкой, свободной ковкой или обработкой резани-
ем на металлорежущих станках.
Методы литья в оболочковые формы, по выплавляемым моде-
лям и под давлением являются прогрессивными методами, но при
применении их используются дорогостоящие материалы и высо-
коквалифицированная рабочая сила, наблюдаются значительные
потери металлов. Поэтому указанные методы нередко оказыва-
ются дороже метода порошковой металлургии.
Отливки, получаемые литьем под давлением, обычно менее
прочны чем металлокерамические изделия, кроме того, этим ме-
тодом еще не удается изготовлять стальные отливки.
Себестоимость же изделий при горячей штамповке и порош-
ковой металлургии приблизительно одинакова, но точность ме-
таллокерамических изделий выше.
Свободной ковке в большинстве случаев подвергаются изде-
лия с формой и размерами, неблагоприятными для изготовления
их методами порошковой металлургии, поэтому заменить кова-
ные изделия металлокерамическими можно только в редких слу-
чаях.
Основными недостатками механической обработки металлов
резанием являются большие потери металлов в стружку, необхо-
димость применения разнообразных и дорогостоящих металлоре-
жущих станков, инструмента и использование рабочих высокой
квалификации. Преимущество этого метода заключается в том,
что прочность изделий из литого и подвергнутого обработке ме-
талла выше прочности изделий из металлокерамических материа-
лов. Производительность обоих методов приблизительно одина-
кова [26].
Большое развитие порошковая металлургия получила в годы
второй мировой войны, когда этим методом удалось получить
мягкие материалы из чистого высокопористого железа для сна-
рядных поясков, заменивших чистую медь; пористые железогра-
фитовые подшипниковые материалы, заменившие олово, свинец,
сурьму, применяемые для выплавки баббитов; высокотвердые
материалы из соединений тугоплавких металлов для изготовле-
ния бронебойных боеприпасов и других материалов и изделий.
Широкое применение порошковая металлургия получила в
ГДР, ЧССР, РНР, а также в США, ФРГ, Японии, Англии, Авст-
рии, где вступили в эксплуатацию технически оснащенные пред-
7
приятия по централизованному выпуску различных металлокера-
мических изделий.
В США в 1937 г. для всех нужд промышленности в сутки рас-
ходовалось не более 1 т металлических порошков, в 1957 г.—
100 т в сутки. В 1963 г. общий годовой выпуск металлокерамиче-
ских изделий в США превысил 200 тыс. т.
Изделия с заданными физико-механическими свойствами
можно получать за счет изменения параметров технологии. На-
пример холоднокатаная сталь обладает пределом текучести, рав-
ным 300—570 Мн/л2, а металлокерамические железо-графитовые
сплавы различной пористости при одном прессовании и одном
спекании обладают пределом текучести, равным всего лишь 150—
200 Мн!м2. Железо-графитовые изделия с небольшими добавка-
ми меди обладают уже пределом текучести 300—340 Мн)м2. Ес-
ли применить повторное прессование и спекание, то можно повы-
сить предел текучести до 400—530 Мн!м2. Плотность изделий,
получаемых горячим прессованием, равна плотности изделий, по-
лучаемых при штамповке.
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ, ПОЛУЧАЕМЫЕ
ТОЛЬКО МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Антифрикционные пористые металлокерамические изделия
выпускаются промышленностью в больших количествах и при-
меняются во многих отраслях народного хозяйства (табл. 1) [94].
Пористые подшипники изготовляют, как правило, в виде вту-
лок диаметром от 2 до 400 мм и более (фиг. 2), а также в виде
биметаллических или триметаллических лент на стальной основе,
из которых затем штампуют вкладыши подшипников.
Железо-графитовые
подшипники применяют
в узлах трения при за-
трудненной смазке.
Фиг. 2. Металлокерамические железо-графитовые подшипники.
Применение добавок меди к железо-графитовым композициям
и процессов сульфидирования, значительно повышает антифрик-
ционные свойства подшипниковых материалов (табл. 2); приме-
нение калибрования обеспечивает достаточно высокую чистоту
поверхности.
8
Таблица 1
Применение пористых подшипников
Отрасль Примеры использования
Общее машино- строение Автомобиле- троллейбусострое- ние Самолетострое- ние Паровозострое- ние Электромашино- строение Станкостроение Сельскохозяйст- венное машино- строение Промышленный транспорт Аппаратострое- ние Приборострое- ние и точная ме- ханика Малонагруженные узлы швейных машин, пылесосов, холодильников, стиральных машин, вентиляторов, счет- ных машин, бормашин и тв д. Текстильные машины, пи- щевая промышленность Подшипники сцеплений педального управления, тор- мозных систем, рулевого управления, магнето, указатель- ных и измерительных приборов. Поршневые кольца Подшипники систем управления Подшипники тормозных устройств, кулис Вкладыши, заменяющие кальций-баббнтовые Подшипники маломощных вентиляторов, электромото- ров, бытовых электромашин и приборов, счетных и из- мерительных устройств Подшипники фрезерных, токарных, сверлильных стан- ков, а также прессового оборудования Подшипники различных механизмов комбайнов, кар- тофелеуборочных машин, сенокосилок, соломорезок, зер- ноочистительных машин, прессов для сена Подшипники рольгангов, конвейеров, транспортеров, тельферов, кранов, авто- и электрокар Подшипники сцепления, регуляторов, сигнальных уст- ройств, киноаппаратов, магнитофонов и т. д. Подшипники часов, автоматов, регуляторов, включаю- щих устройств
Допустимое удельное давление р на поверхность трения же-
лезо-графитового подшипника при малых скоростях вращения
вала превышает допустимую нагрузку на литые подшипники; с
увеличением скорости вращения допустимые нагрузки сначала
выравниваются, а затем увеличиваются (применительно к ли-
тым подшипникам, фиг. 3).
Износоустойчивость пористых железо-графитовых подшипни-
ков (кривая /), примерно в два раза выше износоустойчивости
подшипников из оловянистой бронзы (кривая 2, фиг. 4).
Пористые металлокерамические подшипники применяются в
узлах трения, в основном там, где требуется высокая износостой-
кость, малый коэффициент трения и большая надежность в ра-
боте.
Коэффициент трения металлокерамических подшипников
ниже, чем у подшипников из некоторых баббитовых сплавов, а
износостойкость их в 7—8 раз выше; причем металлокерамиче-
ские подшипники почти не изнашивают шейки вала. Это объяс-
няется тем, что они отличаются от литых наличием пор (10—
30%), которые в процессе изготовления заполняются маслом, об-
разующим с графитом высокоэффективную коллоидную смазку.
9
Таблица 2
Состав и свойства железо-графитовых материалов, применяемых
для антифрикционных металлокерамических изделий
Марка Состав в % Структура Твердость в Х103н/л2 Предел прочности в Х10’н/ж2 при Коэффициент трения
желе- за гра- фита меди | изгибе срезе растя- жении
Ж-20ФС 100 Феррит 70—80 18—19 13—15 16-^14 0,04
ЖГр-1-2ОПФ 99 1,0 — Перлит— феррит Перлит 85—93 20—25 18—20 17—20 0,06
ЖГр-2-2ОП 98 2,0 — 70—80 20—22 16—18 17—19 0,07
ЖГр-3-2ОП 97 3,0 — Перлит 60—68 18—20 15—16 17—17 0,04
ЖГр-ЗК1-2ОП 96 3,0 1 Перлит 98—108 17—20 14—16 14—16 0,03
ЖГр-2Д1-2ОП 97 2,0 1 Перлит 113—123 26—30 22—26 25—30 —
ЖГр-2Д2-5-2ОП 95,5 2,0 2,5 Перлит 136—146 30—36 24—28 27—30 0,05
ЖГр-2Д5-2ОП 93,0 2,0 5,0 Перлит 113—123 28—30 22—26 25—30 0,07
ЖГр-2Д7-5-2ОПФ 90,5 2,0 7,5 Перлит 118—127 34—40 26—32 24—27 0,03
ЖГр-2Д2-5-2ОПС 95,5 2,0 2,5 Перлит 147—161 34—40 25—32 24—26 0,03
Обозн аче ни я: Ж ; — железо; Гр — графит; Д — медь; К — сера; С — сульфи-
дирование. Твердость по Бринелю показана при условии 5/250/30. Цифра, следующая
за наименованием элемента, показывает содержание его в шихте в %; П — перлитная
структура; Ф — ферритная; ПФ — перлитно-ферритная. Цифра, следующая за указа-
нием состава шихты и отделенная тире, обозначает пористость материала (пористость 20%).
Фиг. 3. Зависимость допусти-
мых нагрузок от скорости вра-
щения пористых и литых под-
шипников:
/ —• из спеченной бронзы без допол-
нительной смазки; 2 — то же, желе-
зо-графитовых; 3 — из спеченной
бронзы с дополнительной смазкой,
4 — то же, железо-графитовых; 5 —
литого, бронзового (В. Ф. Вязников
и С. С. Ермаков).
введения дополнительной
лезо-графитового [5] и из литой
бронзы Бр. ОЦС6-6-3 подшипников
от скорости вращения [18].
Поэтому подшипники могут рабо-
тать в тяжелых условиях, а в отдель-
ных случаях (при малых р или у)
в течение длительного времени без
смазки. Металлокерамические пори-
стые подшипники отличаются от литых и более простой техно-
логией изготовления.
10
Сравнительные характеристики механических и эксплуатаци-
онных свойств антифрикционных металлокерамических и литых
подшипниковых материалов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Технические характеристики некоторых подшипниковых материалов
Материал Порис- тость В % Плот- ность (объем- ная масса) в кг/м3 Твер- дость НБ в Мн/мг Прочность на растя- жение в Мн/м2 V В MjCZK Сред- няя пре- дель- ная нагруз- ка р в Мн/м2
Пористое железо Железо-графит с 3% графи- 20 6200 580 140 1—2,6 66
та 23 600 580 120—180 0,5—2,7 100
Бронза ОЦС6-6-3 — 8820 570 150 0,3—2,7 45
Баббит Б-83 — 7400 300 90 — 100
Время приработки пористых металлокерамических подшип-
ников примерно такое же, как и у подшипников из баббитового
сплава. Пористые подшипники могут работать в паре с закален-
ными и незакаленными валами.
Заданные размеры металлокерамических подшипников мож-
но получить либо калиброванием в прессформах, либо обточкой
резцом на токарных станках и механическим развертыванием.
Высокая надежность в эксплуатации позволяет получать зна-
чительный экономический эффект при внедрении в производство
металлокерамических пористых подшипников. Замена шарико-
подшипников на транспортерах угольных шахт железо-графито-
выми втулками позволила получить годовую экономию в сумме
около 11 млн. руб.
Ново-Краматорский завод в г. Краматорске перешел на
изготовление металлокерамических подшипников для прокатного
стана «2000»; при этом получил годовую экономию около
100 тыс. руб.
Большой удельный вес в выпускаемой металлокерамической
продукции занимают металлокерамические фильтры и волокни-
стые материалы, применяемые для фильтрации жидкого топлива
и газов на транспортных машинах и при работе в стационарных
условиях.
Производство фрикционных материалов для тормозных коло-
док, дисков, лент осуществляется методами порошковой метал-
лургии. Условия работы фрикционных материалов в современных
скоростных машинах очень сложны. Начальная скорость тормо-
жения в них иногда достигает 50—70 м!сек, при давлении 7 Л4н/л2.
На поверхностях трения развивается мгновенный нагрев, до-
ходящий до температуры 1373° К [ИО]. Фрикционные материалы
на асбестовой основе (типа Ферродо) и на основе чугуна не мо-
гут удовлетворить указанным требованиям.
Подобные условия работы могут обеспечить металлокерами-
ческие композиции на медной или железной основе (табл. 4).
Таблица 4
Свойства фрикционных металлокерамических сплавов
(по П. И. Бебневу)
Характеристика Фрикционный материал
на медной основе на железной основе
Плотность в кг/м3 Твердость НБ в Мн/м2 Сопротивление срезу в Мн/м2 Предел прочности при сжатии в Мн/м2 . Предел прочности при из1ибе в Мн/м2 . Прочность в плоскости припекания к стальной подложке в Мн/м2 Коэффициент трения по чугуну без смазки Коэффициент трения по стали со смаз- кой Коэффициент линейного расширения (293—773° К) в мм/(м-град) Теплопроводность (373—873 °К) в вт/(м-град) . Максимально допустимая рабочая тем- пература в °К (в момент торможения) 6,0—7,0 • 103 350-700 100 300 150 30 0,20—0,35 0,10—0,15 (17,6 + 22) • IO’6 (0,3977—0,4187) X X IO3 573-623 6,0—6,5 • 103 До 1000 100-150 500—700 0,40—0,60 (10 + 12) • 10“6 1123—1223
Методами порошковой металлургии изготовляют многочис-
ленные электротехнические изделия из композиций металлов
с неметаллами (медно-графитовые щетки токоприемников,
Фиг. 5. Различные металлокерамические изделия с высокой
чистотой поверхности.
разрывные электрические контакты), из композиций несплавля-
ющихся между собой металлов (вольфрам-медь и др.); изготов-
лять алмазно-металлические изделия и изделия из заменителей
алмазов и т. д. (фиг. 5).
12
Фиг. 6. Различные нестандартные изделия из металлокерамических твердых сплавов.
К металлокерамическим изделиям относятся широко извест-
ные твердосплавные изделия на основе карбидов вольфрама, ти-
тана и тантала, выпускаемые нашей отечественной промышлен-
ностью для оснащения металлорежущего, бурового, давильного,
прессового, волочильного, мерительного и другого инструмента
[103]. Указанный инструмент изготовляют из стали и только ре-
жущие кромки оснащаются пластинками из металлокерамиче-
ских твердых сплавов самых разнообразных форм и размеров.
Кроме стандартных изделий с каждым годом увеличивается про-
изводство новых, нестандартных изделий (фиг. 6) из твердых
сплавов. От этих изделий в процессе эксплуатации требуется
высокие твердость, неснижающаяся при попеременном нагреве
до 1300° К и износостойкость.
Современные конструкционные материалы, работающие при
высоких температурах, должны обладать большой механической
прочностью и сопротивлением ползучести, устойчивостью против
окисления и не разрушаться в условиях многократных и быстрых
теплосмен, не деформироваться и не разрушаться при длитель-
ном статическом и вибрационном нагружении, выдерживать на-
пряжения, доходящие до 250 Mh)m2 в течение более 100 ч [НО].
Материалы для атомных реакторов, применяемые в качестве теп-
лоносителей, кроме перечисленных свойств, должны еще обла-
дать коррозионной устойчивостью и не должны быть подверже-
ны воздействию нейтронного излучения.
Изыскание новых жаропрочных материалов необходимо в пер-
вую очередь для турбинных лопаток, работающих при повышен-
ных температурах. Они при эксплуатации подвергаются действию
центробежной силы, тепловым и вибрационным нагрузкам. Сле-
довательно материал, из которого изготовляют лопатки, должен
иметь меньший удельный вес и устойчивость против ползучести,
а значит он должен быть термостойким.
Новым потребителем жаропрочных сплавов является ракет-
ная техника, турбостроение, химическое машиностроение и др.
Одним из путей для решения проблемы получения новых жа-
ропрочных материалов является использование методов порош-
ковой металлургии с применением тугоплавких соединений и
керметов.
ИЗДЕЛИЯ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫЕ МЕТОДАМИ ПОРОШКОВОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ И ДРУГИМИ МЕТОДАМИ
Продукцией порошковой металлургии являются также чис-
тые, тугоплавкие металлы, в том числе вольфрам, молибден, тан-
тал, ниобий, температура плавления которых более 2773° К.
Тугоплавкие и многие другие металлы еще до недавнего вре-
мени можно было получить только методом порошковой метал-
лургии.
С освоением методов дуговой и электронно-лучевой плавки
оказалось возможным получать тугоплавкие металлы более вы-
14
сокой чистоты и из них более крупные заготовки, чем методами
порошковой металлургии. В настоящее время в США молибден,
титан и другие тугоплавкие металлы производятся методами ду-
говой плавки [6].
В электротехнике и радиотехнике широко применяются маг-
ниты от магнито-твердых платино-кобальтовых с коэрцитивной
силой до 2—4 тыс. э и малой проницаемостью и до магнито-мяг-
ких с высокой начальной и максимальной проницаемостью
(100—800 тыс. гс/э) и с коэрцитивной силой до 0,004 э. Изготов-
ляются они обычно методом литья с последующей обработкой
давлением. Однако и здесь, в большинстве случаев целесообраз-
нее использовать метод порошковой металлургии.
Преимущество метода порошковой металлургии заключается
в том, что изделия даже сложной формы удается изготовлять
практически без отходов и при минимальном количестве опера-
ций в то время, как при изготовлении методом литья, прокаткой
и штамповкой образуются большие отходы металла, доходящие
до 50—60 %.
Магнито-диэлектрики широко используются в низкочастотных
и многоканальных телефонных аппаратах: в индукторах, радио-
аппаратах и в различных сердечниках. Металлокерамические
железо-никелевые сплавы успешно применяются в радиоаппара-
тах и других приборах.
Наиболее распространены магнито-твердые материалы, изго-
товляемые на основе системы железо—алюминий—никель («ал-
нико»).
При получении из этих материалов методом плавки и литья
тонких цилиндров, пластинок и дисков образуется много отходов;
выход годных изделий оказывается очень мал, а потребность со-
временного приборостроения в таких магнитных изделиях исчис-
ляется миллионами штук.
На помощь пришел метод порошковой металлургии, позволив-
ший изготовлять эти изделия из отходов массой от долей грамма
до десятков и сотен грамм.
Наиболее многочисленную группу металлокерамических из-
делий представляют собой конструкционные детали машин и ме-
ханизмов (см. фиг. 5).
В настоящее время в машиностроении методами порошковой
металлургии получают многие детали машин: зубчатые колеса,
кулачки, шайбы, колпачки, заглушки, храповики, рычажки, гай-
ки, ползуны, направляющие, ролики, корпуса подшипников и дру-
гие детали, изготовляемые обычно из углеродистых и легирован-
ных сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов.
Детали машин, изготовляемые из нержавеющих и жаропроч-
ных сталей, получают прессованием и спеканием легированных
порошков в сочетании с химико-термической обработкой.
Детали, для изготовления которых расходуются дефицитные
цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза), можно полу-
15
чать прессованием железных или железографитовых порошков
с последующей пропиткой пористых прессовок медью или лату-
нью. При этом достигается значительная экономия в дорогостоя-
щих цветных металлах и сплавах.
Для пропитки металлокерамических материалов типа железо-
медь, железо — латунь, железо — графит — медь, железо — гра-
фит— латунь используется брикетированная медная и латунная
стружка. Легированные стальные порошки иногда получают ме-
ханическим измельчением стружки легированных сталей. Леги-
рование порошков железа и никеля молибденом, вольфрамом и
медью можно производить совместным восстановлением окислов
этих металлов.
Металлокерамические детали для машино- и приборостроения
получают в виде готовых изделий или заготовок, требующих не-
значительной механической обработки, при которой отходы ме-
талла в стружку обычно составляют не более 5%, тогда как при
обычном способе изготовления таких же деталей они достигают
в среднем 50—60%.
Для улучшения механических свойств и повышения коррози-
онной стойкости двойное прессование и спекание легированных
порошков сочетают с химико-термической обработкой. В этом
случае из легированных порошков при сравнительно невысоких
давлениях (155 Мн1м2) прессуется высокопористая заготовка
(45—50% пор), которая спекается в легирующей твердой засып-
ке при температуре 1300—1400° К. Большое количество открытых
пор позволяет производить химико-термическую обработку в про-
цессе первого спекания (хромирование, азотирование, силициро-
вание, титанирование) на значительную глубину.
На практике беспористые металлокерамические детали мож-
но получать либо путем однократного прессования и спекания
с образованием жидкой фазы, либо методом горячего прессова-
ния, либо методом предварительного прессования заготовок
с последующей их пропиткой жидкими металлами и сплавами.
Если брикет из смеси порошков спекать при температуре, лежа-
щей между температурами плавления порошков спрессованной
смеси, то ее легкоплавкая составляющая, перейдя в жидкое со-
стояние, при охлаждении сцементирует частицы тугоплавких
порошков.
Изделия, спекаемые с образованием жидкой фазы, имеют зна-
чительную (до 15—30%) усадку и нуждаются, как правило, в
окончательной механической обработке или калибровке. Иногда
такие изделия покрывают декоративными или коррозионно-устой-
чивыми покрытиями. Шестерни, зубчатки, сегменты и другие ана-
логичные детали, изготовляемые методом порошковой металлур-
гии, в большинстве случаев, оказываются дешевле, чем изготов-
ляемые обычными методами. Однако это достигается не во всех
случаях.
При изготовлении методом порошковой металлургии фасон-
16
кого зубчатого колеса маслонасоса к автомобилю ГАЗ-51 с при-
менением обычной неразъемной прессформы рентабельность
метода оказалась недостаточной. После того, как изобретатель
В. Я. Фролов предложил прессформу сборной конструкции
(фиг. 7), этот метод изготовления оказался рентабельным. Ма-
трица прессформы собирается из секций, запрессовываемых пос-
ле окончательного шлифования в отверстие обоймы.
Фиг. 7. Сборная прессформа для прессования конического зуб-
чатого колеса.
Применение сборной конструкции матрицы из стали ЗХ2В8
дало возможность производить окончательную механическую об-
работку секций после закалки методом профильного шлифова-
ния, обеспечивающим плотное сопряжение по профилю зубьев
пуансонов и матриц, а также требуемую точность и чистоту по-
верхности прессформы. Применяя азотирование, твердость ее до-
водится до RC 700 Мн!м2.
Затем для получения точных размеров производят шлифова-
нием доводку по профилю.
Изготовление упомянутого зубчатого колеса маслонасоса к
ГАЗ-51 методом порошковой металлургии высвободило сложное
зуборезное оборудование и сократило трудоемкость его изготов-
ления на 28%.
На фиг. 8 показаны составные конструкционные детали. Час-
ти этих деталей, содержащие до 20% пор, изготовлены из желез-
ного порошка раздельно. В собранном виде детали пропитывают
расплавленной латунью или медью в атмосфере защитного газа.
После этого с поверхности удаляют избыточные наплывы пропи-
тывающего материала и нарезают резьбу [111]. При испытании
на газопроницаемость под давлением 16,5 атм просачивания га-
зов в местах соединений этих деталей не наблюдалось. Ниже
приведены механические свойства наиболее часто применяемых
пропитывающих материалов.
2 4-117 17
Пропитывающий материал °в в Мн/м2 5 в % Ф в % НБ в Мн /л2
Бронза БрОЦ6-4 500 12 35 1700
Бронза БрОФ10-1 400 24 45 1400
Латунь ЛС59-1 400 17 38 1350
Латунь Л-62 400 17 35 1300
Производство литых поршневых колец из серого чугуна с по-
следующей механической обработкой требует более десяти ма-
шинных операций, около 80—90% металла теряется в стружку.
При производстве металлокерамических поршневых колец сокра-
щаются: отходы металла до 3—5%, станочные операции до од-
ной-двух; при этом материал обладает удовлетворительными про-
чностными свойствами. Например, сопротивление изгибу дости-
гает 600 Мн/м2\ предел прочности на растяжение 250 Мн/м2;
модуль упругости 14—15 ГнЛи2; твердость НБ 100—180 Мн/м2;
пористость 7—10%.
Фиг. 8. Составные конструкционные детали, изготовленные методом
пропитки железного пористого каркаса латунью:
а — угловой штуцер; б — тройник.
В СССР впервые металлокерамические поршневые кольца бы-
ли изготовлены в ЦНИИТМАШе из железо-графитовых смесей.
Несколько позже технология изготовления таких колец была
предложена Горьковским политехническим институтом
им. А. А. Жданова, НИИТавтопромом и др.
В СССР разработана также технология изготовления метал-
локерамических неупругих поршневых колец для новой конструк-
ции поршня автомобильного двигателя [62].
В США в 1953 г. было выпущено 650 млн. металлокерамиче-
ских поршневых колец [93].
НЕКОТОРЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Частицы металлических порошков, изготовляемых различны-
ми методами, обладают шероховатой поверхностью и разветвлен-
ной или волокнистой формой, что благоприятно сказывается на
18
их прессуемости, но исключает текучесть при прессовании и воз-
можность заполнения ими боковых углублений в прессформах.
Поэтому при проектировании сначала выбирают наиболее вы-
годное направление прессования для данной детали с тем, чтобы
все поперечное сечение ее попадало в площадь приложения дав-
ления при максимальном упрощении конструкции прессформы.
На фиг. 9 показана схема к вы-
бору направления прессования
детали. Из фиг. 9, / видно, что у
этой детали изменяется четыре
размера вдоль оси прессования
(а, б, в, г), поэтому в конструкции
прессформы необходимо пред-
усматривать четыре пуансона.
При прессовании детали, находя-
щейся в положении, показанном
на фиг. 9, //, наблюдается только
два сечения (а, б) разной толщи-
ны [16]. В этом случае конструк-
ция прессформы значительно
упрощается, а ее изготовление
обходится дешевле. При проекти-
ровании металлокерамических ния прессования изделия:
деталей, имеющих ОСЬ вращения, О —изделие имеет четыре и б —два
перехода.
усилие прессования должно быть
приложено вдоль оси; детали, не имеющие оси вращения, нужно
прессовать в таком положении, при котором их толщина претер-
певает минимальные изменения.
Конструкция прессформы должна обеспечивать равномерную
засыпку порошка во все ее полости для получения прессуемой
заготовки однородной плотности. Неоднородность плотности вы-
зывает местные напряжения в заготовке и нередко сопровожда-
ется макротрещинами.
В большинстве случаев в таких заготовках имеются микротре-
щины, незаметные при визуальном контроле. При спекании ука-
занные изделия коробятся, растрескиваются, а в эксплуатации
быстро выходят из строя. Чтобы избежать этого все острые углы
и впадины металлокерамических деталей должны быть закругле-
ны (радиус закругления не менее 0,13 лш). Радиус галтели в
местах соединения фланца с телом детали должен быть не менее
0,25 мм. Минимальная толщина стенок цилиндрических деталей
должна быть пропорциональна высоте.
Плотность изделия рассчитывают исходя из планируемых для
него нагрузок и физико-механических свойств материала, из ко-
торого оно изготовлено.
В процессе прессования под действием сжимаемого порошка
матрица прессформы упруго расширяется, примерно на 0,1 мм
2*
19
Фиг. 10. Конфигурации дета-
лей:
а — не рекомендуемые и б — ре-
комендуемые при прессовании
из порошков.
отверстий в направлении
После снятия давления спрессованная деталь оказывает про-
тиводействие матрице, чтобы не принять своей первоначальной
формы. Это противодействие уменьшается по мере выталкивания
детали из матрицы. При наличии у проектируемых деталей раз-
личных ребер, выемок и приливов их следует устанавливать как
можно ближе к верхнему краю матрицы; при возможности для
облегчения выталкивания их целесо-
образно изготовлять конусообраз-
ными. Конусность стенок деталей
при проектировании берется в пре-
делах 5—10".
Круговые канавки, резьба и об-
ратная конусность после спекания
обычно выполняются механической
обработкой. Для выполнения отвер-
стий в направлении, перпендикуляр-
ном направлению прессования, бы-
ли изготовлены прессы; оказалось,
что затраты на их изготовление зна-
чительно превышают затраты на до-
полнительную механическую обра-
ботку на станках деталей, получае-
мых спеканием (фиг. 10).
При применении сердечников
любой формы (фиг. 11) выполнение
прессования не представляет затруд-
нений. Однако, если отверстия очень малы, то требуются тонкие
сердечники, которые быстро изнашиваются и изгибаются под
действием прессуемого порошка.
Для выполнения цилиндрических отверстий применяются
сравнительно простые и дешевые стержни к прессформам. Поэто-
му, где возможно, вместо прямоугольных, квадратных или других
форм отверстий, проектируют цилиндрические. У прямоугольных
отверстий углы должны быть скошены (фиг. 12), так как это
уменьшает мощность, расходуемую на движение порошка при
прессовании.
Изготовление глухих отверстий также не вызывает технологи-
ческих трудностей, если предусмотрены скосы на дне полости.
Нередко размеры прессуемых изделий лимитируются мощностью
прессов. Крупные детали прессуют на достаточно мощных ги-
дравлических, а мелкие детали — на быстроходных механических
или автоматических прессах.
Заводы Советского Союза изготовляют для порошковой ме-
таллургии механические прессы-автоматы усилием 150—1470 кн
и гидравлические— 1570—9810 кн. Пресс усилием 981 кн при
удельном давлении прессования 580 Мн/м2 может обеспечить из-
готовление изделий с площадью прессования 17—25 см2, а пресс
усилием 2,5 Мн — 42—60 см2.
20
Следовательно более крупные детали на таком оборудовании
изготовить нельзя. Однако для прессования металлических по-
рошков нетрудно приспособить имеющиеся на заводе более мощ-
ные прессы^ изготовленные для других целей.
Фиг. 11. Конфигурации отверстий у деталей, выполняемых прессованием.
Большое значение имеет высота хода плунжера данного прес-
са. Высота засыпки металлического порошка в прессформе всегда
должна быть в 2,5—3 раза больше высоты прессуемого изделия.
а)
Фиг. 12. Прямоугольные отверстия:
а — выполняемые механической обработкой и б — методом
порошковой металлургии.
Поэтому в паспорте прессов, изготовляемых для нужд порошко-
вой металлургии, указывается допускаемая насыпная высота по-
рошка.
Для прессов усилием 157, 245, 1170, 1470, 1962 и 2450 кн до-
пускаемая насыпная высота в прессформе соответственно равна
60, 80, 120, 150, 200 и 250 мм, а высота получаемого изделия дол-
жна быть соответственно 20, 30, 40, 50, 70 и 80—90 мм.
21
Менее пригодными для порошковой металлургии считаются
такие изделия, конфигурация которых требует наличия пресс-
форм ослабленной конструкции; это вызывается тем, что при
прессовании в прессформах развиваются высокие давления.
Не рекомендуется прессовать изделия с тонкими лезвиями,
узкими и глубокими шлицами, клиновидного сечения, тонкие
шпильки и т. д. [42]. Длина детали в направлении прессования
должна быть пропорциональна площади поперечного сечения.
Прессование порошка во входящих, острых наружных углах и
подрезах исключается.
Наиболее пригодными для прессования являются изделия,
конфигурация которых ограничивается двумя плоскими парал-
лельными сторонами и имеет одинаковое сечение по всей высоте
в направлении прессования (фиг. 13). Для прессования
Фиг. 13. Примеры конфигурации метал-
локерамических магнитов.
таких изделий применяются дешевые неразборные прессформы,
обеспечивающие длительный срок работы. Это очень важно, так
как стоимость прессформ заметно отражается на себестоимости
продукции. При высоте изделия, не превышающей сумму раз-
меров трех его диаметров, успешно применяется одностороннее
прессование, при высоте в три раза большей поперечного раз-
мера, необходимо применять двухстороннее прессование, вызы-
вающее изготовление более сложных прессформ или прессов
специальных конструкций.
Специальные прессы в этом случае должны быть оборудованы
механизмами верхнего и нижнего прессования, а также засыпки
порошка в прессформу и выталкивания заготовки из прессформы
(фиг. 14).
Изделия длиною более пяти его диаметров плохо пропрессо-
вываются по всей высоте и обладают неоднородной плотностью;
плотность брикета к середине высоты снижается (фиг. 15).
22
Если требуется максимальная однородность металла, то от-
ношение длины к максимальному поперечному размеру детали
должно быть не больше единицы.
Фиг. 14. Стационарная прессформа автоматического пресса и схемы
ее работы:
а — выталкиватель и центральный стержень отведены вниз — происходит за-
сыпка порошка в прессформу; б — центральный стержень поднялся и вытолк-
нул излишек порошка; в — верхний пуансон прессует порошок; г — нижний
пуансон выталкивает заготовку; д — заготовка вытолкнута — втулка матрицы
и центральный стержень опустились; е — кассета придвинулась для заполнения
прессформы порошком и удаления заготовки; / — кассета; 2 — матрица;
J — втулка матрицы; 4 — выталкиватель; 5 — подвижной центральный стер-
жень; 6 — неподвижный центральный стержень; 7 — верхний пуансон; 8 — из-
делие; 9 — упоры.
Чистота отделки поверхностей пористых деталей зависит от
чистоты рабочих поверхностей прессформ.
Чистота наружных поверхностей заготовок получается почти
такой же, как и у рабочих поверхностей стенок матрицы При
обычных способах изготовления изделий их пористость препятст-
вует созданию полированных поверхностей: изделия из порошка,
изготовленные в прессформах с зеркально полированными стен-
23
ками, имеют более высокую чистоту поверхности по сравнению
с получаемой шлифованием.
На практике прибегают к покрытию наружных поверхностей
металлокерамических изделий. Эмалевые покрытия, сделанные
горячим способом, имеют хороший внешний вид благодаря запол-
нению эмалью поверхностных пор. Поверхность изделий, изготов-
Фиг. 15. Схема распределения плот-
ности в брикете:
а при одностороннем и б — при двухсто-
роннем прессовании.
ляемых из порошков, можно
покрывать гальваническим
способом кадмием, цинком,
хромом, серебром или золотом.
Чем больше плотность металла
изделий, тем более качествен-
ным получается покрытие.
После гальванизации необхо-
димо тщательно смыть с изде-
лий электролит, чтобы пред-
отвратить межкристаллитную
коррозию. Перед покрытием,
где это допустимо, применяет-
ся калибрование или обжатие
изделий на прессах для закры-
тия наружных пор, или пропит-
ка наполнителем, чтобы избе-
жать проникновения электро-
лита в глубь металла.
Изготовлению изделий
сложных конфигураций в по-
рошковой металлургии препятствуют следующие технологиче-
ские факторы: а) трудность равномерного заполнения узких по-
лостей прессформ; б) недостаточная прочность пуансонов или
других частей прессформ и в) неоднородность структуры загото-
вок (если сложная наружная форма изделий способствует увели-
чению местного контакта их со стенками прессформы, например
сегменты зубчатых колес).
Допуски на окончательные размеры готового изделия опреде-
ляются с учетом специфики технологии порошковой металлургии
(расширения брикета после выпрессовки из прессформы, усадки
или расширения изделия в спекании, упругой деформации пресс-
формы и даже системы пресса).
ФОРМА И ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ
Методом порошковой металлургии можно изготовлять детали
с размерами большой точности. Стоимость производства деталей
увеличивается с повышением точности размеров. Обычно приме-
няются относительно небольшие допуски на размеры. При допус-
ке на рациональные размеры, равном 0,05—0,07 мм, нет необхо-
24
димости в добавочных операциях. Допуски изменяются в
зависимости от размеров детали, ее конфигурации и износа
прессформы.
Для деталей с выступающими частями или частями, неодина-
ково сжимающимися при спекании, должны быть приняты допус-
ки, которые больше допусков, принимаемых для деталей простой
формы и, следовательно, имеющих одинаковую усадку. Радиаль-
ные размеры деталей с допуском до 0,013 мм можно получить
Фиг. 16. Примеры торцовых поверхностей фасонной формы, выполняемых
прессованием.
калиброванием. Еще меньшие допуски можно получить шлифова-
нием и полированием. Последние операции чаще всего применя-
ются для обработки торцовых поверхностей деталей, так как
в направлении прессования нельзя получить такие же точные
размеры, как по диаметру, хотя на торцовых поверхностях изде-
лий выполняются очень сложные узоры (фиг. 16). Последнее
обстоятельство связано с неточным ходом плунжеров и пуансо-
нов. Допуск в направлении прессования обычно равен +0,13 мм
без проведения обжатия или других дополнительных операций.
В большинстве случаев при обжатии детали допуск на размеры
по высоте получают равным + 0,025 мм [26].
При расчете прессформ, определяя допуски на размеры гото-
вого изделия, учитывают не только упругое последействие, усад-
ку при спекании, но и упругую деформацию матрицы.
Практикой установлено, что для деталей простой круглой
формы диаметром до 13 мм допуск принимают равным
±0,013 мм\ для деталей с диаметром до 19 мм ± 0,02 мм\ для
деталей простой формы с поперечным размером до 25 мм
± 0,025 мм. Для деталей других размеров допуски изменяются
прямо пропорционально их размерам. Наружные углы изделий
должны быть закруглены с минимальным радиусом, равным
2,5 мм, а внутренние углы 0,25—0,38 мм. Если у пуансона имеют-
ся острые углы, то при прессовании металлических порошков они
быстро притупляются, в образующиеся зазоры попадает поро-
шок, способствующий появлению ребер или заусениц; прессфор-
ма быстро выходит из строя. Поэтому при проектировании пресс-
форм для прессования, например конуса втулки (фиг. 17), у осно-
вания конуса, там где начинается конусность детали и останав-
ливается прессующий пуансон, чтобы избежать задиров, необхо-
димо при проектировании предусматривать плоский участок на
25
Фиг. 18. Схема выпол-
нения фланца У ме-
таллокерамической де-
тали.
Фиг 19. Схема расположения круговой выточки:
/ — может быть выполнено на станке и 2—прессованием.
26
внешнем диаметре втулки; ширина его может быть разной. Опти-
мально-рентабельной шириной будет та, при которой износ инст-
румента наименьший (около 2,5 мм). Минимальная ширина
равна 0,13—0,2 мм [43].
Методом порошковой металлургии изготовляют различные ци-
линдрические изделия с фланцами круглых и фасонных форм.
Углы в местах соеди-
нения фланцев с кониче-
ской поверхностью можно
легко выполнить прессо-
ванием, если они распо-
ложены в направлении
выталкивания. Острые
Фиг. 20. Втулка с бурти-
ком, расположенным на
некотором расстоянии от
края корпуса (а) и у
края корпуса (б).
Фиг. 21. Схема прессования втулки с бурти-
ком в середине в стационарной прессформе
автоматического пресса:
а — положение пуансонов при наполнении; б —
прессование; в — выталкивание; / — порошок;
2 — прессованная деталь (брикет).
углы создают дополнительные напряжения в изделии, которые
могут вызвать различные дефекты. Кроме того при прессовании
изделий с острыми углами повышается износ инструмента.
Поэтому в местах присоединения фланца углы выполняются
с закруглениями. Диаметр фланца, по данным практики, для
деталей длиной более 20 мм должен не превышать Р/2 размера
наружного диаметра детали и должен увеличиваться в сторону
выталкивания из прессформы через каждые 5 мм на 0,01 мм или
на 0,025 мм (фиг. 18). Для цилиндрической части конусность
должна быть равна — 0,008 мм на каждый 1 мм длины [26]. Ради-
ус закругления в местах присоединения фланца к цилиндриче-
ской части изделия рекомендуется брать не менее 0,25—0,3 мм.
Углубления в местах присоединения фланца (фиг. 19, слева)
прессованием не выполняются, а вытачиваются на станках. Фла-
нец, удаленный от края корпуса (фиг. 20, а), целесообразно прес-
совать толщиной до края корпуса, а избыток металла удалять на
токарном станке (фиг. 20,6). Такой фланец также не трудно по-
лучить прессованием с помощью составных пуансонов (фиг. 21)
при использовании сложной и дорогостоящей прессформы с дву-
сторонним прессованием. Однако, это оправдывается только при
27
массовом или крупносерийном производстве (см. фиг. 14), напри-
мер при изготовлении корпуса внешнего уплотнения трактора
ДТ-54 (фиг. 22). При изготовлении указанного корпуса методом
литья с последующей механической обработкой отход чугуна
в стружку достигает 45%. С применением метода порошковой
металлургии (с частичной доводкой на токарных станках) отхо-
ды металла сокращаются до 5—7%, высвобождается большое
количество квалифицированных рабочих, а также сотни метал-
лорежущих станков.
Фиг. 22. Корпус уплотнения трактора ДТ-54.
При прессовании изделий со значительными изменениями пло-
щади поперечного сечения по высоте возникает неравномерное
изменение размеров заготовки при спекании, что затрудняет по-
лучение заданных размеров.
Поэтому для облегчения выпрессовки детали из прессформы
различные углубления, выступы заготовок должны быть как мож-
но менее глубокими с подрезанными на конус краями.
У изделий со ступенчатыми выступами переходы от меньшего
размера к большему выполняются по диаметру не менее 1,6 мм*
толщина стенки при этом должна быть не менее 0,8 мм (фиг. 23).
При меньших размерах прессующий инструмент оказывается не-
прочным, затрудняется заполнение порошком узкого зазора
в прессформе, получаемое изделие обладает небольшой проч-
ностью.
Изделия с большими и резкими переходами по толщине или
с неравномерными сечениями стенок плохо поддаются прессова-
нию. Значительная разностенность приводит к различному рас-
ширению брикета при выпрессовке из прессформы, а при спека-
28
нии в нем появляются трещины в местах резкого перехода сече-
ния (фиг. 24). Эксцентричность между наружным и внутренним
диаметрами при прессовании берется в пределах 0,075—0,025 мм.
Фиг. 23. Размеры ми-
нимальных переходов
в сечении металлоке-
рамической втулки.
нием.
Фиг. 25. Конфигурации изделий:
/ — нерекомендуемые и II — рекомендуемые при прессовании из порош-
ков; 1 — круговая канавка.
Прессованием можно получать отверстия различной величины
и формы. Однако близко расположенные отверстия требуют про-
ставки сердечников в прессформе, расположенных близко друг к
другу. При этом прессформа делается громоздкой и дорогостоя-
щей. Отверстия, расположенные под прямым углом к направле-
нию прессования, пока приходится получать сверлением.
Аналогично оказалось нерентабельным выполнять прессова-
нием радиальные канавки (фиг. 25, а) и обратную конусность
(фиг. 25, б). Форму таких деталей перед прессованием изменяют,
т. е. делают ее цилиндрической.
Радиальные канавки и обратная конусность выполняются на
токарных, а внутренняя и наружная резьба — на токарно-винто-
резных станках.
29
Различные зубчатые колеса с наружными и внутренними зу-
бьями наиболее целесообразно изготовлять методом порошковой
металлургии. Легко поддаются прессованию точные эвольвент-
ные профили зубьев и такие, которые нельзя получить на зубо-
фрезерных станках из-за подрезанного профиля зубьев
(фиг. 26).
Опыт показал, что если ступица зубчатого колеса имеет диа-
метр, равный диаметру (фиг. 27) окружности основания ножек
зубьев, то прессформа получается очень сложной конструкции и
значительно дороже, чем при ступице, имеющей диаметр всего на
2—4 мм меньше диаметра окружности основания ножек зубьев
(фиг. 28).
Методом порошковой металлургии изготовляются разнообраз-
ные детали гильзообразной формы. Прессование таких изделий
не вызывает особых трудностей, хотя и в этом случае имеются не-
которые ограничения. Здесь приходится сталкиваться с таким
важным вопросом, как нахождение радиального соотношения
между толщиной стенок, длиной гильзы и наружным диаметром.
Практикой установлено, что для гильзы диаметром 12,7 лии и вы-
сотой 19 мм минимальная толщина стенок должна быть равной
1,27 мм при отношении высоты к толщине стенки равном 15—16.
По данным экспериментальных предприятий для стенок тол-
щиной 1,5—2 мм удавалось получить (для большого количества
изделий) при смазке стенок прессформ и стержней гильзы высо-
той 40—45 мм с отношением высоты к толщине стенки равным
20—25.
Стенке, с минимальной толщиной, равной 0,8—1,0 мм соответ-
ствует высота цилиндрика 18—20 мм. При этом, чем меньше тол-
щина изготовляемой стенки гильзы и чем больше отношение вы-
Фиг. 26. Зубчатое колесо
с подрезанным зубом.
соты гильзы к толщине стенки, тем
больше себестоимость изделия.
Поэтому при проектировании стре-
мятся принимать стенки как можно
большей толщины.
Фиг. 27. Зубчатое ко-
лесо со ступицей,
равной диаметру ос-
нования зубьев.
Фиг. 28. Зубчатое ко-
лесо со ступицей,
меньшей диаметра
основания зубьев.
Ниже приводится допустимая высота детали при заданной
толщине стенки.
30
Заданная толщина стенки в мм Высота гильзы в мм Заданная толщина стенки в мм Высота гильзы в мм Заданная толщина стенки в мм Высота гильзы в мм
0,8 12,0 1,2 19,2 1,6 27,2
0,9 13,5 1,3 20,8 1,7 28,9
1,0 15,0 1,4 23,8 1,8 30,6
1,9 32,3
1,1 17,6 1,5 25,5 2,0 34,0
В автомобильной и тракторной промышленности одной из наи-
более массовых деталей является направляющая втулка выхлоп-
ного и всасывающего клапанов двигателя внутреннего сгорания.
Производство втулок успешно налажено методом порошковой ме-
таллургии на Горьковском автомобильном заводе, МосковскохМ
заводе порошковой металлургии и других заводах, хотя после-
спекания они подвергаются дополнительной механической обра-
ботке для доводки формы и размеров (фиг. 29).
Фиг. 29. Направляющая втулка выхлопного клапана
двигателя трактора ДТ-54:
1 — места снятия стружки.
На этой фигуре видны места снятия стружки на токарных
станках после спекания цилиндрической заготовки указанной де-
тали. Методом порошковой металлургии целесообразно изготов-
лять, с экономической точки зрения, детали счетных и вычисли-
тельных машин, так как они работают под небольшими механи-
ческими нагрузками, а изготовление их механической обработкой
весьма трудоемко. Среди этой группы изделий встречаются дета-
ли с большими фланцами, сегментами или приливами, снабжен-
ными ребрами жесткости (фиг. 30 и 31). Такие детали плохо прес-
суются и дают высокий брак.
Поэтому там, где это возможно, изменяют конструкцию дета-
лей. На практике удалось конфигурацию детали, показанной на
фиг. 31, заменить конструкцией с круговым ребром жесткости
(фиг. 32). Нежелательные углубления в деталях рекомендуется
заменять выступами (фиг. 33).
Методом порошковой металлургии на Московском заводе за-
мочных и скобяных изделий успешно изготовляют большой ассор-
31
Фиг. 30. Втулка с продольными
ребрами:
а — нерекомендуемая конструкция и
б — рекомендуемая.
Фиг. 31. Втулка с
фланцем и ребром
крепления.
Фиг. 32. Втулка с
фланцем и круговым
ребром жесткости.
Фиг. 33. Изделия, изготовляе-
мые:
а — обычными методами; б — мето-
дом порошковой металлургии.
Фиг. 34. Сердечник замка со сквозной
прорезью, выполняемой прессованием.
32
тимент замочных деталей. К таким деталям относится металлоке-
рамический цилиндрический сердечник с узкими и сквозными
прорезями (фиг. 34). Указанное изделие можно изготовлять ме-
тодом порошковой металлургии, так как длина прорези не превы-
шает трех диаметров данного изделия. У деталей с большей дли-
ной появляется поводка фигурной прорези.
Точность металлокерамических изделий, получаемых спекани-
ем, оценивается 4—5 классом, а получаемых калиброванием 2—
3 классом, шероховатость поверхности соответственно по V 6—
V7 и VV9— классам чистоты.
Выпуклые или углубленные надписи на металлокерамиче-
ских изделиях могут быть выполнены при прессовании в верхней
и в нижней частях изделия; обычно они выполняются на торце
пуансона. Буквы должны быть выгравированы достаточно глу-
боко и расположены на некотором расстоянии друг от друга
и от краев пуансона.
Металлокерамические детали можно изготовлять с макси-
мальной точностью, но при условии рентабельности и экономич-
ности производства. Стоимость производства деталей увеличива-
ется с повышением точности размеров.
При обычной технологии прессования и калибрования допус-
ки на радиальные размеры обычно равны 0,05—0,08 мм, при
более напряженных режимах технологии размер допуска дости-
гает 0,013 мм. Для каждой конкретной детали допуски устанав-
ливают с учетом ее конфигурации и размеров, степени износа
матрицы прессформы и других факторов. Для цилиндрических
деталей со стенками одинаковой толщины и плотности допуски
принимаются меньшими, чем для деталей с выступающими реб-
рами, фланцами и переходами в сечении.
з 4-117
ГЛАВА II
ЭКОНОМИКА ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДА
Экономическая эффективность метода порошковой металлур-
гии определяется его технологической сущностью и более широ-
кими техническими возможностями по сравнению с обычными
методами технологии машиностроения.
Правильно применяя метод порошковой металлургии с техни-
ческой и организационной точек зрения, предприятия могут полу-
чить значительный экономический эффект за счет следующих
факторов:
1. Снижения отходов металла и замены цветных металлов не-
дефицитными материалами.
2. Использования в качестве сырья отходов производства
(прокатной и кузнечной окалины, металлической стружки и др.).
3. Снижения трудоемкости на единицу выпускаемой продук-
ции.
4. Значительного высвобождения парка технологического
оборудования.
5. Снижения первоначальных затрат на капитальное строи-
тельство данного производства.
6. Снижения грузоперевозок из-за меньшей потребности в ис-
ходных материалах.
7. Удлинения эксплуатационного срока службы машин,
приборов и инструмента, оснащенного металлокерамическими
деталями или вставками.
Но самым основным достоинством данного метода является
высокая производительность труда, что делает его прогрессив-
ным. Только при высоком уровне организации производства мож-
но полностью использовать все преимущества метода порошко-
вой металлургии.
Метод порошковой металлургии является не заменой одного
технологического метода другим, а является совершенно новым
видом производства.
Освоению этого метода должны предшествовать разработка
проекта, рациональный выбор оборудования и унификация дета-
лей, переводимых на изготовление этим методом.
34
Некоторые предприятия, использующие метод порошковой ме-
таллургии, по разным причинам не выполняют все необходимые
условия. Вследствие этого они используют не все его преимуще-
ства. Однако и они имеют определенный экономический эффект,
прежде всего за счет экономии металлов.
Уменьшение грузоперевозок государственным транспортом,
снижение общей потребности металла для одного и того же коли-
чества продукции, удлинение срока службы машин и приспособ-
лений, оснащенных металлокерамическими изделиями, высвобож-
дение металлорежущих станков и квалифицированных рабочих
для других отраслей промышленности — все это в определенной
степени способствует увеличению народнохозяйственного эконо-
мического эффекта (или общественной экономии).
В определении количественных показателей технико-экономи-
ческого эффекта большое значение имеет методика, точность и
степень полноты охвата всех статей приходно-расходного балан-
са. Для определения технико-экономического эффекта порошко-
вой металлургии проводятся комплексные научно-исследователь-
ские работы.
На основании результатов этих работ производится оценка
метода. Одна из таких работ выполнена группой работников за-
вода «Ковогуты» в ЧССР. Этот завод в 1961 г. изготовил из ком-
позиции на основе железного порошка 2,84 млн. мелких машин-
ных деталей. В результате всестороннего анализа производства
было установлено, что на все работы и оборудование по внедре-
нию этого метода было израсходовано 350 тыс. крон (1 крона =
= 12,5 коп.); прибыль же, полученная предприятием в результа-
те реализации этих изделий, составила 1,43 млн. крон.
Коэффициент эффективности подсчитывался по общепринято-
му соотношению
к = (I)
где А — капиталовложения по внедрению мероприятия в приня-
тых денежных знаках;
Эи — годовая экономия от внедрения мероприятия на заводе-
изготовителе;
Эп — то же у потребителя.
Коэффициент эффективности оказался равным
1430 000: 350 000 = 4,086. (2)
Полученный коэффициент является очень высоким и указыва-
ет на высокую прибыльность производства. В работе приведено
время окупаемости капиталовложений на строительство и соору-
жения данного предприятия и коэффициент общественной
эффективности. Эти показатели значительно отличаются от ко-
эффициента эффективности предприятия.
3* 35
Срок окупаемости капиталовложений определяется из фор-
мулы
О = А
(3)
где О — срок окупаемости в годах.
Срок окупаемости для завода «Ковогуты» равен:
350 000 •— о 245 г
1 430 ооо ~ г'
Коэффициент общественной эффективности находят из фор-
мулы
к-h (4)
где Б —суммарная общественная экономия в денежном выра-
жении;
Ai — расходы на внедрение метода.
Было подсчитано, что суммарная общественная эко-
номия на 1 млн. деталей, изготовленных на заводе «Ковогуты»,
составляет (в кронах):
в результате снижения себестоимости............. 1 415 000
в результате экономии капиталовложения.......... 872 000
в результате экономии на транспортные расходы . . 14 000
Всего . . . 2 301 000
Расход на внедрение 1 млн. деталей равен 150 000 крон. От-
сюда общественная экономия составляет 2 151 000 крон.
Коэффициент общественной эффективности ра-
вен
Tf _ 2 301 000 _ «г qr
До “ 150 ООО “
Тогда с учетом общественной экономии срок окупаемости произ-
водства будет
й = 0,0652 г., т. е. 23,5 дня.
Из работ по общему анализу экономической эффективности
от применения метода порошковой металлургии заслуживают
внимания [78], [30]. Наибольшее количество металлокерамических
изделий (90,8%) потребляет машиностроение (табл. 5). Кон-
струкционные и антифрикционные детали составляют 7152
наименования [30] или 88,2% всех потребляемых металлокера-
мических изделий; конструкционные детали — 61,5%. Последние
преимущественно изготовляют из железного порошка, т. е. из
наиболее дешевого материала.
36
Таблица 5
Потребность в металлокерамических изделиях различных отраслей
Отрасль Количе- ство наи- менований Годовой выпуск в тыс. шт. Масса изделия в вес. %
Машиностроение 5485 125123 90,8
Металлургия 980 1925 2,8
Приборостроение 707 6825 1,5
Радио- и электротехническая промышленность 527 27789 4,9
Итого ... 7699 161662 100,0
Ниже дана потребность в металлокерамических изделиях
с учетом их назначения.
Изделия В вес.
%
Конструкционные...................................61,5
Антифрикционные...................................26,7
Фрикционные....................................... 4,8
Контакты.......................................... 0,5
Магниты и ферриты (полупроводники) ............... 0,7
Изделия из твердых сплавов и тугоплавких соеди-
нений ............................................ 5,8
Итого ... 100,0
Потребность промышленности УССР в конструкционных
металлокерамических изделиях из различных материалов сле-
дующая:
Изделия В вес.
%
Железомедные ................................. 4,1
Железолатунные ................................ 8,4
Железографитовые (1%С) 62,1
Железографитовые легированные.................. 9,0
Железные...................................... 1 5,0
Железой икельмедные ........................... 1,4
Итого ... 100,0
Условно-годовая экономия от внедрения указанного количества
металлокерамических изделий превышает 20,9 млн. руб. (табл. 6).
Важным источником экономии является снижение стоимости
расходуемых материалов (на 70%).
Большой интерес представляло определение экономии, полу-
чаемой от внедрения 1000 т металлокерамических изделий. Про-
веденные расчеты показали, что экономия составляет 1,33 млн.
руб., 2250 т металла, кроме того, высвобождаются 234 рабочих и
118 металлорежущих станков [78]. Если построить один центра-
лизованный завод для выпуска металлокерамических изделий,
удовлетворяющих потребность всей промышленности УССР, то
затраты на его строительство окупились бы в течение 1,5 года.
Это говорит о высокой рентабельности предприятия.
37
Таблица 6
Условно-годовая экономия от внедрения металлокерамических конструкционных
и антифрикционных изделий в промышленности УССР
Элементы затрат Себестоимость изделий в тыс. руб. Экономия
ком- пакт- ных метал- локера- миче- ских в тыс. руб. в %
Материал . . 10318 3175 7144 70
Зарплата . . 5351 2424 2926 55
Начисления . 15652 4796 10856 69
Итого: 31321 10395 20926 67
В Ленинграде было обследовано 100 передовых предприятий
[29], из которых 77 нуждаются в металлокерамических изде-
лиях.
Ниже приводится потребность промышленности Ленсовнархо-
за в металлокерамических изделиях на 1965 г.
Изделия Потребность
в т | I в %
Конструкционные 3290,0 67,0
Антифрикционные 400,0 8,1
Магниты 1000,0 20,4
Контакты 155,0 3,1
Изделия из твердых сплавов 20,0 0,4
Фрикционные 50,0 1,0
Итого: 4915,0 100,0
Как видно, преобладающее количество металлокерамических
изделий составляют конструкционные детали (67%), подлежа-
щие изготовлению из дешевой железо-графитовой смеси порош-
ков. Значительную роль среди этих изделий составляют магниты
(20,4%), применяемые в различных контрольно-измерительных
приборах. Потребность в антифрикционных деталях равна всего
8,1%. В Ленинградской промышленности развито производство
сложного приборостроения, электро- и радиотехники, в которых
используются преимущественно мелкие детали, а на Украине
большой удельный вес занимают такие отрасли машиностроения,
как тракторостроение, сельскохозяйственные и транспортное ма-
шиностроение.
Ниже дана потребность в металлокерамических изделиях раз-
личных отраслях промышленности Ленсовнархоза.
38
Отрасль Количест- во наиме- нований В % к об- щему весу
Машиностроение Агрегато- и приборостроение Тяжелое машиностроение Судостроительная промышленность Радиотехническая промышленность Электротехническая промышленность 303 163 182 275 60 126 34,0 30,3 16,8 12,5 1,4 5,0
Итого: 1109 100,0
Рентабельность и целесообразность изготовления металло-
керамических деталей по сравнению с изготовлением таких же
деталей методом литья и механической обработкой или другими
методами могут быть установлены только после определения
масштаба производства, зависящего от группы сложности дета-
ли (табл. 7). В подетальном проектировании технологии произ-
водства порошковой металлургии всегда фигурируют три
Таблица 7
Ориентировочные данные рентабельности производства
металлокерамических деталей
1 Группа слож-| ности Группа по конфи- гурации Характеристика детали Детали Мас- штаб произ- водства не ме- нее в тыс. шт.
I Очень простая Без отверстий с неизменяю- щимся сечением по высоте, ог- раниченные двумя параллель- ными плоскостями, перпендику- лярными направлению прессова- ния Контакты, пластин- ки из твердых спла- вов, магниты и др. 100
II Простая С неизменяющимися сечения- ми по высоте, ограниченные двумя параллельными плоско- стями, с одним или нескольки- ми отверстиями в направлении прессования, с соотношением высоты изделия h к толщине стенки 6, равным не более 8 Втулки, магниты (см. фиг. 2), кольца, шайбы, прокладки 75
III Средняя Относящиеся к группе II, но с отношением h : б более 8 Втулки направляю- щего клапана и др. (см. фиг. 29) 60
IV Средняя С наружным или внутренним буртом и общим отношением h : б, равным до 6 Втулки с буртами 50
39
Продолжение табл. 7
Группа слож- ности Группа по конфи- гурации Характеристика детали Детали Мас- штаб произ- водства не ме- нее в тыс. шт.
V Сложная Относящиеся к группе IV, но с отношением h : б < 6 Корпус уплотнения трактора (см. фиг. 22), зубчатое колесо (фиг. 26) 25
VI Сложная Без отверстий, имеющие по высоте несколько сечений и пе- реходов Конструкционные детали: крышки, сер- дечники, кронштейны 12
VII Очень сложная С отверстиями, имеющие не- сколько наружных и внутренних переходов по высоте, ограни- ченные непараллельными плос- костями или криволинейными поверхностями [16] — 1
фактора, характеризующих данное изделие: форма, масса
и количество.
При организации производства методом порошковой метал-
лургии первоначальные капитальные затраты хотя и меньше,
чем при обычных методах технологии машиностроения, но еще
достаточно велики (особенно стоимость автоматического обору-
дования). Поэтому метод порошковой металлургии остается пока
экономически целесообразным, преимущественно, в массовом
и крупносерийном производстве.
Несмотря на то, что стоимость металлических порошков
несколько выше стоимости металлического проката и слитков
(табл. 8), расходы на основные материалы в порошковой метал-
лургии в большинстве случаев ниже расходов на материалы,
используемые при применении обычных методов технологии
Таблица 8
Маркировка и цены на металлические порошки
(1 кг)
Наименование порошка Марка Цена в руб.
Алюминиевый Вольфрамовый Алюминиево-магниевый ПА1 ПА2 ПАЗ, ПА4 Вч-3 Вч-ДК ПАМ1-ПАМ4 0,6 0,63 0,65 13 10 0,86
40
Продолжение табл. 8
Наименование порошка Марка Цена в руб.
Железный восстановленный А 0,22
Б 0,20
В 0,19
Железный электролитический — 0,50
Железный размольный — 0,4
Железный карбонильный (высший сорт) — 4,0
2,8
Железный губчатый 1 0,138
II 0,146
Кобальтовый ПК-1 35
ПК-2 33
Карбид-вольфрамовый — 10
Карбид-титановый —— 4,5
Магниевый МПФ-1, МПФ-2 1,5
Медный ПМ-1, ПМ-2 1,2
Молибденовый -— 18,0
Никелевый ПНК-1, 3,1
ПНК-2, 2,84
ПНЭ 3,5
Ниобиевый НП-1, ПО
НП-2 105
Оловянный ПО 9,8
Пудра алюминиевая для САП АПС-1, 1,26
АПС-2 1,49
Титановый ИМП-1 2,5
Рениевый Ре-2 1200
Серебряный ПС-1 34,5
Свинцовый —- 0,97
Танталовый — 220
Циркониевый — 43
Циркониевый, очищенный от гафния — 45
Цинковый (пыль) — 0,97
машиностроения. Это подтверждается результатами практики
действующих производств.
При переходе на Горьковском автомобильном заводе на из-
готовление методом порошковой металлургии только трех дета-
лей (шестерни масляного насоса, направляющей втулки и
эксцентрика тормоза) получена годовая экономия, составляю-
щая 170 т стального проката, 100 т чугунного литья и 50 т ла-
туни. В результате перехода на изготовление методом порошко-
вой металлургии 1 млн. простых и мелких деталей заводом
«Ковогуты» в ЧССР получена экономия, равная 8,67 т цветных
металлов и 29 т стального проката. Особенно значительный эко-
номический эффект получают предприятия, внедрившие в произ-
водство металлокерамические железные детали, взамен деталей,
ранее изготовляемых из цветных металлов. Например, от замены
бронзовых деталей лебедки металлокерамическими (железо-
медь-графитными) на 1 т деталей получена экономия, равная
2,5—3,2 т бронзы или 1,38—1,76 тыс. руб.
41
Таблица 9
Экономия металла, получаемая при изготовлении 1 т деталей методом порошковой металлургии
Наименование детали При изготовлении обычным методом При изготовлении методом порошковой металлургии Экономия
Материал Норма расхо* Да в кг Стоимость материала в руб. Материал Норма расхо- да в кг Стоимость материала в руб. в кг в руб.
Шестерня масляного насоса Сталь 35, прокат 0 33,5 3512,3 330,200 Железо- медь- графит 1051,65 287,434 3512,3 43,234
Шайба шарнира поворотного кулака . . . Бр. ОЦС6-6-3 2050,0 1550,000 То же 500,0 124,100 2050,0 1425,900
Втулка картера редуктора лебедки .... Бр. ОЦС6-6-3 2511,6 169,530 » 902,0 315,330 2511,6 1380,000
Втулка траверсы вала лебедки Бр. ОЦС6-6-3 3064,7 2064,600 » 1061,35 383,150 3064,7 1681,550
Крышка редуктора картера лебедки .... Бр. ОЦС6-6-3 3207,8 2158,800 » 1229,0 396,100 3207,8 1762,740
Направляющая втулка клапана СЧ18-36 3011,0 617,770 » 1111,0 245,890 3011,0 371,880
При переходе на одном из заводов сельхозмашиностроения
«а изготовление пористых подшипников хлопкоуборочных машин
(вместо отливок из бронзы с последующей механической обра-
боткой) расход бронзы на комплект подшипников сократился
с 28 до 5,5 кг. Кроме того, высвободилось 20 револьверных стан-
ков, работающих в две смены (табл. 9).
Метод порошковой металлургии особенно экономически рен-
табелен при производстве металлокерамических изделий, не тре-
бующих последующей механической обработки. К таким изде-
лиям относятся зубчатые колеса самых различных конструкций.
Зубчатые колеса простой конфигурации,
l3Sg изготовленные методом порошковой металлур-
e.ii ’ „ гии, в 4 раза дешевле, чем полученные фрезе-
рованием [49]. Производство зубчатых колес
S»_L—1ЯЧ ,7
4
0.87

О
5000 10000 15000
Количество деталей
>0Jt9
шт.
1.75
Фиг. 35. Диаграмма сравнительной сто- Фиг. 36. Металлокерамическое зуб-
имости зубчатых колес, изготовленных чатое колесо с двумя ведущими
механической обработкой (/) и порош- кулачками.
ковой металлургией (2).
оказалось рентабельным даже в том случае, если изготовляе-
мая серия их не превышает 100 шт. (фиг. 35).
Был произведен анализ рентабельности изготовления мето-
дом порошковой металлургии серии (в количестве 20000 шт.)
зубчатых колес с двумя ведущими кулачками, т. е. с несколько
усложненной формой (фиг. 36). Для сравнения такая же серия
зубчатых колес была изготовлена прежним методом — механи-
ческой обработкой.
Расходы по каждой статье при изготовлении зубчатых колес
механической обработкой были приняты за 100% и сравнивались
с расходами (в %) при изготовлении их методом порошковой
металлургии.
При меха- ничес- кой об- работ- ке При ме-|| тоде по- рошко- вой ме- таллур- гии II При меха- ничес- кой об- работ- ке При ме- тоде по- рошковой металлур- гии
Расход металла • . . 100 23 Расход электроэнергии 100 45
Стоимость металла . . 100 60 Трудоемкость в чел-час 100 50
Стоимость инструмента 100 135 Себестоимость .... 100 48
43
Из приведенных данных видно, что расход металла (в весо-
вом выражении) и стоимость его значительно ниже при приме-
нении метода порошковой металлургии.
При этом себестоимость изделий снизилась более чем в 2 раза.
Исключение составляют расходы, связанные с изготовлением
инструмента — прессформ, которые остаются еще большими.
^Методом порошковой металлургии
П Механической обработкой
Фиг. 37. Диаграмма сравни-
тельных расходов на изготовле-
ние 20 тыс. зубчатых колес раз-
личными методами.
ных втулок) оказалась в 5—7
товления таких же деталей в
Однако они в значительной сте-
пени покрываются экономией,
получаемой по другим статьям
расходов (фиг. 37).
ТРУДОЕМКОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ
ДЕТАЛЕЙ
Уменьшение общего количе-
ства производственных операций,
их автоматизация и доведение до
минимума механической обра-
ботки способствовало значитель-
ному снижению общей трудо-
емкости производства металло-
керамических деталей.
В металлокерамических цехах
с годовым выпуском 200—400 т
металлокерамических деталей
трудоемкость изготовления отно-
сительно мелких железографито-
вых изделий (типа антифрикцион-
раз ниже, чем трудоемкость изго-
обычных цехах машиностроитель-
ных заводов. Ниже даны ориентировочные нормы трудоемкости
при изготовлении 1000 шт. металлокерамических деталей про-
стой формы.
Масса детали в г.................
Трудоемкость в чел.-час..........
До 10 30—50 80—120
10—11 11—12 12—13
Трудоемкость изготовления 1000 деталей, совершенно одина-
ковой формы массой 120 г каждая из компактного металла зна-
чительно выше и составляет более 100 чел.-час. Значительное
снижение трудоемкости достигается при производстве металло-
керамических зубчатых колес.
Фирма Дженерал Моторе при переводе зубчатых колес,
масляного насоса автомобиля на изготовление методом порош-
ковой металлургии получила снижение трудоемкости на 50%.
Ковровский машиностроительный завод при переводе на изго-
товление указанным методом зубчатки передней передачи мото-
цикла снизил трудоемкость на 58% по сравнению с методом ре-
44
зания [49]. Ниже приведена трудоемкость при изготовлении 1 т
железографитовых изделий [85].
Средняя масса детали в Средняя трудоемкость в чел.-час Средняя масса детали в г Средняя трудоемкость в чел.-час
До 10 480—500 101—250 300—325
11—50 440—450 251—500 200—210
51—100 350—400 Свыше 500 150—160
Из указанных выше данных следует, что с увеличением мас-
сы выпускаемых изделий трудоемкость их в пересчете на единицу
массы снижается. Наиболее трудоемкой операцией в порошко-
вой металлургии является операция прессования. На ее долю
приходится более 60% всей трудоемкости производства, это вы-
зывает необходимость применения автоматических высокопроиз-
водительных прессов. Ниже приведена ориентировочная средняя
трудоемкость (в %) операций технологического процесса порош-
ковой металлургии (на 1 т деталей).
Операция Для деталей
мелких крупных
Приготовление шихты 5 5
Подготовка навески 5 8
Прессование детали 46 50
Загрузка детали в печь для спекания 10 5
Спекание 5 5
Выгрузка деталей из печи 5 5
Пропитка деталей машинным маслом 4 6
Калибрование • 15 5
Прочие операции «... 5 11
Итого. . . 100 100
Значительный опыт производства металлокерамических изде-
лий в СССР накоплен автомобильной промышленностью. Ниже
приведены фактические показатели трудоемкости в производ-
стве автомобильных деталей [89], [90] на 1 т.
Деталь При механи- ческой обра- ботке на авто- матах в чел.-час Методом по- рошковой ме- таллургии при опытном про- изводстве в чел.-час
Шестерня масляного насоса 1149,4 927,2
Втулка шестерни масляного насоса 9453 389,5
Поршень амортизатора 1078,0 698,3
Гайка тормозного крана 916,0 654,0
45
Трудоемкость опытного производства металлокерамического
зубчатого колеса масляного насоса на Горьковском автомобиль-
ном заводе оказалась на 20% ниже трудоемкости изготовления
из фасонного прутка этого же зубчатого колеса механической
обработкой.
Расходы по заработной плате в порошковой металлургии
ниже, чем при обычных способах производства, так как изготов-
ление деталей этим методом осуществляется рабочими относи-
тельно низкой квалификации — I—III разрядов. Это объясняется
автоматизацией основных производственных операций процесса
и простотой их выполнения.
Количество основных рабочих, занятых в производстве, зна-
чительно меньше. На чехословацком заводе «Ковогуты» в ре-
зультате перевода производства 1 млн. деталей на метод порош-
ковой металлургии сократилось общее число работающих
с 43,75 до 13,6 единиц, а производительность труда увеличилась
в 3,2 раза. Этот показатель явился в ЧССР решающим для ши-
рокого развития и внедрения метода порошковой металлургии.
Для основных рабочих в металлокерамических цехах суще-
ствуют следующие тарифные разряды:
1) обслуживающих печи — разряд II тарифной сетки (для
1-й группы сдельщиков на особо тяжелых работах);
2) прессовщиков — разряд II тарифной сетки (для 1-й груп-
пы сдельщиков на тяжелых работах);
3) обслуживающих вибросито и смеситель — разряд I тариф-
ной сетки для повременщиков;
4) обслуживающих бегуны и масляные ванны — разряд I
тарифной сетки для повременщиков и т. д. [89].
Такие рабочие как наладчик автоматов и слесарь-автоматчик
должны быть высококвалифицированными и иметь VII разряд;
дежурные — механик, электрик, приборист, токарь — VI раз-
ряд; рабочие, занятые на операции восстановления кобальта,
спекальщик твердых сплавов, сборщик электропечей, браковщик
готовых металлокерамических изделий — V разряд; рабочие на
восстановлении вольфрама, на печах карбидизации, фасовщик,
размольщик мокрого размола в спирте и др. — IV разряд. Так
как рабочих таких высоких квалификаций в порошковой метал-
лургии относительно немного, то их заработная плата незначи-
тельно отражается на общем фонде. Ниже даны тарифные став-
ки (в руб.), действующие в порошковой металлургии.
Рабочие, изготовляющие прессформы, должны быть высокой
квалификации, так как качество прессформ определяет качество
прессуемой продукции и долговечность работы прессформ.
Обычно слесари и лекальщики должны иметь V—VII разряды.
Когда предприятие порошковой металлургии изготовляет
прессформы для своих нужд своими силами, оно стремится ис-
пользовать для этой цели высококвалифицированных рабочих,
так как чем качественнее получаемые прессформы, тем длиннее
46
срок их службы, т. е. одно окупает другое (табл. 10). Стоимость
изготовления прессформ ниже на специализированном предприя-
тии, где проведена унификация отдельных повторяющихся узлов
и частей прессформ. Значительно удлиняется срок службы пресс-
форм, оснащенных твердосплавными вставками или деталями.
Разряд Сетка Разряд Сетка
I П Ш I П III
I 2-26 2—02 1—79 V 4—25 3—63 3—21
II 2—65 2—32 2-06 VI 5—00 4—22 3—74
III IV 3—10 3—63 2—67 3—11 2-37 2—76 VII 5-88 4—93 4—37
Таблица 10
Трудоемкость изготовления прессформ для металлокерамических
деталей [85]
Группа сложности Трудоемкость для прессформ различных типов в чел.-час
Опытная Для универ- сальных прессов Для автома- тических прессов
Простая Средняя Сложная 60—90 140—160 200—250 200—400 500—700 1400—1600 120—140 170—200 250—400
СЕБЕСТОИМОСТЬ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Значительное снижение трудоемкости, экономное расходова-
ние металлов и другие преимущества метода порошковой метал-
лургии позволяют получать детали машин и другие металлоке-
рамические изделия, себестоимость которых ниже себестоимости
изделий, изготовляемых обычными методами.
Сравнительно большой опыт накоплен нашей промышлен-
ностью в производстве антифрикционных железо-графитовых
втулок, зубчатых колес и других изделий (табл. II). Из данных
таблицы следует, что изготовление втулки массой 50 и 120 г ме-
тодом порошковой металлургии обходится более чем в 2 раза
дешевле. Следует указать, что это показатели средние для отно-
сительно небольшого масштаба производства. Для крупного
специализированного производства порошковой металлургии эти
показатели еще выше.
На Горьковском автозаводе некоторые автомобильные дета-
ли были переведены на изготовление методом порошковой ме-
таллургии. При этом уже в первый год производства произошло
47
следующее снижение их себестоимости: зубчатого колеса масля-
ного насоса Двигателя внутреннего сгорания на 10%; эксцентри-
ка колодки тормоза на 25%; шайбы упорного шарнира поворот-
ного кулака автомобиля на 50%; втулки лебедки автомобиля
ГАЗ-63 (три типоразмера) на 70—75% [9].
Таблица 11
Сравнительная себестоимость изготовления втулок
Деталь При изготовлении обычным способом в руб. При изготовлении методом порошковой металлургии в руб.
Мате- риал Рабочая сила Наклад- ные рас- ходы Всего Мате- риал Рабочая сила Наклад- ные рас- ходы Всего
Антифрикционная втулка массой 120 0,27 0,20 0,6 1,07 0,23 0,08 0,24 0,55
и 50 г 0,18 0,15 0,45 0,78 0,12 0,06 0,18 0,36
В специальной работе [89] по анализу экономической эффек-
тивности металлокерамического производства на действующих
предприятиях СССР был дан анализ себестоимости металло-
керамических изделий и изучена динамика снижения средней
себестоимости 1 т металлокерамических изделий. Результаты
этой работы приведены ниже и в табл. 12.
Динамика снижения средней производственной себестоимости 1 m
металлокерамических изделий на железной основе (в тыс. руб.)
Завод-изготовитель 1958 г. 1959 Г. 1963 г.
Калужский автомотоэлектрооборудования . . Московский замочных изделий Горьковский автомобильный Лаптевский угольного машиностроения . . . 1,47 1,80 1,40 0,9 1,30 1,25 1,3 0,715 0,780
Таблица 12
Удельный вес основных статей расхода в производственной
себестоимости 1 m деталей
(в %, за 100% приняты все показатели производства при изготовлении
обычным методом)
Деталь Трудоем- кость Заработ- ная плата Стои- мость ма- териала Себестои- мость детали
Горьковский автомобильный завод Направляющая втулка клапана . • 1 255 I 146 1 1 1 I 91,0
Зубчатое колесо масляного насоса . | I . 81 | 1 87 | 1 67,0 1 1 73,0
48
Продолжение табл. 12
Деталь Трудоем- кость Заработ- ная плата Стои- мость ма- териала Себестои- мость детали
Завод замочных изделий
Втулка уравновешивающей пру-
жины 115 112 54 84,0
Гайка тормозного крана Втулка зубчатого колеса масляного 112 97 80 80,0
насоса 41 36 128 62,0
Распорная втулка вилки переключа-
теля 306 242 17 67,0
Московский экспериментальный завод изделий порошковой металлургии
Поршень мортизатора Направляющая втулка клапана 16 73 49 50
МЗМА — 60 40 74
То же ЗИЛ — — — 81
» ямз — — — 85
В табл. 12 показатели, относящиеся к деталям, изготовляемым
обычным методом литья и механической обработкой, приняты
за 100%. Сметная себестоимость металлокерамических твердых
сплавов приведена в табл. 13 и составлена по современным нор-
мам, начислениям и ценам на исходные материалы.
Таблица 13
Сметная коммерческая себестоимость 1 кг твердых сплавов сложного
состава (в руб.)
Статьи расходов Сплавы Статьи расходов Сплавы
Т5К10 Т15К6 Т5К10 Т15К6
Прямые Основные материалы .... 9—10 7—19 Общезаводские
Вспомогательные материалы . 0—26 0—26 расходы 10% . 0—99 0—79
Стоимость энергии 0—14 0—14 Заводская себе-
Заработная плата основным стоимость . . 10—94 8—74
рабочим 0—14 0—14 Коммерческие
Начисления на заработную расходы 2% . 0—22 0—17
плату 0—01 0—01 Коммерческая се- 11—16
Амортизация на оборудование 0—05 0—05 бестоимость . 8-91
Косвенные Итого цеховая себестои- 0—16 0—16
мость 9-95 7—95
Расчет себестоимости для метода порошковой металлургии
рекомендуется [89] производить по следующим основным статьям:
а) расходу основных материалов; б) трудоемкости; в) заработ-
ной плате основным рабочим и г) переменной части накладных
расходов (затратам на электроэнергию).
4 4-117 49
Расчет сметной себестоимости производится на 1 т, 100 кг
или на 1 кг деталей, а стоимости исходных материалов — по дей-
ствующим ценам, указанным в прейскурантах на металлические
порошки и наиболее употребляемые вспомогательные материалы
(табл. 14) [50], (94]. Сложным вопросом при расчете является
планирование потерь для каждого конкретного варианта техно-
логии порошковой металлургии.
Таблица 14
Цены на вспомогательные материалы
Материал Сорт Единица измерения Цены в руб й коп.
Аммиак жидкий I т 95
II в 90
Ангидрид вольфрамовый — в 6700
Ангидрид молибденовый А в 12000
Б м3 11800
Аргон технический 1,4
Аргон чистый I в 2
Аргон чистый II » 1,80
Асбобурит (термоизоляция) — т 6
Асбест хризотиловый Марка в 250
ПЖЗ-50
Ацетилен технический — кг 0,48
Ацетон технический Марка А т 400
Б в 390
Барий углекислый I в 340
II в 310
Бура техническая — в 54
Бутанол (бутиловый спирт) — в 1060
Вода техническая — 1000 м3 13
Вода питьевая — 1000 м3 41,60
Водород технический сжатый — м3 0,18
Водород несжатый — » 0,09
Воск синтетический — т 245
Горячая вода — яг/кал 4,20
Газ природный — 1000 м3 1—20
Глицерин — кг 1—40
Графит карандашный Марки т 850—548
А и Б
Едкий натр — в 65—00
Каучук синтетический —. в 1150—00
Кирпич шамотный — в 24—00
Кислород технический А и Б м3 0—06
Клей костяной (сухой) Высший т 874-00
I В 724—00
II В 690—00
III в 655—00
Клей БФ-2 в 1360—00
Клей БФ-4 в 1460—00
Клей БФ-6 — в 1490—00
Крокус технический . . • — в 45—00
Лак бакелитовый __ в 590-00
Латунь литая — в 625-00
Масла индустриальные Веретенное в 57—00
машинное в 40—00
50
Продолжение табл. 14
Материал Сорт Единица измерения Цены в руб. и коп.
Масло трансформаторное — m 69—00
Медь в слитках . • . . . . • . • . . — в 660—00
Мыло «Монополь» — в 1270—00
Олифа глифталевая — в 710—00
Олифа пентафта лева я — в 773—00
Окись алюминиевая А-1 в 2590—00
А-2 в 2500—00
Пар технический — в 3—20
Песок кварцевый — в 3—80
Сажа ламповая — в 118—00
Сера элементарная (комковая) .... Сорт 1 в 50—00
II в 48—00
III в 45—50
Силикагель Крупный в 710—00
Мелкий > 358—30
Спирт ректификат — дкл 5—00
Спирт ректификат обезвоженный . . . — в 6—30
Стеарат цинка — в 1350—00
Стружка стальная углеродистая .... — в 2—00
То же легированная — в 6—70
Стружка чугунная — в 5—40
Уголь активированный — в 241—00
Фосфор красный — в 554—00
В малооперационном производстве, каким является произ-
водство железо-графитовых изделий, этот вопрос изучен доста-
точно. Потери металлических порошков в железо-графитовом
производстве равны 3—5% и учитываются коэффициентом К
в расчетной формуле (5).
Более сложно обстоит дело в многооперационном производ-
стве порошковой металлургии (например, производство твердых
сплавов). Здесь значение коэффициента К более высокое и для
его расчета применяют специальные методы, называемые «рас-
четами потерь».
Требуемое количество основного вида порошка в т и кг нахо-
дят из формулы
Q = РКш, (5)
где Р — общий объем планируемого выпуска продукции в т
и кг;
К — коэффициент, учитывающий все виды потерь порошка;
пг — доля данного порошка в составе продукции.
Величина потерь или количественное значение коэффициен-
та К в железо-графитовом производстве принимается рав-
ным 5%. Суммарные потери в производстве тугоплавких метал-
лов или твердых сплавов несколько больше и коэффициент К
находят из показателей потерь по всем звеньям и переходам
в каждой технологической операции (табл. 15).
4* 51
Таблица 15
Количественные значения коэффициента извлечения в производстве твердого
сплава Т15К6
Операция Относительные потери в % Коэффи- циенты извлечения на данной операции
Восстановление 0,20 0,15 99,65
Просев вольфрама — 0,05 0,02 99,93
Укрупнение партии вольфрама — 0,04 0,02 99,94
Смешение — 0,25 0,20 99,55
Получение сложного карбида — 0,15 0,10 99,75
Размол сложного карбида — 0,15 0,10 99,75
Просев сложного карбида 0,95 0,08 0,05 98,92
Укрупнение партии сложного карбида — 0,08 0,05 99,87
Смешение —— 0,28 0,20 99,52
Карбидизация — 0,25 0,12 99,63
Размол — 0,17 0,11 99,72
Просев 0,80 0,09 0,04 99,07
Мокрый размол смеси — 0,20 0,15 99,65
Сушка смеси — 0,10 0,02 99,88
Просев смеси .— 0,18 0,03 99,79
Замешивание и сушка — 0,05 0,02 99,93
Протирка через сито — 0,12 0,08 99,80
Гранулирование — 0,10 0,05 99,85
Просев гранулированной смеси 20 0,15 0,03 79,82
Прессование 0,50 0,30 0,20 99,00
Сушка брикетов 0,01 — — 99,99
Разбраковка брикетов 0,95 — — 99,05
Спекание — 2,80 0,01 97,19
Получение спеченного сплава — 0,20 — 99,80
Методика подсчета количественного значения коэффициен-
та К или обратной его величины выхода годного т] разработана
Г. В. Самсоновым [84].
Основой для расчета необходимого количества порошков
служит заданная мощность производства. Связь между суточ-
ной производительностью цеха или участка порошковой метал-
лургии А и потребным количеством исходных материалов Ао
определяется коэффициентом извлечения или выходом год-
ного Т].
Потери на каждой операции обозначаются соответственно
через ait а2, аз ... а^ ... ап и выражаются в процентах.
После первой операции А0 кг из исходного порошка перейдег
в полуфабрикат
А 1бб)
При этом коэффициент извлечения равен
т)х = (100 —ах)%.
(7)
52
После второй операции на третью операцию перейдет сле-
дующее количество исходного материала
л (100 — Од) (100 — аг)
Ло — дофа (°)
Коэффициент извлечения будет равен
(100- Од) (100 — о2)
-------100------%-
В результате всех п. операций
(100 — Од) (100 — а2)... (100 — аЛ
7) =-------------—-!--------------- или
100”-1
_ ш
11 — 100"-1
Коэффициент расхода порошков на единицу веса продукции
определяется из соотношения
К = (10)
Примерные нормы расхода на вспомогательные материалы
приведены в табл. 16.
Таблица 16
Нормы расхода на вспомогательные материалы
Материал Расход на 1 т продукции Назначение
Активированный уголь для за- сыпки в кг Машинное масло для пропитки в кг Вода в м3 Электроэнергия в квт-ч . . . Защитный газ в печах для спекания в м3 Сера в кг Стеарат цинка в кг 100 35—40 4—5 До 2000 70 35—40 30—60 Для изделий на медной основе Для пористых подшипников При спекании в печах с холо- дильником Для изделий на основе железа Для всех видов печей спекания Для материалов, подвергаемых сульфиди рованию Для прессования порошков желе- за и графита
Трудоемкость изготовления изделия находят из средней
производительности применяемого оборудования в данном про-
изводстве и выведенных ориентировочных норм трудоемкости
(см. выше).
В расчетах сметной себестоимости в переменной части на-
кладных расходов показывают только затраты на электроэнер-
гию. Другие статьи накладных расходов учитываются согласно
установленных нормативов.
53
Ниже приводится методика полного расчета себестоимости
изделий на примере расчета 1 кг металлокерамических изде-
лий [89]. Масса деталей принимается равной 100 г. Расчет
себестоимости производится в двух вариантах. По первому ва-
рианту в состав исходной смеси входит 96% железного порошка;
2.5% медного порошка и 1.5% графита; по второму варианту —
88,5% медного порошка, 10% порошка олова и 1,5% графита.
Детали изготовляют по типовой схеме метода порошковой ме-
таллургии, но для каждого из двух вариантов производят соот-
ветствующую корректировку в зависимости от применяемых
исходных порошков. Поэтому количество технологических опе-
раций в каждом варианте оказалось различным (табл. 17).
Таблица 17
Трудоемкость в чел.-час и заработная плата в руб. при изготовлении
1000 деталей
Операция Трудоем- кость Заработ- ная плата
для дета- лей на железной основе для дета- лей на медной основе
Просев порошков 0,65 0,65
0,179 0,179
Перемешивание 0,21 0,21
0,058 0,058
Восстановление железомедной смеси порошков .... 1,75 —
0,719 —
Размол спеченной шихты 0,5 —
0,158 —
Просев после восстановления 0,6 —
0,165 —
Перемешивание шихты с добавлением графита и стеа- рата цинка 0,2
0,055 —
Прессование деталей 0,8 0,8
0,24 0,24
Спекание деталей 1,65 1,65
0,628 0,628
Пропитка маслом 1,0 —
0,275 —
В с е го по технологическому процессу . . . 7,36 3,31
2,538 1,155
Из данных табл. 17 следует, что технология изготовления
металлокерамических деталей на основе железа является более
сложной, чем технология изготовления этих же деталей на осно-
ве медного порошка. Поэтому и трудоемкость изготовления
железографитовых деталей выше.
54
Минимальный комплект оборудования для изготовления де-
тали (массой 100 г) следующий:
Производитель-
ность в кг/ч
Вибросито Д-500 ................................ 80
Смеситель МИ ХМ................................. 250
Смесительные бегуны......................... 100—200
Пресс автоматический...................... 600—900 (щт!ч)
Печь для спекания ЦЭП-356 ...................... 30
Ванна для пропитки изделий маслом .... 50
При расчете стоимости исходных материалов по современ-
ным ценам (см. табл. 8 и 14) с учетом 5% потерь затраты на
исходные материалы (на 1 яг готовой продукции) будут равны:
по первому варианту 0,251 руб., по второму — 2,221 руб.
Таблица 18
Расход электроэнергии
Операция Расход электро- энергии в квт*ч Произво- дитель- ность обо- рудования в кг/ч Расход электро- энергии на 1 кг в квт-ч
Просев порошков 5 80 0,06
Перемешивание 2 250 0,008
Восстановление шихты 30 18 1,6
Размол спеченной шихты 10 10 0,1
Просев восстановленной шихты 5 80 0,06
Перемешивание шихты 2 250 0,008
Прессование деталей 5 60 0,08
Спекание деталей 30 30 1,0
Пропитка деталей 3 50 0,06
Таблица 19
Сметная себестоимость изготовления 1000 изделий
Статьи расходов Детали на железной основе Детали на медной основе
в руб. | В % в руб | в %
Стоимость основного материала Стоимость вспомогательных материалов, кроме графита (10% от стоимости основных матери- 0,251 9,0 2,221 70,0
алов) 0,025 0,9 0,222 6,0
Заработная плата 2,538 89,1 1,155 23,5
Накладные расходы 0,030 1,0 0,020 0,5
Итого. . . 2,844 100 3,618 100
Трудоемкость изготовления, согласно табл. 17, для первого
варианта оказалась равной 7,36; для второго — 3,31 чел.-час.
Соответственно расходы, связанные с заработной платой основ-
55
Технико-экономические показатели производства деталей — якоря и гайки цоколя
Общая себестои- мость 100 деталей Ю Ь- со о о
Себестоимость изго- товления 100 деталей в руб. заработная плата СЧ СО О со сч о о о
материал to ТГ о сч о о
Трудоемкость изго- товления в мин в том числе станочная 0,274 0,033
общая 8S0‘0 W.?0
Годовой выпуск деталей в шт S £ Soo SSSg СЧФ> Xj
Масса в кг черновая 0,005 0,0037
чистовая 0,0037 0,0018
Особые условия производства (тер мообр аботк а, покрытия и т. п.) Цинковать Обезжирить
1 Материал Сталь 10 ЛС59-1
Деталь Якорь Гайка цоколя
ным рабочим, равны 2,538 и
1,155 руб. Расход электроэнергии
на 1 кг изделий показан в табл. 18
[89]. Исходя из количества операций
в технологическом процессе (см.
табл. 17) и стоимости 1 кет • ч
электроэнергии (1,4 коп.), затраты
на электроэнергию по первому ва-
рианту составят 0,03 руб., по вто-
рому — 0,02 руб. Полная сметная
себестоимость изготовления 1000
изделий приведена в табл. 19 [89].
ПОДЕТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ РЕНТАБЕЛЬНОСТИ
МЕТОДА
Подетальный анализ рентабель-
ности можно производить либо по
европейскому, либо по американс-
кому способам. По европейскому
способу результаты анализа рента-
бельности метода порошковой ме-
таллургии сравнивают с рентабель-
ностью старого метода изготовле-
ния данной детали. По американс-
кому способу результаты анализа
метода Порошковой металлургии
сопоставляются с любым извест-
ным в данное время методом. Евро-
пейский способ анализа получил
широкое распространение из-за
своей дешевизны и возможности
проведения его на предприятии.
Пример анализа рентабельности по
европейскому способу приведен в
табл. 20. На одном приборострои-
тельном заводе при пересмотре но-
менклатуры деталей было отобрано
две из них для изготовления мето-
дом порошковой металлургии (см.
табл. 20) — якорь электроаппара-
та, по форме напоминающий втулку
с наружным диаметром 7 мм, внут-
ренним диаметром 2,5 мм и высо-
той 14 мм (до сих пор якорь из ста-
ли А12 изготовлялся на токарных
автоматах с отходами в стружку,
равными 47%), гайка цоколя диа-
56
метром 7 мм и высотой 8 мм с глухой резьбой изготовлялась для
того же электроаппарата из латуни ЛС59-1 точением на автома-
тах с отходами в стружку, равными 26%.
Согласно данных табл. 20 при годовой программе 2,64 млн. шт.
якорей в стружку уходит свыше 3432 т стали. При методе по-
рошковой металлургии указанный отход металла в стружку поч-
ти полностью исключается; в денежном выражении это составит
364560 руб. Раньше себестоимость каждых 100 шт. якорей фак-
тически была равна 45 коп., а по новой технологии — не более
37 коп.; себестоимость же годовой продукции по старой техно-
логии— 12 тыс. руб., а по новой— 10 тыс. руб. Общий экономи-
ческий эффект составил 37 тыс. руб. На производство гайки
R0J6
-Ч5,5Рк
Фиг. 38. Колесо.
цоколя ежегодно расходуется 26 т латуни. Себестоимость изго-
товления годового выпуска гаек цоколя по старой технологии
составляла 24 тыс. руб., по новой — около 13 тыс. руб.
Экономический эффект за 1 год от изготовления указанных
двух деталей методом порошковой металлургии равен
48 тыс. руб. и 26 т латуни. При освоении метода порошковой
металлургии оказалось, что фактическая экономия выше расчет-
ной. Этот пример расчета произведен работниками завода при
участии одного из авторов.
Другой пример расчета экономической рентабельности мето-
да порошковой металлургии по европейскому способу приводит-
ся в табл. 21 *. Данный расчет был произведен одним из отече-
ственных технологических институтов и отличается более
тщательным технико-экономическим анализом.
Пример анализа экономической рентабельности по амери-
канскому способу приведен в табл. 22.
Американское общество инженеров-инструментальщиков по-
лучило заказ на определение рентабельности метода порошко-
вой металлургии при изготовлении 3 млн. колес детского поезда
(фиг. 38).
* Авторы выражают благодарность канд. техн, наук А. Б. Альтману за
любезное предоставление им табл. 21,
57
Таблица 21
Технико-экономический расчет стоимости изготовления некоторых деталей машин (на 1000 шт.)
Деталь Масса детали в г Способ изготовления Количество операций Исходный материал Расход материа- ла в кг Стоимость мате- риала в руб. Затраты по труду Себестоимость в руб.
Трудо- емкость в чел.-час Расценка в руб.
Контактное кольцо 56 Токарная обработка Металлокерамический 9 3 Медь Медный порошок 126 58 1323 725 220 65 550 162,5 435 153
Контактное кольцо 46 Токарно-фрезерная обработка Металлокерамически й 11 3 Медь Медный порошок 126 48 1323 600 510 65 1275 1625 834 140
Контактное кольцо 250 Токарно-фрезерная обработка Металлокерамический 8 3 Бронза Медный порошок 770 238 7320 2980 880 120 2000 280 1500 434
Коллектор- ная пла- стина 5 Штамповка Металлокерамический Металлокерамический (биметалл) 2 3 3 Медь Медный порошок Медный порошок Железный, порошок 14 5,5 2,7 2,3 101,2 С8,3 38,7 1,2 1,1 1,2 2,2 2,4 2,6 11 8 5
Коллектор- ная пла- стина 7 Штамповка, токарная обработка Металлокерамический Металлокерамический (биметалл) 3 3 3 Железный порошок Медь |Медный порошок /Железный порошок 3,3 17,5 7,4 3,7 203 91,9 52,9 9,8 4,7 5,0 20,5 10,4 11,1 28 13 10
Контакт 18 Протяжка, фрезерование Металлокерамический 4 3
Ролик ПО Токарная обработка Металлокерамический 2 2
Ролик 16 Токарная обработка Металлокерамический 6 3
Ролик 12 Токарная обработка Металлокерамический 7 3
Шкив 23 Литье, токарная обработка Металлокерамически й 2 3
Гайка 2 Токарно-фрезерная обработка Металлокерамический О о 2
Ушко 16 Токарно-фрезерная обработка Металлокерамический । 10 2
Медь Медный порошок 30 18,9 264 236 166,7 10,4 341 23 163 35
Сталь 20 Железный порошок 308 115,5 231 219 600 12,5 1312 30,6 548 37
Сталь 45 Бронза-графит Железный порошок Графит 47 16,8 560 29,4 385 8,9 826,5 19,7 387 13
Сталь 45 Бронза-графит Железный порошок Г рафит 34,5 12,1 543 21 232 8,5 498 18,8 254 11
Сплав цинковый «ЦАМ» Железный порошок 22,5 23,6 560 40,2 6,6 9,4 13 22,6 61 15
Сталь 10 Железный порошок 7,1 2,4 7,7 4,1 12,2 0,6 23,6 1,4 10 1
Сталь Ст. 3 Железный порошок 132 17 76,6 47 538 80 1050 234 411 120
2
Таблица 22
Результаты анализа рентабельности изготовления колеса различными технологическими методами
Способ Механическая обработка Штамповка Порошковая металлургия
Вариант А Б в Г Д Е Ж
Оборудование Шестишпин- дельные револьверные станки (имеющиеся) Автоматиче- ские токарные станки (имеющиеся) Пятишпин- дельные револьверные станки (имеющиеся) Прессы уси- лием 29 и 2943 кн, авто- матические токарные станки имеющиеся Наклонные прессы уси- лием 255 кн Прессы уси- лием 196 кн электропечи с защитной средой (имеющиеся) Ротационные прессы уси- лием 294 кн и электропечи с защитной средой
Исходный материал Прокат Алюминий Полоса Железо и медь Железо и медь
0 26,2 мм 0 25,4 мм 0 25,4 мм
Стоимость в руб. на 1 изделие: материала процесса инструмента 0,0071 0,0445 0,0027 0,00623 0,0395 0,00004 0,0060 0,0119 0,0073 0,0134 0,0554 0,0006 0,0020 0,0526 0,001 0,00037 0,01527 0,0002 0,00284 0,00505 0,00435
Цикл изготовления в сек . . . 6,5 30 6,3 — — 2,4 3,6
Накладные расходы в % . . . 660 225 150 225 225 400 250
Себестоимость 1 изделия в руб. 0,0543 0,04577 0,0192 0,0693 0,0554 0,01582 0,01679
1. Материал колеса должен обладать электропроводностью.
2. Колесо должно быть износостойким.
3. В зависимости от окончательно выбранной технологии
производства себестоимость исходных материалов в руб. для
полосовой стали равна 30 коп. за 1 кг; стальных трубок—36—
40 коп.; алюминиевых сплавов для литья под давлением —
1,5 руб. и металлического порошка 52 коп. за 1 кг;
4. Стоимость инструмента должна быть рассчитана исходя
из годовой потребности в нем; амортизация капитального обо-
рудования рассчитана на срок, равный 6 годам.
5. Разрешалось использовать новое или имеющееся обору-
дование.
Прежде колесо игрушечного поезда изготовляли литьем под
давлением из цинкового сплава со стальным бандажом. Техно-
логия изготовления этого колеса состояла из девяти различных
операций. Диск колеса отливали под давлением, зачищали, об-
рабатывали резанием, а затем подвергали термической обработ-
ке и хромированию; бандаж изготовляли из куска трубы, затем
хромировали и насаживали на диск [26].
Американское общество инженеров разработало технологию
изготовления этого колеса тремя технологическими способами;
механической обработкой, штамповкой и порошковой металлур-
гией (см. табл. 22). Из разработанных вариантов самым деше-
вым оказался метод порошковой металлургии.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Современная техника все более и более нуждается в мате-
риалах и изделиях, получаемых только методом порошковой
металлургии. Замедление темпов развития их производства мо-
жет отрицательно сказаться на общем техническом про-
грессе.
Изготовление нитей накала и пористых электродов в радио-
лампах, нитей рентгеновских трубок и обычных электроламп
требует металла, который бы не размягчался при температуре
до 3200° К. Таким металлом является только вольфрам. Держа-
тели нитей в электролампах, фольга и прутки для ртутных вы-
прямителей, сетки передаточных радиоламп, аноды, пружины
для катодов в разрядных трубках, нагреватели в высокотемпе-
ратурных печах изготовляют из молибдена; сетки рентгеновских
трубок, выпрямителей, генераторных и радиоламп, медицинские
аппаратуру и инструменты — из тантала. Для этих же целей при-
годен и ниобий, который обладает еще большей пластичностью.
Тантал и ниобий применяются в медицине, так как они облада-
ют способностью «сращиваться» с живой тканью организма
человека. Например, танталовую проволоку и листы применяют
для скрепления переломанных костей человека и т. п.
61
Ниобий, тантал и их сплавы являются хорошими конструк-
ционными материалами для химического машиностроения. Из
них изготовляют теплообменники, нагреватели, фильтры, реак-
торы, мешалки, клапаны, вентили, трубопроводы и т. д. Тантал»
ниобий и их сплавы с никелем, вольфрамом и рением часто ис-
пользуются как заменители платины, золота и иридия. В послед-
нее время во многих случаях стали успешно использовать
вместо тантала ниобий и его сплавы с танталом и рением. Рений
из-за его дефицитности имеет ограниченное применение. Благо-
даря высоким тугоплавкости и термоэлектродвижущей силе ре-
ний применяют для изготовления нагревательных элементов
электроприборов, термопар, работающих при температуре до
2800° К. Рений, обладающий высокой прочностью и твердостью,
широко применяют для электрических контактов и наконечников
перьев.
Ниобий, молибден и ванадий применяются в активной зоне
атомных реакторов на быстрых нейтронах. Ванадий не сплавля-
ется с ураном, обладает хорошей теплопроводностью и корро-
зионной стойкостью в ряде агрессивных сред, поэтому из него
изготовляют тепловыделяющие элементы, тонкостенные трубы
для ядерных реакторов. Из ниобия изготовляют оболочки для
урановых тепловыделяющих элементов и трубопроводы ядерных
реакторов на тепловых и быстрых нейтронах.
Цирконий является одним из лучших геттеров (поглотителей)
в радиолампах, рентгеновских трубках и в технике высокого
вакуума. Гафний применяется в тех же областях, что и цирконий,
но свойства его лучше, а влияние его в сплавах сильнее.
Особое место среди тугоплавких металлов занимает титан,
не подвергающийся коррозии на воздухе и не разъедающийся хо-
лодными серной и соляной кислотами. Сплавы из карбида титана
и вольфрама позволяют получать детали, обладающие большой
твердостью. В последние годы интерес к титану возрос в связи
с применением его в качестве новой основы для жаропрочных и
жаростойких сплавов. Все указанные металлы в ковком состоя-
нии можно получить методом порошковой металлургии. Метал-
локерамические материалы на основе нитрида титана как и си-
лицидов бора позволили решить проблему изготовления в элек-
тротехнике высокоомных сопротивлений. Резистеры изготовляют
только на основе карбида титана и карбида кремния. Гексабо-
рид лантана применяют для оснастки катодов мощных генера-
торных ламп.
Большую роль в радиотехнике играют силициды тугоплав-
ких металлов, обеспечивающие точное ограничение эмиссирую-
щих участков катодов электронных ламп, работающих с высокой
работой выхода.
Новые твердые сплавы на основе карбидов хрома не содер-
жат дорогих и дефицитных металлов вольфрама и кобальта,
поэтому они почти в 4 раза дешевле сплавов группы ВК и ус-
62
пешно заменяют последние в производстве штампов, матриц и
металлорежущего инструмента. Это открывает большую воз-
можность широкого внедрения твердых сплавов в производство,
что в свою очередь способствует повышению производительности
труда.
Тугоплавкие металлы, их сплавы и соединения можно полу-
чить только методом порошковой металлургии.
Металлокерамические изделия из спеченного алюминиевого
порошка (САП) обладают сопротивлением ползучести при по-
вышенных температурах в 7,5 раз большим, чем литые сплавы,
высокой теплопроводностью и малым коэффициентом теплового
расширения. САП от 13 до 27 раз легче литого алюминия. Из
САП изготовляют трубы, уплотнительные кольца газовых тур-
бин, топливные элементы в атомной технике, успешно работаю-
щие при температурах до 750° К. Трубы, изготовленные из САП,
обладают высокой теплопроводностью, низкой поглотительной
способностью к нейтронам и высокой коррозионной стойкостью
к органическому охладителю терфенилу В вольфрамовых нитях
накала применяется дисперсная добавка окиси тория, препят-
ствующая чрезмерному росту зерна при длительном нагреве
Все сказанное говорит о том, что появилась возможность
создания новых сплавов, упрочненных тонкодисперсными вклю-
чениями окислов, интерметаллидов или других соединений, оста-
ющихся стабильными в условиях работы материала.
При применении обычной технологии плавления и отливки
получить такое тонкое и равномерное распределение второй фа-
зы в металлической матрице не удается из-за коагуляции вклю-
чений в процессе затвердевания. Быстрое же охлаждение частиц
при распылении расплава позволяет достичь высокой степени
равномерности распределения и тонкости включений, а затем из
порошков таких псевдосплавов прессовать необходимые из-
делия.
Можно создавать жаростойкие композиции, состоящие из
дисперсии тонкого порошка тугоплавкого окисла с размером час-
тиц менее 10 мк, в таких металлах как Fe, Со, Ni, Mo, W, содер-
жащих хром.
В США проводятся работы по разработке методов диспер-
сионного упрочнения таких металлов как медь, свинец, кобальт.
Особое внимание уделяется вопросу разработки жаропрочных
сплавов на основе тугоплавких металлов Mo, Ti, Та, W и др.
Можно полагать, что на основе большинства металлов и их
сплавов будут созданы новые сплавы с высокой устойчивостью
против крипа при высоких температурах за счет дисперсионного
упрочнения их при нагреве нерастворимыми твердыми включе-
ниями [104].
Автоматизация плавильных и литейных цехов может быть
полностью осуществлена только тогда, когда будут удачно по-
добраны высокоогнеупорные материалы для транспортирования
63
и дозировки расплавленных металлов и литейных сплавов. Ос-
новой для создания таких материалов могут служить бориды,
устойчивые к действию расплавленных металлов и литейных
сплавов, кремния, алюминия, меди [105] и других металлов.
Наиболее целесообразно для изготовления наконечников тер-
мопар погружения применять борид циркония. Это практически
решает задачу непрерывного замера температуры стали в мар-
теновской печи. Из него также можно изготовлять сопла для
распыления расплавленных металлов, детали стекловаренных
печей.
Проблема изготовления тиглей, футеровок ванн и ковшей
для расплавленных ответственных сплавов, получения металла,
не загрязненного материалом тигля, решена с применением не-
которых нитридов и карбидов. Для плавки урана, церия, тория,
титана и других металлов рекомендуются [105] сульфиды тория
и церия.
Большой спрос на материалы из тугоплавких соединений
предъявляет химическое машиностроение. Для изготовления
конструкционных деталей и приспособлений, работающих на пе-
рекачивании кислотных растворов или работающих с горячими
корродирующими газами, насадок сопел для разбрызгивания
нагретых химически активных жидкостей и других деталей
могут быть применены материалы многих тугоплавких соеди-
нений.
Не менее важную роль начинают играть тугоплавкие соеди-
нения в создании жаропрочных сплавов, которые особенно необ-
ходимы в таких объектах новой техники как газовые турбины
и ракетные устройства.
Потенциальные возможности для решения такой задачи ме-
тодами порошковой металлургии есть.
Высокими прочностными свойствами при высоких темпера-
турах обладают бориды и карбиды, на основе которых могут
быть созданы жаропрочные и жаростойкие сплавы.
Высокая твердость тугоплавких соединений позволяет соз-
давать на их основе твердые, сверхтвердые и износостойкие
материалы. Карбиды бора и кремния успешно применяются как
заменители алмаза при обработке особо твердых материалов.
Многие тугоплавкие соединения имеют ценные электрические
свойства, что определяет расширение области их использования
в электро- и радиотехнике.
Особые электрические свойства некоторых тугоплавких сое-
динений позволили разработать на их основе материал для вы-
сокотемпературных нагревателей электропечей сопротивления.
Нагреватели из дисилицида молибдена (Мо51г) с некоторыми
добавками могут работать в окислительной среде при 1950° К,
а нагреватели из борида циркония с добавками, повышающими
его электросопротивление, в защитных средах и в вакууме при
температуре 2500° и выше [104].
64
Перспективным типом деталей являются несущие конструк-
ционные детали достаточно сложной формы, которые обычно
изготовляют из углеродистых и легированных сталей, серого и
ковкого чугуна и из цветных металлов.
Типовыми металлокерамическйми конструкционными дета-
лями являются зубчатые колеса, кулачки, накладки, шайбы,
колпачки, заглушки, тройники, плотные втулки, храповики, ры-
чаги, накидные и специальные гайки, крышки, фланцы, корпуса
подшипников и другие детали сложной конфигурации, применяе-
мые в самых различных отраслях машиностроения и приборо-
строения. Эти детали могут выпускаться в виде готовых изделий
или заготовок, которые требуют незначительной дополнительной
механической обработки.
Металлокерамические детали машин и приборов изготовля-
ют из порошков железа, углеродистых, легированных сталей,
латуни, меди, бронзы, никеля и других металлов и сплавов.
Широкое применение нашли железомедные и железолатунные
материалы. Изделия из этих материалов могут подвергаться
термической, химико-термической обработке, а также декора-
тивным и коррозио-устойчивым покрытиям.
При изготовлении конструкционных изделий содержание гра-
фита в железном порошке не превышает 0,5—1,0%; увеличение
содержания графита может вызвать появление в структуре це-
ментита, присутствие которого в конструкционных материалах
нежелательно.
При пористости, равной 4—5%, получают сталь с пределом
прочности на растяжение 70—140 Мн/лс2, относительным удли-
нением до 15% и сужением до 40%. При пористости, равной
3%, резко улучшаются пластические свойства стали.
Стоимость металлокерамических конструкционных деталей
значительно ниже стоимости компактных деталей. Поэтому во
многих случаях целесообразнее изготовлять металлокерамиче-
ские заготовки, требующие некоторой механической обработки.
Снижения затрат на изготовление деталей можно добиться
за счет пересмотра их конструкции и учета требований метал-
локерамической технологии. Например для изделий, изготовляе-
мых методами порошковой металлургии, не требуется литейных
уклонов, выходов для режущего инструмента, закруглений и дру-
гих специфических требований, связанных с литьем, штампов-
кой и холодной обработкой.
Масса металлокерамических деталей обычно меньше массы
компактных деталей за счет остаточной пористости и меньшего
удельного веса.
Расчеты показывают, что при изготовлении 1000 т металло-
керамических конструкционных изделий можно сэкономить око-
ло 13 млн. руб., 2250 т металла, высвободить 234 рабочих и 118
металлорежущих станков [78]. Причем некоторые авторы счита-
ют, что эти цифры несколько занижены [30].
5 4-117 65
Металлокерамические пористые антифрикционные материалы
известны давно и находят довольно широкое применение в про-
мышленности. Характерными представителями этого типа ма-
териалов являются пористое железо, железо-графит и бронзо-
графит. Однако используют их еще недостаточно, особенно при
относительно тяжелых условиях работы, например в подшипни-
ках для осей железнодорожных вагонов.
В настоящее время имеются новые материалы, работающие
при скоростях, доходящих до 4,5 м/сек на поверхности скольже-
ния (соответствует движению поезда со скоростью до ПО км/ч)
и при нагрузках до 11 т на один подшипник. Применение таких
материалов в железнодорожном транспорте позволит сэконо-
мить в год много тысяч тонн баббита.
В настоящее время основными антифрикционными материала-
ми являются материалы, полученные на основе цветных метал-
лов (баббита, бронзы и т. п.), металлокерамические антифрик-
ционные материалы на основе железного порошка следует
рассматривать как исключение. Необходимо материалы на осно-
ве железного порошка сделать основными, а антифрикционные
материалы на основе цветных металлов применять только в ис-
ключительных случаях [104].
Дальнейшее повышение к. п. д. турбин, обеспечение надежно-
сти работы, увеличение мощности агрегатов может быть достиг-
нуто за счет уменьшения потерь газового и парового потока
через различного рода неплотности и зазоры между движущи-
мися и неподвижными частями турбины. Чтобы достигнуть это-
го необходимы специальные уплотнительные материалы для
облицовки обода турбины и устройства торцовых уплотнений.
Эта задача может быть успешно решена с применением методов
порошковой металлургии. Экономическая эффективность от при-
менения таких уплотнений может быть очень высокой. Предва-
рительные данные показывают, что на одной паровой турбине
мощностью 50 000 кет за счет устранения потерь пара и повы-
шения к. п. д. экономия топлива может достигнуть 28 000 т
в год.
Применявшиеся ранее фильтрующие материалы — ткани,
картон, керамика, пористое стекло все больше вытесняются ме-
таллокерамическими фильтрующими материалами. Последние
изготовлены из коррозионностойких, жаростойких и других
сплавов, обладают достаточной прочностью и высокой проница-
емостью и позволяют фильтровать жидкие топлива и смазки,
расплавленные металлы, раскаленные газы, кислоты, щелочи и
другие агрессивные среды.
Эффективным методом повышения мощности и к. п. д. газо-
вых турбин является повышение температуры рабочих газов.
Однако реализовать это можно при условии создания специаль-
ных жаростойких материалов для облицовки стенок камер сго-
рания и изготовления турбинных лопаток. Одним из возможных
66
методов решения этой задачи является применение пористых
материалов из жаростойких сплавов, которые можно охлаждать
пропусканием через их поры какого-либо газообразного или жид-
кого охладителя. Такие пористые материалы могут быть созда-
ны из металлокерамических сплавов.
Для обеспечения нормальной работы ядерных ракет с ионным
двигателем важную роль играет ионизатор, изготовляемый из
пористого вольфрама.
Эффективны разработанные в последние годы фильтрующие
материалы из металлического войлока или волокна, однако ши-
рокое применение их требует дешевых методов изготовления.
В настоящее время разработаны методы изготовления филь-
тров в виде труб диаметром до 100 мм и более.
Надежность работы большинства машин и механизмов при
росте скоростей и нагрузок в значительной мере зависит от ка-
чества работы тормозных устройств. В связи с этим вопрос о
создании высококачественных фрикционных материалов при-
обретает особое значение. Требуется создать широкую номен-
клатуру фрикционных материалов, отвечающих различным
условиям работы машин: со смазкой и без смазки, при скоростях
трения до 50 м/сек и более, при нагрузках до 400 Мн)м2
и выше.
Причем такие материалы должны обладать высоким коэф-
фициентом трения, независящим от скорости скольжения, и из-
носостойкостью. Методы порошковой металлургии позволяют
создать композиции материалов, которые удовлетворяют этим
требованиям.
Важным этапом в развитии методов порошковой металлургии
является освоение в последние годы способа изготовления мате-
риалов прокаткой порошков. Этим методом можно изготовлять
листовые и ленточные материалы из порошков никеля, меди,
железа, тугоплавких металлов, различных соединений и т. п.
Преимущество такого технологического процесса заключается
в возможности получения с минимальными потерями металла
(не более 1—2%) листовых и ленточных заготовок с окончатель-
ными заданными размерами.
Полосовая медь, прокатанная из порошков, обладает лучши-
ми электротехническими свойствами, чем литая. Экономичность
процесса изготовления листового материала прокаткой порош-
ков характеризуется следующими цифрами. Стоимость 1 т
листового никеля, изготовленного прокаткой из порошка, при-
мерно в два раза ниже, чем при прокатке из слитка.
В последнее время проводятся работы по созданию техноло-
гического процесса, с помощью которого осуществляется покры-
тие стальной проволоки другими металлами методом накатки
порошка. В частности решается проблема изготовления биме-
таллической проволоки (сталь — алюминий). Внедрение ее вме-
сто медной для электрификации сельского хозяйства, железных
5* 67
дорог и других целей позволит сэкономить до 10000 т меди
в год.
Методами порошковой металлургии для атомной техники
изготовляются порошки из таких металлов как уран, торий, кар-
бид урана, бериллий, цирконий, а также из двуокиси урана,
сплавов урана с цирконием, бором, алюминием, молибденом,
железом, никелем и другими металлами
Успешно решаются задачи по созданию новых контактных,
магнитных, резистерных и других материалов.
Большие требования к порошковой металлургии предъявляет
современное приборостроение в связи с внедрением в промыш-
ленность комплексной автоматизации. В приборах широко,
а нередко только используются металлокерамические детали,
изделия и материалы (электроконтакты, магниты, ферриты,
высокотемпературные термисторы, резисторы, объемные сопро-
тивления, термопары, антиэмиссионные сеточные покрытия).
Электроконтакты должны обладать малым электросопротивле-
нием и эрозией, характеризоваться низкой свариваемостью
при замыкании и размыкании, высокой износостойкостью, тер-
мической и химической стойкостью. Обычно металлы с высокой
электропроводностью типа меди, серебра не являются достаточ-
но износо-эрозионностойкими, напротив прочные и дугостойкие
металлы типа вольфрама, молибдена, отчасти никеля не обла-
дают удовлетворительными электрическими характеристиками.
Отсюда задача получения сплавов, сочетающих положитель-
ные свойства одних компонентов с положительными свойствами
других, не может быть решена методом сплавления. Среди мно-
гочисленных контактных композиций широкое распространение
получили сплавы вольфрам-серебро, молибден-серебро, сплавы
карбидов и боридов с медью, серебром. Использование таких
контактов не только позволяет существенно повысить эксплуа-
тационные характеристики, но и одновременно сэкономить зна-
чительное количество благородных металлов [96].
Если учесть, что срок службы контактов из вольфрамово-
серебряного сплава в 8 раз больше, чем из чистого серебра, то
экономия серебра за счет использования таких контактов явля-
ется очень большой.
Особенно большое значение для слабо- и среднеточной тех-
ники имеют сплавы, содержащие золото, серебро и металлы
платиновой группы. Разработанные институтом проблем мате-
риаловедения АН УССР для слаботочной промышленности кон-
такты АПдС-70, АПдНС-20, АНС-70, СНГ-29-3 начинают исполь-
зоваться в радиоаппаратуре. Результаты испытаний контактов
показали, что они могут заменить контакты из дорогостоящих
литых сплавов на основе платины, палладия, иридия, осмия, ро-
дия, золота и из чистого золота.
1 Сб. Ионные, плазменные и дуговые ракетные двигатели. Госатомиз-
дат, 1961.
68
Металлокерамические магнитные материалы — магнитно-
мягкие, постоянные магниты, ферриты различных типов и маг-
нито-диэлектрики широко используются в приборо- и радиотех-
нической промышленности.
Магнитно-мягкие металлокерамические материалы находят
применение в магнитопроводах, сердечниках низкочастотных
трансформаторов, экранах, статорах электромашин небольшой
мощности, дросселях, магнитных муфтах и в других изделиях и
приборах.
Экономический эффект от применения магнитно-мягких ме-
таллокерамических материалов исключительно высок; например,
при изготовлении деталей пакета мотора доходит до 80%, а па-
кета трансформатора — до 60%. Очень перспективна замена
литых магнитных муфт станочного оборудования металлокера-
мическими.
Постоянные магниты, изготовляемые из ферромагнитных
сплавов, характеризуются высокими значениями коэрцитивной
силы и сравнительно большой остаточной индукцией. Спеченные
постоянные магниты, помимо почти одинаковых свойств с литы-
ми, обладают большей механической прочностью, связанной
с мелкозернистостью, что позволяет использовать их в тяжело
нагруженных узлах магнитных систем. Отсутствие раковин де-
лает возможным их применение для роторов быстроходных ма-
логабаритных электродвигателей и динамомашин. Особенно
целесообразно изготовлять этим способом малогабаритные
постоянные магниты массой 5—100 а.
Магнитодиэлектрики используются в качестве магнитных
сердечников в катушках индуктивности в радио- и высокочастот-
ной технике и обеспечивают передачу определенной полосы час-
тот без искажений и затуханий.
Сердечники из пермаллоя применяются в катушках индук-
тивности для низкочастотной телефонной аппаратуры, много-
канальной телефонии и в фильтрах: из пермаллоя, легированного
молибденом, в катушках кварцевых фильтров, в аппаратуре,
работающей при тональных частотах. Сердечники из альсифера
используются в катушках фильтров для многоканальной теле-
фонии, дросселях, в качестве бронированных сердечников, фер-
роиндукторах радиоприемников. Из альсифера изготовляют
также подстроечники для коротковолновых катушек.
Ферриты — новые магнитные материалы. В природе встре-
чается только один феррит— магнетит Fe3O4, который на про-
тяжении веков был единственным материалом, используемым
для постоянных магнитов при изготовлении компасов. По общим
магнитным свойствам и поведению в постоянных магнитных
полях ферриты мало чем отличаются от металлических ферро-
магнетитов.
Различают магнитно-мягкие и магнитно-твердые ферриты, из
которых первые применяются преимущественно в технике связи
69
(радиотехнике) и автоматике, включая счетно-аналитические
машины. В радиотехнике используются главным образом маг-
нитно-мягкие ферриты, называемые оксиферами (никельцинко-
вые и никельцинкмарганцевые ферриты).
Оксиферы используются как сердечники линейных входных
и выходных трансформаторов, сердечники для отклоняющих
систем телевизионных приемников и передатчиков, сердечники
трансформаторов строчной развертки черно-белого и цветного
телевидения, сердечники аппаратуры высокочастотной измери-
тельной техники, магнитных усилителей и элементов магнитной
настройки. В то время как для тонколистовых пермаллоя и
трансформаторной стали граничная частота не достигает 100 кгц,
для оксиферов с проницаемостью 1000 и 2000 она равна 800 кгц
и 2 мггц соответственно.
Особо важное значение приобрели ферриты с прямоугольной
петлей гистерезиса, в связи с использованием их в вычислитель-
ной технике, устройствах автоматического управления и регу-
лирования, магнитных усилителях и в аппарате связи. В вычис-
лительной технике ферриты используются для записи чисел,
особенно в двоичной системе исчисления, наборы таких ферри-
тов образуют системы памяти машин.
Магнитно-твердые ферриты (феррит бария и феррит кобаль-
та) обладают рядом преимуществ перед металлическими маг-
нитами, благодаря высокой коэрцитивной силе (1200—2500 э),
малому удельному весу (3—5 г/см3) и большому удельному
электросопротивлению (106—188 ом • см).
Все ферриты изготовляют только металлокерамическими
методами, причем удовлетворение потребностей в них народно-
го хозяйства вызывает необходимость создания крупных цехов
по их производству [96].
Высокотемпературные полупроводники, в отличие от низко-
температурных, изготовляют исключительно методом порошко-
вой металлургии.
Полупроводниковые термопары просты и представляют собой
трубку из тугоплавких соединений, в которую вставлен стер-
жень из карбида бора. Трубка и стержень являются одновремен-
но электродами термопары, одни концы их сварены друг с дру-
гом и образуют горячий спай, а другие подсоединены к токоотво-
дящим проводам, присоединяемым к измерительному прибору.
Отличительной особенностью таких термопар является тер-
моэлектродвижущая сила, величина которой в 3—5 раз превос-
ходит величину термоэлектродвижущей силы обычных металли-
ческих термопар (например из платины-платинородия), что
обеспечивает повышение точности измерений, малую инерцион-
ность, т. е. способность быстро принимать температуру окру-
жающей среды и регистрировать ее, прямолинейную зависи-
мость электродвижущей силы от температуры, а это в свою оче-
редь облегчает градуирование приборов и использование
70
термопар в автоматических схемах, стабильность показаний во
времени, а также высокую стойкость против расплавленных ме-
таллов, шлаков и горячих газов.
Широкое применение получают создаваемые в настоящее
время непроволочные (объемные) сопротивления с проводящим
элементом из полупроводниковых тугоплавких соединений, тер-
мисторы и другие высокотемпературные полупроводники.
Катоды для электронных и ионных приборов должны рабо-
тать стабильно, обладать большим сроком службы, обеспечивать
широкие диапазоны мощностей и иметь возможность работать
в условиях неглубокого вакуума. Одним из таких материалов,
удовлетворяющих указанным требованиям, являются бориды
редкоземельных металлов. Катоды, изготовленные из боридов,
способны работать при высоких напряженностях поля, в услови-
ях плохого вакуума, а также при наличии ионной бомбардиров-
ки. При использовании в ионном источнике циклотрона срок
службы катода повышается до 100 ч, срок службы катода из тан-
тала 15 ч. Металлокерамические боридные катоды используются
в циклотронах, синхрофазотронах, магнетронных выпрямителях,
в специальных приборах; намечается их использование в каче-
стве катодов в аппаратах электродной сварки, электронно-лу-
чевых устройствах, вычислительных машинах, электронных пе-
чах. Важной задачей является использование металлокерамиче-
ских катодов в электронных приборах массового назначения.
Приготовляемые методами порошковой металлургии анти-
эмиссионные соединения служат для создания сеточных покры-
тий в электронных приборах, ограничения и придания опреде-
ленных форм пучкам электронов.
Перспективно использование металлокерамических микро-
подшипников для малогабаритных редукторов в приборах
автоматического управления и в других приборах самых различных
назначений. При этом следует отметить, что пористые подшип-
ники наиболее целесообразно применять в приборах, где как
правило отсутствуют большие нагрузки.
Высокоизносостойкие металлокерамические сплавы на осно-
ве карбидов и других тугоплавких и твердых соединений должны
найти применение при изготовлении опорных призм точных при-
боров и весов, инструментов для обработки твердых техниче-
ских камней, кварца и стекла, фильер, матриц, калибровочных
прессформ.
По применению металлокерамики в приборостроении про-
мышленность накопила уже значительный опыт.1 В связи с ав-
томатизацией промышленности и внедрением управляющих и
вычислительных машин исключительно большую роль приобре-
тают новые материалы. В настоящее время все чаще одновре-
менно с разработкой конструкции новой машины или агрегата
Альтман А. Б. Металлокерамика в электротехнике. ЦИНТИЭ, 1962.
71
приходится решать задачу разработки материала, позволяющего
осуществить задуманную конструкцию. Без создания новых ма-
териалов невозможен общий технический прогресс в машино-
строении, транспорте, связи и других областях народного хозяй-
ства, характеризующийся ростом скоростей, мощностей машин,
повышением рабочих температур машин и процессов, химиза-
цией и др.
Свойства всякого материала определяются в основном тремя
факторами: химическим составом, структурой и плотностью.
Методами порошковой металлургии можно создать значительно
большее по химическому составу количество материалов, чем
обычной металлургией. Методы порошковой металлургии по-
зволяют изготовить почти все металлы и сплавы, получаемые
плавлением и литьем, с помощью которых можно создать огром-
ное количество композиций; методами обычной металлургии
этого получить нельзя [104]. Порошковая металлургия уже пока-
зала свои широкие технические возможности в создании важ-
нейших материалов и изделий, без которых не может обойтись
современная техника, однако ее потенциальные возможности
еще более огромны.
ГЛАВА III
ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ПОРОШКОВ
УСТРОЙСТВО И РАЗНОВИДНОСТИ ПРЕССФОРМ
Основным инструментом при прессовании металлокерамиче-
ских изделий является прессформа, изготовляемая из высоко-
прочных инструментальных сталей, а для горячего прессования
из графита или жаропрочных сплавов.
а)
Фиг. 39. Переносная прессформа с неразбор-
ной матрицей для прессования гильзообраз-
ных изделий:
а — прессформа; б — прессуемое изделие; / —
матрица; 2 — центральный стержень; 3 — под-
ставка.
Фиг. 40. Схема разборной
прессформы:
/ — башмак; 2 — упорный
болт; 3 — составная пресс-
форма; 4 — пуансон; 5 —
подставка; 6 — брикет.
Сложность устройства прессформ определяется, главным об-
разом, конфигурацией прессуемого изделия, методом прессова-
ния, степенью механизации процесса и другими факторами.
Прессформы подразделяются на переносные (см. фиг. 7) и ста-
ционарные (см. фиг. 14); неразборные (фиг. 39) и разборные
(фиг. 40); одностороннего и двухстороннего прессования (см.
фиг. 15); одногнездные и многогнездные; для ручного, полуавто-
матического и автоматического прессования и др.
Неразборные прессформы с неразъемными матрицами при-
меняются преимущественно на автоматических прессах, где
разборка прессформ нецелесообразна, так как вызывает про-
стой автоматического оборудования. На этих прессформах
73
достигается более тщательная наладка точности размеров прес-
суемых изделий. Разборные прессформы, применяемые в экспе-
риментальных работах или в работах специального назначения,
малопроизводительны.
Основными деталями прессформ являются матрица (контей-
нер), пуансоны и стержни. Кроме того в комплект прессформ
входят различные вспомогательные детали: подставки, ограни-
чительные кольца, пружины, толкатели и др.
Матрица служит для выполнения внешней радиальной по-
верхности брикета и в качестве емкости прессуемого порошка.
Пуансон — подвижная часть, служащая для формования верх-
ней поверхности и обжатия порошка; в случае двухстороннего
прессования нижний пуансон обеспечивает выполнение профиля
нижней торцовой поверхности с одновременным обжатием по-
рошка.
Подставка прессформы в случае одностороннего прессования
служит для формования нижней поверхности и предохраняет
порошок от высыпания из прессформы. Вспомогательные детали
служат для удаления брикета из прессформы и придания ему
точных размеров и т. д.
В неразборных прессформах брикет удаляют путем выпрес-
совки, а в разборных — только после разборки прессформы (см.
фиг. 40). В прессформах с выпрессовкой порошок сжимается по-
средством давления, прилагаемого к пуансону, после чего дно
прессформы удаляется, матрица устанавливается на подставку,
к пуансону прилагается давление, и брикет выпрессовывается
из матрицы. При автоматическом прессовании применяются
прессформы с выталкивателем, роль которого часто выполняет
нижний пуансон. В этом случае, после прессования, верхний
пуансон поднимается и брикет выталкивается вверх (см.
фиг. 14).
При выпрессовке под влиянием упругого- последействия бри-
кет несколько расширяется, причем размеры увеличиваются тем
больше, чем выше была степень обжатия порошка и чем менее
пластичен прессуемый порошок. Величина упругого последей-
ствия в направлении прессования равна до 0,5%, а по диа-
метру — до 0,3%.
Разборная прессформа собирается в специальном башмаке
и прочно в нем закрепляется; иногда она заключается в спе-
циальную обойму; в этом случае внутренние части ее (вклады-
ши, матрицу) изготовляют с таким расчетом, чтобы прессформа
легко разбиралась.
Размеры пуансонов и других деталей имеют соответствующую
расчетную высоту, причем во избежание заклинивания и пере-
косов высоту пуансонов рекомендуется принимать не более 1,5—
2 диаметров матрицы. Внутренний диаметр матрицы равен внеш-
нему диаметру брикета с учетом упругого последействия, изме-
нения размеров при спекании и припуска на обжатие в случае
74
последующей калибровки. Припуск на калибровку обычно при-
нимают равным 0,1—0,3 лии, в зависимости от диаметра брикета.
Для выхода воздуха между пуансоном и матрицей оставля-
ют зазор, размер которого должен исключать возможность
попадания через него частиц порошка. Большое значение имеет
точность размеров брикета по высоте, для чего применяются
различные приспособления, ограничивающие ход плунжера
пресса.
В виде ограничителей употребляются различные кольца и
подкладки, укладываемые на прессформу или на стол пресса.
Иногда применяются пуансоны с заплечиками, упирающимися
в матрицу при достижении требуемой высоты.
Фиг. 41. Схема прессфор-
мы с плавающей матри-
цей.
Фиг. 42. Схема прессфор-
мы с подвижной иглой:
1 — матрица; 2 — пуансон с
иглой 3; 4 — нижний пуан-
сон; 5 — изделие.
Прессформы для двухстороннего прессования снабжаются
двумя подвижными пуансонами — верхним и нижним. В таких
прессформах нижний пуансон начинает работать после того, как
верхний доходит до определенного уровня, что достигается при-
менением фиксирующих прокладок. По достижении этого уровня
прокладка удаляется, при этом обжатие производится снизу за
счет движения матрицы по отношению к нижнему пуансону.
В других случаях преждевременному опусканию так называемой
плавающей матрицы препятствуют специальные пружины, урав-
новешивающие ее массу (фиг. 41). При двухстороннем прессо-
вании и применении смазки стенок прессформы высота брикета
не должна превышать толщины стенок более чем в 15—17 раз,
а диаметр — более чем в 5 раз. Для получения аналогичных
изделий с большим отношением диаметра к высоте применяются
прессформы с подвижной иглой (фиг. 42) [59].
Для получения изделий с разной плотностью площади прес-
сования и усложненной формой поверхности применяются пресс-
формы с двумя и более подвижными пуансонами (фиг, 43).
75
Особенно трудно прессовать изделия с ^криволинейными
поверхностями в направлении
а) 6)
Фиг. 43. Схема прессования изде-
лия сложной формы:
а —» цельным пуансоном; б — составным
пуансоном.
прессования. Примером такого
изделия является полусферичес-
кий контакт (фиг. 44, а). При
изготовлении прессформы для
прессования такого изделия был
использован принцип плаваю-
щей матрицы (см. фиг. 41) при
неподвижном пуансоне. Устрой-
ство съемной, переносной пресс-
формы для этого изделия пока-
зано на фиг. 44, б. Прессование
изделия производится в полости,
образуемой поверхностью непод-
вижного нижнего пуансона 4 и
внутренней поверхностью разъемного верхнего пуансона. При
приложении давления к верхнему пуансону 2 опускается вниз
кольцо 5 и сжимаются
пружины 8. Шпонка
12 не позволяет коль-
цу 5 поворачиваться
вокруг оси. После сня-
тия давления устанав-
ливают распрессовку
/, извлекают полу-
кольца 9 и изделие
выталкивается; при
этом обойма 6 опуска-
ется вниз до упора в
основании 11, что при-
водит к освобождению
верхнего разъемного
пуансона вместе со
спрессованной 13 де-
талью. Перемещение
обоймы вниз произво-
дится на величину,
равную величине пере-
мещения вниз кольца
в процессе прессова-
ния. После снятия
давления пружины 8
и 10 поднимают вверх
обойму и кольцо до
упора 3 и 7 — пресс-
форма готова к сле-
дующему прессованию.
Фиг. 44. Устройство переносной прессформы
для прессования полусферического изделия:
а —> прессуемое изделие; б — прессформа.
76
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРЕССФОРМ
При конструировании прессформ соблюдаются следующие
пять условий: 1) одинаковая плотность во всех частях прессуе-
мого изделия; 2) точность заданных форм и размеров изделия;
3) простота выпрессовки брикета; 4) надежность конструкции
и длительность службы прессформы и 5) максимальная деше-
визна прессформы.
При проектировании сначала производят расчет высоты за-
грузочной камеры матрицы прессформы по формуле:
Я = ?А, (11)
где уд — удельный вес прессуемой детали;
уп —• насыпной вес порошка;
h — высота прессуемой детали.
Затем определяют внутренний диаметр матрицы. Оформле-
ние наружного диаметра цилиндрического металлокерамическо-
го изделия производится в матрице, диаметр которой следует
определять с учетом упругого последействия, усадки в спекании
и припуска К на калибрование детали после ее спекания
(обычно К = 0,05—0,1 юи).
Расчет внутреннего диаметра матрицы производится по
формуле
Д
О = DH ± у — 1д ± Пд + К, (12)
где D н— номинальный размер прессуемого изделия в мм;
А — допуск на размеры изделия в мм;
1д — величина упругого последействия в мм;
Пд — величина усадки или расширения при спекании в мм.
В расчетах различают:
£)тах и Dmin — наружный диаметр готового изделия с плюсо-
вым и минусовым допусками в мм;
^тах и rfmm — внутренний диаметр готового изделия с плюсо-
вым и минусовым допусками в мм;
Лтах И йтт — высота готового изделия с плюсовым и минусо-
вым допусками в мм;
DHn D'n — расчетные диаметры новой и изношенной
матрицы (износ в допустимых пределах);
и dn — расчетные диаметры нового и изношенного
стержня;
Лтах И ftmin—расчетная высота готового изделия с плюсовым
и минусовым допусками.
Тогда получим
DH = Dmax + fid — Id 4* (13)
Dn — Omin 4- fid — Id 4” tf2.
77
Отсюда
DH —Dn — Dmax Dm\n.
Допуск на износ канала матрицы определяется допуском по
внешнему диаметру готового изделия:
= С?шах — Id + fid
d'n = ^min — Id + fid,
где Id — величина упругого последействия брикета по наруж-
ному и внутреннему диаметрам;
tid — величина усадки в спекании по наружному и внутрен-
нему диаметрам.
Отсюда следует:
— &п — — (dmax — ^min)> (14)
т. e. допуск на износ измеряется допуском по внутреннему диа-
метру готового металлокерамического изделия типа втулки.
После определения основных размеров производят расчет
прессформ на прочность в соответствии с возникающими при
работе напряжениями. Матрицы и обоймы прессформ рассчи-
тывают на растяжение, а пуансоны и подставки на изгиб
и сжатие.
Величины упругих последействий и усадки при спекании
обычно определяют экспериментально (табл. 23, 24).
Расчетная высота прессуемого брикета определяется по
формуле
h’ = h — ln + nd + /Сз.
Отклонения от параллельности плоскости матрицы должны
быть не более 0,05 мм на длине 200 мм.
При проектировании прессформ в зависимости от условий
прессования пуансон и матрица сопрягаются по ходовой посад-
ке второго и третьего классов точности или по посадке дви-
жения.
При расчете прочности стенки прессформы рекомендуется [1)
учитывать величину упругой деформации. При прессовании бо-
ковое давление обусловливающее расширение цилиндриче-
ской прессформы, можно вычислить по формуле Лямэ. После
снятия давления с пуансона в матрице остается упругая дефор-
мация AjD, так как брикет препятствует матрице принять перво-
начальный размер.
В свою очередь брикет оказывается сжатым матрицей
и имеет собственную упругую деформацию сжатия.
При выталкивании брикета из матрицы происходят два
противоположных процесса. Заготовка по выходе из матрицы
расширяется на AD, а матрица постепенно сжимается на Ad.
В изделии на границе действия двух противоположно направ-
ленных деформаций может возникнуть расслойная трещина
78
Таблица 23
Величина усадки никелевых, железных и медных порошков в зависимости
от температуры и продолжительности спекания (по В. В. Саклинскому)
Изменяющиеся размеры Температура спекания в *К Продолжительность спекания в ч
0.5 | 1 ’-0 | 1,5
У садка в %
Диаметр . Никелевый порошок 1003 2,39
Высота . . — — 8,20
Диаметр . 1143 6,14 7,76 8,42
Высота . . 8,44 11,98 10,47
Диаметр . 1293 9,76 10,24 10,43
Высота . . 11,45 12,01 15,99
Диаметр . 1433 11,13 12,91 11,96
Высота . . 15,50 18,67 18,31
Диаметр . Железный порошок 1033 1,04 1,43 0,79
Высота . . 5,79 6,85 3,39
Диаметр . 1193 2,86 2,70 3,08
Высота . . 4,17 7,07 4,16
Диаметр . 1333 2,22 1,89 2,56
Высота . . 7,61 8,40 8,68
Диаметр . 1493 1,56 3,00 2,45
Высота . . 7,53 9,23 7,37
Диаметр . Медный порошок 813 2,27 2,93 4,56
Высота . . 9,56 6,69 7,91
Диаметр . 923 2,26 2,38 2,37
Высота . . 8,90 8,20 8,13
Диаметр . 1033 2,50 4,34 4,00
Высота . . 8,14 14,85 14,14
Диаметр . 1143 12,30 15,41 12,93
Высота . . 17,45 19,51 16,77
Диаметр . 12531 28,60 31,69 31,94
Высота . . 31,40 35,87 36,46
Таблица 24
Отношение усадки по высоте к усадке по диаметру при спекании медных,
никелевых и железных порошков
Порошок Температура спека- ния 0,8 температуры плавления Температура спека- ния 0,9 температуры плавления
Продолжительное ть спекания в л IUH
30 60 | 90 | 30 60 90
Меди 1,42 1,27 1,29 1,1 1,13 1,15
Никеля 1,1 1,2 1,52 1,37 1,46 1,53
Железа 3,45 4,4 3,4 4,7 3,1 3,00
79
(фиг. 45), при условии если деформация разрушения изделия
будет равна сумме обеих деформаций:
Эразруш. —
Расчет прессформы производится по формуле Лямэ:
(15)
(16)
где «г — радиальное напряжение;
а/ — тангенциальное напряжение на внутренней поверх-
ности прессформы;
Гц и гв — наружный и внутренний диаметры матрицы;
Рб — боковое давление прессования.
Для материала
Фиг. 45. Схема появ-
ления трещин в бри-
кетах при прессовании
(по Г. И. Аксенову).
матриц допускаемое напряжение равно
1000—1500 Мн/м2, а давление прессования
10—150 Мн)м2. Наблюдаемое боковое дав-
ление достигает 25—35% от давления прес-
сования или, обычно, 20—500 Мн/м2. Если
постоянную Пуансона принять равной
ц = 0,3, то расчетное напряжение подсчи-
тывается по формуле
— Рб ( Г^\
б = 0/_ р,вг = т-(2_| 0,7+1,3-2 |. (17)
2«_Д г»)
Л
Величина возникаемого напряжения о
не должна превышать 1000—1500 Мн/м2.
По формуле (17) производится расчет
напряжения на внутренней поверхности прессформы при давле-
нии рб и отношении а= гн:гв рассчитываемой прессформы.
Давление прессования в зависимости от различных факторов
обычно применяется равным 100—150 Мн/м2, а боковое давле-
ние 20—500 Мн!м2 (табл. 25).
Из таблицы следует, что при отношении диаметров, равном
1,4—1,6 условия прочности соблюдаются. Поэтому для матриц
с таким отношением толщина стенок может быть равна 0,2+0,3
от внутреннего диаметра матрицы.
Величина относительной деформации стенки прессформы
в зависимости от величины давления и отношения диаметров
матрицы рассчитывается по формуле
80
или
(18)
_ Лг _ РбЛк+'в
S~re~E
где е — относительная деформация на внутренней поверхности
матрицы;
Е — модуль Юнга;
v — постоянная Пуассона.
Таблица 25
Расчетные напряжения на внутренней поверхности матрицы в зависимости
от отношения диаметров и величины бокового давления [1]
Отношение гн : гв =а Рб* 10* н/м*
1960 4900 9510 19620 29430 39240 49050
4,0 2,86 7,15 14,3 28,6 42,9 57,2 71,5
3,5 2,98 7,45 14,9 29,8 44,7 59,6 74,5
3,0 3,10 7,75 15,5 31,0 46,5 62,0 77,5
2,6 3,30 8,25 16,5 33,0 49,5 66,0 82,5
2,2 3,64 9,10 18,2 36,4 54,6 72,8 91,0
2,0 3,92 9,80 19,6 39,2 58,8 78,4 98,0
1,8 4,36 10,90 21,8 43,6 65,4 87,2 109,0
1,6 5,12 12,80 25,6 51,2 76,8 102,4 128,0
1,4 6,68 16,70 33,4 66,8 100,2 133,6 167,0
Вычисленные значения относительной деформации е для
разных значений бокового давления а и рб приведены в
табл. 26 [1].
Таблица 26
Относительная деформация внутреннего диаметра в % в зависимости
от бокового давления и отношения диаметров
а Рб* Ю4 н/лс8
1960 4900 9810 19620 59430 39240 49050
4,0 0,0143 0,0360 0,072 0,143 0,216 0,288 0,360
3,5 0,0148 0,0370 0,074 0,148 0,222 0,296 0,370
3,0 0,0155 0,0388 0,078 0,155 0,232 0,310 0,388
2,6 0,0165 0,0413 0,082 0,165 0,248 0,330 0,413
2,2 0,0182 0,0455 0,091 0,182 0,273 0,364 0,455
2,0 0,0196 0,0490 0,098 0,196 0,294 0,392 0,490
1,8 0,0213 0,0533 0,106 0,213 0,320 0,416 0,533
1,6 0,0258 0,0645 .0,129 0,258 0,387 0,516 0,645
1,4 0,0338 0,0840 0,169 0,338 0,507 0,676 0,840
При прессовании Сулинского железного порошка расслойные
трещины наблюдались при суммарной деформации, равной
0,364% и при собственной деформации брикета, равной Arf =
= 0,24%.
Упругой деформацией прессформы пренебречь нельзя; расчет
прессформы следует производить на прочность по формуле (17)
и на деформацию по формуле (18).
6 4-117 81
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРЕССФОРМ
Детали прессформ, соприкасающиеся с прессуемым порош-
ком, должны обладать высокой износоустойчивостью, твер-
достью и прочностью. Особенно высоким пределом прочности
и сопротивлением продольному изгибу должны обладать пуан-
соны, изготовляемые из хромованадиевокремнистой стали;
матрицы, испытывающие значительное боковое трение, целесо-
образно изготовлять из сталей с небольшими упругими дефор-
мациями.
В СССР принято изготовлять матрицы и пуансоны пресс-
форм из углеродистых сталей с большим содержанием углерода
или из легированных сталей (У8, У10, ХГ, ШХ15, ЗХ2В8, Х12Ф1,
38ХМЮА, ХВГ, Х12М, Р9, Р18 и др.).
Таблица 27
Стали, применяемые для различных деталей прессформ
Детали прессформ Стали Т вердость по RC (по- сле терми- ческой об- работки)
основные замени- тели
Пуансоны и матрицы простой конфигурации для прессования медно-графитовой смеси порошков . То же для конфигурации средней сложности . . То же для тонкостенных и сложной формы . . . Пуансоны и матрицы простой и сложной конфи- гурации, работающие с подогревом до темпера- туры не более 473° К Пуансоны и матрицы простой и средней сложно- ности конфигурации для прессования смесей на железной основе Матрицы для прессования жестких порошков и изделий значительной высоты (азотируются) . То же для прессования железографитовых смесей То же для прессования с подогревом до темпера- туры 473° К Матрицы для прессования медных порошков . . . Ограничительные кольца Предохранительные кожухи и обоймы Направляющие втулки, колонки (цементируемые) Фиксаторы и упоры Матрицы и пуансоны для прессования порошков твердых сплавов У8А 9ХС, Х12Ф1 Х12Ф1, ХВГ 9ХС, Х12Ф1 9ХС, Х12Ф1 ЗХ2В8 У8А 9ХС, Х12Ф1 У7А, У8А У7А 35 20Х 45 ВК8 тзокю Х12М Х12Ф У10А У10А, У8А ШХ15, ХГ У10А У10А У10А У10А ХВГ 45 45 45 40Х У8А Х05 9X7 ХВ5 54—58 56—60 56—60 60-64 60—64 75-80 56—60 56—60 45—55 56—60 56—60 54—58 60—62
Для повышения прочности и износостойкости матрицы под-
вергаются закалке и низкотемцературному отпуску. Менее ответ-
82
ственные детали изготовляют из сталей У7, 35, 45 и др. (табл. 27}.
После термической обработки детали прессформ подвергают
шлифованию и полированию, а затем размагничиванию.
Вспомогательные детали прессформ — толкатели, кольца,
обоймы и др. изготовляют из стали марок У8, У9, У10, 35, 45,
ст. 5 и др.
Стойкость рабочих деталей прессформы при прессовании из-
делий из железных или медных порошков достигает 50—500 тыс.
изделий, после чего рабочие части подвергаются перешлифова-
нию на больший размер.
Прессформы, поступающие из цеха-изготовителя, подверга-
ются техническому контролю (не должно быть мелких раковин,
заусенцев, забоин, вмятин, мелких трещин, следов обработки).
Отклонения от параллельности плоскостей матриц прессфор-
мы допускаются не более 0,05 мм на длине 200 мм; такие же
отклонения и от вертикали пуансона, стержней, направляющих
колонок, втулок и т. п.
Поверхности рабочей полости прессформы должны быть об-
работаны по 7-му или 10-му классам точности. Размеры, не огра-
ниченные допусками, выполняются по 7-му классу точности,
а резьба по 3-му классу точности.
Эксцентричность, конусность и овальность круглых деталей
допускается в пределах допусков на соответствующие диа-
метры.
Окончательное шлифование плоскостей прилегания плит,
обоймы, матриц с установленными в них деталями производится
в собранном виде.
ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СИЛ ТРЕНИЯ [70]
Прессование с использованием сил трения применяется
в прессформах, схемы которых изображены на фиг. 46 и 47. Эти
прессформы предназначены для прессования детали с кольце-
вым пазом и центральным отверстием. В прессформе, изобра-
женной на фиг. 46, под действием сил трения порошка о стенки
осаждается вниз не только матрица, но и пуансон, формующий
кольцевой паз. В прессформе, схема которой изображена на
фиг. 47, под действием сил трения перемещается матрица, стер-
жень и пуансон кольцевого паза. При конструировании пресс-
форм для деталей с кольцевым пазом следует учитывать, что
сила бокового давления прессуемого порошка на пуансон при
большой глубине формуемого паза может создать избыточную
силу трения. В связи с тем, что эта сила не позволит пуансону
стать на место по окончании процесса прессования, тело детали
над пуансоном подвергается перепрессованию и размеры ее
не будут выдержаны.
6* 83
Прессование детали лучше всего производить за один ход
плунжера пресса. Если же это осуществить не удается, то дета-
ли прессуют за несколько приемов.
В прессформе, изображенной на фиг. 48, прессование проис-
ходит в два приема:
1) подпрессовка бурта до упора прокладки 2 и подпрессовка
втулки за счет сжатия пружин регулируемой подставки 7;
2) окончательное прессование после снятия прокладки и под-
ставки до упора матрицы 3 в кольцо 8.
Фиг. 46. Схема прессформы
для прессования втулок с
кольцевым пазом ( с непо-
движным стержнем):
1 —• надставка; 2 — пуансон верх-
ний; 3 — стержень; 4 — деталь;
5 матрица; б — пуансон ниж-
ний; 7 — пуансон, формующий
кольцевой паз; 8 — траверса;
9 — клинья упорные; 10 — регу-
лирующие подставки; 11 — осно-
вание.
Фиг. 47. Схема прессформы
для прессования втулок с
кольцевым пазом (с по-
движным стержнем);
/ — надставка; 2 — пуансон верх-
ний; 3 — стержень; 4 — деталь;
5 — матрица; 6 — пуансон ниж-
ний (наружный); 7 —пуансон
нижний (внутренний), 8 — пуан-
сон, формующий кольцевой паз;
9 — траверса; 10 — клинья упор-
ные; //—регулирующая под-
ставка; 12 — основание.
Если вначале спрессовать бурт, а затем нижним прессова-
нием припрессовать к нему остальное тело втулки, то в месте
перехода бурта во втулку может произойти расслоение спрессо-
ванной детали.
Конец процесса прессования может быть осуществлен двумя
способами:
1) прессование по окончательному давлению;
2) прессование до упора.
Первый метод применяется только в том случае, когда тре-
буется получить деталь определенной заданной плотности и не
84
а) б)
предъявляется особых требований к размерам изделия. Кон-
троль за давлением прессования осуществляется в основном по
манометру.
Формующую деталь прессформы, в которой осуществляется
прессование, характеризующееся величиной заданного удельного
давления, рассчитывают на требуемые габаритные размеры из-
делия, получаемые при заданной плотности.
Второй метод, как более производительный, применяется
чаще. При конструировании прессформ для прессования до
упора нужно учитывать, что детали, ограничивающие движение
пуансонов и матрицы (бурты, проклад-
ки, упоры и т. д.), воспринимают на себя
все или большую часть усилия, переда-
ваемого плунжером пресса, и следова-
тельно, должны обладать повышенной
точностью.
Для изделий с кольцевым пазом (см.
фиг. 46, 47), представляющих собой как
бы две совмещенных втулки с наружным
и внутренним буртами, выпрессовка мо-
жет осуществляться тремя вариантами:
Вариант 1 — кольцевой пуансон, матрица, стержень
Вариант 2 — кольцевой пуансон, стержень, матрица
Вариант 3 — одновременная выпрессовка
В случае предварительного спрессо-
вывания матрицы (в результате упругих
последействий) может произойти не толь-
ко разрушение детали, но и поломка пу-
ансона, формующего кольцевую выемку.
Прессформа, показанная на фиг. 46,
предусматривает выпрессовку по перво-
му варианту: матрица 5, скользя вниз,
увлекает за собой пуансон 7, выпрессо-
вывает его из детали и, освободив ее, пе-
редает давление на основание 11. После
этого деталь легко снимается со стерж-
ня 3. Регулирующая подставка 10 даег
возможность осуществить весь процесс
прием без снятия подставки.
В прессформе (см. фиг. 47) с выпрессовкой по третьему ва-
рианту выпрессовка кольцевого пуансона 8 осуществляется пере-
дачей давления от плунжера пресса через надставку на подвиж-
ной стержень 3 и пуансон 8. Матрица в это время спрессовы-
вается кольцевой надставкой 1.
Выпрессовка деталей сложных форм осуществляется по
более сложным схемам, которые, по существу, являются раз-
личными комбинациями рассмотренных выше схем.
Фиг. 48. Схема пресс-
формы с разъемной
матрицей:
а — подпрессовка; б —
прессование; 1 — пуан-
сон верхний; 2 — про-
кладка; 3 — матрица; 4 —
обойма; 5 — прессуемая
деталь; 6 пуансон ниж-
ний; 7 — регулируемая
подставка; 8 — распрессо-
вочное кольцо.
прессования за один
85
Общими правилами для выпрессовки при конструировании
прессформ являются следующие:
1. Нельзя оставлять без принудительной выпрессовки вы-
ступы деталей, заключенные в выемке формующих частей пресс-
форм, если они не имеют специальных уклонов или конусов для
облегчения выпрессовки.
2. Выпрессовка должна осуществляться за минимальное ко-
личество ходов пресса.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПРЕССФОРМЫ
Схема автоматизации работы прессформы должна предусма-
тривать автоматизацию всех операций процесса прессования —
от заполнения емкости матрицы порошком до сталкивания
прессованного изделия в бункер или на транспортер. При кон-
струировании их необходимо строго соблюдать порядок пере-
мещения движущихся частей, обеспечивающий четкую работу
всего механизма. Возможные схемы сопряженного перемещения
пуансона, матрицы и кассеты-питателя приведены в табл. 28
(по Е. Л. Печентковскому) [70].
На фиг. 49 изображена схема работы автоматической пресс-
формы, которая может быть установлена на прессе, не имеющем
специального выталкивателя. Весь процесс прессования и вы-
прессовки производится за счет усилия, передаваемого верхним
плунжером пресса. Питатель 5 после заполнения емкости пресс-
формы отводится клином 3. Клин установлен на таком уровне,
что по мере подхода траверсы с пуансоном 2 он отводит кассету-
питатель под основной бункер 1. В конце выпрессовки изделия
концевой включатель 6 включает электромагнит 12, который,
втягивая сердечник, перемещает кассету-питатель и останавли-
вает ее над матрицей. При этом кассета сталкивает готовую де-
таль на лоток 11. Лоток имеет отверстия, через которые рассы-
панный при прессовании порошок собирается в сборник, а затем
опять пересыпается в основной бункер 1. При заполнении матри-
цы порошком нижний пуансон, перемещаясь вниз под действием
пружин выталкивателя, увлекает за собой порошок и, упираясь
в регулируемый упор, обеспечивает заполнение матрицы тре-
буемым количеством порошка. Лишнее количество порошка сни-
мается уплотнениями кассеты-питателя при отходе ее под основ-
ной бункер.
При конструировании прессформы, работающих автомати-
чески, движение питателей должно быть рассчитано так, чтобы
в начале движения нижнего пуансона вниз питатель находился
над матрицей и отводился только после полного отвода нижнего
пуансона в крайнее нижнее положение (см. табл. 27). При таком
методе заполнения пуансон, увлекая за собой частицы порошка,
как бы «всасывает» его и способствует лучшему заполнению им
матрицы.
86
Фиг. 49. Схема работы автоматической прессформы:
/ — бункер; 2 —верхняя траверса с пуансоном; 3— клин; 4 — стол прессформы;
5 — кассета-питатель; 6 — концевой включатель; 7 — нижняя траверса с пуансоном;
£ — упор; 9 — корпус прессформы; 10 — сборник; 11 — лоток; 12 — электромагнит;
13 — тяги; 14 — упор.
87
Взаиморасположение основных движущихся частей
Операции Части прессформы (выталкиватель связан с верхним пуансоном)
Пуансоны Матрица (плавающего типа) Кассета-питатель
верхний нижний (выталкива- тель)
Подготовка к заполне- нию В кра йнем верхнем положении Над полостью матрицы
Заполнение Движется вниз Движется вниз под действием пружин В крайнем верх- нем положении То же
Конец за- полнения То же В крайнем нижнем по- ложении То же
Начало прессования » То же » Отходит под ос- новной бункер
Прессование » Движется вниз под действием си- лы трения То же или нахо- дится под основ- ным бункером
Конец прес- сования В крайнем нижнем по- ложении В крайнем нижнем положении Под основным бункером
Начало вы- талкивания Движется вверх » Начинается дви- жение вверх или стоит в нижнем крайнем положе- нии Под основным бункером или на- чинает движение к матрице
Выталкива- ние Движется вверх Движется вверх Движется вверх Движется к мат- рице
Конец вы- талкивания В кра йнем верхнем i положении Сталкивает спрес- сованную деталь и останавливается над матрицей
88
автоматических прессформ в процессе прессования
Таблица 28
Части прессформы (выталкиватель независимый)
Пуансоны Матрица (плавающего типа) К ассета - питатель
верхний нижний (выталкиватель)
В крайнем верхнем положении Над полостью мат- рицы
Движется вниз или находится в крайнем верх- нем положении Движется вниз В крайнем верх- нем положении То же
То же В крайнем ниж- нем положении То же »
Движется вниз То же » Отходит под ос- новной бункер
То же Движется вниз под действием сил трения То же или нахо- дится под основ- ным бункером
В крг 1йнем нижнем поло; кении Под основным бункером
Движется вверх В крайнем поло- жении Начинает движе- ние вверх или в крайнем нижнем положении Под основным бункером или на- чинает движение к матрице
Движется вверх или в верхнем крайнем положе- нии Движется вверх Движется вверх Движется к мат- рице
В кра йнем верхнем поло жении Сталкивает спрес- сованную деталь и останавливается над матрицей
89
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПРЕССФОРМА ДЛЯ ДВУХСЛОЙНОГО
ПРЕССОВАНИЯ [81]
Прессформа для двухслойного прессования (фиг. 50) пред-
назначена для изготовления мелких металлокерамических изде-
лий, подвергающихся затем пропитке (контакты, конструкцион-
ные детали) легкоплавким металлом.
Фиг. 50. Конструкция прессформы автомата для двухслойного прес-
сования.
Конструкция прессформы предусматривает: 1) объемную
дозировку с использованием емкости матрицы в качестве доза-
тора; 2) одностороннее прессование с предварительной подпрес-
совкой первого засыпанного слоя; 3) проведение всех операций
за счет верхнего плунжера пресса.
Основной частью прессформы является поворотный диск 17
с восемью матрицами 10, расположенными по окружности под
углом 45° одна относительно другой. Каждая из матриц имеет
нижний пуансон (выталкиватель) 16, установленный на резьбе
в специальной каретке, которая имеет ролик 19, скользящий по
профильному диску 20. Регулирование положения нижнего пу-
ансона при заполнении матрицы порошком производится двумя
секторами 24, которые поднимаются или опускаются с помощью
гаек 25<
90
Верхних рабочих пуансонов 8 только два, из них один служит
для прессования, другой — для подпрессовки первого слоя. Оба
верхних пуансона установлены на общей траверсе б. Здесь же
установлены два направляющих пуансона 7. Поворот диска 17
осуществляется валом 5, установленным на траверсе 6 и имею-
щим специальные пазы, по которым скользят ролики 11 штиф-
тов 12 храпового колеса 13.
При ходе верхнего плунжера пресса вниз вал поворачивает
храповое колесо на 45° против часовой стрелки, причем защелки
30 под действием пружин прижимаются к впадинам храпового
колеса. При ходе плунжера пресса вверх храповое колесо через
защелки передает давление на поворотный диск, поворачивая
«го на 45° по часовой стрелке.
Заполнение прессформы порошком осуществляется с проме-
жуточной подпрессовкой из двух бункеров 4 и 31.
Изделие сбрасывается в лоток 3 лопастью 27, соединенной
с осью 28 и зубчатым колесом 29. Поворот лопасти зависит от
поворотного диска 17, причем число зубьев зубчатого колеса 29
в восемь раз меньше числа зубьев поворотного диска, а потому
при повороте диска на 45° зубчатое колесо 29 делает полный
оборот и лопасть 27, сбросив деталь, возвращается в исходное
положение.
Профильный диск 20 регулируется зубчатым колесом /, по-
ворачиваемым валом 2, который верхней частью выходит из
крышки прессформы и имеет грани для поворота ключом. Диск
20 фиксируется стопором 26. Возвращается нижний пуансон
в исходное положение под действием пружины 25, упирающейся
на бурт стакана 18, в котором перемещается каретка 22 с пуан-
соном 16.
Соосность пуансонов и матриц при прессовании обеспечива-
ется за счет направляющих пуансонов 7, заходящих перед прес-
сованием и подпрессовкой во втулки (на фиг. 50 позиции: 9 —
фланец пуансона; 14 — стопор; 15 — направляющая втулка;
21 — основание прессформы).
На фиг. 51 представлена поэтапная схема работы прессформы.
Засыпка первого слоя порошка производится при несколько
приподнятой каретке, так как ролик 6 катится по выступающему
над профильным диском 7 сектору 5; пружина каретки сжимает-
ся; храповое колесо 3 поворачивает диск 4; излишек порошка
при выходе зеркала матрицы из-под бункера 2 снимается уплот-
нением последнего (этап I).
Следующим этапом II является подпрессовка первого слоя
порошка. Верхняя траверса 1 опускается в пуансон и подпрес-
совывает первый слой порошка. При движении от положения I
к положению II каретка с нижним пуансоном сходит с сектора
и под действием пружины опускается роликом на профильный
диск. Это необходимо для того, чтобы после подпрессовки пер-
вого слоя в матрице образовалась полость, необходимая для
91
I
п
Фиг. 51. Поэтапная схема работы прессформы (см. фиг 50).
92
заполнения вторым слоем порошка из второго бункера. Храповое
колесо 3 во время подпрессовки совершает холостой ход против
часовой стрелки.
Этап III — засыпка второго слоя порошка. Положение частей
примерно то же, что и при положении /, только засыпка второго
слоя порошка производится на подпрессованный первый слой.
При движении от положения II к положению III и затем к поло-
жению IV нижний пуансон (выталкиватель) 5 перемещается на
одном уровне.
Этап IV — положение прессования. При подходе диска к по-
ложению прессования ролик 6 уходит в специальную канавку
профильного диска 7, а нижний срез каретки, в которой укреп-
лен пуансон 5, ложится непосредственно на профильный диск.
Только после этого производится прессование. Делается это для
того, чтобы максимальное давление, достигаемое при прессова-
нии, воспринималось не роликом и его осью, а широкой площад-
кой каретки, что значительно уменьшает износ ролика и его оси.
Этап V — выпрессовка детали. При отходе верхней травер-
сы 1 в крайнее верхнее положение храцовое колесо поворачивает
диск 4 с матрицами. Ролик выходит из паза профильного диска
и, проходя по соответствующему участку последнего, поднимает-
ся вверх, выталкивая при этом деталь из матрицы. Необходимо
отметить, что выпрессовка совершается на участке профильного
диска. Процесс выталкивания оканчивается при подходе к поло-
жению VI.
Этап VI — сбрасывание изделия в лоток. По окончании дви-
жения поворотного диска от положения V к положению VI и
в начале движения от положения VI к исходному положению I
на участке поворота, равном 45°, поворотный диск 4, находясь
в зацеплении с зубчатым колесом лопасти, сбрасывает изделие
в лоток.
Все перечисленные операции осуществляются за один двой-
ной ход плунжера пресса, причем во время движения плунжера
вниз производится подпрессовка и прессование, а во время дви-
жения плунжера вверх — поворот диска с матрицами вокруг сво-
ей оси. При этом матрицы заполняются порошком и происходит
выпрессовка и сбрасывание в лоток готового изделия.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЧЕТЫРЕХГНЕЗДНАЯ ПРЕССФОРМА
ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ВТУЛОК
Прессформа (фиг. 52) спроектирована С. Г. Збаразским и
И. Д. Радомысельским [36] применительно к прессу ПВ-474 для
прессования втулки с наружным диаметром 28, внутренним 20
и высотой 25 мм из железного порошка с 3% графита и пористо-
стью, равной 15%.
Сменная блок-обойма 12 с четырьмя запрессованными мат-
рицами 13 крепится к обойме корпуса И, подвешенного на
93
пружинах 6 к двум колоннам 5. Опускание матриц регулируется
упором-гайкой 17, Нижние пуансоны 14 крепятся в траверсе 16„
"опирающейся на гайку /7, регулирующую высоту засыпки по-
рошка. Стержни 15, выполняющие внутреннюю поверхность вту-
лок, проходят сквозь траверсу 16 и крепятся на шарнирах к ос-
новной опоре 18. Шаровые опоры уменьшают напряжения в ос-
новании стержней. Опора 18 прижимается нижней плитой 19
к плите пресса болтами. Верхние пуансоны 8 крепятся к плите 7
и центрируются тягами 9, которые при обратном ходе пресса
Фиг. 52. Схема автоматической четырех-
гнездной прессформы.
Фиг. 53. Положение прессфор-
мы при распрессовке.
осуществляют выталкивание спрессованных заготовок. Вместе
с тягами 9 (фиг. 52) и захватами 1 (фиг. 53) поднимается тра-
верса 16 (фиг. 52) до полной распрессовки (фиг. 53). Тогда за-
хваты автоматически разводятся и пружины 4 (фиг. 52) опуска-
ют траверсу в исходное положение. Опускание траверсы тормо-
зится поршнем. Воздух из-под поршня проходит через пустоте-
лый шток и выходит в отверстие, которое прикрывается регули-
ровочным винтом 2 (фиг. 53) .
Сталкивание готовых изделий и заполнение матриц порош-
ком осуществляется автоматическим питателем 10 (фиг. 52),
связанным механической передачей с ползуном пресса. Питатель
наполняется порошком из бункера 2, установленного на крон-
штейне /, прикрепленном к нижней плите пресса. Через горло-
вину 3 (фиг. 52), прижатую пружиной к питателю 10 и имеющую
возможность вертикально перемещаться, порошок поступает
94
Фиг. 54. Кинематическая схема автома-
тической четырехгнездной прессформы.
в питатель в момент прессования. Когда траверса с нижними
пуансонами опускается, питатель находится над матрицами и
порошок засыпается в прессформы. К нижней плоскости пита-
теля прикреплена зубчатая рейка 20, которая перемещается в па-
зе стола прессформы и сообщает питателю поступательное дви-
жение.
При движении плунжера вниз рейка 1 вращает зубчатое ко-
лесо 7 (фиг. 54). Это вращение через кулачковую муфту 9 пере-
дается зубчатому колесу
12 и далее через зубчатое
колесо 11 и рейку 10—пи-
тателю 18. Питатель 18 от-
ходит от матриц и движет-
ся в направлении бункера,
при этом пружина 6 закру-
чивается. Когда питатель 18
достигает упора 19, зубча-
тые колеса 11 и 12 застопо-
риваются и муфта 9 начи-
нает проскакивать, сжимая
пружину 8. Рычаг 13 пово-
рачивается пружиной 14,
соскакивает с накладки-
упора 16 и под действием
пружины 17 опускается,
фиксируя питатель. При
этом штанга 20 питателя
упирается в ролик рычага
13, прижимая его к наклад-
ке-упору 16.
При обратном ходе
пресса рейка 1 вращает зу-
бчатое колесо 7 в обратную
сторону. Так как питатель зафиксирован, то муфта 9 проскаки-
вает до тех пор, пока упор 2 на рейке 1 верхним скошенным кон-
цом не отведет рычаг 4 и муфта 9 не разъединится.
В это время процесс распрессовки заканчивается и травер-
са 21 нажимает на шток фиксатора 15, приподнимает ролик ры-
чага 13 над накладкой-упором 16, а освобожденный питатель
18 под действием пружины 6 перемещается в сторону матриц,
сталкивает готовые втулки на лоток и останавливается над мат-
рицей. Плунжер пресса продолжает движение вверх, а траверса
21 с нижними пуансонами опускается вниз под действием пру-
жин, потому что штанга 20 питателя поворачивает рычаг 13,
а кулак 23 разводит захваты 22. Тяги 24 освобождаются и сво-
бодно проходят через отверстия в траверсе 21. При дальнейшем
движении вверх рейки 1 упор 2 освобождает рычаг 4 и под дей-
ствием пружины 8 муфта 9 снова замыкается. При движении
95
рейки 1 вниз упор 2 не разводит муфты 9, так как его нижний
прямоугольный конец поворачивает рычаг 4 и проходит мимо
муфты 9. Рычаг 4 возвращается в исходное положение (до упо-
ра 3) пружиной 5.
Описанная прессформа осуществляет полный цикл одного
прессования значительно быстрее, чем прессформа для двухслой-
ного прессования.
Фиг. 55. Схема непрерывной смазки полуавтоматической многогнездной
прессформы (по Ю. А. Игнатьеву).
Применение многогнездных прессформ дает значительный
техникоэкономичный эффект, повышает производительность
прессов почти во столько раз, сколько гнезд имеется в автомати-
ческой прессформе. Для устойчивой работы многогнездных
прессформ рекомендуется предусматривать систему непрерыв-
ной смазки поверхностей трения основных деталей прессформ.
Непрерывная подача смазки к таким деталям значительно улуч-
шает условия их работы, повышает их стойкость. Однако реше-
нию этой задачи в проектировании прессформ препятствуют
большие трудности конструктивного порядка, связанные с глу-
боким сверлением тонких отверстий в корпусе прессформы, при-
менением сборных матриц из набора сегментов и др. Впервые
подобную задачу удалось решить при использовании экспери-
ментальной многогнездной полуавтоматической прессформы из-
вестному конструктору прессформ Ю. А. Игнатьеву (фиг. 55)
96
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАЛИБРОВОЧНЫХ ПРЕССФОРМ
При проектировании калибровочных прессформ очень важно
правильно выбрать величину припуска на калибрование и на
угол конуса заходной части калибрующего инструмента. На ка-
либрованной поверхности антифрикционных деталей необходи-
мо оставлять определенное количество открытых пор. В поверх-
ностном слое материала внутренней поверхности подшипника
желательно получать соизмеримую с величиной допустимого из-
носа глубину деформированного слоя и, соответственно услови-
ям трения, ту или иную степень уплотнения и наклепа. Поверх-
ности подшипника для внешнего калибрования должны обла-
дать высокой упругостью и незначительной склонностью к явле-
ниям релаксации напряжений, возникающим при калибровании.
Фиг. 56. Схема сил,
действующих при ка-
либровании внутрен-
него диаметра под-
шипника:
1 — пуансон; 2 — калиб-
руемый подшипник; 3 —
матрица (по А. Я. Арта-
монову).
Фиг. 58. Схема пресс-
формы для прецизион-
ного калибрования:
/ — пуансон; 2 — верхнее
кольцо; 3 — подшипник;
4 — матрица; 5 — нижнее
кольцо (по А. Я. Арта-
монову).
Фиг. 57. Схема комби-
нированного калибро-
вания:
1 —• пуансон; 2 — калиб-
руемый подшипник; 3 —
матрица.
Экспериментальные данные [3] показывают, что угол наклона,
образующий заходную часть матрицы и пуансона, более 3° при-
водит к разрыхлению поверхности изделия, так как при этом
сдвигающие усилия превосходят нормальные или уплотняющие
(фиг. 56). Применение угла наклона менее Г приводит к значи-
тельному удлинению прессформы.
Следовательно оптимальная величина угла наклона заходной
части матрицы и пуансона должна быть равной 1,5—2°.
Калибрование, в зависимости от назначения, применяется раз-
дельное, когда калибруется например одна внешняя или внут-
ренняя поверхность и совмещенное, когда калибруется одновре-
менно внутренняя и наружная поверхности (фиг. 57).
Испытания показали, что калибрование с припуском 0,1 мм
почти не приводит к повышению износостойкости, а калиброва-
ние с припуском 0,3 мм повышает износостойкость в 2,5 раза.
7 4-117
97
Совмещенное калибрование дает лучшее качество калиброван-
ной поверхности, чем раздельное, хотя эксцентричность втулок
при этом полностью не устраняется. Эксцентричность можно
устранить полностью при калибровании, пользуясь прессформой,
показанной на фиг. 58.
Для получения высокой точности и чистоты нередко приме-
няют механическую обработку резанием, что повышает стой-
кость деталей в 7,5 раз. Однако это приводит к значительному
удорожанию себестоимости деталей. Кроме того, металлокера-
мические детали хуже поддаются обработке резанием, чем
обычные компактные детали. Не рекомендуется применять шли-
фования для обработки антифрикционных пористых деталей,
чтобы не допускать засорения пор абразивными частицами шли-
фовального круга.
Калибрование обеспечивает получение размеров деталей вы-
сокой точности (2-й класс) и чистоты поверхности (7-й класс и
выше); улучшает физико-механические свойства детали, вслед-
ствие упрочнения поверхностного слоя; отличается низкой стои-
мостью, простотой выполнения, высокой производительностью
и легко поддается автоматизации.
При автоматическом калибровании практикуется выталки-
вание изделий через прессформу вниз — на проход или вверх
(фиг. 59). Большое значение для применения той или иной схемы
имеет натяг и припуск на калибрование.
Припуск или величина остаточной деформации при калибро-
вании металлокерамических деталей есть разница размеров де-
тали до и после калибрования. Натяг на калибрование больше
припуска на величину упругой деформации.
Остаточная деформация складывается из собственно пласти-
ческой деформации материала и уплотнения его за счет умень-
шения пористости.
Калибрование с выталкиванием детали вверх специальным
выталкивателем обладает существенными недостатками.
Калибрование наружной и внутренней поверхностей проис-
ходит последовательно одно за другим. При этом материал де-
тали претерпевает деформацию сжатия при калибровании наруж-
ного диаметра, а затем деформацию растяжения при калибро-
вании внутреннего диаметра.
Белорусский политехнический институт разработал конструк-
цию прессформы, в которой калибрование наружной и внутрен-
ней поверхностей детали осуществляется одновременно [41}.
Это стало возможным благодаря применению незакрепленно-
го, самоустанавливающегося (плавающего) пуансона 3, Как
видно из фиг. 60 при калибровании деталь-кольцо перемещается
относительно матрицы и плавающего пуансона. Последний удер-
живается в матрице калибруемой деталью 8 и опорной плиткой 5.
Проталкивание детали пуансоном 1 через калибрующее очко
матрицы осуществляется давлением верхнего пуансона 2 на сле-
98
выталкивание Загрузка
I И
Ш IV
Фиг. 59. Калибрование металлокерамической втулки с выталкиванием ее
вверх специальным выталкивателем:
1 — верхний пуансон; 2 — пуансон для калибрования внутренней поверхности; 3 — ме-
таллокерамическая деталь; 4 — нижний пуансон; 5 — матрица; I — выталкивание, за-
грузка; // — калибрование наружной поверхности; /// — калибрование внутренней
поверхности; IV — выход пуансона, калибрующего внутренний диаметр детали.
Фиг. 60. Схема калибрования на прессформе, разработанной Белорусским
политехническим институтом:
а —* загрузка; б — проталкивание; в — после проталкивания; г — плитка удалена.
7*
99
дующую детадь, подлежащую калиброванию 7. После выталки-
вания вниз первой детали плавающий пуансон удерживается
в матрице второй деталью. При перемещении плитки 5 на себя
прокалиброванная деталь 8 падает на подставку 6, а при уста-
новке плитки в первоначальное положение деталь 8 выталкива-
ется из прессформы. Для облегчения передвижения плитки 5,
прижатой пуансоном 3 к подставке 6, матрица 4 вместе с пуансо-
ном подымается на 1—2 мм вверх. Этот подъем осуществляется
резиновым амортизатором, который разжимается после снятия
давления с верхнего пуансона.
Вновь подаваемая деталь ориентируется в прессформе шаро-
вой поверхностью пуансона и приемным конусом матрицы.
Калибрование при использовании таких прессформ можно
осуществлять на универсальных и на специальных прессах. Для
переналадки прессформы на обработку другой детали достаточ-
но сменить пуансоны и матрицу.
ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ КАЛИБРОВАНИЯ ВТУЛОК
С БУРТОМ МЕТОДОМ ОБЖАТИЯ [83]
В любой калибровочной прессформе необходимо предусмат-
ривать входной конус. Для калибрования втулок с буртом та-
кой конус выполнить не удается. Для этих целей применяются
прессформы со съемными (разрезными) входными конусами,
снимаемыми после входа втулки в тело матрицы (фиг. 61),
Фиг. 61. Схема калибрования втулки с буртом в прессформе
со съемным входным конусом:
а — исходное положение; б — обжатие по наружному диаметру; в, г —
калибрование внутреннего диаметра; д, е — выталкивание; 1 — подстав-
ка; 2, 7 — пуансоны; 3 — матрица; 4 — съемный конус (из трех клиньев);
5 — обойма съемного конуса; 6 — изделие; 8 — надставка; 9 — игла.
Эта прессформа имеет сравнительно простую конструкцию
и высокую производительность. Она обладает разрезной клино-
вой матрицей со сравнительно большим углом наклона образую-
щей ее конуса (до 15°), с помощью матрицы изделие обжимается
100
по наружному диаметру. Внутреннее отверстие изделия калибру-
ется так же, как и в обычных прессформах подвижной иглой.
А-А
Фиг. 62. Стационарная четырехгнездная прессформа
для калибрования втулок с буртом методом обжатия
(вариант 1).
На фиг. 62 показана четырехгнездная прессформа, предназ-
наченная для установки ее на гидравлическом прессе. При за-
грузке верхняя плита 10 прессформы, закрепленная на плунжере
пресса, находится в крайнем верхнем положении. В таком же
положении находятся нижние пуансоны 12, направляющие голов-
ки S, клинья матрицы 13 (разжаты пружинами 5) и диски 14,
предохраняющие клинья матрицы от перекоса.
Изделия, подвергаемые калиброванию, устанавливаются на
верхние торцы пуансонов 12 и относительно последних центри-
руются головками 8.
101
Калибрование производится в два приема.
1. Верхняя плита 10 движется вниз, перемещая при этом
промежуточную плиту 7 с укрепленными в ней пуансонами 6,
Когда промежуточная плита коснется пуансонами 6 верхнего
торца втулок 2 и начнет перемещать их, сжимая пружину 9 вме-
сте с пуансонами 12 вниз, то усилие сжимающихся пружин .9
постепенно уравновешивает массу промежуточной плиты с уста-
новленными на ней деталями. Зазоры между прокладками 5 и
плитой 10 уплотняются и тогда на калибруемые втулки непосред-
ственно передается усилие верхнего плунжера пресса.
Втулки 2, продолжая перемещаться вниз уже под усилием
пресса, устанавливаются буртами на кольцевые проточки клинь-
ев матриц 13 и, передавая на них усилие, начинают утапливать
матрицы в конусных отверстиях стола прессформы 16, Клинья
матриц сходятся и постепенно обжимают калибруемые втулки
по наружным размерам.
Когда клинья зажмут калибруемое изделие так, что давлени-
ем его уже нельзя больше сдвинуть, начинается одновременное
калибрование бурта втулки по высоте, а ее тела и бурта по на-
ружным диаметрам.
При калибровании втулки зазор между клиньями очень мал.
Например при обжатии наружного диаметра втулки на 0,2 мм
при четырехклиньевой матрице зазор между клиньями в начале
обжатия будет равен 0,16 мм и может быть еще уменьшен увели-
чением числа клиньев.
Равномерность зазоров между клиньями обеспечивается спе-
циальными накладками, предохраняющими клинья от их выпа-
дения из гнезд.
Перед загрузкой и в начале выталкивания клинья матрицы
дополнительно разводятся пружинами для беспрепятственного
выталкивания изделий или устранения эллипсности втулки (если
она была перед обжатием).
2. Давление на прессе снижается (без поднятия плунжера
вверх), при этом извлекаются прокладки 5, Промежуточная
плита теперь удерживается в нижнем крайнем положении специ-
альными замками. Пресс снова выключается и при дальнейшем
опускании плиты 10 иглы 4 калибруется внутренний диаметр из-
делий. Направляющие головки 8 при этом утапливаются торцами
игл внутрь нижних пуансонов 12,
В конце калибрования втулок по внутреннему диаметру пли-
та 10 устанавливается на промежуточную плиту, а избыточное
усилие пресса, создаваемое повторным нажатием на матрицы,
предотвращает защелки замков от зажатия, которые под дейст-
вием клиньев 1 отходят в стороны, освобождая в свою очередь
направляющие колонки 17,
Выталкивание происходит следующим образом. Под дейст-
вием плунжера пресса плита 10 отходит вверх. Плита 7 освобож-
дается и поднимается под действием пружин 15 над корпусом 16
102
на величину хода матриц (4—5 мм). Суммарное усилие пружин
15 значительно больше, чем пружин 11. Это позволяет клиньям
матрицы разойтись и освободить наружную поверхность втулки.
В результате упругого последействия калибруемого изделия
внутренний его диаметр (после расхождения клиньев матрицы)
увеличивается и иглы освобождаются. При дальнейшем подъ-
еме плиты 10 иглы 4 выходят из тела втулок, которые удержи-
ваются при этом в матрице промежуточной плитой 7, поджатой
к зеркалу матриц пружинами 11 и собственной массой.
После подъема плиты 10 на величину, допускаемую ограни-
чителем, последняя увлекает за собой плиту 7, а затем обе пли-
ты одновременно перемещаются в крайнее верхнее положение.
При подъеме плиты 7 постепенно освобождаются и поднима-
ются над уровнем зеркала матриц пуансоны 12. Когда пресс ос-
танавливается, прокалиброванные втулки снимаются с пуансо-
нов, на них устанавливаются новые и цикл повторяется.
В связи с тем, что конусы матриц имеют образующую с уг-
лом наклона, равным 15° и не обладают свойством самотормо-
жения, в конструкции приходится применять систему замков,
позволяющих удерживать во время калибрования внутренней
поверхности втулок плиту в крайнем нижнем положении. В про-
тивном случае при калибровании наружный диаметр втулок
может увеличиться, а это может привести к тому, что недотор-
моженные клинья матриц разойдутся. При этом они будут вы-
ступать над уровнем стола прессформы. Все это приведет к то-
му, что изготовляемые втулки не будут соответствовать заданным
размерам. И. Д. Радомысельский считает, что в прессформе
(фиг. 62) от системы замков можно отказаться, применив конус,
обеспечивающий самоторможение матрицы в обойме. При этом
нужно учитывать, что уменьшение угла наклона образующей
приведет к увеличению хода матрицы в обойме. Самоторможение
же может быть обеспечено значительным углом наклона, так
как при калибровании внутреннего отверстия втулка испытывает
осевое давление, которое способствует удержанию конуса мат-
рицы в обойме; при небольших углах наклона (до 5°) следует
применять принудительную выпрессовку матрицы из обоймы.
Применение системы замков в конструкции прессформы по-
зволяет исключить ручные операции (фиг. 63). Перед работой
прессформы защелки замков 2 поджаты к лыскам направляю-
щих колонок 9 пружинами 3. Клинья замков 8 подняты в край-
нее верхнее положение, причем пружины 1 почти не нагружены.
При движении вниз верхней плиты 5 промежуточная плита 7
и укрепленные на ней направляющие колонки 9 также переме-
щаются вниз. В момент окончания обжатия втулки выемки ко-
лонок 9 подходят к защелкам замков 2, которые срабатывают
под действием пружин 3 и не дают возможности плите 7 переме-
ститься вверх после снятия давления пресса. Скосы клиньев зам-
ков 8 при этом подходят к скосам гнезд замков 4.
103
Фиг. 63. Схема работы ситемы замков
прессформы:
а — исходное положение; б — первый этап
калибрования (обжатие); в — второй этап
калибрования (прошивка); г — отвод зам*
ка; О — отдача вверх промежуточной пли-
ты; е — выталкивание.
В результате упругих по-
следействий и из-за распор-
ных усилий при калиброва-
нии внутренних диаметров
втулки, наружный диаметр
стремится увеличить свой
размер и раздвинуть в сто-
роны клинья матрицы.
Клинья, упираясь в конус
корпуса прессформы, пере-
дают часть усилия на пли-
ту 7, которая, стремясь пере-
меститься вверх, зажимает
защелки замков.
При опускании плиты 5
перемещаются вниз клинья
замков 3. Их движение про-
должается до упора в скосы,
гнезд замков 4. После этого
сжимаются пружины 1.
Однако несмотря на то, что
усилие этих пружин в конце
сжатия намного превышает
усилие пружин 3, зажатые
силой трения защелки зам-
ков 2 не выходят из гнезд
направляющих колонок.
В момент окончания ка-
либрования внутреннего
диаметра втулок плита 5
устанавливается на плиту 7,
а избыточное усилие пресса
передается на матрицы.
Плита 5 вновь прижимается
к столу прессформы, осво-
бождая зажатые защелки
замков 2. В этот момент уси-
лие пружин 1 значительно
превышает усилие пружин 3
и клинья, проскальзывая по
скосу гнезд замков, выводят
защелки из гнезд, имеющих-
ся в колонках 9. Последние
при передвижении плиты 5
вверх (и освобождении от
давления плиты 7) переме-
щаются вверх на такое же
расстояние. Это не дает воз-
104
можности защелкам замкор при отходе вверх клиньев вновь
войти в гнезда колонок 9, При перемещении вверх плиты 5 вна-
чале разжимается пружина 1 и только после этого бурт тяги 6
Фиг. 64. Стационарная прессформа для калибрования
втулок с буртом методом обжатия на прессе с вытал-
кивателем (вариант II):
1 — плунжер; 12 — диск; 3 — тяга; 4 — плита; 5 — пружина;
6 — шток; 7 — цилиндр; 8 — накладка; 9 — игла; 10 — про-
кладка; 11 — плита; 12 — корпус прессформы; 13 — упор;
14 — обойма; 15 — подъемная матрица; 16 — деталь; 17, 19 —
пружины; 18 — кольцо; 20 — болт; 21 — нижняя плита пресс-
формы; 22 — основание нижнего пуансона; 23 — накладка;
24 — нижний пуансон; 25 — хвостовик выталкивателя; 26 —
шток; 27 — защелки.
захватывает клин замка, увлекая его вверх. Затем цикл повто-
ряется.
Второй вариант прессформы для калибрования обжатием
с использованием выталкивателя пресса показан на фиг. 64.
105
Фиг. 65. Схема верхней части автоматиче-
ского варианта прессформы, снабженной
гидроцилиндрами для калибрования мето-
дом обжатия:
1 — верхняя плита прессформы; 2 — тяга; 3 —
плунжер; 4 — возвратная пружина; 5 — крышка
цилиндра; 6 — цилиндр; 7 — шток; 8 — трубопро-
воды к цилиндрам; 9 —• промежуточная плита;
10 — направляющая колонка; 11 — игла; 12 — тру-
бопровод к сливному бачку; 13 — редукционный
клапан; 14 — сливной клапан.
Здесь обжатие также производится в разъемной матрице /5,
но уже при помощи осаждения на конус матрицы подвижной
обоймы 14, которую в крайнем нижнем положении удерживают
зубья защелок 27. Конструкция верхней части прессформы и
принцип ее работы аналогичны приведенной на фиг. 62.
Выталкивание изделия осуществляется по следующей схеме.
Плунжер пресса перемещается вверх, увлекая за собой плиту 1.
Плита 11 освобождает-
ся от давления и под
действием пружин 19,
передающих усилие че-
рез кольцо 18, подни-
мается вверх (на 4—
5 мм). Кольцо 18, под-
нимается до контакта
с упором 13, дает воз-
можность клиньям
матрицы 15 разойтись
(под действием пру-
жин 17) и освободить
наружную поверхность
прокалиброванной де-
тали 16. В результате
чего для выталкивания
втулки из гнезда не
требуется значитель-
ных усилий. Выталки-
вание может быть про-
изведено выталкивате-
лем пресса и с по-
мощью рычажного
привода. Прессформа
имеет несколько боль-
шие габаритные разме-
ры, чем описанная вы-
ше. При автоматизации
работы прессформ сис-
тему замков заменяют
спаренными гидроци-
линдрами, работающи-
ми по схеме, показан-
ной на фиг. 65.
При опускании плунжера пресса вниз верхняя и промежуточ-
ная плиты перемещаются вниз и передают давление на втулку
(в первом варианте) или на кольцо прессформы (во втором ва-
рианте). Давление в цилиндрах 6 постепенно будет возрастать,
так как плиты 1 и 9 будут стремиться к сближению между собой.
При этом сливной клапан под давлением закроется.
106
Из-за несжимаемости жидкость будет препятствовать сбли-
жению плит до тех пор, пока давление в цилиндре не увеличится
до предела, на который отрегулирован редукционный клапан 13,
Клапан регулируется на давление, требуемое для осуществления
полного обжатия втулки по наружному диаметру.
Фиг. 66. Схема разгрузки прессформы:
а — положение захвата втулки на конвейере и опускание втулки на направляющей
головке прессформы; б — подъем захватов; в — поворот захватов; г — конец пово-
рота захватов на 180° и начало их опускания; 7 — пульсирующий конвейер; 2 — из-
делие; 3 — поршень захвата; 4 — пневматический цилиндр; 5 »— распределитель;
6 — подвижной цилиндр; 7 — пружина; 8 — направляющая головка прессформы;
9 — клиновая матрица; 10 — захват; 11 — промежуточная плита прессформы;
12 — игла.
При дальнейшем росте давления в цилиндрах перепускной
клапан открывается и жидкость начинает проходить в сливной
бачок. Следовательно в цилиндре будет все время поддержи-
ваться давление, необходимое для удерживания втулки в обжа-
том состоянии, уменьшение количества жидкости в нем приведет
к сближению плит и позволит прокалибровать зажатую втулку
по внутреннему диаметру.
107
При отходе плиты 1 вверх пружины разводят плиты 1 и 9,
создавая в цилиндрах разряжение. Сливной клапан при этом от-
крывается и жидкость перетекает из бачка в цилиндры. При
применении гидравлических цилиндров следует не забывать,
что общие габаритные размеры прессформы несколько возрас-
тут за счет увеличения максимального расстояния между верх-
ней и промежуточной плитами.
Однако прессформа с гидравлическим цилиндром не требует
промежуточной остановки пресса при калибровании.
Для полной автоматизации прессформ следует применять
подающий механизм в виде захватов с механической или пнев-
матической подачей (фиг. 66). Гидравлическая подача в данном
случае не используется из-за медленного перетекания жидкости
по трубопроводам. Подъем захватов может осуществляться за
счет добавочного пневмоцилиндра и с помощью кулачкового
устройства; поворот их — приводом от пульсирующего кон-
вейера.
Установить заготовки на пуансон несложно, из-за наличия
направляющих головок в прессформе первого типа (фиг. 62) и
опускания в свободное гнездо матрицы в прессформе второго ти-
па (фиг. 64).
Сложнее с подачей втулок к захватам из-за наличия буртов
и необходимости в сравнительно строгой координации втулок.
Здесь можно применить пульсирующий конвейер с гнездами для
втулок (фиг. 66).
ПРЕССФОРМЫ С ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ РАБОЧИМИ ЧАСТЯМИ
Прессование металлокерамических изделий из металличес-
ких порошков чистых металлов (например из карбонильных же-
лезного и никелевого порошков) или порошков тугоплавких ме-
таллов и их соединений требует большого количества обычных
стальных дублирующих прессформ.
При прессовании металлокерамических изделий повышенной
плотности из карбонильного железа износостойкость обычной
стальной прессформы, изготовленной из лучших легированных
инструментальных сталей с азотированными рабочими поверх-
ностями, не превышает одной рабочей смены (2000 заготовок)
[15], что удорожает себестоимость изделий. Армирование рабо-
чих деталей прессформ твердосплавными вставками или дета-
лями, изготовленными из твердых сплавов ВК6, ВК8, ВКН
и ВК15, повышает их стойкость в 60—100 раз.
На фиг. 67 показана твердосплавная прессформа, установ-
ленная на гидравлический пресс с устройством для автоматиче-
ского прессования. Прессформа состоит из верхнего пуансона /,
составной матрицы с твердосплавными вкладышами 2, 3 и 4 и
нижнего пуансона 5. Крепление пуансонов в ползуне и выталки-
вателе пресса производится механически с помощью Т-образного
108
Фиг. 67. Прессформа компрессионная для прессования сердеч-
ников из ферритного порошка.
Фиг.
68. Сердечник.
109
паза. Матрица в плите механизма для автоматического прессо-
вания крепится двумя клиньями.
Прессформа, показанная на фиг. 67, предназначена для прес-
сования сердечника из ферритного железа (фиг. 68).
УСТРОЙСТВА И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ НАГРЕВА ПРЕССФОРМ
Когда по условиям технологического процесса требуется на-
греть прессформы до определенной температуры, то в их конст-
рукциях предусматриваются нагревающие устройства.
Нагрев прессформ может быть осу-
ществлен насыщенным водяным паром
или электрическим током. К нагреву па-
ром прибегают редко и только при соот-
ветствующих условиях; осуществляется
Фиг. 69. Ниппели па-
ропроводной армату-
ры для нагревания
прессформ.
он с помощью специальных каналов, вы-
полненных либо непосредственно в дета-
лях прессформ, либо в прилегающих
к ним деталях.
Расположение и конфигурация кана-
лов для нагрева та же, что и для охла-
ждения; часто одни и те же каналы
используют то для нагрева, то для охла-
ждения прессформ [27], [53]. К каналам
обогревающих систем предъявляют высокие требования в отно-
шении герметичности. Кроме того, они должны быть испытаны
под давлением, превышающим рабочее не менее чем в 1,5 раза.
Пар к прессформе подводится с помощью отожженных медных
трубок, присоединяемых к нагревающей системе специальными
ниппелями (фиг. 69). Температура насыщенного водяного пара
зависит от давления: при 1 атм температура пара достигает
372° К, при 14 атм — 467° К.
Гораздо удобнее прессформы нагревать электрическим то-
ком напряжением 60 в. Для этих целей используют элементы
сопротивления, расположенные либо в самой прессформе, либо
в специальных обогревательных плитах или кожухах.
Применяются нагревательные элементы круглого или прямо-
угольного сечения. Нагреватель прямоугольного сечения за счет
большой поверхности теплоотдачи обладает более высоким ко-
эффициентом полезного действия, но при размещении его в ста-
ционарной прессформе он занимает площадь большую, чем круг-
лый. Нагревательными элементами служат спирали из них—>
рома или фехраля.
Электронагреватель плоской формы представляет собой
плоскую нихромовую спираль, намотанную на пластину из жа-
роупорной стали толщиной 3 мм и заключенную в жестяную
коробку. Изоляция от стенок коробки выполняется из миканита
толщиной 2—3 мм (фиг. 70, а).
ПО
Электронагреватели круглой формы изготовляют нескольких
видов, простейший из них показан на фиг. 70, б. Он монтируется
в керамической трубке (из алунда, ультрафарфора и др.) без
какой-либо дополнительной изоляции,
К электронагревателям (фиг. 70, в) более совершенной кон-
струкции относятся такие, у которых керамическая трубка со
спиралью заключена в металлическую оболочку. Пространство
между спиралью и трубкой заполняется либо порошком окиси
магния, либо кварцевым песком, что увеличивает теплопровод-
ность электронагревателя.
Фиг. 70. Варианты контактных частей различных элек-
тронагревателей.
Электронагревателем еще более совершенной конструкции
является такой, у которого спираль заключена непосредственно
в металлической трубке (спираль изолирована от трубки слоем
уплотненного электрокорунда). Такой электронагреватель гер-
метичен и обладает хорошей теплопроводностью.
Контактные стержни у электронагревателей присоединяют
к спирали нагревателя механическим путем с применением за-
жимов различной конструкции, сваркой или пайкой.
Пайку с помощью газовой горелки применяют тогда, когда
диаметр электронагревателя не превышает 2 мм. Спирали из
проволоки диаметром более 3 мм присоединяют к контактам
электродуговой сваркой, при этом используются электроды ЭАЗ.
В качестве концевых изоляторов у электронагревателей при-
меняются колодки из асбоцемента (фиг. 70, а), втулки из мика-
лекса или электрокерамики (фиг. 70, б—г).
Способы размещения электронагревателей в прессформе за-
висят от ее конструкции. В переносных прессформах электрона-
греватели устанавливают в толще обогреваемого элемента
(обычно в стенках матрицы) на расстоянии не менее 30—40 мм
от прессуемой поверхности.
В стационарных прессформах применяются специальные
плиты обогрева, которые крепятся к столу пресса и к подвиж-
111
ной траверсе. К плитам обогрева крепятся рабочие части пресс-
форм.
Конструктивно плиты обогрева выполняются или с непосред-
ственно смонтированной в них электронагревательной обмоткой
или со вставными йатронами. Плиты первого типа снабжаются
сквозными отверстиями, в которые последовательно вставляется
спираль, концы ее подсоединяются к двум контактным зажимам.
При перегорании спирали производят перемонтаж всей плиты.
В этом заключается неудобство эксплуатации плит подобного
типа.
1
Фиг. 71. Плита обогрева для ста-
ционарных прессформ со сменными
пластинчатыми элементами.
1
Фиг. 72. Плита обогрева для ста-
ционарных прессформ со сменными
нагревательными патронами.
Наибольшее распространение получили плиты, в корпусе
которых предусмотрено два паза (фиг. 71), куда и устанавли-
вают нагревательные элементы 2; последние удерживаются в па-
зу прижимной планкой /, которая, в свою очередь, крепится
с двух сторон винтами 3. В случае перегорания одного элемента
его можно заменить без перемонтажа всей плиты.
Наиболее удобными являются плиты со вставными нагрева-
тельными патронами (фиг. 72). Плита 1 снабжена сквозными
Отверстиями, в которые вставляются нагревательные патроны 2.
Нагревательный патрон (фиг. 73) состоит из контактного
стержня 1 с винтом 2, укрепленного гайкой 3, навернутой на
трубку патрона 6. Контактный стержень изолирован от корпуса
патрона изоляционной 5 и металлической 4 шайбами. Диаметр
Отверстия в гайке и металлической шайбе обычно больше диа-
112
Фиг. 73. Электрона-
гревательный пат-
рон.
метра стержня на 2—3 мм. Пространство между спиралью 7 и
корпусом патрона 6 засыпается мелким кварцем или шамотным
песком 8. С другой стороны трубки ввернута пробка 9 с отвер-
стием в центре, через которое проходит конец спирали.
Размеры пазов под электронагревательные элементы в пли-
тах (см. фиг. 71) показаны на фиг. 74, а; диаметр отверстия под
электронагревательные патроны равен 20 мм (фиг. 74, б).
В случае, если элек-
тронагревательные эле-
менты нельзя смонтиро-
вать в плитах нагрева, то
наружную часть пресс-
формы покрывают элек-
тронагревательным кожу-
хом, внутри которого за-
ключена электроспираль.
Для прессформы пря-
моугольной формы (фиг.
75, а) кожух изготовляют
из четырех отдельных
планок, соединенных ме-
жду собой винтами. Каж-
дая планка должна иметь
два выводных проводни-
ка, соединяемых последо-
вательно с соседней
планкой.
На фиг. 75, б показан
нагревательный кожух,
используемый для круг-
лых прессформ.
Количество электронагревателей в прессформе обусловлива-
ется ее массой, рабочей температурой, мощностью нагревателя
и конструктивными особенностями прессформы. В отдельных слу-
чаях по конструктивным причинам не удается установить зара-
нее намеченное количество нагревателей. В этом случае увеличи-
вают их мощность.
Для проверки правильности выбранного числа нагревателей
пользуются формулой:
K = (19)
Фиг. 74. Плиты обогрева
под нагревательные эле-
менты:
а — пазы; б — отверстия.
где К — эмпирический коэффициент, равный 6—10;
G — масса прессформы в кг\
Т — рабочая температура прессформы в °К;
FH— суммарная площадь горизонтальной проекции нагрева-
телей в си2;
t — время разогрева прессформы в ч (не более 3 ч).
8 4.117 113
В случае, если величина коэффициента не укладывается
в указанные пределы, следует увеличить площадь нагревателей.
Исходной величиной при расчете электронагревателей является
масса прессформы в собранном виде.
Фиг. 75. Нагревательный-кожух:
а — для прямоугольных прессформ; б — для круглых прессформ.
Количество тепла, необходимое для разогрева и поддержа-
ния заданной температуры прессформы, определяют по формуле:
Q=GCm(T2-T1), (20)
где Q — количество тепла в ккал;
Ст — средняя удельная теплоемкость (для стали Ст —
= 0,122 ккал) (кг • град);
Т\ — начальная температура в °К;
Т2 — конечная температура разогрева в °К.
Фиг. 76. Схемы соединений электронагре-
вателей.
Суммарная мощность электронагревающей системы рассчи-
тывается по формуле:
? ~ 860-Ь]™”’ ^0
где Q — количество тепла в ккал;
t — время разогрева в ч;
г] — коэффициент полезного действия (в расчетах прини-
мается равным 0,5—0,6).
114
После определения суммарной мощности решается вопрос
о способе соединения нагревателей. При последовательном их
соединении мощность каждого из них уменьшается (фиг. 76, а).
В случае параллельного соединения (фиг. 76, б) или соединения
звездой (фиг. 76, в) мощность нагревателей остается неизмен-
ной, а суммарная мощность увеличивается в три раза. Способ
соединения нагревателей зависит от источника питания (одно-
фазный, трехфазный) и поперечного сечения нихрома. Сечение
нихрома выбирают, исходя из величины тока, плотность которого
приведена ниже.
Ток в электрон аг ревате- До 10 10—20 20—30 30—60 60—130 130—300
лях..............
Плотность тока в а/мм2 Не менее 7 7—6 6—5 5—4 4—3 3—2
Длину нихрома можно рассчитать по формуле:
L = ^LMt (22)
где R — сопротивление в ом;
Fce4 — сечение нихрома в мм2;
р— удельное сопротивление нихрома (для нагретого нихро-
ма р = 1,2 ом • мм2/м).
При расчете электронагревателей особое внимание уделяется
величине удельной нагрузки, которую определяют по формуле:
ДР = рвт/см2, (23)
где Р — мощность нагревателя в вт;
F — площадь поверхности нихрома в см2.
Для закрытых электронагревателей с температурой нагрева
нихрома до 973° К удельная нагрузка должна не превышать
2 вт!см2.
Зная длину нихрома, приходящуюся на нагреватель, опреде-
ляют диаметр и шаг спирали. Диаметр спирали зависит от габа-
ритных размеров нагревателя и является исходной величиной
для определения шага. Чтобы определить шаг, необходимо знать
количество витков спирали:
Явит = 7~ » (24)
‘s
где L — длина нихрома в мм;
ls — длина одного развернутого витка спирали в мм
Шаг спирали рассчитывается по формуле
S = —,
пвит
где I — длина нагревателя в мм.
(25)
8*
115
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРЕССФОРМ
ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Для горячего прессования применяются прессформы, изго-
товляемые преимущественно из графита и реже из специальных
сплавов. Для изготовления графитовых прессформ применяют
графитированные электроды электродуговых печей или стержня
графита (ГЭ) [98]. В особо ответственных случаях, когда необ-
ходимо получить без дополнительной обработки чистую и ров-
ную поверхность изделия или же пфи необходимости применения
высокого удельного давления, используют графит МГ или ППГ.
Можно для этих целей применять графитированные аноды ртут-
ных выпрямителей АРВ, но они дороги и дефицитны (табл. 29).
Таблица 29
Физико-механические свойства различных марок графита,
применяемого для изготовления прессформ [93]
Материал Предел прочности на сжатие в Мн/м2 Пори- стость В % Плотность в кг/м2
Графитированные электроды ЭГ-0, ЭГ-1, ЭГ-2 Заготовки в виде стержней ГЭ Мелкозернистый графитированный мате- риал МГ Плотный графитированный материал ППГ Аноды ртутных выпрямителей АРВ . . . 430 430 1980 3430 2150 27—32 27—32 20—25 16—20 30—32 1500—1700 1500 1700
Пуансоны изготовляют из такого сорта графита, у которого
предел прочности на сжатие превышает требуемое давление
прессования.
Предел прочности на растяжение графита еще не установлен,
поэтому на основании практики принимают наружный диаметр
корпуса графитовой прессформы приблизительно вдвое боль-
шим диаметра изделия. В некоторых случаях [93] для прессова-
ния изделий диаметром до 50 мм из твердых сплавов прессформу
изготовляют диаметром 100 мм, а для изделий диаметрам 90 и
150 мм — соответственно 150 и 250 мм.
Припуск независимо от размеров прессформ принимают (для
прессования твердых сплавов) равным: на обработку прессформ
по высоте 0,6 мм; на обработку по наружному диаметру для
вставок в матрицы 0,3 мм и для наконечников пуансонов 0,5 мм;
на обработку отверстий матриц и наконечников пуансонов диа-
метром 25, 26—40, 41—60, 61—90 и 91 мм — соответственно 0,25;
0,3; 0,4; 0,5 и 0,6 мм. Указанные припуски установлены только
на рабочие части прессформы.
При проектировании графитовых прессформ припуски выби-
рают в зависимости от конкретных изделий, требований, предъ-
116
являемых к чистовым размерам изделий и качеству поверхности.
Для изделий из твердых сплавов припуск принимается на обра-
ботку по наружной поверхности равным до 0,2—0,3 мм. При
этом необходимо учитывать коэффициент теплового расширения
графита и прессуемого сплава.
Фиг. 77. Графитовые прессформы типа Л, Б и В и соот-
ветствующие им изделия /, 2 и 3.
На фиг. 77 приведены конструкции графитовых прессформ
для прессования изделий, имеющих форму тел вращения. Пресс-
формы типа А применяются для горячего прессования изделий
с заходным радиусом или конусом в отверстии. В таких пресс-
формах центральный стержень, оформляющий отверстие изде-
лия, вместе с нижним пуансоном представляет собой одно целое.
В прессформах типа Б центральный стержень выполняется со-
ставным. Это улучшает пропрессовку порошка и уменьшает вы-
соту прессформы. Однако такие прессформы пригодны только
для изготовления изделий, имеющих форму гладких колец или
штабиков. При прессовании штабиков центральный стержень
удаляется. При изготовлении нескольких гладких колец высотой
до 10—15 мм применяется одна прессформа для одновременного
прессования двух или трех колец с разделительными прокладка-
ми между ними из графита толщиной 8—10 мм (прессформа
типа В).
Размеры деталей прессформ даны в табл. 30. Детали графи-
товых прессформ для изготовления изделий, имеющих форму
тел вращения, вытачиваются на токарном станке твердосплав-
ным режущим инструментом. Все сопрягаемые детали прессформ
плотно пригоняются одна к другой. Увлажненные детали пресс-
форм следует высушивать при 423° К в течение 6—8 ч.
117
Таблица 30
Соотношение размеров деталей прессформ и изделий (к фиг. 77)
Размер деталей прессформ Тип прессформы
А 1 1 Б В
h ft0 ч-дл ft0 + дл + A/i
d do — M d0 — Ad
D О# + Д1> Do+ДО Do+AD
Н 3ft+ 10 3ft +10 6/1-H + 10
G= Ь 2ft+7 ft+7 2h + 7
С 3ft —3 3ft +10 6/i -H + io
Пр и меча н и е: bht bd, &D — припуски на обработку изделия.
Как правило, при горячем прессовании для упрочнения гра-
фитовые прессформы заключают в металлическую обечайку
(фиг. 78). Следует отметить, что из-за крупнозернистости и по-
ристости графитизированных электродов не удается получить
достаточно чистой поверхности прессформы. Изделия, спекаемые
в графитовых прессформах, получаются с грубой шероховатой
поверхностью.
Фиг. 78. Графитовая прессформа с металлической обечайкой.
Наиболее подходящим материалом для прессформ является
графит, полученный «нудель-процессом», сущность которого со-
стоит в том, что полученный по обычной технологии графит под-
вергается размолу. После добавления связующих веществ и
прессования в глухой матрице он подвергается обжигу и графи-
тизации [97]. В последние годы созданы экспериментальные
марки графита с пределом прочности при сжатии 150—
170 Мн/м2 [97].
118
Срок службы графитовых прессформ ограничивается циклом
изготовления одного изделия. Однако графит обладает и очень
ценными свойствами: хорошей электропроводностью, обрабаты-
ваемостью и восстановительными свойствами. За счет незначи-
тельного выгорания графита прессформы вокруг спекаемого из-
делия создается восстановительная атмосфера.
Фиг. 79. Схема разметки электрода под распиловку.
В последние годы различными исследователями были сдела-
ны попытки применения токонепроводящих прессформ из окиси
бериллия, окиси циркония, циркона и других тугоплавких соеди-
нений. Но все они пока не увенчались успехом. При изготовлении
графитовых прессформ графитовые электроды разрезают в по-
перечном направлении на токарных станках на круги, толщина
которых соответствует высоте изготовляемой прессформы, при
этом необходимо учитывать припуск на обработку. На фиг. 79 —
разметка электрода, где размеры а и б соответствуют высоте от-
резаемых цилиндров. Высота заготовки, кроме припуска на об-
работку, должна еще включать некоторый допуск на захват губ-
ками патрона токарного станка.
Полости прессформ высверливаются в заготовках шлямбу-
ром, вставляемым в шпиндель вертикально-сверлильного станка.
Шлямбуры изготовляют из газовых труб, внутренний диаметр
которых равен или несколько больше наружного диаметра заго-
товки прессформ (фиг. 80).
Фиг. 80. Общий вид и устройство шлямбура:
1 — конус к шпинделю сверлильного станка; 2 — сварка; 3 — отверстия
для отвода отходов графита при сверлении.
При изготовлении изделия некруглой формы, круглое отвер-
стие дополнительно обрабатывают до получения отверстия тре-
буемой формы.
Очень редко возникает необходимость в переработке электро-
дов диаметром 400 мм на графитовую крупку или в изготовле-
нии из них больших прессформ, для которых способ высверли-
вания шлямбуром не эффективен.
119
Для прессования порошков титана успешно применяются
прессформы из никелевого сплава.
Фиг. 81. Общий вид
и устройство металли-
ческой прессформы
для горячего прессо-
вания.
Трудность горячего прессова-
ния порошка титана заключается
в активном взаимодействии тита-
на с углеродом.
Институт металлургии им.
А. А. Байкова разработал и при-
менил для изготовления металли-
ческих прессформ высокопрочный
никелевый многокомпонентный
сплав [98], инертный по отноше-
нию к титану в условиях горячего
прессования и обладающий доста-
точной высокой прочностью при
высоких температурах.
Практика работы показала
возможность горячего прессова-
Фиг. 82. Общий вид прессформы из нике-
левого сплава для прессования призма-
тических образцов:
1 — скобы; 2 и 3 — плитки; 4 — упор; 5 — разъ-
емный пуансон; 6 — подставка; 7 — самотормо-
зящие клинья; 8 — прессуемое изделие.
300
Фиг. 83. Металлическая пресс-
форма из никелевого сплава
для горячего прессования ци-
линдрических образцов:
/ и 2 - плиты; 3 — пуансон; 4 — про-
кладки; 5 — скобы; 6 — самотормо-
зящие клинья; 7 — прессуемый об-»
разец.
ния порошков в таких прессформах даже при температурах
1200—1300° К. При 1130° К предел прочности при растяжении
титана составляет 10—15 Мн/м2, а предел текучести еще меньше.
При этих же температурах предел прочности при растяжении
указанного материала прессформ составляет 400—420 Мн/л2.
120
Кратковременная удельная нагрузка на пуансон при горячем
прессовании порошка титана поддерживается равной 100—
120 Мн!м2.
Установлено, что из-за большой разницы в значениях преде-
лов прочности никелевого сплава и титана при горячем прессо-
вании можно применять большие по величине давления.
Общий вид одной из металлических прессформ показан на
фиг. 81. Она состоит из матрицы /, пунсона 2, прокладок 3, 4 и
подставки 5. Цилиндрический образец 6, подвергающийся горя-
чему прессованию, находится между прокладками 3, которые
должны быть тщательно притерты к рабочему отверстию мат-
рицы.
Прессформу с пуансоном и образцом помещают в шахтную
электронагревательную печь и нагревают до 1200—1300° К, а за-
тем устанавливают на прессе. Можно применить и другой способ
нагрева, в частности, высокочастотный. При указанных выше
температуре и давлении максимальная продолжительность горя-
чего прессования равна 30—40 мин.
На фиг. 82 показана металлическая прессформа для прессо-
вания призматических изделий, а на фиг. 83 — для цилиндриче-
ских изделий диаметром свыше 45 мм.
ГЛАВА IV
ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В ПОРОШКОВОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ 1
КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
В соответствии с технологической схемой оборудование для
порошковой металлургии можно разбить на пять основных
групп.
1. Оборудование, применяемое в производстве металлических
порошков.
2. Оборудование, применяемое для просева, смешения и раз-
мола порошков.
3. Оборудование, применяемое для формования заготовок по-
рошков: прессы, прокатные станы, камеры для всестороннего
обжатия, оборудование для мундштучного прессования и шли-
керного литья и оборудование для прессования взрывом.
4. Оборудование, применяемое для спекания и термической
обработки металлокерамических изделий.
5. Вспомогательное оборудование порошковой металлургии:
прессформы для холодного и горячего прессования, сушильные
печи, камеры и устройства, транспортные устройства для метал-
лических, металлоподобных и неметаллических порошков, заго-
товок и брикетов, металлокерамических изделий и вспомога-
тельных материалов, установки для приготовления защитных
атмосфер.
Технологический метод порошковой металлургии является
сравнительно новым, поэтому в настоящее время в период его
освоения часть размольного, прессового и печного оборудования
может быть заимствована из смежных и давно сформировав-
шихся отраслей промышленности — металлургической, горно-
обогатительной, химической.
В промышленности разработаны и освоены первые автомати-
зированные методические печи, прессы для холодного и горячего
1 Авторы признательны чл.-корр. АН УССР Г. В. Самсонову, д-ру техн,
наук проф. Д. П. Иванову, канд. техн, наук М. Ю. Бальшину за помощь,
оказанную ими при подготовке рукописи.
122
прессования и роторные автоматы, некоторые типы размольно-
смесительного оборудования, высокочастотные печи для преци-
зионных процессов порошковой металлургии, печи для сварки
тугоплавких металлов и различные виды контрольно-измеритель-
ных приборов.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОСЕВА И РАЗМОЛА ПОРОШКОВ
Просев производится для разделения исходного порошка, со-
стоящего из частиц различной величины, на несколько фракций
или для отделения от него механических включений,
Существуют следующие основные способы разделения порош-
ка на фракции:
1. Воздушная сепарация — разделение частиц на фракции,
обладающие разной скоростью падения в воздухе.
2. Грохочение или просев — механическая классификация на
ситах.
3. Электросепарация.
При помощи воздушной сепарации можно разделить порош-
кообразный материал на частицы крупностью менее 2 мм.
Грохочение или просев является наиболее универсальным
методом разделения материалов различной крупности широко
используемым в промышленности.
Большое будущее принадлежит высокопроизводительному
процессу разделения порошков на фракции — электросепарации.
Воздушные сепараторы. Разделение порошков на фракции
в воздушных сепараторах происходит чаще всего под действием
центробежных сил.
По конструктивному устройству центробежные сепараторы
делятся на сепараторы с замкнутым потоком воздуха и на воз-
душно-проходные. Центробежный воздушный сепаратор с замк-
нутым потоком воздуха (фиг. 84) состоит из корпуса 1 и внут-
реннего конуса 2. Над внутренним конусом установлен вентиля-
тор 5, создающий циркуляцию воздуха. Материал поступает че-
рез воронку на распределительный диск 4 и отбрасывается цент-
робежной силой к стенкам конуса 2. Мелкие частицы подхваты-
ваются и выносятся воздушным потоком, а крупные падают вниз
и выгружаются через патрубок 7.
Выделение более мелких частиц, попавших в основной воз-
душный поток, происходит между двумя конусами сепаратора.
На фиг. 85 показан воздушно-проходной центробежный се-
паратор.
Размалываемый материал 9 с потоком воздуха поступает из
мельницы в сепаратор снизу через патрубок /, обычно щелевид-
ной формы, а затем в кольцевое пространство между корпусом 2
и внутренним конусом 3. Скорость воздушного потока в этом
пространстве снижается в несколько раз вследствие увеличения
проходного сечения, часть грубой фракции 8 порошка под
123
действием силы тяжести выпадает из потока и через патрубок 4
возвращается на доизмельчение.
Воздух вместе с тонкими взвешенными частицами проходит
между тангенциальными лопатками 5 и отсасывается вентиля-
тором через патрубок 6, а крупные частицы отбрасываются на
i Тонкая фракция
Фиг. 84. Центробежный воз-
душный сепаратор с замкнутым
потоком воздуха:
Фиг. 85. Воздушно-проходной
центробежный сепаратор.
1 — корпус; 2 — внутренний конус;
3 — вентилятор; 4 — распределитель-
ный диск; 5 —‘ труба; 6 — центро-
бежное лопастное колесо; 7 — раз-
грузочный патрубок.
стенки внутреннего конуса и так-
же удаляются через патрубок 4.
Тонкие фракции 7 порошка из
патрубка 6 поступают в циклон
(не показаны на фиг.), в котором твердые частицы осаждаются»
а воздух возвращается в мельницу (при работе в замкнутом
цикле) или выбрасывается наружу.
Механический рассев порошков. Для просева материалов с от-
носительно крупными частицами применяются колосниковые»
барабанные, качающиеся и вибрационные грохоты. Указанные
грохоты могут быть использованы и в порошковой металлургии.
Барабанный грохот (сито) был применен на Московском ком-
бинате твердых сплавов в автоматической линии для просева.
Конструкции перечисленного оборудования достаточно подробно
описаны в литературе [54], [2]. Схема вибрационного сита пока-
зана на фиг. 86. Рама сита на пружинах — амортизаторах ви-
брирует по замкнутым эллиптическим траекториям благодаря
вращению эксцентрикового валика. В некоторых случаях вибра-
ция сита обеспечивается за счет дебаланса, эксцентрии, электро-
магнитных вибраций. Число оборотов дебаланса обычно не пре-
вышает 1500 об!мин.
124
Для просева порошков применяются сита двух типов: вибра-
ционные— для свободного просева и протирочные — для при-
нудительного просева. На фиг. 87 показана подвесная конструк-
ция вибросита, вибрация которого обеспечивается дебалансным
устройством. Для разделения порошков на несколько фракций
применяются сита различных типов, одно
из которых показано на фиг. 88.
Мелкозернистые порошки и порошки,
замешанные с пластификатором, не под-
даются свободному просеву, а просеива-
ются на ситах, снабженных протирочной
лопаткой.
Производительность сита (в т/ч или
кг/ч) определяется количеством материа-
ла, получаемого с 1 м2 поверхности сита,
и зависит от физических свойств материа-
ла (плотности, формы и размера частиц,
влажности), размеров сита, способов по-
дачи материала, скорости его движения
Фиг. 87. Подвесное ви-
брационное сито:
I — рама; 2 — подвесной
крючок; 3 — мотор; 4 —
подшипник; 5 — деба-
лансное устройство; 6 —
поперечина; 7 — сито.
Фиг. 86. Схема вибраци-
онного сита:
/ — обечайка; 2 — полотно
сита; 3 — пружины; 4 — элек-
тродвигатель; 5 — воронка;
6 — приемный бачок.
и других факторов. Производительность сит может быть опре-
делена по эмпирической формуле:
П = 3600-ЛВАи-8 т/ч,
где h — высота слоя материала на сите в м;
В — ширина сита в м;
k — коэффициент разрыхления смеси;
v — средняя скорость перемещения порошка в м!сек\
б — плотность материала в кг/л3.
125
В расчетах коэффициент разрыхления можно принимать рав-
ным 0,4—0,6.
Общим требованием для всех конструкций сит является мак-
симальная герметизация рабочего пространства сита, а также
узлов загрузки и выгрузки.
Фиг. 88. Вибросито для рассева порошков по фракциям:
1 положение выгрузки.
В табл. 31 приведены стандарты на сита, принятые в СССР,
США и Англии.
В зарубежной практике применяются ультратонкие ситовые
полотна с размерами ячеек 30, 20, 10 и даже 5 мк, недостатком
которых является малая суммарная площадь отверстий, резко
снижающая их производительность.
В Советском Союзе проводятся исследования по рассеву по-
рошков с помощью электросепарации [11]. Этот способ должен
найти промышленное применение при больших объемах произ-
126
Таблица 31
Ситовые стандарты, принятые в СССР1, США и Англии
СССР США Англия
Номер сетки Номиналь- ный раз- мер сторо- ны ячейки в свету в мм Номи- нальный диаметр проволоки в мм Примерное число меш. Номер сетки Номиналь- ный раз- мер сторо- ны ячейки в свету в мм Номер сетки Номиналь- ный раз- мер сторо- ны ячейки в свету в мм
08 0,800 0,300 40
05 0,500 0,220 30 — —. —
045 0,450 0,180 40 — — — —
0315 0,315 0,140 50 — —
025 0,250 0,130 60 — — — —
018 0,180 0,130 80 — — — —
016 0,160 0,120 100 100 0,147 100 0,152
0125 0,125 0,090 120 115 0,24 120 0,124
01 0,100 0,070 140 150 0,104 150 0,104
0080 0,080 0,055 180 170 0,089 170 0,089
0063 0,063 0,045 225 200 0,074 200 0,076
0050 0,056 0,040 275 250 0,061 240 0,066
004 0,040 0,030 325 270 0,053 300 0,053
I— — — — 325 0,044 —- —
— -— — —- 400 0,037 — —
1 ГОСТ 3584-53.
водства. Коронные электросепараторы высокой производитель-
ности обеспечивают высокую культуру производства.
Лабораторный камерный сепаратор (фиг. 89) состоит из
корпуса 1 с коронирующим 5 и заземленным 4 электродами и
загрузочного устройства 2 [73].
Порошок, попадая в межэлектронное пространство, получает
отрицательный заряд и под действием сил электрического поля
перемещается к положительному электроду и, отдав свой заряд,
осаждается. В работе [67] установлено, что разделение на фрак-
ции зависит от коэффициента сепарации х и определяется по
формуле:
где е — диэлектрическая проницаемость:
р — радиус частицы;
у — плотность.
Сепаратор работает на постоянном токе высокого напряже-
ния. Сепарации подвергались железные порошки, полученные
путем размола проволоки в вихревых мельницах, распыления
жидкого металла и восстановления окалины. Производитель-
ность такого лабораторного сепаратора более 15 кг/ч, энергоем-
кость 100 в т/г порошка.
127
Разделение порошка происходит не столько по фракциям,
сколько по насыпному весу (по насыпной массе), что важ-
но при производстве конструкционных и антифрикционных из*
делий.
В настоящее время проектируются электросепараторы со
шнековым смесителем производительностью 1 т/ч.
Размол порошков. Дробление и размол представляют собой
процессы механического измельчения твердых тел, результатом
которых является увеличение по-
верхности обрабатываемого мате-
риала.
При постоянных условиях из-
мельчения определенного мате-
риала производительность мель-
ницы пропорциональна потреб-
ляемой при этом полезной мощ-
ности, а скорость измельчения —
количеству измельченных частиц
в единицу времени.
Эффективность работы дро-
бильных машин оценивается рас-
ходом энергии и выражается в т
или кг полученного продукта на
1 кет • ч израсходованной энергии:
Э = кг/квтч,
с.
где Q — производительность дро-
бильной машины в т/ч;
Е — энергия, затрачиваемая
Фиг. 89. Лабораторный корон-
ный камерный электросепара-
тор:
1 — корпус; 2 —* бункер; 3 —• лоток;
4 —• заземленный и 5 —- коронирую-
щий электроды.
на дробление в кет•ч.
При выборе размольного обо-
рудования следует учитывать его
энергоемкость.
Ниже приведен удельный рас-
ход электроэнергии (в кет • ч) на
1 кг размалываемого материала для следующего оборудования.
Шаровая мельница.........................0,3—0,4
Молотковая мельница......................0,07—0,1
Вихревая мельница........................2,5—3,6
Вибрационная мельница....................0,02—0,05
К выбору размольного оборудования следует подходить осто-
рожно с учетом энергоемкости, характера и размеров размалы-
ваемых материалов, требований, предъявляемых к конечному
продукту размола.
128
Дробление и размол характеризуются степенью измельче-
ния— отношением диаметра частиц материала до измельчения
к диаметру частиц после измельчения:
•_ ^нач
^кон
На практике размеры частиц (йнач и dK0H) определяются раз-
мером отверстий сит, через которые просеивается материал, т. е.
с помощью ситового анализа.
Измельчение производится в одну или несколько стадий.
Каждая машина, в зависимости от той или иной конструкции
имеет ограниченную степень измельчения: от i = Зн~6 у щековых
дробилок до i = 100 и более у шаровых мельниц. Для получения
высокой степени измельчения прибегают к измельчению в не-
сколько стадий на последовательно соединенных дробильно-раз-
мольных машинах.
В зависимости от начального и конечного размеров размалы-
ваемого материала, размол последнего можно условно класси-
фицировать на следующие виды измельчения: крупное, среднее
и мелкое дробление, тонкое и сверхтонкое измельчение. В порош-
ковой металлургии применяются только три последних вида из-
мельчения.
Характеристика начальных и конечных размеров частиц и сте-
пень их измельчения приведены в табл. 32.
Таблица 32
Вид измельчения ^нач в мм dK0H в мм Степень измель- чения
Мелкое дробление Тонкое Сверхтонкое 25—3 10—1 0,2—0,1 6—1 0,5—0,075 1 • 10“4 5-6 До 100 До 1000
Измельчение материала производится раздавливанием, уда-
ром, истиранием и раскалыванием под действием усилий, свя-
занных той или иной комбинацией (раздавливание и удар, исти-
рание и удар и т. д.). В зависимости от физико-механических
свойств материала обычно выбирают следующие измельчения.
Материал
Твердый и хрупкий . . . .
Твердый и вязкий............
Хрупкий средней твердости
Вязкий средней твердости .
Вид измельчения
Раздавливание, удар
Раздавливание
Удар, раскалывание и истирание
Истирание или истирание и удар
о 4-117
129
Ниже приведена классификация оборудования, используе-
мого для измельчения.
Вид измельчения Оборудование
Мелкое дробление................Валковые дробилки
Молотковые дробилки
У да рн о-цен тробежн ые
Дробилки и мельнины
Тонкое измельчение..............Барабанные мельницы
Вихревые мельницы
Вибрационные мельницы и дробилки
Сверхтонкое измельчение.........Струйно-вибрационные мельницы и
дробилки
Коллоидные мельницы
Степень измельчения и величина конечного продукта приве-
дены в табл. 33.
Изучению закономерностей размола и его интенсификации
в шаровых мельницах посвящены работы [38], [69].
Таблица 33
Степень измельчения и величина конечного продукта
_____________при использовании различного оборудования___________
Оборудование Степень измель- чения Величина конечного продукта в мм Оборудование Степень измель- чения Величина конечного продукта в мм
Валковая мель- ница Бегуны Однороторная мо- лотковая мель- ница Вихревые мель- ницы 10—15 10—15 10—15 30—100 QO 00 04 © СО О о о II II о <4 о Шаровые мельни- цы Кольцевые мель- ницы Вибромельницы Коллоидные мель- ницы 50—100 60—80 80—100 До 1000 0,05 0,1—0,05 0,05—0,01 1 • ю-4
Известно, что при вращении шаровой мельницы существует
несколько схем движения шаров:
Фиг. 90. Направление силы тяжести и ее
составляющих при наклонном положении
массы шаров (а) и зависимость угла а
от величины относительной нагрузки (б).
перекатывания, скольжения,
свободного падения и дви-
жения шаров вместе с мель-
ницей при критической ско-
рости вращения.
Очевидно, что при сверх-
тонком измельчении боль-
шая сила помола не нужна
и бесполезна. Многими ис-
следователями было под-
тверждено, что лучший ре-
зультат получается при не-
прерывном перекатывании
шаров при небольших меха-
нических усилиях. Если сег-
мент мельницы BFC пред-
ставляет собой объем, заполненный-шарами, то угол наклона
поверхности шаров определяется равенством сил трения и сил
130
тяжести. Момент сил трения (фиг. 90, а) может быть выражен
следующей зависимостью:
= APR,
где А — коэффициент трения;
Р — масса шаров;
R — радиус внутренней поверхности мельницы.
Момент сил, препятствующих вращению массы шаров (фиг.
90, б), равен
М2 = Pl,
где
Р = р ‘Sin р, I = R -cos а.
При установившемся наклоне шаров
Мх = М2,
т. е.
sin 8 = —.
г cos а
Следовательно, режим перекатывания обеспечивается в случае
Достаточно хорошо исследованы режимы интенсифицирован-
ного размола твердосплавных смесей. При этом установлено, что
на размол влияют следующие факторы: а) количество шаров
(0,4—0,5% от объема барабана); б) число оборотов мельницы
(60% пкр); в) размер шаров (8—10 мм); г) количество загру-
жаемого материала и длительность размола.
Закономерности размола в вихревых и вибрационных мель-
ницах установлены в работе [69]. В этом разделе будут рассмот-
рены основные типы размольного оборудования, наиболее часто
применяющиеся в порошковой металлургии.
Щековые дробилки. В них разрушение кусков материала про-
исходит, в основном, за счет раздавливания последних подвиж-
ной качающейся щекой с нижней или верхней осью подвеса.
Наибольшее распространение получили щековые дробилки,
имеющие верхнюю ось подвеса подвижной щеки. На фиг. 91
изображена щековая дробилка, которая приводится в движение
с помощью вертикального или горизонтального шатуна, а в не-
которых случаях с помощью коленчатого вала (сложное кача-
ние). Внутри станины /, изготовленной из чугуна или стального
литья, находится неподвижная щека 2 в виде рифленой плиты
из износоустойчивого материала. Такая же плита 4 укреплена на
подвижной щеке 5, качающейся оси 6. Сбоку рабочее простран-
ство дробилки ограничено гладкими плитами 3. Качание по-
движной щеки осуществляется при помощи шатуна 8, сидящего на
главном (эксцентриковом) валу 7. Шатун соединен шарнирно с
подвижной щекой посредством распорных плит 9. Коленчатый
рычаг, при помощи которого наибольшее усилие создается в
9* 131
верхнем конце щек, раздробляет наиболее крупные куски мате-
риала. Натяжение в движущейся системе (щека, распорные пли-
ты, шатун) и обратное движение щеки достигается с помощью
тяги 10 и пружины 11. Ширина выпускаемой щели регулируется
перемещением одного из клиньев 12 по другому с помощью вин-
та. На концах главного вала имеются маховики 13.
Фиг. 91. Щековая дробилка.
Теоретическую производительность щековой дробилки можно
определить по формуле:
Q = 0,15pdcpSbn*( т!ч.
где N1 — коэффициент разрыхления измельчаемого материала
(ц = 0,2-7-0,65, в среднем 0,4);
dCp— средний диаметр кусков измельчаемого материала в см;
S — длина хода щеки в см;
b — длина выпускной щели в см;
п — число оборотов в 1 мин;
у — плотность материала в кг!см?;
при этом
аср— 2 ’
где е — минимальная ширина выпускной щели в см.
Щековые дробилки со сложным движением щеки стандарти-
зованы ГОСТ 7084-61.
Молотковые дробилки. Размол в них осуществляется за счет
удара молотков, вращающихся с большой скоростью и подве-
шенных шарнирно. Подхватывая попадающий в дробильную ка-
меру материал, они разбивают его.
Дробление осуществляется за счет кинетической энергии вра-
щающихся молотков:
р
132
где v — окружная скорость в м!сек\
G — масса молотка в кг;
g — ускорение силы тяжести в м1сек2.
Молотковые мельницы (фиг. 92) целесообразно использовать
для размола восстановленной губки железа, никеля, меди,
вольфрама.
Фиг. 92. Молотковая мельница:
/ — корпус; 2 — верхняя часть корпуса; 3 —загрузочная воронка; 4 — подшип-
ники; 5 — молотки; 6 — футерованные плиты; 7 — колосниковая решетка.
Материал дробится молотками 5 до величины, определяемой
зазорами колосниковой решетки 7, а затем измельчается раз-
давливанием и истиранием при попадании между молотками,
стенками мельницы и решеткой. В производстве тонкой керамики
применяются быстроходные бесколосниковые молотковые мель-
ницы, которые в отличие от описанных выше не имеют колосни-
ковых решеток и применяются для измельчения влажных по-
рошков.
Конструкция такой мельницы представляет собой монолитный
корпус, в котором вращается ротор с шарнирно-закрепленными
тонкими пластинчатыми молотками. Загрузка и выгрузка мель-
ницы обеспечивается с помощью шнека-питателя. Производи-
тельность молотковых дробилок зависит от физических свойств
материала, зазора между колосниками, количества массы и фор-
мы молотков.
Производительность молотковой дробилки прямо пропор-
циональна длине ротора, квадрату его диаметра и кубу угловой
скорости. Расход мощности может быть ориентировочно рассчи-
тан по эмирической формуле:
N = 0,1 Qi кет.
где Q — производительность в т/ч;
i — степень измельчения.
133
В табл. 34 приведена характеристика молотковых мельниц.
Таблица 34
Молотковые мельницы
Характеристика Единица измере- ния Мельницы
с плас- тинчаты- ми молот- ками D—300 № 2 бесколосниковые
№ 3 Кз 4 для ла- бора- торных иссле- дова- ние®
Диаметр и рабочая длина ро- тора ММ 300x300
Мощность двигателя кет 8 5,5 20 36 0,50
Число оборотов ротора . . . об/мин 1460 3450 1750 3450 3450
Мощность двигателя питателя кет — 0,20 0,40 0,50 0,05
Количество молотков .... Габаритные размеры: шт 144 — — — —
длина мм — 1216 1955 1955 —
ширина » — 1168 1368 — —
высота » —— 508 912 912 ——
Масса молотка кг 0,2 — — — —
Производительность кг/ч 1000 500— 1000— 3000— 30—
600 1500 4000 50
Вихревые мельницы используются для размола вязких мате-
риалов. Первоначальные конструкции вихревых мельниц пред-
ставляли собой рабочую камеру, в которой на независимых ва-
лах вращались два пропеллера во взаимно противоположных
направлениях с одинаковым количеством оборотов.
Попадающий из бункера в воздушные завихрения материал
размалывается за счет ударного и истирающего действий при
встрече частиц друг с другом, со стенками рабочей камеры и
вращающимися билами.
С помощью насоса в рабочую камеру нагнетается воздух,
удаляющий измельченные частицы в приемную камеру. Скорость
воздушного потока регулируется с тем, чтобы удалению подвер-
гались частицы только определенной крупности (60—400 мк).
Газовый поток непрерывно проходит через первый отстойник,
в котором осаждаются более крупные частицы, возвращаемые
в мельницу на дополнительный размол. Кондиционный мелкий
порошок через приемный бункер поступает в контейнер. Произ-
водительность вихревой мельницы диаметром 2 м со скоростью
вращения пропеллеров (или бил) 3000 об/мин составляет 10—
15 кг порошка в 1 ч.
Эффективная работа вихревой мельницы обеспечивается
только при загрузке ее отрезками проволоки строго ограничен-
ных размеров — диаметром 1—1,25 мм и длиной 3—4 мм.
Этот недостаток устранен в новой конструкции вихревой
мельницы (фиг. 93), разработанной М. И. Чулковым, где вместо
134
двух пропеллеров, установленных на независимых валках, пре-
дусмотрен один центральный вал со специальными биллами.
Такая конструкция мельницы дает возможность получать ме-
таллические порошки при измельчении отходов металлообраба-
тывающей промышленности и более крупных обрезков про-
волоки.
3 2
Фиг. 93. Вихревая мельница:
1 — электродвигатель; 2 — била; 3 — кожух; 4 — вал; 5 — вентилятор;
6 — приемный бункер; 7 — загрузочные бункера; 8 — дозатор; 9 — трубо-
проводы.
Рабочая камера мельниц имеет двойные водоохлаждаемые
стенки. Для предупреждения самовозгорания тонких пирофор-
ных порошков она часто заполняется инертным или защитным
газом. Вихревые мельницы используются для получения порош-
ков железа и порошков различных легированных сталей, а в не-
которых случаях и порошков со сферической формой частиц.
Валковые дробилки с одним валком на пружинящей раме по-
лучили наибольшее распространение (фиг. 94). На станине 1
закреплена пара неподвижных подшипников 2 для одного валка.
Два подшипника 3 второго валка удерживаются в нужном поло-
жении с помощью регулируемых пружин 4.
135
Частицы материала захватываются и размалываются двумя
цилиндрами, вращающимися навстречу друг другу.
Оба валка вращаются от отдельных шкивов. На практике для
гладких валков окружную скорость принимают равной 2,0—
4,5 м!сек. Обычно разность скоростей обоих валков не превыша-
ет 2%. Валки, у которых разность скоростей доходит до 20%,
называются дифференциальными. Такие валковые дробилки
используются для дробления вязких материалов.
Фиг. 94. Валковая дробилка.
Для расчета производительности и расходуемой мощности
валков используется формула Л. Б. Левенсона
Q = 188,4DL (Z + р) т/ч,
где D — диаметр валков в м\
L — ширина валков в м;
I — ширина установленной щели в ж;
р—средняя величина дополнительного раздвижения щели,
зависящая от давления пружины и сопротивления раз-
давливания материала в ж;
п — число оборотов валка в мин;
8— плотность дробимого материала в кг!м3;
р. — коэффициент разрыхления (0,2—0,3 для твердых ма-
териалов, 0,5—0,6 для влажных и вязких материалов).
Кроме валковых дробилок, большое распространение получи-
ли зубчатые и рифленые дробилки, используемые для дробления
хрупких материалов и материалов средней твердости. Угол за-
хвата материалов в этих мельницах должен быть меньше угла
трения.
136
Представляет интерес конструкция вальцовой мельницы, ре-
комендуемой для размола хрупких материалов (фиг. 95) [107].
Мельница состоит из двух шестигранных или восьмигранных
валков /, которые монтируются с подшипниками скольжения на
станине 2 и устанавливаются в камере, образованной боковой
станиной 2, сверху — съемной крышкой 3 и снизу — решетками 4.
Материал поступает через бункер 5.
Фиг. 95. Схема опытного образца вальцовой мельницы для размо
ла металлической стружки и других хрупких материалов.
Вращение ведущего вала 6 осуществляется электродвигате-
лем через редуктор или непосредственно через шестеренчатое
сцепление. В нижней части корпуса предусмотрено наклонное
дно 7, по которому прошедшие через решетку частицы порошка
ссыпаются в приемник. Валки охлаждаются сжатым воздухом
под давлением 1,5—2 атм, подаваемым через воздушное сопло S,
и вращаются со скоростью 200—350 об/мин. Попадающая из
бункера стружка захватывается уступами граней валков и попа-
дает в пространство, образующееся между гранями; при сближе-
нии последних стружка сдавливается и разрушается на мелкие
частицы, которые падают на решетку.
Крупные частицы, не прошедшие через сито, захватываются
уступами валков и с новой порцией стружки попадают на из-
мельчение. Процесс продолжается до полного измельчения ча-
стиц. Частицы порошка, получаемые в вальцовой мельнице дан-
ной конструкции, представляют собой многогранные частицы с
острыми кромками, которые могут быть использованы для изго-
товления различных металлокерамических изделий, а также для
очистки изделий пескоструйным методом.
137
Вибрационные мельницы в последние годы получили широ-
кое распространение. В них размол производится за счет энергии
вибрации мелющих тел.
На фиг. 96 показана вибрационная мельница инерционного
типа. Цилиндрический корпус 1 вращается на валу 3, снабжен-
ном дебалансом, который вызывает круговые колебательные
движения корпуса, загруженного мелющими телами 2 и измель-
чаемым материалом. Частота колебания соответствует числу обо-
ротов вала (1500—3000 об!мин) при амплитуде колебания не
Фиг. 96. Принципиальная схема вибрационной
машины.
превышающей 2—4 мм, В некоторых случаях корпус вибромель-
ницы получает колебательные движения от вибратора, имеющего
различную конструкцию. Корпус мельницы опирается на пружи-
ны 4 и деревянные подкладки, амортизирующие действие инер-
ционных сил и предотвращающие передачу вибраций на пол по-
мещения и электродвигатель 5, соединенный с валом эластичной
муфтой 6. В корпусе вибромельницы действуют в различных на-
правлениях ударные, сжимающие и срезывающие усилия пере-
менной величины. Интенсивное измельчение обеспечивается вы-
сокой частотой вибрации и большим количеством мелющих тел.
Высокая частота и разнообразный характер этих воздействий
создает усталостный режим разрушения размалываемого мате-
риала, что является главной особенностью процесса вибрацион-
ного измельчения и объясняет, почему работа вибромельницы
особенно эффективна при получении продуктов высокой дисперс-
ности. Однако ударный импульс каждого мелющего тела в ней
относительно невелик, поэтому при наличии в исходном материа-
ле крупных частиц производительность мельницы резко падает.
Технические характеристики вибрационных мельниц приведе-
ны в табл. 35.
Типы вибромельниц отличаются друг от друга конструкциями
вибратора (на 1500 и 3000 колебаний в минуту), корпуса (конст-
рукцией и расположением разгрузочных люков, гуммированной
или негуммированной внутренней поверхностью) и устройством
упругой опоры. При размоле абразивных материалов торцовые
стенки и внутренняя поверхность мельниц футеруются сменными
138
щитками или наплавляются твердым сплавом, а в случае интен-
сивного размола снабжаются охлаждающим устройством.
Таблица 35
Технические характеристики вибрационных мельниц
Характеристика Единица измерения Типы мельниц
со о М-50-3 М-200-1,5 М-200-3 М-400-1,5 со О О i М-1000-1,5
Объем корпуса Частота колебаний .... Амплитуда колебаний . . Момент вибратора .... Масса мелющих стальных шаров или роликов . . . Масса фарфоровых шаров . Мощность электродвигате- ля при сухом помоле стальными мелющими те- лами Общая масса вибромельни- цы с электродвигателем без мелющих тел . . . Вес колеблющейся массы без мелющих тел и ма- териалов Количество пружин упру- гой опоры Габаритные размеры: ширина длина высота дм3 кол/мин мм кг/см кг » кет кг » шт мм 10 3000 3 13 36 11 4,5 185 37 8 450 1070 770 50 3000 4 34 185 60 1,4 650 95 16 825 1570 1010 200 1500 3 140—175 740 240 14 700 340 4 980 1980 1360 200 3000 2 65—-70 740 240 20 720 360 4 1240 1980 1360 400 1500 4 244 1480 480 32 1350 500 8 1240 2570 1590 400 3000 2,2 126 1480 480 50 1750 550 8 1240 3780 1590 1000 1500 3 560 3700 1200 70 2900 1090 12 1370 4100 1170
Корпус вибрационной мельницы на 75—85% заполняется ме-
лющими телами. Объем измельчаемого материала не должен
превышать объема пространства между шарами. Сухой размол
обычно эффективен в начальной стадии тонкого измельчения (до
размера частиц не менее 5—10 мк) \ более высокая дисперсность
достигается при мокром размоле.
Вибромельницы могут быть использованы при периодической
и непрерывной работе, без классификатора и с классификатором,
при сухом и при мокром размоле.
Выгрузка материала из вибромельницы производится через
разгрузочный люк с решеткой, задерживающей мелющие тела,
или продувкой воздухом (из вентилятора через циклон)
Схема использования вибромельницы в замкнутом цикле
с классификатором показана на фиг. 97. Измельчаемый материал
непрерывно отбирается из зоны измельчения и разделяется в
классификаторе на тонкие и грубые фракции.
139
Фиг. 97. Схема работы вибромель-
ницы с нижней выгрузкой в замк-
нутом цикле с классификатором:
1 — бункер; 2 — дозатор; 3 — вибро-
мельница; 4 —* классификатор; 5 — цик-
лон; 6 — вентилятор; 7 — дроссельная
заслонка; 8 — подсос воздуха.
Шаровые мельницы представляют собой металлический ба-
рабан, заполненный частично дробящими телами — шарами или
стержнями. При вращении барабана дробящие тела увлекаются
трением о его стенки в направлении вращения до тех пор, пока
угол подъема не превысит угол естественного откоса, а затем сво-
бодно падают или перекатываются, измельчая материал удара-
ми и истиранием.
В зависимости от формы барабана и отношения его длины
к диаметру различают шаровые мельницы с L:Z)=l,5-r-2
трубные — L-.D = Зч-б и цилин-
дро-конические.
Шаровые и стержневые мель-
ницы применяются в США не
только как размольное оборудо-
вание, но и как смесительное.
Кроме обычной шаровой мель-
ницы (глухой с периодической
загрузкой и разгрузкой), часто
применяются непрерывно дейст-
вующие мельницы.
Шаровые мельницы с цен-
тральной загрузкой представляют
собой стальной барабан, на обоих
концах которого укреплены тор-
цовые крышки с пустотелыми
цапфами, посредством которых
барабан опирается на коренные
подшипники. Изнутри барабан
облицован футеровочными пли-
тами, имеющими ступенчатую или
волнистую поверхность для под-
нятия шаров на большую высоту.
При мокром размоле материал
загружается с помощью специального питателя в мельницу че-
рез одну из цапф и, по мере заполнения объема барабана до
уровня второй полой цапфы, удаляется через последнюю. В слу-
чае сухого размола измельчаемый материал разгружается через
цапфу самотеком или отсасывается вентилятором.
В табл. 36 даны основные характеристики шаровых мельниц
с центральной загрузкой.
Шаровые мельницы с диафрагмой (фиг. 98) имеют короткий
цилиндрический барабан с литыми торцовыми крышками, вра-
щающимися на полых цапфах. Возле разгрузочной цапфы уста-
новлена решетчатая диафрагма с радиальными сплошными реб-
рами, разделяющими пространство между диафрагмой и торцо-
вой крышкой на секторные камеры.
Материал, измельченный до частиц такой крупности, которая
соответствует размеру ячеек диафрагмы, проходит через послед-
140
нюю, поднимается радиальными ребрами до уровня разгрузоч-
ной цапфы и удаляется из мельницы.
В мельницах подобной конструкции степень переизмельчения
материала меньше, чем в мельницах с центральной разгрузкой,
производительность их относительно выше. Они применяются
только при мокром размоле.
Стержневые мельницы. В отечественной промышленности су-
ществует два типа стержневых мельниц — с центральной загруз-
кой и с открытым концом.
Конструкция мельниц подоб-
на шаровым мельницам с
центральнойзагрузкой. Толь-
ко загрузочная горловина
имеет незначительно боль-
ший диаметр. Следует от-
метить, что эта конструктив-
ная особенность не имеет
значения при применении
стержневой мельницы в по-
рошковой металлургии. Что-
бы избежать поломки и из-
гиба стержней (диаметр
40—100 мм) скорость вра-
щения их принимается равной
шом числе оборотов барабана
Фиг. 98 Мельница с диафрагмой.
п = (0,5-r-0,6)nKpttm. При неболь-
(12—30 об/мин) стержни не па-
дают, а перекатываются в нем, в результате чего не происходит
переизмельчения материала. Поэтому такие мельницы дают бо-
лее равномерный размалываемый материал.
Таблица 36
Основные характеристики мельниц с центральной разгрузкой
Типы мельниц Основные раз- меры бараба- на в мм Наименьший рабочий объем, в м3 Основные раз- меры комби- нированного питателя в мм Длина без привода (от торца входного отверстия питателя до торца выходного патрубка рабочей разгрузки) в мм Число оборотов бара- бана в мин Наи- боль- шая устано- вочная мощ- ность элект- родви- гателя в кет Ориентиро- вочная масса в кг
Внут- ренний Диа- метр (без футе- ровки) D Длина L Макси- маль- ный радиус черпа- ния R Диа- метр вход- ного отвер- стия мель- ницы без элект- рообо- РУДО- вания и шаров шаров при запол- н ении объема
ШЦ-1 900 1800 0,9 900 300 3500 40 28 7000 1900
ШЦ-2 1200 2400 2,2 1150 400 5000 35 48 16000 4900
ШЦ-3 1500 3000 4,5 1400 400 5500 30 95 20000 9700
ШЦ-4 2100 3000 9,0 1500 400 6500 24 220 46500 22000
141
Во избежание распыления порошка и разбрызгивания пульпы
при размоле в жидкой среде и для удержания стержней внутри
мельнипы разгрузочный конец закрывают конической крышкой,
шарнирно укрепленной на отдельной стойке. Пульпа или поро-
шок загружаются через кольцевой зазор между сливным растру-
бом и крышкой. Конструкция загрузочного кольца такая же, как
и в мельницах с центральной загрузкой.
Для бесшарового измельчения материалов применяются
мельницы с коротким барабаном большого диаметра, на внут-
ренней поверхности которых (вдоль образующих) укреплены
двухтавровые балки или рельсы. Последние поднимают разма-
лываемый материал, который при падении вниз разбивается и,
ударяясь о полки, одновременно размалывает находящийся вни-
зу материал. Такого типа мельницы (аэрофол) достаточно на-
дежно работают в горнорудной промышленности в замкнутом
цикле с воздушным сепаратором, а в порошковой металлургии
они, по-видимому, могут быть использованы при дроблении губки
железного порошка.
Новая конструкция шаровой вертикальной центробежной
мельницы предложена Нефтяным институтом им. Губкина. Из-
мельчение происходит путем раздавливания или истирания ма-
териалов дробящими телами (шарами), прижимаемыми центро-
бежными силами к внутренней поверхности вертикального бара-
бана. Испытания центробежных лабораторных мельниц показали,
что производительность их в несколько десятков раз больше про-
изводительности шаровой мельницы такого же объема, при этом
удельный расход электроэнергии уменьшается в 1,5 раза.
Коллоидные мельницы служат для получения материала с
размером частиц, измеряемым единицами микрон. Дробящим те-
лам сообщается большая скорость (до 150 м!сек). Измельчение
ведется обычно в водной среде.
Наибольшее распространение получила коллоидная мельница
с вращающимся ротором, состоящим из семи жестко закреплен-
ных звездочек, зубцы которых проходят между зубцами гребен-
ки, укрепленной в корпусе мельницы.
Материал подается в мельницу вместе с водой центробежным
насосом, затем подвергается измельчающему действию бил,
вращающихся со скоростью 4000—9000 об!мин, и выходит через
разгрузочный патрубок. Суспензия, выходящая из камеры, про-
ходит через спиральный холодильник, а затем возвращается
в мельницу. Обычно измельчение ведется в течение нескольких
часов. Часто в химической промышленности для сверхтонкого
помола применяются струйно-вибрационные мельницы. [73], в ко-
торых энергия, необходимая для измельчения частиц материала,
сообщается струей перегретого пара и сжатого воздуха, которые
подаются со звуковой, а иногда сверхзвуковой скоростью.
Недостатком коллоидной и струйно-вибрационной мельниц
является высокий раеход электроэнергии.
142
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА РАСПЫЛЕНИЕМ
Одним из методов получения порошков является распыление
и грануляция расплавленных металлов или сплавов. Физико-хи-
мические основы и оборудование для этого метода достаточно
хорошо освещены в литературе. Однако порошки, полученные
указанным методом, требуют дополнительного отжига. В Совет-
ском Союзе уделяется большое внимание созданию полупро-
мышленных и промышленных установок для получения порош-
Фиг. 99. Установка для получе-
ния порошка распылением.
0930
ков распылением.
На фиг. 99 показана опытная
установка для распыления. Она
состоит из корпуса 1 с крышкой
2. К нижней плоскости крышки
прикреплен экран 3 с кольцевой
трубой, защищающей вытяжную
трубу 4 от попадания в нее по-
рошка. Через радиально распо-
ложенные отверстия в кольцевой
трубе поступает вода, омываю-
щая внутреннюю поверхность
экрана. С помощью форсунки 5
с патрубком подается воздух,
давление которого контролирует-
ся манометром 6. Над форсункой
расположен металлоприемник 7 с
подставкой. Процесс распыления
контролируется через глазок 8.
Перед началом распыления на
дно корпуса устанавливается
бак, а корпус установки заполня-
ется водой. Расплавленный ме-
талл заливается в металлоприем-
ник 7, предварительно разогре-
тый до температуры 1123—1173° К. В форсунку подается сжа-
тый воздух, а в кольцевую трубу — вода. Струя металла, выте-
кающая из металлоприемника, встречается со струей воздуха
и разбивается на мелкие частицы. Основным узлом установки
является форсунка, в которую в тангенциальном направлении
подается сжатый воздух.
Установка снабжена пористым экраном из нержавеющей ста-
ли. Поступающая через поры экрана вода образует сплошную
водяную «рубашку», которая предотвращает налипание частиц
порошка на поверхностях форсунки и экрана. Сливные трубы
изготовляют из окиси алюминия или карборунда и устанавлива-
ют в металлический чехол. Трубки из окиси алюминия надежно
работают при температуре истечения металла до 1883° К.
143
На данной установке были получены порошки железа, меди,
медно-никелевого сплава, сталей 1Х17НГ и 1Х18Н9Т. Размеры
получаемых частиц порошка зависят от скорости воздуха, вяз-
кости и поверхностного натяжения металла [108].
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПОРОШКОВ
Для транспортирования порошков могут быть рекомендованы
ленточные, винтовые, вибрационные транспортеры, транспортные
желоба и установки пневмотранспорта. Последние три типа уста-
новок предпочтительнее, так как они обеспечивают гигиенические
условия труда в производственных помещениях за счет неболь-
шого пылевыделения.
Загрузка
Фиг, 100. СхеМа уравновешенного вибрационного транспортера:
1, 2 — трубы; 3 — рычаги-качалки; 4 — пружины; 5 — стойка; 6 — эксцен-
трик; 7 — шатун.
Вибрационные транспортеры. В вибрационной трубе или же-
лобе транспортируемому материалу сообщается с помощью
электромагнитных или механических приводов возвратно-посту-
пательное движение высокой частоты с небольшой амплитудой
вибрации [73]. Предпочтение отдается транспортерам с механи-
ческим приводом, в которых вибрация обеспечивается при помо-
щи кривошипов, эксцентриков или неуравновешенных масс.
Конструкция уравновешенного двухтрубного вибрационного
транспортера показана на фиг. 100. Трубы соединены рычагами-
качалками 3 и плоскими пружинами 4, Привод транспортера
состоит из эксцентрика 6 и шатуна 7. Движение труб производит-
ся попеременно, когда верхняя труба движется вперед, нижняя
отклоняется назад. При движении трубы вперед материал дви-
жется вместе с ней, а при движении назад — остается неподвиж-
ным; в этом случае труба как бы уходит из-под материала.
К достоинствам таких установок следует отнести их компакт-
ность, а к недостаткам — большой расход электроэнергии и быст*
рый износ.
Особенно тщательно должна быть рассчитана частота вибра-
ции, так как в противном случае частицы материала не смогут
перемещаться.
144
Пневматический транспортный желоб (фиг. 101) [73] состоит
из двух частей, разделенных пористой плитой 5, по которой пере-
мещается материал. В пространство под плитой подается сжа-
тый воздух, который проходит через плиту и способствует жид-
котекучести материала. Наклон желоба не превышает 3°, отра-
ботанный воздух выходит в атмосферу через матерчатые
фильтры.
Пневматический транспорт. Существует три типа установок
пневматического транспорта: всасывающий, нагнетающий и сме-
шанный. Расчеты этих установок следует проводить с учетом
имеющихся опытных данных, так как сущность процессов пере-
мещения материалов еще недостаточно хорошо изучена.
На фиг. 102 изображен пневмовинтовой насос для транспор-
тирования пыли, который может быть использован и для транс-
портирования порошков. Он состоит из загрузочного корпуса 1
с запорным шибером 2, шнека 3, выгрузочной камеры 4 с трубо-
проводом 5 для сжатого воздуха и конического переходного пат-
рубка 6, присоединяемого к транспортному трубопроводу.
Приводной мотор соединяется с валом шнека с помощью
эластичной муфты 7. В корпусе насоса вращается шнек со ско-
ростью 1960 об!мин, с помощью которого материал подается к
выпускной камере, а затем сжатым воздухом транспортируется
по трубопроводу к месту выгрузки. С помощью заслонки регу-
лируется количество поступающего материала. Кроме того она
препятствует выходу сжатого воздуха через шнек после прекра-
щения подачи материала. Сжатый воздух поступает через сопла
9, расположенные в нижней части корпуса, и регулируется воз-
душным вентилем. Загрузка материала производится из бункера
10 с коническим дном. В загрузочном бункере установлен запор-
вый шибер 2, регулирующий подачу материала [75].
Техническая характеристика пневмо винтового насоса
Расчетная производительность в т/ч........................ 10
Мощность приводного насоса в кет........................... 5
Число оборотов в мин.....................................1000
Диаметр шнека в мм........................................ ПО
Диаметр транспортирующей трубы в мм........................ 100
Максимальное расстояние подачи материала в м............... 150
Максимальная высота подъема материала в м................ 30
Расход воздуха в м3........................................ 300
Давление подаваемого воздуха в ат.......................2,5—3
Габаритные размеры в мм:
длина.................................................2182
ширина................................................. 410
высота ................................................ 440
Масса насоса без рамы в кг................................. 272
При транспортировании порошков могут быть использованы
всасывающие (С-347, С-559, С-362Б) и нагнетающие (С-606Б
и С-653Н) разгрузчики. Однако установки пневмотранспорта
10 4-117 445
\оюо\
Фиг. 102. Общий вид пневматического насоса:
1 от загрузочный корпус; 2 —запорный шибер; <3—шнек; 4 — выгрузочная камера; 5 — трубопровод сжатого воздуха; б — конический переход*
ной патрубок; 7 — эластичная муфта; 8 — крышка; 9 — сопло; 10 — бункерЛ
следует использовать для транспортирования смесей с достаточ-
ной осторожностью, так как последние могут расслаиваться. При
расчете пневмотранспорта порошков можно рекомендовать мо-
нографию [71].
СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Смешение является одной из основных операций подготови-
тельного цикла, от которой зависит однородность смеси и, в
конечнохм итоге, физико-механические свойства металлокерами-
ческих изделий, прочность, твердость, пластичность, электропро-
водность. Смешение обычно осуществляется двумя методами:
механическим и химическим. Химический метод смешения заклю-
чается в осаждении из растворов на поверхности частиц метал-
лов-добавок. Несмотря на более равномерное распределение ком-
понентов, химический метод не нашел широкого применения
в промышленности. Основным требованием, предъявляемым к
смесительному оборудованию, является высокое качество сме-
шения, т. е. равномерное распределение компонентов смеси по
всему объему. Совершенным или полным будет такое смешение,
при котором взятые в любом месте смесителя пробы будут оди-
накового состава.
Применяемые типы смесителей следует классифицировать на
периодические и непрерывные. Существует несколько конструк-
ций смесителей периодического действия. Это, прежде всего, ко-
нусные, смесители со смещенной осью, затем шнековые и центро-
бежные. В первых двух типах роль перемешивающего органа
выполняет сама емкость. К этой же группе смесителей относятся
шаровые, стержневые и вибрационные мельницы, которые выпол-
няют дополнительные функции размалывающего агрегата. Сме-
сители периодического действия имеют следующие недостатки:
высокий удельный расход электроэнергии, относительно длитель-
ный технологический цикл перемешивания и высокую металло-
емкость оборудования на 1 т перемешиваемой смеси.
К смесителям непрерывного действия относятся вибрацион-
ные центробежные (прямоточные и каскадные) и др. Специфи-
ческой особенностью смесителей указанного типа является,
обычно, непрерывная смена зон перемешивания. Загрузка и вы-
грузка материалов может производиться непрерывно, что создает
предпосылку к использованию таких смесителей для создания
автоматических линий. Однако при выборе смесительного обору-
дования следует учитывать, что интенсификация этого процесса
связана с возрастанием стоимости машин, капитальных затрат
и с увеличением износа отдельных деталей. Поэтому выбор того
или иного типа смесителя должен оправдываться экономически.
Широкое применение для укрупнения порошков и для сме-
шения одно-, двух- и трехкомпонентных смесей нашли конусные
смесители и смесители со смещенной осью с рабочей емкостью
100—500 л. Смеситель со смещенной осью вращения представ-
10* ш
Фиг. 103. Смеситель со смещенной осью.
Фиг. 104. Двухконусный смеситель:
/ — конус; 2 — вал; 3 — стойка; 4 — редуктор;
5 — крышка люка; 6 — выгрузочный бункер;
7 — тележка.
148
ляет собой барабан или куб (фиг. 103). Конусные смесители
(фиг. 104) имеют форму двух усеченных конусов, сложенных
большими основаниями. Оба типа смесителей приводятся в дви-
жение от электромотора через редуктор, причем скорость движе-
ния барабанов обычно не превышает 40—50 об/мин-, перемеши-
вание смесей достигается встряхиванием шихты при вращении
смесителей. Качество смешения в такого типа смесителях зависит
от числа оборотов барабана и от количества загружаемой смеси,
которое обычно не превышает 7з его емкости. В отечественной
практике, чтобы избежать расслоения шихты и улучшить ее жид-
котекучесть при прессовании добавляют стеарат цинка или алю-
миния, а иногда 1—3% масла
или бензина.
В США фирма Адамс Кар-
бид Корпорейшен для получе-
ния шихты из вольфрама и
сажи применяет Y-образный
смеситель; для интенсифика-
ции процесса перемешивания и
предотвращения налипания по-
рошка к стенкам смесителя по-
следний снабжен молоточками.
Смеситель (фиг. 105) состоит
из трех металлических труб
диаметром 250—300 мм, сва-
Фиг. 105. Y-образный смеситель.
ренных в форме буквы Y и снабженных съемными крышками.
К двум рукавам смесителя крепится вал, вращающий смеситель
со скоростью 60 об/мин. Порошок смешивается при пересыпа-
нии, которое дополняется разделением и соединением массы
при вращении смесителя. Загрузка и выгрузка смеси произво-
дится вручную.
В твердосплавной промышленности для укрупнения партии
и приготовления смеси для карбидизации применяются шнеко-
вые смесители емкостью 175 л. Вращение шнека и барабана осу-
ществляется от индивидуальных электромоторов с помощью кли-
ноременных передач; последние вращают шнек и барабан в про-
тивоположные стороны. Загрузка и выгрузка смесителя произво-
дится вручную.
К лопастным смесителям может быть отнесен барабанный
смеситель с рабочей емкостью барабана 900 л (фиг. 106). Он
представляет собой барабан 1 с двумя бандажами 2, который
вращается на роликах 4\ для лучшего смешения материала на
внутренней поверхности барабана укреплены косые спиральные
перегородки 3. Загрузка и выгрузка материала производится при
помощи шнека 5, который при загрузке вращается в одном, а при
выгрузке — в противоположном направлении. Направление вра-
щения шнека регулируется с помощью ручного приспособления.
Скорость вращения барабана равна 6—8 об/мин.
149
При больших масштабах производства в качестве смеситель-
ного оборудования для укрупнения порошков могут быть исполь-
зованы одноконусные шнековые смесители (фиг. 107) с полезной
емкостью 2,0 ж3. Загрузка и выгрузка смесителя обеспечивается
с помощью малого шнека. В табл. 37 приведены технические
характеристики конусных, со смещенной осью и шнековых сме-
сителей.
Фиг. 107. Смеситель емкостью 4000 л.
Вибрационные смесители. Для смешения сухих и ограничен-
ной влажности смесей Институтом новых строительных материа-
лов (ВНИИНСМ) разработано несколько типоразмеров смеси-
телей периодического и непрерывного действия, которые могут
150
Таблица 37
Техническая характеристика конусных, со смещенной осью
и шнековых смесителей
Хара ктер исти ка Едини- ца изме- рения Смесители
конусные шнековые со сме- щенной осью
1 2 3 Барабан- ные Конус- ный
Геометрическая емкость Рабочая емкость (полезная) . . . Число оборотов барабана .... Число оборотов смешивающего шнека Мощность электродвигателя . . . Габаритные размеры: Длина ширина высота Л3 » об/мин ъ кет мм » » 0,1 35 1,5 1250 1110 1450 0,9 0,4 8 1,7 4 2 14 2,8 0,175 30 20 1,7 1665 1390 1310 0,9 0,4 8 72 2,8 2400 1600 1886 4,0 2,0 14 15,5 2,8 4170 2160 2380 100 0,1 60 1,5 2500 1000 1500
быть рекомендованы при больших объемах производства на
предприятиях порошковой металлургии. Перемешивание мате-
риалов осуществляется двумя лопастными валами, вращающи-
мися в противоположные стороны и за счет вибрации установки
(фиг. 108).
Корпус смесителя 7 со щеками 2 и противовесом 3, установ-
ленный на пружинах 5, представляет собой жесткую конструк-
цию, вибрационные колебания которой осуществляются за счет
дебалансного вибратора 4
Исходные компоненты

Фиг. 108. Схема двухвального вибрационного смесителя ВНИИНСМ.
Вращение лопастных валов 6 и вала вибратора осуществ-
ляется обычно от одного электродвигателя через редуктор с по-
мощью гибких элементов — дюритовых шлангов или винтовых
пружин.
Вибрация обеспечивает равномерное перемешивание смеси.
Смешение материала обеспечивается за счет его интенсивной
циркуляции вокруг внутренней трубы.
151
В табл. 38 даны технические характеристики некоторых виб-
росмесителей.
Таблица 38
Техническая характеристика вибросмесителей [65]
Характеристика Единица измере- ния вниинсм Двухвальные С реак- тивным скребком ВНИИСтрой- дормаш Рижское СКВ
Частота колебаний Амплитуда колебаний Дебалансовый момент вибратора . Корпус: диаметр длина объем Лопастные валы: диаметр длина ..... число оборотов Количество электродвигателей . . Общая мощность электродвигателя Общая масса смесителя Габаритные размеры: длина ширина высота Расчетная производительность . . кол/мин ММ кг-см мм м дм3 мм м об/мин шт. кет т м » » т 950, 950, 144 1— 3 40—100 210 1,0 33 150 1,0 65, 90, 130 1 4,5 0,9 2,1 1,1 1,1 1,1 1300, 0, 1900 1—3 90—195 280 1,5 2x100 200 1,5 50, 100, 150 2 9,0 1,6 2,5 1,5 0,9 0,9 1440 5 375 350 1,5 150 1 28 1,4 2,6 1,9 2,9 2,9 610 8 430 3,0 400 1 14 1,1 3,3 1,5 0,9 0,9 2200 4 976 600 2,5 1000 2 56 4,0 4,1 1,4 1,6 1,6
Циркуляционные смесители применяются в производстве
пластических масс [73] и могут быть использованы в порошковой
металлургии. Смешение компонентов достигается за счет аэра-
ции воздуха и перемещения материала между ротором, вращаю-
щимся с большой скоростью (40—60 м!сек), и подвижным ста-
тором. Дополнительный нагрев смешиваемого материала осуще-
ствляется через стенку корпуса, снабженную водяной или масля-
ной рубашкой.
Центробежные смесители. На фиг. 109 показан центробежный
смеситель периодического действия [101]. Он состоит из корпу-
са 6, внутри которого вращается на вертикальной оси открытый
полый конус 2, обращенный большим основанием кверху. Под
действием центробежной силы материал поднимается по внут-
ренней поверхности конуса. Скорость частиц увеличивается по
мере приближения их к верхнему краю конуса, вследствие рас-
ширения потока движущихся частиц и отрыва их друг от друга.
Образующийся при этом параболоид вращения постоянно разру-
шается ножами 4 и 9. Благодаря этому, траектории движения
различных компонентов перекрещиваются, что благоприятствует
условиям их смешения. Пересыпающийся через верхний край
152
конуса материал образует взвешенный слой, который благодаря
трению о наружную поверхность конуса, стремится вращаться
вместе с ним. Лопастями 5 и 1 создаются дополнительные завих-
рения, способствующие ускорению перемешивания. Осажденный
материал вновь засасывается вращающимся конусом через окна,
расположенные внизу, при этом обеспечивается многократное
перемешивание материала. Скребок 3 препятствует образованию
мертвых зон у основания смесителя. Смеситель загружается че-
рез люк, выгрузку производят с помощью штуцера. Вертикаль-
ный вал 10 приводится в движение электродвигателем 8. Смеси-
тель снабжен свободно-вращающимися лопастями 7. Рабочая
емкость смесителя равна 120 л, скорость вращения конуса
400 об/мин, лопастей— 10—15 об/мин] продолжительность сме-
шения 15—20 мин. Производительность такого смесителя 100—
150 кг/ч.
Фиг. 109. Центробежный смеситель ботку проходящего пото-
типа МИХМ. ка сырья:
/ — объемный питатель; 2 —
л , , у, распределительный конус;
А. М. Ластовцевым предложены две 3 — кольцевая трубка с рас-
схемы центробежных смесителей непре- по?окелЬматериал"ГаМ5-л7-
рЫВНОГО действия — каскадная И прямо- пастная^мешалка; 6- исход-
точная. В каскадном центробежном сме- увлажненный компоненты,
сителе смешение шихты происходит меж-
ду вращающимися и неподвижными ко-
нусами. В прямоточном смесителе неподвижные конусы являют-
ся направляющими.
Большой интерес представляет смешение путем аэрирования
порошков. Первые работы по этому вопросу уже нашли отраже-
ние при создании смесителей (фиг. ПО), в которых процесс
смешения сыпучих материалов осуществляется механиче-
ским перемешиванием с участием процессов типа «кипящего
слоя».
153
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ И СУШКИ
В зарубежной практике для сушки твердосплавных смесей
после мокрого размола применяются вакуумные сушила. При
малых объемах производства это обычно небольшие мельничные
барабаны с мешалками, которые устанавливаются в паровую или
•2205-
Фиг. 111. Горизонтальный дистиллятор.
песчаную бани. В отечественной практике не применяется ваку-
умная сушка, так как после сушки в вакуумных сушилах смеси
нуждаются в дополнительном довосстановлении окислов в атмо-
сфере водорода.
На многих отечественных предприятиях применяются верти-
кальные и горизонтальные дистилляторы (фиг. 111). Корпус
дистиллятора и холодильника, вал с мешалкой изготовляют из
стали 1Х18Н9Т.
Загрузка пульпы в дистиллятор осуществляется самотеком
или с помощью сжатого воздуха.
Пульпа из шаровой мельницы через штуцер поступает в шнек-
испаритель, в котором осуществляется сушка смеси, обогревае-
154
Техническая характеристика дистиллятора
Емкость вл..........................................750
Емкость холодильника в л ........................... 90
Число оборотов шнека змеевика в об/мин.............. 50
Поверхность нагрева рубашки в м2..................1,4
Число оборотов шнека холодильника в об/мин .... 44
Поверхность нагрева змеевика в м2..................0,4
Поверхность охлаждения холодильника в м2........... 1
Масса в кг.........................................1373
мой горячей водой через паровую рубашку шнека, полый вал
и полые лопатки. Одновременно с нагревом смесь подвергается
постоянному перемешиванию. Испаряющийся спирт удаляется
через штуцер.
Смесь охлаждается холодной водой, поступающей в паровую
рубашку, вал и лопасти. После охлаждения смесь через разгру-
зочный люк поступает в холодильник, а затем на просев.
Для сушки смесей на заводе «Электроцинк» используют
обычные электрические шкафы или двухмуфельные электричес-
кие печи с нихромовыми нагревателями и металлической трубой.
Влажный шлам (водяной) загружается в лодочки и высушивает-
ся в атмосфере водорода при температуре 783—873° К.
При небольшом объеме производства для сушки после мокро-
го размола могут быть рекомендованы электрические шкафы или
вертикальные двухбарабанные дистилляторы емкостью 25 л;
вибрация последних обеспечивается с помощью гибкого вала
дебаланса и рессорных пружин, передающих вибрацию бара-
баном.
При большом объеме производства могут быть использованы
горизонтальные и вертикальные дистилляторы и проходные
муфельные печи.
Сушка спрессованных заготовок. В некоторых случаях при
прессовании изделий для повышения прочности и улучшения
прессуемости заготовок в смеси добавляют связующие вещест-
ва — растворы каучука и парафина в бензине, крахмальный клей-
стер. После прессования такие заготовки подвергают сушке для
удаления связующего растворителя — бензина, влаги.
При небольшом объеме производства обычно применяются
паровые или электрические шкафы, в которых сушка произво-
дится при температуре 363—368° К в течение 20—25 ч. В отдель-
ных случаях для ускорения процесса сушки используют высоко-
температурную сушку (442—443°К). Однако ее применение
ограничено из-за окисления поверхности изделий. Схема совре-
менной установки для непрерывной сушки металлокерамических
твердых сплавов изображена на фиг. 112 [45].
С помощью конвейера прессованные изделия перемещаются
по установке.
Камера сушки обогревается снизу нихромовыми нагревате-
лями, закрытыми чугунными плитами и засыпанными кораксом.
Для сушки используются ламповые генераторы инфракрасных
155
Фиг. 112. Сушильная установка с нагревом инфракрасными лучами:
/ — опорная рамд; 2 — цепной конвейер; 3 — привод конвейера; 4 — подовый нагреватель; 5 — дампы инфракрасного излучения;
6 — холодильник,
лучей (типа СЗ-1 на 200 и 500 вт), расположенные в шахмат-
ном порядке на своде сушила с расстоянием 190 мм между ося-
ми. Нагрев инфракрасными лучами позволяет в десятки раз уве-
личить тепловую напряженность поверхности по сравнению
с конвективной высокотемпературной сушкой и получить тепло-
вую напряженность нагреваемой поверхности, равную 1,5—
2 т!см2. Это обеспечивает сокращение удельного расхода элек-
троэнергии с 550 до 135 кет - ч на 1 т высушенных изделий. Уста-
новка снабжена приточной и вытяжной вентиляцией.
ПРЕССОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Для прессования металлокерамических изделий обычно ис-
пользуются гидравлические, механические и механико-гидравли-
ческие прессы.
Шприцевание, горячее прессование, прокатка порошков в лен-
ту, гидростатическое прессование осуществляются на прессах,
конструкции которых учитывают специфику перечисленных ме-
тодов прессования.
Прессы, применяемые в порошковой металлургии, классифи-
цируются по типу нагружения и степени автоматизации следую-
щим образом [94].
Прессование Оборудование
Одно- или двух- Гидравлические прессы:
стороннее Верхнего давления (не автоматизированные)
Нижнего давления
Кривошипные (неавтоматизированные)
Кривошипно-коленные (неавтоматизированные)
Кулачковые (неавтоматизированные)
Карусельные (автоматизированные)
Гидростатическое Установка для гидростатического прессования
Мундштучное Гидравлические вертикальные и горизонтальные прессы
Горячее Механические, винтовые, рычажные гидравлические
прессы
Прокатка порош- Прокатные станы с горизонтальными валками для хо-
ка в ленту лодной прокатки
Прокатные станы для одновременной прокатки и спе-
кания
Прокатные станы для прокатки в вакууме или защит-
ной атмосфере
В связи с недостатком специализированного прессового обо-
рудования для прессования часто применяют таблитировочные
машины, используемые в фармацевтической промышленности
и прессы для пластмасс.
Такое оборудование имеет много недостатков и ограничивает
возможности изготовления целого ряда изделий, особенно из
железных порошков. Применяемые в порошковой металлургии
прессы должны прежде всего отвечать следующим требова-
ниям [16]:
1. Обеспечивать достаточное давление в необходимом на-
правлении.
157
2. Обеспечивать возможность регулирования хода и скоро-
стей прессования и выталкивания.
3. Создавать возможность регулирования процесса заполне-
ния прессформы порошком.
4. Обеспечивать независимость и синхронизацию движений
инструмента.
5. Обеспечивать возможность регулирования рабочих ходон
2 1
Фиг. ИЗ. Схема криво-
шипного пресса:
/ — главный кривошип; 2 —
вспомогательные кривошипы;
3 — прессовая головка; 4 —
отжимные пуансоны; 5 —
матрица; 6 — нижний пуан-
сон..
силовых передач.
6. Конструкция их должна быть
жесткой и обеспечивать необходимую
точность размеров получаемых из-
делий.
7. Обладать износостойкостью про-
тив абразивного износа движущихся
частей машины.
8. Должны быть обеспечены просто-
та системы смазки и удобное располо-
жение механизмов управления и ре-
гулирования.
Для холодного прессования в Со-
ветском Союзе применяются гидрав-
лические, механо-гидравлические, ме-
ханические прессы и ротационные ма-
шины. При выборе типа пресса для
прессования какой-либо детали сле-
дует руководствоваться, прежде все-
го, экономическими соображениями
с учетом объема производства.
Механические прессы. Широкое при-
менение в порошковой металлургии
нашли механические прессы с различ-
ными конструкциями привода и, в пер-
вую очередь, кривошипно-коленные,
кривошипно-кулачковые, рычажные, эксцентриковые, фрик-
ционные прессы-автоматы. Схема кривошипного пресса приве-
дена на фиг. 113. Рабочее давление осуществляется пуансоном,
связанным непосредственно с кривошипом. Кроме того имеются
два боковых пуансона, которые после окончания процесса прес-
сования давят на корпус прессформы, поддерживаемый пружи-
нами, опускают его, выталкивания заготовки. Максимальная
производительность такого пресса достигает 40—50 изделий
в 1 мин. Усилие прессования не превышает 120 т.
Отечественная промышленность выпускает специализирован-
ные механические прессы-автоматы с верхним кривошипно-ко-
ленным приводом (усилие прессования 2,5—60 кн производи-
тельностью 5—20 изделий в 1 мин). Эти прессы оборудованы
кассето-питателем, выталкивателем и стационарным бункером
для заполнения прессформы. Основное назначение этого прес*
153
са— прессование твердосплавных изделий и сравнительно про-
стых изделий из железного порошка. Технические характеристи-
ки прессов приведены в табл. 39.
Таблица 39
Прессы с верхним приводом для изготовления изделий из порошков
Характеристика Единица измерения КО-38 ко-зо КО-32 КО-34 КО-35
Усилие прессования КН 24 62 157 392 620
Число ходов ход/мин 18 10—20 10—20 8 5-15
Ход ползуна мм 80 70 140 174— —200 220
Усилие выталкивания .... кн — 30 — 80 200
Ход выталкивателя мм 12—55 43 34 80 10—130
Регулирование длины шатуна Расстояние от стола до ползу- на в его верхнем положении при наименьшей длине ша- » 5 30 30 80
туна » 255 70 ПО — —
Размеры шатуна Расстояние от стола до ползу- » 150х Х70 070 485 X Х185 090 840 X Х220
на в его нижнем положении в — — — 33—51 250
Диаметр отверстия в столе . . » — 80 120 120 —
Мощность двигателя Габариты: кет 1,7 1 1,7 2,8 10
длина мм 1870 982 1535 1230 1315
ширина в 645 965 1252 1430 1810
высота » 1665 2675 2525 3200 2670
Масса кг 1075 1405 1867 3000 7250
Применение таких прессов для прессования изделий из же-
лезных порошков ограничивается отсутствием двухстороннего
прессования, приспособлений для крепления центрального стерж-
ня и незначительным усилием выталкивателя (—5% от номи-
нального усилия прессования). Перечисленные недостатки в зна-
чительной степени ограничивают возможность их применения
или требуют большой переделки узлов прессующих блоков.
Кривошипно-коленные прессы (фиг. 114) отличаются от
кривошипных передачей движения кривошипа на коленчатую-
систему рычагов, при этом следует учесть, что в кривошипных
прессах разгрузка осуществляется за счет давления на прессуе-
мое изделие, это позволяет облегчить их конструкцию.
Сдвоенный пресс-автомат [57] представляет собой два соеди-
ненных вместе кривошипных пресса, работающих от одного при-
вода, со смещением циклов на 180°, с регулируемым усилием
прессования 5—35 кн. Он обеспечивает прессование изделий
с площадью прессования 5 см2 и высотой 0,3—18 мм. Пресс со-
стоит из станины относительно небольших размеров (900X800X
Х1500 мм), на передней стенке которой размещен цульт управ-
159
ления прессом и два окна-лаза для доступа к прессформам.
Внутри станины установлены шкаф с электрооборудованием
и два электродвигателя (один главного привода пресса, а другой
привода вибратора). Пресс не требует фундамента, масса его
равна 500 кг, мощность привода и вибратора 2,9 кет.
Преимуществом пресса является наличие типовых блоков-
ппессформ, в которых закрепляются сменные инструменты.
Фиг. 114. Схема криво-
шипно-коленного прес-
са:
/, 2 — кривошипно-коленча-
тое устройство; 3 — головка
пресса; 4 — верхний пуансон;
5 — матрица; 6 — выталкива-
тель; 7 — стол пресса; 8 —
кулачок выталкивателя.
Фиг. 115. Схема эксцен-
трикового кулачкового
пресса:
1 — рама пресса; 2 — вал
привода; 3 — кулачок; 4 —
прессовый ролик; 5 — прес-
совая головка; 6 — верхний
пуансон; 7 — матрица; 8 —
выталкиватель; 9 — стол
Пресса-
Работа эксцентрико-кулачковых прессов (фиг. 115) основана
на принципе нажатия по подвижную поперечину вращающимся
эксцентриковым кулачком.
Преимуществом такого типа прессов является более дли-
тельный период нагружения порошка при прессовании за счет
увеличения угла поворота рабочего хода кривошипа на 180°,
а эксцентрико-кулачкового на ~200°; это позволяет увеличить
время выдержки заготовки под давлением и осуществить уско-
ренное обратное движение пуансона.
Кинематическая схема кривошипно-эксцентрикового пресса-
автомата усилием до 117,7 кн для таблетирования пластических
масс показана на фиг. 116. Загрузка порошка в прессформу 17
160
производится из бункера 12 питателем 13, движение которого
обеспечивается профильным кулачком, системой тяг и роликом
1b, дозировка порошка — нижним пуансоном.
Резьбовая гайка служит для регулирования нижнего пуансо-
на, т. е. для изменения дозировки. Подъем нижнего пуансона
осуществляется профильным кулачком 10 через ролик, тягу
Фиг. 116. Кинематическая схема кри-
вошипно-эксцентрикового пресса уси-
лием 120 кн:
1 — клино-ременный шкив; 2 — фрикцион-
ная муфта; 3—6 — цилиндрические зубча-
тые колеса; 7 — коленчатый вал; 8 — экс-
центриковый диск; 9 — червяк; 10 — про-
фильный кулачок; 11 — ползун; 12 — бун-
кер; 13 — питатель; 14 — направляющая
резьбовой штанги; 15 — шатун; 16 — вытал-
киватель; 17 — прессформа; 18 — пуансон;
19 —> система тяг и роликов.
Фиг. 117. Автоматический пресс
для прессования тонкостенных
бронзо-графитовых подшипников.
Опускание выталкивающего
механизма происходит под дей-
ствием собственной массы.
Порошок уплотняется кри-
вошипно-шатунным механиз-
мом, состоящим из коленчато-
го вала 7, шатуна 15 и ползуна 11 с укрепленным на нем пуан-
соном 18. Степень уплотнения порошка регулируется эксцентри-
ситетом кривошипно-шатунного механизма с помощью диска 8.
После выпрессовки изделия из матрицы питатель 13 сталкивает
спрессованную заготовку. Мощность электродвигателя пресса
2,5—3 кет, производительность 50 рабочих ходов в минуту.
Для прессования тонкостенных бронзо-графитовых подшип-
ников применяются автоматические прессы [100] усилием 100 кн
(фиг. 117).
11 4-11?
161
Прессование изделий обеспечивается нижним пуансоном, что
сокращает путь выталкивания спресованных изделий. Верхний
пуансон запирает в процессе прессования рабочее отверстие
матрицы и, кроме того, в момент окончания прессования под-
прессовывает верхний конец подшипника.
Станина пресса сварная изготовляется из двутавровых ба-
лок. Основной кулачковый вал 1 расположен внизу станины,
в центре его установлен кулачковый механизм 2 с двухсторонни-
ми кулачками для выталкивания прессуемого изделия через
ролик 4 на поверхность матрицы 5.
Ручное управление пресса обеспечивается зубчатыми коле-
сами 6, на торцах которых плавают кулачковые канавки для
подъема траверсы 7 верхнего пуансона 8. Слева от основного ва-
ла находится кулачок 9 привода бункера 10. Ползун пресса из-
готовлен из двух пластинчатых щек 11. Нижним основанием он
скользит в отверстии опорной трубы 13, а верхние шейки его
перемещаются в направляющих плитах 12. Регулирование объе-
ма матрицы происходит за счет ползуна, который поднимается
кулачком основного вала. Верхняя траверса 7 пресса смонтиро-
вана на двух колонках 14 и с помощью роликов замкнутых се-
рег 15 совершает возвратно-поступательное движение по плавной
кривой в канавке массивных зубчатых колес 6.
В бункере 10 имеются два валика 16 для ворошения порошка,
которые расположены по длине бункера и приводятся в движе-
ние от индивидуального электродвигателя. Когда нижний пуан-
сон 17 находится в верхнем положении заподлицо с торцом мат-
рицы, бункер 10 сталкивает готовое изделие, в это время нижний
пуансон уводится вниз кулачковым механизмом 2, что создает
засасывающее усилие при заполнении матрицы порошком. Про-
изводительность пресса до 2000 шт1ч.
Хорошо показали себя в эксплуатации рычажные прессы-ав-
томаты конструкции В. С. Кузнецова для изготовления твердо-
сплавных пластин. Пресс-автомат усилием 981 кн, производи-
тельностью 22 ход!мин показан на фиг. 118. Он состоит из
станины 4, внутри которой установлен электромотор 1 и редук-
тор 3. Рычаги 7 и 8 приводятся в движение с помощью эксцент-
рика 2 и регулируемого стяжного винта 6. Рычаги 7 и 8 обеспе-
чивают возвратно-поступательное движение кассеты 9 по
рабочей плите и синхронное движение верхнего плунжера и ниж-
него пуансона. Прессование изделий осуществляется за четыре
такта (фиг. 119). Из бункера 5 (фиг. 118) кассета наполняется
гранулированной смесью и, проходя над матрицей прессформы,
заполняет ее (фиг. 119, а). Одновременно с отходом кассеты опу-
скается плунжер, который давит на матрицу и опускает ее вниз
(фиг. 119, б). Высота изделия обеспечивается регулированием
хода верхнего плунжера и нижнего пуансона.
Плунжер пресса отходит вверх, матрица под действием пру-
жины возвращается в первоначальное положение, а нижний
162
5
Фиг. 118. Рычажный пресс-автомат.
Фиг. 119. Этапы прессования заготовок на рычажном прессе:
а — засыпка порошка; б — прессование; в — выталкивание; г — сброс спрее*
сованных заготовок»
11*
163
пуансон выталкивает изделие (фиг. 119, в). При следующем дви-
жении кассета нижним срезом сталкивает изделие на стол пресса
(фиг. 119,г), нижний пуансон опускается вниз в исходное поло-
жение, увлекая за собой порошок. После этого цикл прессования
повторяется. На любом прессе кривошипного типа может быть
установлена четырехтактная головка конструкции В. С. Кузне-
цова, В. И. Кочеткова, обеспечивающая 20—60 автоматических
циклов прессования в минуту.
Механические прессы-автоматы усилием прессования 98, 245,
392, 620 и 981 кн более универсальны. Техническая характеристи-
ка их приведена в табл. 40 [51].
Таблица 40
Механические прессы-автоматы, используемые в порошковой металлугии
Характеристика Единица измерения КО-620 КО-62 КО-626 КО-64 КО-36
Усилие пресса КН 98 245 392 620 981
Насыпная высота ММ 50 80 100 120 150
Максимальный размер изделия в плане » 40 60 80 90 ПО
Число ходов ход/мин 16, 20, 9, 12, 11, 14, 7, 9 5, 6,
Усилие выталкивания .... кн 25, 38, 40, 50 29 15, 18, 23, 30 78 18, 22, 28, 36 122 14, 16, 21, 32 196 9, 13, 17, 26 294
Мощность электродвигателя . . кет 2,8 7 14 20 —
Габаритные размеры: слева — направо мм 1700 1650 1700 2880
спереди — назад » — 1600 1850 2300 1820
общая высота » — 3500 4000 4360 4375
высота над уровнем пола . » — 2175 2500 — 2375
Масса машины кг — 7300 — — 1U500
Эти прессы обеспечивают независимые движения следующих
отдельных частей инструмента:
1. Верхнего пуансона — основное движение прессования.
2. Нижнего пуансона — выталкивание изделий.
3. Плавание матрицы (обеспечивает двухстороннее приложе-
ние давления).
4. Плавание и принудительное перемещение стержня.
На фиг. 120, а дан общий вид пресса типа КО-62, а на
фиг. 120, б — его кинематическая схема. Движение от электро-
двигателя через пневмо-фрикционную муфту передается на ко-
робку скоростей, которая обеспечивает шесть различных ходов
пресса. На главном валу расположены два косозубых зубчатых
колеса, которые через эксцентрики и шатуны передают движение
двум самостоятельным ползушкам. К каждой ползушке прикреп-
лены по две колонки, перемещающие прессующую головку; дви-
жение этой головки является главным движением прессования.
На главном валу расположен кулак, который через рычаг пере-
дает движение выталкивателю. Обратный ход выталкивателя
164
осуществляется пневмоцилиндром. Рукоятки привода механиз-
мов регулирования хода выталкивателя, центрального стержня
и положения нижнего упора центрального стержня регулируются
кнопками с центрального пульта управления. Порошок засыпа-
ется кассетой, перемещаемой с помощью кулачков и перено-
сящей порошок из непо-
движного бункера (на
схеме не показан) в по-
лость матрицы. Пресс
снабжен гидромультипли-
катором, обеспечивающим
регулирование прессую-
щего усилия и предохра-
няющим пресс от поломки
при перегрузках. Все ос-
Фиг 120. Пресс КО-62 и его кинематическая схема.
новные механизмы защищены от попадания в них порошка и
смазаны жидкой циркуляционной смазкой. Преимуществом тако-
го пресса является наличие прессующего блока.
Направление инструмента (фиг. 121) осуществляется колон-
ками, связанными неподвижно с плитой матрицы 3, в которой
может быть установлена сменная матрица.
Верхний пуансон 15 крепится к верхней плите 1 пресса, а вы-
талкиватель— к плите 12.
Центральный стержень монтируется на плите 6, которая
поднимается прессом через подставку 9.
165
Фиг. 121. Схема прессующего бло-
ка пресса КО-62:
/, 6, 10, 12 — плиты; 2 — колонка; 3 —
плита матрицы; 4, 5 — пружины; 7 —
ролики; 8 — направляющие; 9 — под-
ставка; 11 — стойки; 13 — матрица; 14 —
станина; 15 — верхний пуансон.
Обратный ход плиты пресса обеспечивается пружинами 5,
а плавание матрицы пружинами 4. При выталкивании плита
матрицы упирается в упоры станины 14. Изменение прессующего
блока создает возможности для установки неподвижного цен-
трального стержня. Прессы усилием 620 и 981 кн имеют иден-
тичную конструкцию, они отли-
чаются друг от друга отсутст-
вием дополнительного прессу-
ющего блока, возможностью
установки дополнительного
центрального стержня и креп-
лением некоторых деталей
прессформ непосредственно к
соответствующим механизмам
пресса.
В табл. 41, 42 приведены
технические характеристики
механических прессов некото-
рых иностранных фирм.
На фиг. 122 показана мо-
дель пресса С-5 фирмы Стокс
с кулачковым приводом, с по-
мощью которого регулируется
движение верхнего и нижнего
пуансонов. Пресс обладает
большой универсальностью и
применяется при изготовлении
сложных изделий. Некоторые
типы прессов этой фирмы
оборудованы несколькими кон-
центрическими верхними и
нижними пуансонами, причем
каждый вспомогательный
пуансон приводится в движе-
ние своим кулачком, что спо-
собствует равномерному распределению порошка в прессформе,
т. е. получено изделий с равномерной плотностью во всех
сечениях.
Роторные автоматы. Для прессования металлокерамических
изделий в последние годы в отечественной и зарубежной прак-
тике находят широкое применение роторные автоматы. На
фиг. 123 схематически показана ротационная таблетировочная
машина. В круглом столе пресса расположены 23 гнезда-матри-
цы, над которыми смонтированы рабочие пуансоны, а под
прессформами — выталкивающие. Ротор машины совершает
4 об/мин и приводится в движение от электромотора мощ-
ностью 10 кет. Давление на пуансоны осуществляется прессую-
щим роликом.
166
Механические прессы некоторых иностранных фирм
Таблица 41
Характеристика Единица измерения Балдвин Гамельтон Корпорейшен Кукс Машина Компани
С 20 45 20А 45А К? 54 № 64 № 74 № 50 № 60 № 65
Усилие прессования ... • . . . . КН 9 80 740 1960 740 1960 14,5 340 490 980 294 740
Производительность шт/мин 32 24 60 60 60 60 30 25 12 — — —
Размеры изделий • . . . мм 075 0108 075 0150 — — 037 075 0125 028,5 063 075
Насыпная высота 100 150 57 95 57 95 37 57 140 28,5 57 75
Мощность двигателя ... • . . . . кет 7,4 14,8 3,7 11 3,7 11 2,2 3,7 7,4 — — —
Масса кг 8200 20000 2400 8000 3250 9 1500 2600 6000 — — —
Конструктивные особенности .... Прессы механические с нижним приводом, верхней гидропневмати- ческой головкой и плавающей мат- рицей Механические прессы с двумя верхними и двумя нижними пуансо- нами Механические прессы
Фиг. 122. Пресс модели фирмы Стокс:
1 — верхнее компрессионное коромысло; 2 — кулачок верхнего пуансона; 3 — кулачок
наполняющего механизма; 4 — кулачок нижнего пуансона; 5 — кулачок выталкиваю-
щего механизма; 6 — верхний плунжер; 7— верхний пуансон; 8 — нижний пуансон,
9—-игла; 10 — нижний плунжер; // — нижнее компрессионное коромысло; / — кулачок
выталкивающего механизма; // — кулачок верхнего и /// — нижнего пуансонов.
168
Таблица 42
Прессы фирмы Стоке
Характеристика Единица измерения Однопуансонный механический пресс
А Е F F4 т Т4
Максимальное усилие . . Диаметр изделия .... Глубина заполнения . . Количество ходов . . . КН ММ ММ ход/мин 14,5 13 11,1 45—75 19,6 13 12,7 85— 130 39,4 19 17,5 60—95 39,4 32 31,7 22—55 11,76 5 31,7 20—60 117,6 51 41,2 12—48
Характеристика Однопуансонный механический пресс
R *4 2809 294 G4 Gb 640
Максимальное усилие . . . Диаметр изделия Глубина заполнения . . . Количество ходов 196 76 50,8 16—48 196 76 66,7 15—45 980 102 101,6 8—24 612 102х€ 66,7 20—55 | 145 >0x151 101,6 13—36 392 76 156,7 10—30 491 102 101,6 8—32
Фиг. 123. Схема устройства ротационной
таблетировочной машины:
1 — верхние пуансоны; 2 — несущий ролик;
3 — приводное устройство; 4 — выталкиватели;
5 — бункер с питателем; 6 — кожух; 7 — элек-
тродвигатели привода.
Фиг. 124. Роторный автомат
для прессования арматурной
гайки:
1 — корпус ротора; 2 — бункер;
3 — станина; 4 — редуктор; 5 — элек-
тродвигатель.
Прессформы заполняются порошком из двух бункеров-питателей
во время движения выталкивающего пуансона. На фиг. 124
169
показан роторный автомат, а на фиг. 125 — ротор для прессова-
ния с двухсторонним механическим приводом рабочих инстру-
ментов [21].
Фиг. 125. Ротор для прессования:
1 — основание; 2 — вал привода; 5, 4, 7, 8, 9 ~ зубчатые колеса; 5 — бункер
с разрыхлителем; 6 — корпус; 10 — вал; 11 — копир торцовый; 12 — стяжка;
13 — пуансон; 14 — ролик,
Вращающаяся часть автомата — ротор смонтирован на ста-
нине, внутри которой размещены привод вращения ротора и ап-
паратура управления. Порошок для прессования помещается
в бункер 5, снабженный разрыхлителем. Заполнение матрицы
происходит при постепенном движении вниз нижнего пуансона,
а удаление избытка шихты при его движении вверх. Прессова-
ние осуществляется верхним и нижним пуансонами; рабочее пе-
ремещение пуансона 13 осуществляется от торцового копира 11.
170
Окончательная подпрессовка изделия обеспечивается за счет
хода нижнего пуансона. Необходимое усилие прессования осу-
ществляется движением нижнего ползуна по ролику 14, который
упруго закреплен у основания ротора, приводимого во враще-
ние электродвигателем. За один оборот ротора каждая позиция
автомата совершает два одинаковых цикла и прессует два изде-
лия. Максимальное усилие автомата 34 кн, число рабочих пози-
ций 12, максимальная производительность 240 дет/мин-, габарит-
ные размеры 950X650X1600 мм, масса автомата 720 кг. Пере-
наладка автомата на изготовление другого изделия не вызывает
больших трудностей.
Для прессования контактов может быть рекомендована ро-
тационная машина В-208, усилием прессования 157 кн, произ-
водительностью 60 шт/мин. Роторные автоматы различных типов
изготовляет фирма Стокс (табл. 43).
Таблица 43
Роторные автоматы фирмы Стокс
Характеристика Единица измерения В2 ВВ2 540 ДЗ
Усилие прессования .... Максимальный диаметр . . Глубина засыпки Производительность . . . КН ММ мм ход/мин 36 15,9 17,5 350— 890 36 15,9 17,5 750—1900 36 15,9 17,5 750—3500 98 30,2 27 190—335
Характеристика 533 ДД2 ДД2 230 210
Усилие прессования .... Максимальный диаметр . . Глубина засыпки Производительность . . . 98 30,2 27 700—2500 147 36,5 27 200—975 147 36,5 4 100—360 294 63,5 107,9 65—91 981 63,5 127 72—96
Эти ротационные прессы сравнительно небольшой мощности
относятся к группе кулачковых машин и находят широкое при-
менение для массового производства мелких и простых по форме
изделий. Кулачки приводят в движение пуансоны, расположен-
ные неподвижно по окружности, а они в свою очередь, попадая
последовательно в матрицы прессформ, вращающиеся со сто-
лом, осуществляют одновременное прессование сверху и снизу
и обеспечивают при этом получение изделий необходимой плот-
ности.
Гидравлические прессы. Прессование в закрытых прессфор-
мах на гидравлических прессах обеспечивает получение равно-
мерного уплотнения при сравнительно небольших скоростях,
что особенно важно при прессовании изделий с большими габа-
ритными размерами и при прессовании с большими удельными
171
ооычно применяют в том
вышает 1500 кн.
Фиг. 126. Пресс верхнего
давления усилием 1500 кн.
давлениями тонких порошков. Поэтому гидравлические прессы
чае, когда требуемая мощность пре-
Одной из основных характеристик
гидравлического пресса является
номинальное усилие, создаваемое
плунжером рабочего цилиндра:
р = лрР2
н 1000-4’
где р — рабочее давление жидкости;
D — диаметр плунжера.
Конструктивно гидравлические
прессы подразделяют на прессы
верхнего и нижнего давления
(табл. 44).
Наибольшее распространение
получили прессы с верхним давле-
нием, рабочий стол которых непо-
движен, а рабочий цилиндр распо-
ложен сверху.
На фиг. 126 представлен пресс
колонного типа с верхним давле-
нием и с цилиндрами обратного хо-
да усилием 1500 кн. Он состоит из
рабочего цилиндра 2, в котором пе-
ремещается рабочий плунжер /.
Плунжер должен быть такой длины,
при которой верхняя плита 4 пресса,
находясь в крайнем верхнем поло-
жении, не касалась бы уплотняющих
элементов, установленных между
рабочим цилиндром и плунжером.
Архитрав 3 служит для крепления
рабочего цилиндра и четырех ко-
лонн 5; кроме того он воспринимает и равномерно распределяет
по колоннам усилие рабочего цилиндра. К верхней части пли-
ты 4 крепится подвижный плунжер пресса, а к нижней — пуан-
соны. В углах плиты установлены колонны 5, которые служат
направляющими при ее опускании и подъеме. В двух противо-
положных углах плиты расположены выступы, в которые упи-
раются плунжеры цилиндров обратного хода, поднимающие
подвижную плиту и рабочий плунжер пресса. Стол 9 представ-
ляет собой пустотелую чугунную отливку с внутренними ребра-
ми жесткости, центральным отверстием для выталкивающего
цилиндра, отверстиями для колонн 5 и приливами для крепления
цилиндров обратного хода. Колонны снабжены ограничителя-
ми 6 и связывают стол с архитравом; длина колонн зависит от
расстояния между подвижной плитой и столом пресса. Вытал-
172
Фиг. 127, Пресс П-814
кивающий цилиндр 7 крепится с выталкивающим плунжером S,
расположенным под столом 9 пресса. Этот плунжер соединен
с выталкивающей системой матрицы с помощью шпинделя и ис-
пользуется для выталкивания изделий. Цилиндры обратного
хода 10 с плунжером 11 пред-
назначены для возвращения
подвижной плиты 4 в верхнее
положение.
К прессам с верхним давле-
нием относится также пресс
П-814 усилием прессования
6 000 кн (фиг. 127). Он состо-
ит из неподвижного стола, под-
вижных (нижних и верхних) и
двух неподвижных траверс, в
которых монтируются узлы ци-
линдра. Главные рабочие ци-
линдры (верхние и нижние)
одинарного действия. Форсиру-
ющие цилиндры обеспечивают
возвратный ход главных плун-
жеров двойного действия. Вы-
талкивание изделия произво-
дится движением нижнего
плунжера; привод пресса инди-
видуальный, масляный, управ-
ляемый с пульта управления.
В прессе с нижним давлением
рабочий цилиндр, расположенный внизу, перемещает рабочий
стол. Эти прессы используются сравнительно редко.
К прессам такого же типа относится полуавтоматический
пресс ПО-72 усилием прессования 1962 кн. Он обеспечивает
автоматизацию следующих операций прессования: загрузку
порошка в прессформу, закрытие прессформы при пониженном
давлении, автоматическое прессование и выдержку под давле-
нием, удаление спрессованных заготовок из прессформы, чистку
прессформы обдувкой сжатым воздухом и весовой контроль
спрессованных заготовок.
Однако эти прессы имеют ряд недостатков: сложность кон-
струкции, недостаточное усилие выталкивателя, ограниченная
сложность прессуемых изделий (не предусмотрена установка
центрального стержня) и небольшая производительность.
Специализированные пресс-автоматы двухстороннего прессо-
вания П-810 и П-812 усилиями прессования 1569 и 2452 кн из-
готовляются Оренбургским заводом гидравлических прессов.
Эти прессы обеспечивают прессование деталей всех групп слож-
ности за счет независимых движений матрицы, плавающего
стержня и инструмента. Технические характеристики этих прес-
сов приведены в табл. 44.
Гидравлические
Характеристика Единица измерения Вертикальные прессы для пластмасс (исполь производства металлокерамических изде
П-474 П-В474 П-454А П-476 П-457 П-458 П-459
Усилие Ход подвижной траверсы Усилие оборотного хода Усилие выталкивания . . Расстояние от стола до траверсы Ход выталкивателя . . . Число ходов Скорость: рабочего хода . . . холостого хода . . . обратного хода . . . выталкивателя . . . Размеры стола Мощность электродвига- теля Габаритные размеры: длина ширина высота Масса пресса ... • . . КН ММ КН мм ход/мин мм/сек > мм кет мм кг 981 480 245 120 710 200 2,8 78 75 86/23 710х Х750 2,8 981 550 530 ПО 845 120 1,08 50 45,5 45/13 700 х Х600 4,5 ИЗО 1390 3515 4000 981 480 120 200 2,8 1800 1180 2830 7600 1570 600 ПО 900 200 1,0 750х Х650 4,5 1160 1650 3900 6400 1960 700 196 1100 250 730х Х760 1550 1100 4095 9950 3090 600 490 1070 250 1,25 17 1580 1550 4750 10575 6180 650 490 1325 250 0,62 17 1700 1550 5500 19280
174
Таблица 44
прессы
зуются для ЛИЙ) Прессы для порошковой ме- таллургии Прессы-автоматы для порошковой металлургии
П-914С П-917С П-814 П-4626 ПО-72 П-810 П-812 630 1000 2000
9810 19620 4900 245 1960 1570 2450 6180 9810 19620
900 900 500 500 — 400 460 — — —
— — — 19 63 186 245 490 981 981
981 1960 — 9 1960 600 1180 2750 392 7830
2000 2000 — — — 520 550 — — —
350 350 500 120 320 200 250 500 750 1000
— — — — — — 4 2 — —
3 1,5—3 3 2,7 — 40 53, 26, 10, 6,5 50 12 6
— — 22 37 — 270 350 300 ПО 110
— — 44 100 — 250 540 200 160 160
— — 44 190 — — — 100 30 15
— — ЮООх Х800 500 х Х500 — — — — — —
37,8 64,8 38 2,8 — 55 81 160 160 160
3400 4380 6420 780 2250 2290 2950 4250 9500 4000
3280 3400 4750 1890 1030 2220 2800 1900 3500 3000
7810 8350 1000 2710 3165 5460 6270 3850 12500 12500
68335 130000 1000 3450 3500 14000 28000 50000 80000 90000
175
На фиг. 128 показана схема прессования втулки с наружным
и внутренним буртом на прессе П-812. Перед началом прессова-
ния питатель 3 находится над матрицей 5 и обеспечивает ее
заполнение порошком (фиг. 128,а).
Фиг. 128. Схема прессования втулки с наружным и внутренним буртом на
прессе П-812.
В момент прессования верхний пуансон замыкает прессфор-
му (фиг. 128,6), матрица 5 опускается под действием упоров /,
а по мере возрастания бокового давления идет вниз под дей-
ствием сил трения, за счет которых одновременно опускается
и стержень 6 (фиг, 128,в).
176
К концу прессования матрица и стержень доходят до нижне-
го упора (положения), сформировав внутренний и наружный
бурты втулки. Верхний пуансон 2 доходит до упоров 4\ в случае
же прессования по заданному давлению пуансон с помощью
электроконтактного манометра
останавливается и не доходит f==i
до упоров. । g I
После окончания прессова- JLLgJJ,
ния ползун пресса перемещает- *
ся вверх вместе с верхним пу- j ‘||
ансоном (фиг. 128,г), после че- /ДЬ-—Ь
Фиг. 129. Пресс П-801:
/ — станина; 2 и 3 — вертикальный и горизонтальный
цилиндры; 4 — обратный цилиндр; 5 — шток; 6 — клин;
7 — прессующие колодки; 8 — бак с жидкостью; 9 — элек-
тродвигатель; 10 — рабочий стол.
го снимается съемное кольцо с наружного бурта и начинается
движение выталкивателя вверх с одновременным поднятием
матрицы и центрального стержня до верхних неподвижных упо-
ров (фиг. 128, д).
После окончания выталкивания съемное кольцо возвращает-
ся в исходное положение, а центральный стержень в нижнее
положение.
Кассета-питатель перемещается по полости матрицы, стал-
кивая спрессованное изделие (фиг. 128, е) и заполняя объем
матрицы порошком. За счет возвращения выталкивателя в ис-
ходное положение в полость матрицы засасывается дополни-
тельное количество порошка.
Центральный стержень перемещается вверх в исходное поло-
жение перед прессованием, выталкивая избыток порошка в кас-
сету, после этого питатель отходит назад под бункер и начина-
ется цикл прессования.
Для прессования штабиков из вольфрама и молибдена ис-
пользуются аналогичные по конструкции гидравлические прессы
ПА-808 и П-801. Пресс П-801 (фиг. 129) состоит из литой сталь-
ной стацины, выполненной в форме рамы. С помощью верти-
кального и горизонтального цилиндров обеспечивается необхо-
димое верхнее и боковое давление прессования соответственно
равное 465960 и 510120 н. Направление штоков бокового и
12 4-117 177
горизонтального цилиндров обеспечивается клиньями. К верх-
нему концу штоков крепится нажимная и прессующая колодки,
а к колодкам — сменные планки, толщина которых зависит от
размера прессформы. После прессо-
вания боковое и вертикальное дав-
ление снимается цилиндром, распо-
ложенным на крышках, которые свя-
заны со станиной полукольцами.
Прессформа устанавливается в чу-
гунный башмак, на вертикальную и
GO0OHODDDDDD
Ж
Фиг. 130. Пресс П-802:
1 — масляное хозяйство гидросистемы; 2 — боковое дав-
ление; 3 — уровень пола.

горизонтальную плоскость которого помещаются стальные про-
кладки. На крышках бака с рабочей жидкостью (маслом) смон-
тированы электродвигатель и гидронасос, снабженный трехпози-
ционным распределителем, разгрузочно-предохранительным кла-
паном, напорным золотником и напорным золотником с обрат-
ным клапаном. При прессовании из обратных горизонтальных
цилиндров жидкость поступает на слив и насосом передается
в рабочие цилиндры.
Из обратных вертикальных цилиндров жидкость не сливает-
ся до тех пор, пока поршень горизонтального цилиндра не зай-
мет крайнего положения. При обратном ходе пресса рабочая
жидкость из насоса поступает в вертикальные обратные цилин-
дры. После поднятия вверх поршня вертикального цилиндра
масло начинает поступать в горизонтальные обратные цилиндры,
т. е. сначала снимается вертикальное, а затем и боковое дав-
ления.
Пресс П-802 для прессования твердых сплавов (фиг. 130)
усилием бокового и вертикального цилиндров соответственно
981 и 882 кн по конструкции аналогичен указанным прессам.
Технические характеристики прессов приведены в табл. 45.
В табл. 46 и 47 приведены технические характеристики гид-
равлических прессов некоторых зарубежных фирм.
178
Таблица 45
Гидравлические прессы
Характеристика Единица измерения ПА-808 П-801 П-802
Усилие Ход плунжеров: КН 19620 5100 980
вертикального ММ 60 — 350
горизонтального Габаритные размеры: в 160 — 50
длина в 5200 3700 2750
ширина . в 2000 2760 2620
высота в 4200 2700 2800
масса кг 89000 13260 3120
Таблица 46
Характеристика Единица измерения НРМ60 НРМ100 А. ’ирма Буссман НРМ50 Камаде симе- таг КЗО
НРМ200 НРМ300
Номинальное усилие КН 590 980 1960 2940 3430 290
Ход верхнего плунжера . . . ММ 300 400 500 600 600 155
Ход выталкивателя ММ 120 150 200 200 300 120
Максимальное число ходов . . ход/мин 15 12 8—10 — — 9—25
Усилие выталкивания .... КН 390 690 1270 1070 2310 196
Скорость холостого хода верх- него плунжера мм/сек 165 135 112 82 75 —
Скорость рабочего хода верх- него плунжера: ступень 1 мм/сек 14,4 21,0 10,0 13 1,3
ступень 2 ... в 9,3 14,0 6,5 8,8 8,8 —
ступень 3 в 4,1 6,7 3,0 4,5 4,4 —
Мощность электродвигателя . . кет 6,5 8,5 13,5 27 32 6,0
Габаритные размеры: длина мм 1400 1830 2000 3350 3350 1850
ширина в 1250 1400 1650 1850 3200 1250
высота в 2420 2850 3360 3950 4200 2150
Масса кг 1950 3200 5350 10050 — 3500
Таблица 47
Одногнездные гидравлические прессы фирмы Стокс_____________
Характеристика Единица измерения 705 714 712 713 715 714
Максимальное усилие Максимальное число ходов прес- КН 550 1030 1960 3140 5340 I960
са ход/мин 5 5 5 5 5 3
Максимальный диаметр изделия Максимальная глубина запол- ММ 152,4 203,2 254 305 356 152,4
нения в 254 254 254 203,2 356 152,4
12*
17S
Насосно-аккумуляторные станции. Обычно гидравлические
прессы имеют два насоса — высокого и низкого давления. Для
создания высокого давления при прессовании используются на-
сосы высокого давления, а для заполнения рабочих цилиндров
жидкостью — насосы низкого давления. При большом парке
прессового оборудования прессы работают от общей гидросети
с аккумуляторной установкой, что вполне себя экономически
оправдывает; при небольшом парке оборудования — от индиви-
дуальных гидроприводов. Рабочей жидкостью является вода,
масло или эмульсия, состоящая из воды и масла.
Производительность насоса низкого давления с несколькими
плунжерами определяется по формуле:
Q = z/Smj,
где z — число плунжеров;
f — площадь плунжеров;
S — ход плунжеров;
п — число оборотов коленчатого вала в мин;
т) — объемный к. п. д.
При расчете насосно-аккумуляторной станции следует учиты-
вать, что гидравлические прессы расходуют рабочую жидкость
на всех операциях, связанных с перемещением плунжеров.
Если известны расход рабочей жидкости и производитель-
ность насосов, то можно рассчитать емкость аккумуляторов.
Однако этот расчет не может быть использован при проекти-
ровании аккумуляторных станций с большим количеством прес-
сов. В этом случае необходимо учитывать одновременную работу
прессов, т. е. коэффициент одновременности работы прессов и
20—25% потерь, связанных с утечкой и перетеканием рабочей
жидкости в магистраль низкого давления через различного рода
неплотности. Емкость аккумулятора определяется по формуле:
Ц trii 1 т2 т3 1 1 тп / 60 ’
где — коэффициент одновременности работы
прессов;
^1, v2, v3 . ... vn — расход жидкости рабочим цилиндром
за 1 цикл прессования в л;
пх, п2, п3 . ... пп — количество прессов в группе;
т2, т3 . . . . тп—количество прессов, обслуживаемых
1 прессовщиком;
V — минутная производительность насо*
сов в л;
г—длительность операции с максимальным
расходом жидкости в сек.
Коэффициент одновременности для цехов с небольшим коли-
чеством прессов равен 0,6—0,7, с большим количеством 0,3—0,4.
180
Емкость пневматических аккумуляторов низкого давления, слу-
жащих для заполнения (предварительного) рабочих цилиндров,
должна быть равна или больше емкости всех рабочих цилиндров
прессов.
Управление гидравлическими прессами сводится в основном
к распределению рабочей жидкости по цилиндрам пресса. Схе-
ма коммутации пресса, тип и конструкция распределителя зави-
сят от количества цилиндров пресса и режимов его работы.
Применявшиеся ранее ручные шпиндельные и клапанные
распределители заменены в настоящее время автоматическими
электроуправляемыми клапанами-распределителями (соленоид-
ные клапаны).
Прессы для допрессовки и калибровки. В отличие от прессов
для прессования к прессам для допрессовки и калибровки предъ-
являются следующие требования:
1. Малый ход верхнего ползуна.
2. Небольшое расстояние между плунжером и столом.
3. Большая производительность.
4. Наличие достаточно мощного выталкивателя.
Для выполнения допрессовки и калибровки могут быть ре-
комендованы кривошипные прессы усилием до 2450 кн и криво-
шипно-коленные усилием прессования до 39240 кн.
При выборе пресса необходимо иметь в виду, что при одина-
ковой мощности указанных прессов кривошипно-коленные имеют
значительно меньший ход ползуна, открытую высоту прессова-
ния и обеспечивают большее количество ходов в единицу време-
ни. Выбор того или иного пресса зависит от размеров калибруе-
мых изделий и количества ходов пресса.
Для калибровки могут быть использованы автоматические
пресс-автоматы типа КО и др. Однако в этом случае они требу-
ют дополнительной переделки, т. е. узел подачи порошка заме-
няется узлом подачи изделий и т. д.
В зарубежной практике для допрессовки и калибровки при-
меняют специализированные прессы (табл. 48), которые обеспе-
чивают укладку и подачу деталей в матрицу, а также отвечают
предъявляемым к ним технологическим требованиям за счет ис-
пользования относительно несложного инструмента.
Оборудование для мундштучного прессования. Для мунд-
штучного прессования применяются вертикальные или горизон-
тальные гидравлические прессы относительно простой конструк-
ции [94]. Рабочий цилиндр, установленный горизонтально или
вертикально, продавливает прессуемую массу через матрицу.
Горизонтальные прессы (шприц-машины) позволяют прессовать
изделия больших размеров. В связи с отсутствием на предпри-
ятиях порошковой металлургии специализированного оборудова-
ния для мундштучного прессования металлокерамических изде-
лий может быть использовано оборудование электродной, огне-
упорной, химической и других отраслей промышленности.
181
Таблица 48
Пресс-автоматы для калибровки и допрессовки
металлокерамических изделий
Характеристика Единица измере- ния РХ dr Зр | РХ dr Зр | PX dr Зр КА80
40 1 63 | 80
Усилие пресса КН 390 615 785 785
Пределы регулирования уси- лия в 4,9—39 7,8—61 9,8—78,5
Усилие выталкивания .... » 147 245 294 392
Расстояние между ползуном и столом ММ 500 580 710 270
Ход плунжера » 150 200 250 120
Регулирование хода плунжера » 65 72Т 80 70
Число ходов плунжера . . . ход/мин 22/33 20/30 12/24 —
Потребляемая мощность. . . кет 4,5/6,0 6,0/9,0 8,0/12,0 15
Число гнезд во вращающемся столе шт 12 8 8
Диаметр гнезда мм 60 80 90 —
Толщина вращающегося стола в 28 70 70 —.
Максимальный диаметр ка- либруемой втулки (с вра- щающимся столом) .... 50 70 80
Максимальный диаметр ка- либруемой втулки (без вра- щающегося стола) » 60 80 100
Максимальная высота калиб- руемой детали (с вращаю- щимся столом) » 56 75 100
Максимальная высота калиб- руемой детали (без враща- ющегося стола) » 70 90 120
Масса пресса кг 4000 5900 7100 8800
Оборудование для гидростатического прессования. При ис-
пользовании установок гидростатического прессования могут
быть получены изделия в виде цилиндров, труб, шаров, штаби-
ков из различных металлокерамических материалов с более рав-
номерной плотностью, чем при холодном прессовании. Оборудо-
вание для гидростатического прессования в СССР разработано в
ЦНИИЧЕРМЕТе под руководством Б. А. Борока. На фиг. 131
показана схема установки для гидростатического прессования.
Она состоит из толстостенной рабочей камеры 2, давление в ко-
торой создается плунжерным насосом 1 с помощью рабочей жид-
кости (масла, воды или глицерина), и контролируется маномет-
ром 5. Металлический порошок 3 засыпают в эластичную (рези-
новую) оболочку 4 и помещают в рабочую камеру прессующего
аппарата. Для разравнивания и уплотнения порошка перед прес-
сованием заготовок объемом более 40 дм3 применяются встряхи-
вающие машины с пневматическим приводом.
Мощность плунжерного насоса определяется объемом рабо-
чей камеры и временем прессования. При прессовании порошков
182
Фиг. 131. Схема установки для
гидростатического прессования.
тугоплавких соединений в шихту вводят спиртовый раствор-связ-
ку, которая должна полимеризироваться при повышенных тем-
пературах. В этом случае прессование ведется с подогревом, а
в качестве рабочей жидкости используется глицерин.
При гидростатическом прессовании с подогревом окончатель-
ное давление прессования создается за счет расширения жид-
кости, насос здесь используется только для заполнения рабочей
камеры. Существующее оборудо-
вание позволяет получать заго-
товки массой до 300 кг.
Одна из первоначальных кон-
струкций рабочей камеры для
гидростатического прессования
[12] приведена на фиг. 132; она
может быть использована при
проектировании установок с ра-
бочим диаметром до 120 мм, ра-
ботающих при давлениях до
1500 атм.
На фиг. 133 показана схема
рабочей камеры установки для гидростатического прессования.
Корпус рабочей камеры 1 состоит из толстостенного металли-
ческого цилиндра. Верхняя часть корпуса закрывается съемным
затвором 2, а нижняя часть — стационарным затвором 3 анало-
гичной конструкции.
Через канал и патрубок 4 поступает жидкость, от насоса вы-
сокого давления. Корпус установки в нижней части имеет цилин-
дрическую расточку, торец которой крепится к затвору, опираю-
щемуся на плиту 5. Через эту плиту проходят стягивающие
шпильки 6, которые служат опорой для верхней плиты 7. Плиты
стянуть гайками 8. В зазор между верхним торцом корпуса
и верхней плитой помещается запорная плита 9, снабженная
прорезью, охватывающей стержень верхнего затвора. При за-
грузке установки запорная плита выдвигается на кронштейн 10
и затвор 2 вынимается.
Подготовленная для прессования гильза опускается в канал
установки, после этого устанавливается верхний затвор, а запор-
ная плита начинает перемещаться с помощью гайки 11, затем за-
твор поднимается в верхнее положение и прижимает запорную
плиту к плите 7. Резиновое кольцо, расположенное между диска-
ми затвора, создает дополнительную герметичность.
Через патрубок 4 нагнетается рабочая жидкость; оставшийся
в рабочем пространстве воздух вытесняется через вентиль. После
заполнения жидкостью рабочей камеры вентиль закрывается, а
давление доводится до требуемой величины [14].
Изделия с равномерной плотностью можно также получить
при центробежном и вибрационном [24] прессовании. В том и дру-
гом случае прессование может быть осуществлено автоматически
183
на ротационных машинах. Несомненно, перспективным является
прессование взрывом.
Оборудование для прокатки порошков. Одним из методов
прессования является прокатка порошков. Закономерности это-
го процесса и оборудование для него изложены в работах [16], [17].
Фиг. 132. Схема рабочей каме-
ры (диаметром до 120 мм)
установки для гидростатическо-
го прессования.
Фиг. 133. Схема рабочей камеры (диа-
метром 400 и высотой 800 мм) для
гидростатического прессования.
Станы для холодной прокатки порошков отличаются от про-
катных станов для литых металлов небольшим числом оборотов
валков, горизонтальным расположением рабочих и шестеренных
клетей, жесткостью основных частей рабочей клети и надежной
защитой узлов трения от попадания в них порошков.
Технические характеристики станов для прокатки металлоке-
рамических материалов приведены в табл. 49. Наиболее пер-
спективным и универсальным отечественным оборудованием для
прокатки порошков является прокатный стан, показанный на
фиг. 134. Он состоит из черновой и двух чистовых клетей (длина
бочки валка 250 и 200 м) и моталок. Движение клети осуществля-
ется от электродвигателя через универсальные шпиндели и шес-
184
теренчатую передачу. Имеющееся съемное приспособление позво-
ляет регулировать во время прокатки в первой чистовой клети за-
зор между валками (0,2—0,6 мм) и обеспечивает получение гомо-
генных, пористых и беспористых лент и листов толщиной 0,2—
2,0 мм.
Фиг. 134. Прокатный стан ИМ-1:
/ — черновая клеть; 2 — проходная печь для спекания сырой ленты; 3 —• перчаточ-
ная камера в чистовой клети; 4 — первая чистовая клеть; 5 — вторая чистовая
двухвалковая клеть; 6 — вторая чистовая четырехвалковая клеть»
Конструкция первой чистовой клети позволяет устанавливать
ее в вертикальном и горизонтальном положениях и производить
прокатку горячепрессованных заготовок в защитной атмосфере.
Обе чистовые клети являются дуо-реверсивными и имеют приспо-
собления для использования их в качестве волочильного бара-
бана при протяжке проволоки.
При работе стана могут быть использованы одновременно*
черновая й чистовая клети и моталка. Технологические возмож-
ности черновых и чистовых клетей обеспечивают выполнение сле^
дующих операций:
1. Вертикальную холодную прокатку порошка на воздухе и
в различных газовых средах.
2. Горизонтальную холодную прокатку порошка.
3. Горизонтальную горячую прокатку заготовок в защитной
атмосфере.
4. Горизонтальную холодную прокатку заготовок.
При прокатке радиоактивных и других материалов применя-
ются станы с герметичной рабочей камерой, наполненной гели-
ем, и с дистанционным управлением.
Все отечественные и зарубежные станы для прокатки порош-
ков имеют шестеренные клети и два шпинделя для
185
Таблица 49
Характеристика станов для прокатки материалов
Диаметр валков в мм Длина бочки в мм Число валков в шт Число оборотов в об/мин Мощность в кет Направление прокатки Характерная особенность стана
48—75 38—90 2 2,5—30 2,0 Вертикальное Комбинированный с холостыми опорными валками
120—340 60—360 2 и 4 1—50 10,0
35—125 90 2 1,25—35 4,2 »
140—200 360 2 4,0—3,0 4,2 > Без шестеренной клети, один валок холостой
10—90 150 2 2—80 0,6 Вертикальное и гори- зонтальное Вакуумный с опрокидывающейся клетью
150—170 250 2 1—20 11,0 То же Опрокидывающаяся клеть и прокатка в за- щитном газе. Предназначен для прокатки порошка и отделки лент
150—300 350 2 1—20 11,0 Для прокатки порошка (черновая опроки- дывающаяся клеть) Возможна прокатка в защитной атмосфере
80 20—30 2 3—30 2,5 Опрокидывающаяся клеть
80 80 2 3—30 2,5 Горизонтальное —
130—220 150 2 4,5—16 7 Вертикальное —
350 500 2 0,33—50 4,5 » —
синхронизации работы обоих валков. В настоящее время име-
ется опыт эксплуатации стана с одним приводным валком,
что значительно упрощает конструкцию стана.
Физико-техническим институтом Академии наук УССР [16]
спроектирован и изготовлен прокатный стан для горячей и хо-
лодной прокатки в вакууме.
Стан состоит из вакуумной камеры с рабочим объемом 500 л;
рабочей клети стана, шестеренной клети; электродвигателя; диф-
фузионного насоса со скоростью откачки 1000 л!сек\ форвакуум-
ного насоса со скоростью откачки 18 л!сек\ нагревательной
печи с молибденовой спиралью и рабочей температурой до
2073° К, шлюзов для подачи исходной смеси и для выдачи про-
ката. Шлюзы позволяют вводить заготовки в камеру и выда-
вать готовый прокат при сохранении в камере вакуума.
Стан может работать в обычной и защитной атмосферах. При
горячей прокатке спрессованных заготовок число оборотов вал-
ков стана п = 80 об!мин; при холодной прокатке порошков — не
более 2 об!мин.
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Для горячего прессования металлокерамических изделий мо-
гут бцть использованы механические, гидравлические или пнев-
матические прессы (табл. 50). К указанным прессам предъявля-
ются следующие требования, связанные со спецификой этого ме-
тода прессования:
1) кратковременность и регулируемость нагрева изделий до
заданной температуры;
Таблица 50
Классификация прессов для горячего прессования [97]
Пресс Способ нагру- жения Нагрев пресс-формы Способ подъема груза
Прессование в прессформах
Рычажно-механический уси- лием 6870 н Сопротивле- нием; прямой Косвенный Ручной
Рычажно-гидравлический с гидравлическим подъемником усилием 1962 н. Горизонталь- ный, рычажно-механический усилием 7850 н Рычажно- механиче- ский Гидравли- ческий
Рычажно-механический уси- лием 687 н Рцчажно-механический уси- лием 687 н Кузнечный молот усилием 1178 н Механический Индукцион- ный прямой Косвенный Косвенный Пневмати- ческий
187
Продолжение табл. 50
Пресс Способ нагру- жения Нагрев пресс-формы Способ подъема груза
Г идравлические ПА-803, усилием 400 кн, П-909 усили- ем 2000 кн\ гидравлический усилием 40 кн Гидравлические для горяче- го прессования в металличе- ских прессформа х усилием 490 кн Гидравлический усилием 500 кн Гидравлический усилием 981 кн Г идравлический усилием 126 кн Пневматический для электро- брикетирования усилием 100 кн Пневматический горизон- тальный усилием 20 кн Пневматический для горя- чего прессования в вакууме усилием 20 кн Гидросп Установка для горячего прессования внутренним ги- дростатическим давлением Гидравлические горячего прессования Выдавливание (мунди в г< Для выдавливания * Гидравли- ческий Пневмати- ческий готическое прессе Г идростати- ческим обжа- тием с помо- щью расплав- ленных ме- таллов Обжатием в деформируе- мых контейне- рах ипучное npeccoeai зрячем состоянш Гидравличе- ский Сопротивле- нием, прямой Косвенный Индукцион- ный Косвенный Сопротивле- нием, прямой Косвенный звание Сопротивле- нием, косвен- ный То же чие, шпинделеванл i Нагрев со- противлением Ручной Гидравли- ческий i Пневмати- ческий Гидравличе- ский Ручной, гидравличе- ский че) Ручной, гидравли- ческий
2) достаточно большое рабочее пространство для размещения
прессформы и устройства для нагревания;
3) наличие устройства для защиты от окисления металличе*
ских порошков, прессуемых при высоких температурах;
4) ограничение области выделения тепла;
5) возможность безударного приложения давления и его ре*
гулирование;
6) простота обслуживания.
188
Указанным требованиям наиболее полно отвечают гидравли-
ческие прессы. В табл. 50 приведена классификация прессов для
горячего прессования.
Фиг. 135. Схема лабораторного рычажного пресса горячего
прессования:
1 — плита; 2 — стойка; 3 — нижний контакт; 4 — верхний контакт; 5 — рьь
чаг; 6 — груз; 7 — прессуемый порошок; 8 — прессформа; 9 — пуансон;
10 — экран; 11 — упор; 12 — ограничитель; 13 — изоляционная прокладка;
14 — теплоизоляция; 15 — токоподводящая шина; 16 — стол..
Механические прессы. На фиг. 135 показан лабораторный
рычажный пресс. Прессуемый порошок помещается в прессфор-
му, зажимаемую между двумя медными водоюхлаждаемыми кон-
тактами; прессформа нагревается за счет непосредственного про-
хождения через нее тока. Давление обеспечивается с помощью
верхнего пуансона, устанавливаемого в прорези верхнего кон-
такта, и регулируется перемещением груза по тарированному
рычагу (не более 2* 106 — 5- 106 н/м2 для изделий диаметром
8—20 мм).
Для уменьшения потерь тепла теплоизлучением прессформа
защищена теплоизоляционная графитовым экраном с отверсти-
ем для измерения температуры.
Во избежание перекоса графитовый пуансон проходит в по-
лость прессформы через центрирующую втулку, которая снизу
вставляется в верхний подвижный контакт 4. Последний верти-
кально перемещается по стойке 2, установленной на текстолито-
вой или асбестовой плите стола. Надежный электрический
189
контакт между прессформой и контактами 3 и 4 достигается за
счет разжимающего действия пружины (на фиг. не показано),
установленной на стойке 2. При установке прессформы верхний
контакт перемещается с помощью рычага. Водоохлаждаемые
медные контакты изготовляют в виде круглых (или другой фор-
мы) пустотелых плит, в которых внутренние полости закрыты
крышками. Ток подводится через понижающие трансформаторы
типа ОСУ-40/0,5 или ОСУ-80/0,5. Напряжение и ток регулиру-
ются автотрансформатором АОМК. При отсутствии автотранс-
форматора нагрев регулируется жидкостным реостатом или
потенциал-регулятором. Указанный пресс нашел широкое при-
менение в лабораторной, а иногда и в производственной прак-
тике для прессования тугоплавких соединений и твердых сплавов
при температурах 1073—2973° К.
Фиг. 136. Пресс модели П-803:
1 — трансформатор; 2 — водоохлаждаемые шины; 3 — кожух,
Наиболее полно всем требованиям, предъявляемым к прес-
сам горячего прессования, отвечает гидравлический пресс усили-
ем 39240 н (фиг. 136). Пресс снабжен индивидуальным гидропри-
водом, обеспечивающим удельное давление прессования до
2 • 106 н/ж2.
Температура спекания с помощью нагревательной установки
может быть доведена до 3072° К за счет электросопротивления
190
порошка в графитовой прессформе. Когда температура пресс-
формы с изделием достигнет своего максимума, предусмотрен-
ного для данной ступени прессования, происходит автоматичес-
кое переключение пресса на следующую ступень прессования.
Попеременное повышение удельного давления и температуры
происходит до тех пор, пока последние не достигнут предусмот-
ренной величины. Давление и температура контролируются с
помощью электроконтактного манометра на последней ступени
прессования. Количество ступеней прессования устанавливается
в соответствии с технологическими условиями; наличие их обес-
печивает выравнивание температуры между пуансоном и матри-
цей. Изделие нагревают переменным током (напряжение 2,5—
6 в), подводимым через контактные плиты, охлаждаемые водой,
к графитовым конусным пуансонам, на которых устанавливается
прессформа. Контакт между плитой и графитовым пуансоном
обеспечивается за счет шести тарельчатых пружин, расположен-
ных по окружности.
Для электронагрева применяется однофазный переменный
ток частотой 50 гц и силой до 40000 а. Температура контролиру-
ется оптическим пирометром ОПИИР 30-55 со шкалами 1773—
2273 и 2273—3773° К (погрешность измерения на первой шкале
равна 303 и на второй — 323° К). Тепло, выделяемое в процессе
работы, удерживается специальным защитным кожухом. Кон-
центрация тепла в зоне нагрева обеспечивается графитовым эк-
раном, состоящим из двух полуколец. Пресс снабжен блокиров-
кой, предохраняющей детали от расплавления в случае прекра*
щения подачи охлаждающей воды. В прессе с помощью самосто-
ятельных теплоотводов подлежат охлаждению колонны, контакт-
ные плиты и токоподводящие кабели.
Техническая характеристика пресса
Усилие в кн ......................................
Максимальный диаметр изделия в мм.................
Ход подвижной траверсы в мм.......................
Закрытая высота пресса в мм.......................
Скорость рабочего хода в мм/сек...................
Скорость холостого хода ползуна в мм/сек..........
Мощность нагревательной установки в кет...........
Максимальный ток для нагрева в в..................
Максимальное напряжение между контактными пли-
тами в в........................................
Высота стола над уровнем пола в мм................
Рабочая жидкость..................................
Габаритные размеры в мм...........................
Масса установки с оборудованием для электрообогрева
в кг..............................................
392,4
130
450
800
0,3
10
240
4200
5,6
725
Масло
2700Х2800Х
3835
11000
Н-400
ЩДП-18
Техническая характеристика насосов
Давление Производительность в л/мин
20 мн/м* 1
130 кн/м* 18
191
Если необходимо избежать окисления прессуемых изделий,
то пресс может работать в защитной атмосфере и в вакууме; в
этом случае стол пресса, верхний плунжер и прессформа долж-
ны быть установлены в герметически закрытом пространстве.
Фиг. 138. Пресс системы
М. Т. Васильева:
1 — плита; 2 — станина; 3 — колонны; 4 — непод-
вижная поперечина; 5 — пневматический цилиндр;
6 — поршень; 7 — пуансон; 8 — шины для подво-
да тока; 9 — поршень; 10 — шток; И — пуансон;
12 — ограничитель подъема матрицы; 13 — обрат-
ный клапан гидравлического цилиндра; 14 — пово-
ротный стол; 15 — матрица; 16 — пост управления;
17 — поворотный маховичок; 18 — аккумулятор.
Фиг. 137. Схема гидравлическо-
го пресса усилием 1962 кн горя-
чего прессования П-909.
Мощность пресса П-909
(фиг. 137) для горячего
прессования регулируется
в пределах 98—1962 як,
скорость рабочего хода
равна 1 мм/сек, а холо-
стого — до 10 мм/сек; наи-
больший ход верхней подвижной траверсы 2000 мм, нижней —
400 мм; усилие прижима горизонтальных плит 9—98 кн; габа-
ритные размеры пресса 3,18 X 2,93 X 10,7 м; масса его 45000 кг.
Пресс питается от весьми трансформаторов ОСУ-80/5, в первич-
ную цепь которых включены три автотрансформатора
АОМК-250/0,5, максимальная мощность пресса 640 кет, а мак-
симальный рабочий ток 114200 а, напряжение изменяется от 44,7
до 2,75 в.
Пневматические прессы. Конструкция такого пресса разрабо-
тана М. Т. Васильевым (фиг. 138). На чугунной плите 1 установ-
192
лена станина 2, в верхней части которой расположены две сталь-
ные колонны 3 с подвижной поперечиной. К станине 2 прикреплен
пневматический цилиндр 5 с поршнем 6, перемещаемым сжатым
воздухом. Шток поршня соединен с пуансоном 7, входящим в
матрицу 15. Ток подводится к нижним и верхним пуансонам, спе-
кание производится непосредственным пропусканием тока. На
поперечине 4 крепится гидравлический упор для закрывания
верхнего отверстия матрицы пуансоном 11. Выталкивание изде-
лий осуществляется нижним пуансоном. Вращающийся стол
снабжен четырьмя гнездами для матриц. Максимальное удель-
ное давление на брикеты 6000 Мн/м2; мощность пресса 250—
350 кет, производительность — 90 изделий (брикетов из стальной
стружки) в 1 ч.
Для горячего прессования может быть использована большая
группа прессов лабораторного типа и целый ряд гидравлических
и винтовых прессов.
ПЕЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
В этом разделе рассмотрены основные конструкции печей,
используемых для получения порошков спекания отжига метал-
локерамических изделий.
Печи, применяемые в металлокерамическом производстве,
должны обеспечивать: 1) равномерное распределение температу-
ру по всему рабочему пространству; 2) стабильность теплового
режима обработки; 3) соответствие рабочей температуры темпе-
ратуре спекания; 4) высокую производительность, герметичность
и надежность в работе.
Печи для получения порошков. Шахтная печь для восстанов-
ления железного порошка (фиг. 139) конструкции Днепровского
алюминиевого завода представляет собой железный кожух пря-
моугольной формы, изнутри футерованный шамотом-легковесом.
На внутренней поверхности, футерованной также шамотом, под-
вешены нихромовые нагреватели. Шахтой печи служит труба (из
стали 1Х18Н9Т), на которой закреплена крышка печи, нижний
конец ее свободно входит в холодильник. Загрузочная камера от-
делена от шахты шибером. Холодильник печи представляет собой
железную трубу с водяной рубашкой, соединенной в нижней час-
сти разгрузочной камерой. Винтовой подъемник с помощью што-
ка проходит внутрь камеры через сальниковое уплотнение.
Газ-восстановитель вводится в печь с помощью патрубка,
расположенного в верхней части холодильника, а выводится по-
сле прохождения через печь, через верхнюю часть шахты.
Для экономии производственной площади и более полного ис-
пользования тепла во вновь строящемся цехе Днепровского алю-
миниевого завода предусмотрены четырехшахтные печи, уста-
навливаемые в одном кожухе. После заполнения шахты
печи пустыми стаканами (из стали 1Х18Н9Т) подается
13 4-117 193
1920*1920
4Й Отвод
газа
Вода
Фиг. 139. Шахтная печь вос-
становления.
газ-восстановитель и начинается разогрев печи (табл. 51). К не-
достаткам печи следует отнести: 1) большой расход электро-
энергии и 2) непроизводительный расход тепла на нагрев стака-
нов (масса которых составляет 80% от массы шихты).
Для получения порошков железа вольфрама, молибдена мо-
гут быть использованы газовые двухмуфельные печи (фиг. 140).
--------------------- Двухмуфельная печь представляет со-
бой непрерывно действующую печь с
двумя карбофраксовыми или шамот-
ными муфелями, через которую перио-
дически проталкиваются поддоны с
шихтой.
Муфели (800 X 400 мм) собирают
из отдельных секций, соединенных
между собой карборундовым мерте-
лем. Внутри муфеля устанавливаются
металлические направляющие для под-
донов. Боров печи находится под му-
фелями и отделен от топочного про-
странства карбофраксовыми плитами.
Кожух печи сварной, герметичный,
охлаждаемый водой, циркулирующей
по замкнутому циклу. Температура
в печи поддерживается газовыми ин-
жекционными горелками бесфакельно-
го типа с керамической посадкой.
Двухмуфельная печь подобной кон-
струкции производительностью 1500 т
в год спроектирована для производства
железного порошка восстановлением
окалины природным конвертирован-
ным газом.
Поддоны перемещаются с помощью
толкателя по роликам, расположенным
в муфеле печи; обогрев печи обеспечи-
вается с помощью 32 безфакельных го-
релок; длина ее по кладке равна
11136 мм, длина холодильника —
12 780 мм.
Ростовским конструкторско-проект-
ным бюро треста «Энергочермет» для
получения железного порошка спроектирована кольцевая печь
с вращающимся подом. Печь состоит из топочной камеры и ниж-
ней камеры для восстановления брикетов, которые нагреваются
за счет лучеиспускания. Герметичность печи обеспечивается гид-
равлическим затвором с непрерывным протоком воды; брикеты
загружают в печь через бункер; выгрузка осуществляется с по-
мощью направляющего водоохлаждаемого упора.
194
*
£
Техническая характеристика шахтных печей
Таблица 51
Характеристика Единица измерения Печи
одно- шахтная четырех- шахтная
Производительность по губке Максимальная температура нагрева . . . Установленная мощность печи Давление газа в печи Общая высота Длина нагреваемой зоны Диаметр шахты Высота холодильника Расход газа-восстановителя ....... Расход электроэнергии Период загрузки кг/ч °К кет мм вод. ст. м » » м31т квт/ч мин 100 1513 300 20—40 13,4 5,8 0,6 500 2500 60 400 1513 1200 20—40 13,4 5,3 0,48 500 2500 38
Печи кипящего слоя в порошковой металлургии нашли пока
ограниченное применение. Обычно такие печи состоят из цилин-
дрической или прямоугольной камеры, специального пода, через
который подается воздух, водород или конвертированный газ,
Фиг. 140. Схема двухмуфельной печи восстановления:
/ — толкатель; 2 — задвижка; 3 — горелки; 4 — термопары; 5 — кладка печи; 6 — уст*
ройство для компенсации расширения муфеля; 7 — металлическая труба; 8 — холо-
дильник; 9 — выход газа.
устройства для загрузки и выгрузки. В камере для обжига уста-
новлено устройство (водяной или воздушный холодильник) для
отбора избыточного тепла. В некоторых случаях камера для об-
жига (восстановления) делится на несколько смежных камер
вертикальными или горизонтальными перегородками.
Техническая характеристика кольцевой полупромышленной печи
Наружный диаметр в мм............................. 5428
Общая высота в мм................................. 3500
Рабочая площадь пода в м2..........................9,6
Суточная производительность в т....................5,08
13*
195
В этом случае материал последовательно проходит обжиг в
каждой из камер.
На фиг. 141 представлена печь для обжига молибдена в кипя-
щем слое. Печь состоит из огнеупорной камеры, воздухораспре-
делительной решетки, устройств для загрузки концентрата и вы-
трузки огарка и для охлаждения кипящего слоя и газоходов. Фу-
теровка огнеупорной камеры с размерами в плане 2400 X 800 мм,
выполненная из жароупорного бетона, имеет высоту около 8 м.
Фиг. 141. Печь кипящего слоя для обжига молибденового концентрата:
/ — загрузка концентрата; 2 — загрузка огарка; 3 — газовая горелка (инжекционная);
4 — холодильник стационарный; 5 — холодильник автоматического регулирования^
45/7/7-
Беопровальная дутьевая решетка из жароупорного бетона
состоит из пяти отдельных секций, расположенных на стальном
листе и разделенных железными перегородками. Воздух в каж-
дую секцию нагнетается воздуходувкой через воздухопровод и
коллектор, регулирующий количество подаваемого воздуха в
каждую секцию. Воздух в печь поступает через чугунные дутье-
вые грибки, смонтированные в шахматном порядке. Концентрат
196
поступает из бункера цилиндрической формы, дозируется та-
рельчатым питателем, а затем ленточным транспортером по-
дается в шлюзовый затвор, из которого с помощью двух шнеков
поступает в кипящий слой. С противоположной от загрузки сто-
роны в стене печи на высоте 900 мм расположено выгрузочное
отверстие с порогом. Огарок (пыль) пересыпается через порог,
но с помощью шлюзового затвора выгружается из печи. Устой-
чивая температура в печи поддерживается с помощью двух труб
эллиптического сечения, которые в случае повышения темпера-
туры наполняются водой с помощью насосов высокого давления,
а в случае снижения — автоматически уменьшается подача во-
ды; это позволяет сохранять стабильную температуру кипящего
слоя. Содержащийся в отходящих газах огарок улавливается
двумя последовательно установленными циклонами; окончатель-
ная очистка газа от пыли происходит в электрофильтрах.
Сталелитейная компания Алан Вуд для получения железного
порошка [102] методом кипящего слоя использует полупромыш-
ленную печь производительностью 20 т!сутки.
Предварительно нагретый во вращающейся печи до 753° К
рудный концентрат поступает в бункер, где давление водорода
достигает 35 атм. Руда из печи в бункер реактора транспорти-
руется по трубам в атмосфере инертного газа. Из бункера руда
поступает в реактор диаметром 1,69 м и высотой 29 м. Процесс
восстановления осуществляется на трех горизонтальных подовых
решетках с помощью подогретого водорода до температуры
813° К. Высокое давление водорода или другого восстановитель-
ного газа позволяет поддерживать на подовых решетках частицы
руды во взвешенном состоянии. Горячий водород смывает и вос-
станавливает каждую частицу материала. Руда постепенно пе-
ремещается из одной секции в другую.
Процесс удаления из магнетита 95 % кислорода происходит
не более 4 ч. Железный порошок, полученный подобным мето-
дом, обладает повышенной порофорностью; для предохранения
от окисления подвергается дополнительному отжигу при темпе-
ратуре 1143° К.
Трубчатые печи. В порошковой металлургии для производст-
ва металлических порошков находят широкое применение труб-
чатые печи с газовым и электрическим обогревом. Примером
такой печи может служить печь конструкции ЦНИИЧМ-7 (фиг.
142). Основным узлом ее является труба, изготовленная из стали
1XI8H9T и опирающаяся на две пары роликовых опор. Рабочая
часть трубы обогревается нихромовыми нагревателями. Перед-
ние и задние головки печи для загрузки и выгрузки порошка
соединяются с трубой с помощью сальниковых уплотнений.
Ферма со станиной скреплена шарнирно, что позволяет регу-
лировать угол наклона печи до 10°.
В разгрузочной головке имеется глазок, через который сле-
дят за процессом восстановления в печи и за состоянием внутрен-
197
ней ее поверхности. Труба вращается с помощью электродвига-
теля со скоростью 80 об1мин, последний синхронно вращает
кулачковый валик ударников. Окалина поступает в бункер, из
которого с помощью герметично закрытого шнека попадает во
вращающуюся трубу; скорость вращения загрузочного шнека
регулируется от 0 до 6 об!мин. Материал к разгрузочной головке
перемещается за счет вращения и регулирования наклона трубы.
Фиг. 142. Вращающаяся трубчатая печь конструкции ЦНИИЧМ-7:
1 — труба; 2 — нагреватель печи; 3 — газоподогреватель; 4 — загрузочная головка;
•5 —. разгрузочная головка; 6 *- ферма печи; 7 — привод вращения трубы; 8 — ударник;
9 — станина.
Окомкованный материал измельчается в разгрузочной голов-
ке с помощью двух тарелей с зубчатыми краями, а затем попа-
дает в бункер; уровень поступающего материала контролируется
с помощью электромагнитных датчиков.
Для предохранения сальниковых уплотнений от сгорания и
восстановленного порошка от охлаждения печь снабжена систе-
мой охлаждения. Загрузочная и разгрузочная головки и загру-
зочный бункер охлаждаются с помощью водяных рубашек.
Печь аналогичной конструкции для восстановления вольфра-
мового ангидрида, достаточно хорошо зарекомендовавшая себя
в эксплуатации, показана на фиг. 143. Для улучшения перемеши-
вания материала труба печи разделена с помощью поперечных
кольцевых перегородок (диафрагм) на несколько зон. Угол
наклона печи регулируется в пределах от 2 до 4°. Корпус печи
изготовлен из малоуглеродистой стали и футерован ультралег-
ковесным Кирпичом. В продольных пазах кладки корпуса с четы-
рех сторон находятся нихромовые опирали с регулируемыми сво-
довыми и подовыми нагревателями. В передней части печи
находится бункер с разрыхлителем и шнековым питателем;
непрерывная загрузка печи обеспечивает герметичность загру-
зочного шнека.
198
В конце трубы сверху установлено два ударника-груза, при-
крепленные к рычагу. К грузу в свою очередь прикреплен валик,
перемещающийся по зубцам вращающейся трубы. Над разгру-
зочным бункером расположены пылевая камера с отражателем.
Водород, сталкиваясь с отражателем, меняет скорость и направ-
ление и отделяется от выносимой пыли, которая разгружается
из пылевой камеры с помощью ручного шнека. Производитель-
ность печи при первом восстановлении достигает 2 т/сутки [61].
Фиг. 143. Вращающаяся трубчатая печь завода «Электроцинк»:
/ — шнек разгрузки с приводом; 2 — подогреватель водорода; 3 — разгрузочная
головка; 4 — сальниковое устройство; 5 — ударник (встряхиватель); 6 — корпус
печи; 7 — вращающаяся труба; 8 — загрузочный бункер; 9 — разрыхлитель;
10 — шнек загрузки; 11 — шнек для выгрузки пыли; 12 — нагреватель; /<Г— кладка*
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте твердых
сплавов разработана вращающаяся трубчатая печь, конструк-
ция которой в отличие от печи завода «Электроцинк» имеет
следующие особенности:
1. Рабочее пространство имеет кольцевое сечение,, располо-
женное между двумя концентричными трубами, причем внутрен-
няя труба с одного конца неподвижно закреплена к наружной
трубе.
2. В рабочем пространстве установлена насадка в виде Т-об-
разных полок, размещенных в шахматном порядке на внутренней
и наружной трубах; такая насадка обеспечивает равномерное
распределение восстанавливаемого материала.
3. Внутренняя труба используется для предварительного
нагрева водорода, поступающего в рабочее пространство.
Печи с вращающейся трубой могут быть легко вписаны в
автоматическую линию, так как операция загрузки и выгрузки
осуществляются непрерывно.
Для восстановления вольфрама углеродом инженером
В. В. Яковлевым разработана конструкция автоматической гра-
фитотрубчатой печи, обеспечивающей автоматическую загрузку,
выгрузку материала, размол восстановленного вольфрама и
возвращение пустых лодочек под загрузку (фиг. 144).
Пустая лодочка по лотку 1 поступает в кожух 2 и останав-
ливается с помощью контакта; гидроцилиндр 3 перемещает
199
лодочку в приемную камеру 4; гидроцилиндр 5 устанавливает ее
против загрузочного отверстия, где она фиксируется двумя по-
лумуфтами, работающими от электромагнита 6. С помощью
вибратора 16 смесь из бункера 8 загружается в воронку, из кото-
рой ячейковым питателем с помощью гидроцилиндра 7 поступает
под загрузочное отверстие, где и заполняет лодочку. С помощью
Фиг. 144. Автоматическая печь для восстановления вольфрама
углеродом:
1 — лоток; 2 — кожух; 3, 5, 7 — гидроцилиндры; 4 — приемная камера; 6 — элек*
тромагнит; 8 — бункер; 9 — гидроцилиндр прессования; 19 — печь; И — приемная
камера; 12, 13, 14, 17 — гидроцилиндры; 15 — труба; 16 — вибратор; 18 — электро-
магнит*
гидроцилиндра 9 происходит уплотнение смеси, а с помощью
гидроцилиндра 17 загруженная лодочка поступает в печь 10
после возвращения гидроцилиндра 5 в приемную камеру. Лодоч-
ка с восстановленным вольфрамом перемещается в приемную
камеру 11, а затем гидроцилиндром 12 подается в положение
под загрузку, в котором фиксируется электромагнитом 18. Гид-
роцилиндр 13 разгружает лодочку, после чего с помощью гидро-
цилиндра 14 она поступает под загрузку.
Восстановленный вольфрам при передвижении по трубе 15
на валки размалывается. Питание гидравлической системы
осуществляется шестеренчатым масляным насосом, обеспечиваю-
щим давление 25 ати. Максимальная температура в печи равна
1973° К; потребляемая мощность 25 кет, производительность
установки — 350—400 кг!сутки, размеры графитовой трубы
0 130/140 X 1500 мм.
Для получения вольфрамовых и вольфрамо-титановых кар-
бидов применяются графито-трубчатые печи (фиг. 145), состоя-
щие из графитовой трубы, являющейся одновременно и нагрева-
200
0772
Фиг. 145. Графито-трубчатая печь сопротивления:
/ — камера разгрузки; 2 — шлюзовый затвор; 3 — холодильник; 4 — ввод водорода; 5 — сажа; 6 — графитовая труба; 7 — пневмо-
толкатель; 5 — отвод водорода; 9 — отвод н 10 — подача воды; 11 — ввод воды»
телем, и рабочим пространством; труба имеет различные
внутренние диаметры, длину около 1,5 л и закреплена в охлаж-
даемых водой контактных головках, через которые подводится
ток от понижающего трансформатора и регулирующего уст-
ройства. Вокруг рабочей трубы расположена экранирующая
труба, снижающая потери тепла излучением и служащая для
создания пространства между рабочей трубой и кожухом печи,
засыпанного теплоизоляционным материалом, обычно сажей.
Ток, пропускаемый через трубу сопротивления, достигает 3000 а
при напряжении 17 в.
К контактным головкам подсоединяется с одной стороны
холодильник, а с другой — загрузочный патрубок.
Раньше печи Таммана были единственным типом высоко-
температурных печей, отличающихся друг от друга формой
корпуса. В настоящее время для карбидизации применяются
более производительные печи с достаточно равномерным тепло-
вым режимом. Они отличаются от конструкции обычной печи
Таммана длиной рабочего пространства; в качестве нагревателей
в них применяются две графитовые трубы, соединенные графи-
товой муфтой, а в качестве опор — графитовые блоки. Теплоизо-
ляционным материалом служит сажа; стойкость графитовых
труб определяется толщиной их стенок.
Для восстановления вольфрама и молибдена используются
одиннадцатитрубные печи, обогреваемые нихромовыми спираля-
ми, уложенными в пазах кладки или непосредственно на трубах
по тонкому слою асбеста; длина рабочей зоны нагрева 5 м. Печь
имеет пять самостоятельно регулируемых температурных зон,
мощность ее 50 кет; максимальная температура в печи — 1200° К-
Продвижение лодочек производится механическим толкателем,
который состоит из коробки скоростей, каретки, редуктора, элект-
родвигателя, механизма аварийного выключения привода. С
одной стороны печи подходит коллектор для распределения и
подачи воды в индивидуальные холодильники труб, из которых
она поступает в сливную воронку. Водород через взрывогаси-
тель и коллектор подается во все трубы печи. Печь снабжена
самопишущим гальванометром типа СГ-6. Концы труб гермети-
чески закрыты резиновыми пробками.
Производительность печи при втором восстановлении дости-
гает 150—400 кг)сутки и зависит от требований, предъявляемых
к зернистости порошка.
Для восстановления вольфрама могут быть рекомендованы
четырехмуфельные печи производительностью 1300 кг!сутки
вольфрамового порошка (размеры муфлей 300 X 70 мм, длина
рабочей зоны 4,9 м). Печь разделена на шесть самостоятельно
регулируемых зон нагрева.
Для высокотемпературного восстановления вольфрама при-
меняются одно- и двухмуфельные печи (фиг. 146) с сечением
алундового муфеля 250 X 155 мм, последние в некоторых слу-
202
чаях могут быть заменены
стальными муфелями с огне-
упорной обмазкой. Нагревате-
ли таких печей изготавливают
из молибденовой проволоки.
В качестве теплоизоляционных
материалов используются ша-
мот и ультралегковес, осталь-
ное пространство печи запол-
няется засыпкой из глино-
зема.
Для защиты молибденовых
нагревателей от окисления
корпус печи заполняется водо-
родом.
При высокотемпературном
восстановлении используются
никелевые лодочки (250 X
X 200 X 50 мм), устанавлива-
емые в отдельных случаях на
графитовые поддоны. Произво-
дительность одно- и двухму-
фельных печей соответственно
равна 90 и 200 кг/сутки, а по-
требляемая мощность 18 и
28 кет.
Указанные печи характе-
ризуются высоким расходом
электроэнергии и сравнительно
невысокой призводительно-
стью, поэтому для высокотем-
пературного восстановления
целесообразнее использовать
газовые двухмуфельные печи.
Для восстановления окиси
кобальта применяются четы-
рехтрубные печи прямого наг-
рева. Равномерный разогрев
печи достигается за счет про-
хождения тока. Печь состоит
из последовательно соединен-
ных жароупорных труб диа-
метром 76 мм, длина рабочей
зоны 3 м; производительность
ее 80 кг!сутки.
Основные типы электро-
печей для производства порош-
ков вольфрама, молибдена и
кобальта даны в табл. 52.
Фиг. 146. Муфельная печь для высокотемпе-
ратурного восстановления вольфрама.
g Таблица 52
Основные типы электропечей с автоматическим регулированием температуры
______________________________для производства порошков вольфрама, молибдена и кобальта___________________________
Наименование лечи Коли- чество регули- руе- мых зон Уста- новлен- ная мощ- ность в кет Макси- маль- ная темпе- ратура (рабо- Размеры муфеля трусы в мм Основное назначение печи Производительность в кг/сутки
Одиннацатитрубная с ни- 900 Диаметр 55, длина 5900
хромовыми нагревателями Четырехмуфельная с ни- 5 50 Восстановление порош- ка вольфрама и молиб- дена 150—230
хромовыми нагревателями Четырехтрубная прямо- 3 и 6 75 950 300X70X4900 Восстановление воль- фрама 1200
го нагрева С графитовой трубой 1 10 800 Диаметр 89x5, длина 3000 Восстановление ко- бальта До 80 по металлу
сопротивления С алундовым сдвоенным муфелем и молибденовыми 1 50 1700 Диаметр 128x150 и 250х 170 Восстановление и кар- бидизация вольфрама . . До 160 вольфрама, до 500 карбида вольфрама
нагревателями Вращающаяся трубчатая конструкции завода «Элек- 2 40 1600 2X1100 Восстановление и кар- бидизация вольфрама . . 50 рольфрама крупнозер- нистого, до 800 карбида вольфрама
троцинк» 3 21 950 Диаметр 300 Получение порошков вольфрама 300 вольфрама при одно- стадийном восстановлении и 2000 кг при 1-ом восста- новлении
Продолжение табл. 52
Наименование печи Коли- чество регули- руе- мых зон Уста- новлен- ная мощ- ность в кет Макси- маль- ная тем- пера- тура (рабо- чая) в ®С Размеры муфеля трубы в мм Основное назначение печи Производительность в кг/сутки
Графитотрубчатая конст- рукция инж. В. В. Яков- лева 1 25 1700 Диаметр 170 Для углеродного вос- 350—380 вольфрама
Двухзонная муфельная для высокотемпературного восстановления 2 20 1190 250х 155 становления вольфрама . Для высокотемпера-
Двухзонная двухмуфель- ная высокотемпературного восстановления 2 30 1200 250х 155 турного восстановления . То же 90—95 вольфрама 195 вольфрама
Графитотрубчатая с пря- моугольным корпусом . . 1 60—70 2500 Диаметр 128 Углеродное восстанов-
Графитотрубчатая с круглым корпусом .... 1 60 2300 Диаметр 128 ление, карбидизация вольфрама и вольфрама В, получение сложного карбида То же До 240 вольфрама, до 1100 карбида вольфрама, до ПО карбида вольфрама В, 250 сложного карбида 200 вольфрама, 1100 кар-
Графитотрубчатая с дву- мя графитовыми трубами . 2 30—80 2200 Диаметр 100, » бида вольфрама, 300 кар- бида вольфрама В, 200 сложного вольфрама 280 карбида вольфрама,
длина 1500 330 карбида вольфрама В, 150 сложного карбида
Печи спекания. Печи для спекания классифицируются по сле-
дующим признакам:
1. Максимальной рабочей температуре: а) низкотемператур-
ные и б) высокотемпературные.
2. Характеру атмосферы в рабочем пространстве: а) окисли-
тельные, б) восстановительные, в) нейтральные и г) вакуумные-
печи.
3 Типу обогрева: а) электрические и б) газовые.
4. Принципу работы: а) периодические и б) непрерывные
5. Механизации производства: а) автоматические и б) не-
автоматические.
Для спекания предварительно спрессованных заготовок ис-
пользуются печи различных типов, подразделяющиеся в основ-
ном на печи периодического и непрерывного действия.
Таблица 53
Основные свойства материалов для нагревательных элементов
Материал Удель- ный вес в кг/м3 Удельное электриче- ское со- противле- ние при 300е К в ом-мм2/м Темпера- турный коэффи- циент электриче- ского со- противле- ния в а«103 Темпе- ратура плавле- ния в «К Мак- сималь- ная рабо- чая темпе- ратура в «К
Нихром тройной Х15Н60 .... Нихром двойной Х20Н80 .... Нихром двойной Х2Н80ТЗ . . . Сталь Х25Н20С2 Сталь Х23Н18 (ЭИ417) Фехраль (Х13Ю4) Сплав № 1 (ОХ17Ю5) Сплав № 2 (ОХ25Ю5) Сплав ЭИ-525 (ОХ23Ю5) .... Сплав ЭИ-626 (ОХ27Ю5А) . . . Чист Молибден Тантал Вольфрам Неметаллг Карборунд Графит Уголь Дисилипид молибдена *В вакууме или в защитной атмосфе Сплавы 8300 8400 8200 7840 7800 7200 7100 7000 7300 7200 ые мегг 10200 16600 19340 шеские 2300 1660 1600 5600 ре. 1,1 1,1 1,27 0,92 0,9 1,26 1,3 1,4 1,35 1,42 шллы 0,052 0,15 0,05 материалы 800— 1900 8—13 40—60 0,2— 0,4 0,1 0,035 0,022 0,38 0,4 0,15 0,006 0,05 0,05 0,022 5,1 4,0 4,3 Перемен- ный Перемен- ный Перемен- ный В сред- нем 4,8 1673 1673 1673 1700 1700 1700 1700 1700 ' 1800 1800 2900 3273 3673 1300 1400 1450 1200 1200 1200 1300 1450 1500 1550 2300 2800 3100 1800 2300 (3100) 2300 (3100*) 2000
206
Печи сопротивления периодического действия, хотя и заме-
няются постепенно печами непрерывного действия, однако еще
довольно часто применяются в порошковой металлургии.
Муфельные и шахтные (тигельные) печи. Обогрев муфельных
печей осуществляется либо электросопротивлением, либо газом,
либо индукционным способом. Для спекания антифрикционных
изделий на Ново-Краматорском машиностроительном заводе
сконструирована шахтная цилиндрическая печь периодического
действия с максимальной рабочей температурой 1473° К, обес-
печиваемой генераторным газом с помощью двух тангенциально
расположенных горелок. Расход топлива не превышает 120—
150 м3/ч и подается в печь вентилятором; температура печи кон-
тролируется самопишущим гальванометром, время разогрева
до рабочей температуры не превышает 6—8 ч; единовременная
загрузка колеблется от 200 до 400 кг; внутренний диаметр ее
равен 1000, а наружный — 1500 мм, высота над уровнем поля
составляет 1600 мм.
При использовании печей сопротивления нагревательные эле-
менты для них изготовляют из материалов, технические характе-
ристики которых приведены в табл. 53.
В Советском Союзе выпускаются различные электропечи со-
противления с нагревателями из нихрома, фехраля, силитов и гло-
баров, а также из молибдена. Однако для промышленного исполь-
зования целесообразно применять молибденовые нагреватели,
хотя и они требуют специальной защиты от окисления.
Для порошковой металлургии могут быть рекомендованы
электрические камерные печи двух типов: Г-30 и Г-50, отлича-
ющиеся габаритными размерами и количеством потребляемой
мощности. Ниже приведена техническая характеристика элек-
трических камерных печей.
Г-30 Г-50
Габаритные размеры рабочего пространства в мм:
ширина......................................... 300 450
длина.......................................... 400 700
высота......................................... 250 350
Габаритные размеры печи в мм:
ширина............................................ 1400 1550
длина......................................... 1500 1800
высота ....................................... 1770 1900
Номинальная мощность в кет.......................... 30 50
Число фаз............................................ 3 3
Максимальная рабочая температура в °К............. 1573 1573
Масса печи в кг.................................. 2300 2900
Защитная атмосфера в таких печах создается с помощью
специальных муфелей, в которые подается защитный газ. Печи
футеруются карборундовыми плитами. Силитовые нагреватели
с утолщенными выводами устанавливаются у свода и под подом
печи, температура контролируется с помощью термопары, нахо-
дящейся в задней стенке печи. Эти печи поставляются вместе
с трансформаторами, имеющими несколько ступеней нагрева.
207
Фиг. 147. Печь для спекания фрикцион-
ных дисков:
/ — понижающий трансформатор; кожух
печи; 3 — центрирующий стержень для укладки
дисков; 4 — канал для подачи водорода; 5 —
верхний упор для передачи давления на дис-
ки; 6 — холодильник; 7 —»крышка муфеля;
8 — шток муфеля; 9 — рама; 10 — нагружаю-
щее устройство; // —1 поворотная траверса;
12 — стакан для нагружающей пружины; 13 —
тарированная пружина; 14 — нажимная гайка;
15 — ввод термопары.
К печам периодического действия относятся печи, исполь-
зуемые для спекания фрикционных изделий.
Для спекания под давлением малых фрикционных дисков
(диаметром до 90 мм) в приборостроительной промышленности
применяется усовершенствованная колокольная печь (фиг. 147).
Она представляет собой шахту с нихромовым ленточным нагре-
вателем, питающимся от однофазного понижающего трансфор-
матора при напряжении 36 в. Давление в процессе спекания
создается с помощью нагружающего устройства 10, смонтирован-
ного на. верхнем торце печи
и представляющего собой
тарированную пружину 13.
Вращением гайки 14 нагру-
жателя пружина сжимается,
сила сжатия передается че-
рез шток нагружателя на
шток муфеля 8 и через верх-
ний упор 5 на стопку спека-
емых фрикционных металло-
керамических дисков, цент-
рируемых нижним упором.
С помощью специального
канала 4 в муфеле создает-
ся направленный поток во-
дорода, обеспечивающий за-
щиту спекаемых изделий от
окисления. Холодильник 6
препятствует перегреванию
крышки 7 муфеля и тем са-
мым обеспечивает безотказ-
ную работу уплотнений.
Температура замеряется
термопарой, находящейся в
специальных вводах с торца
или в корпусе печи.
Для спекания фрикцион-
ных деталей диаметром до
400 мм из материалов на
железной и медной основе
применяется электрическая
печь (фиг. 148) с рабочей температурой до 1473° К. Не-
обходимое удельное давление в ней создается пневматическим
поджимным устройством (давление воздуха в сети 5 атм). Высота
спекаемых изделий вместе с технологическими прокладками до-
стигает 600 мм. Нагревательными элементами печи служат две-
надцать селитовых стержней, герметичность ее достигается с по-
мощью песочных затворов. Мощность печи регулируется тран-
сформатором типа ТПТ-1000. Контроль и регулирование темпе-
208
ратуры осуществляется автоматическим электронным потен-
циометром с помощью платиновой термопары. Контейнер, охла-
жденный вместе с печью до 833° К, ручной талью переносится
в холодильник с водяной рубашкой. Для ускорения процесса
74/7/7-
1600-
Фиг. 148. Электрическая печь с силитовыми нагревателями
для спекания фрикционных дисков [113].
охлаждения к контейнеру от сети подводится воздушное и во-
дяное охлаждение; необходимое давление обеспечивается винто-
вым прессом. Для спекания (сварки) штабиков из тугоплавких
металлов используются специализированные печи ЦЭП-223А
и ЦЭП-305 (сварочные аппараты). На фиг. 149 показана одна
14 4-177 209
из таких печей для сварки вольфрамовых штабиков в атмосфере
водорода. Опорная плита и колпак печи охлаждается проточной
водой, поглощающей тепло, излучаемое штабиком. В некоторых
случаях для уменьшения тепловых потерь применяются молибде-
новые экраны. Нагревательным элементом служит образец, по
которому пропускается электрический ток 3000—10000 а (в за-
висимости от размера образца). Штабик крепится в контактах
4 и 5. Верхний контакт состоит из двух медных пластинок с воль-
фрамовыми губками (между ними зажимается конец штабика)
и заклинивается в прорези полой медной бабки, покоящейся на
двух медных трубках 3; нижний контакт представляет собой за-
жимные щипцы с вольфрамовыми губками.
Фиг. 150. Схема вакуумного аппа-
рата для сварки тантала.
Фиг. 149. Общий вид сва-
рочного аппарата для
сварки штабиков:
1 — стальная плита; 2 — къл-
пак, охлаждаемый водой;
3 — охлаждаемые водой мед-
ные трубки, подводящие ток;
4 —> верхний контакт; 5 —
нижний подвижной контакт;
6 — вольфрамовый штабик;
7 — гибкая шина.
Сварочные аппараты выпускаются
вместе с пультами управления, маг-
нитной станцией СУ-5 и автотранс-
форматором АОМК-ЮО/0,5.
В настоящее время, особенно в за-
рубежной практике, прибегают к од-
новременному свариванию нескольких штабиков, это повышает
производительность труда и снижает расход электроэнергии
вследствие взаимного нагревания штабиков за счет излучения.
Для вакуумной сварки танталовых штабиков используются
сварочные аппараты типа ЦЭП-302 (фиг. 150). Сопротивлением
печи, как и при сварке вольфрамовых заготовок, служит шта-
бик 4, зажатый между молибденовыми контактами 2 и 3, охла-
ждаемыми водой. Медные и латунные трубки 5, подводящие ток,
проходят через стальную плиту 6, в кольцевую выточку которой
входит стальной колпак /, охлаждаемый водой, с уплотняющим
резиновым кольцом 8. Ток низкого напряжения подводится
к трубкам-шинам 7.
210
Аппарат снабжен диффузионным вакуум-насосом 9 и рота-
ционным вакуум-насосом 11 с промежуточным баллоном Id
и вентилями 12 на вакуум-проводе.
На фиг. 151 изображена вакуумная печь, используемая при
проведении лабораторных работ, с проволочным вольфрамовым
нагревателем, водоохлаждаемым корпусом и крышками. Ток
подводится к верхней и нижней шинам. Удлинение вольфрамово-
го сетчатого цилинд-
ра при нагреве печи
компенсируется по-
движным регулиру-
ющим устройством.
Печь соединена с ва-
куум-насосом через
патрубок, охлажда-
емый водой. Уста-
Вход воды
Выход боды
Переход боды из нижнего
токоподбода б крышку
Фиг. 151. Печь ТВВ-2:
1 — корпус печи; 2 — рама; 3 — диффузионный насос; 4 — форвакуумный насос;
5 — коммуникации.

новленная мощность печи (50 кет) обеспечивает температуру до
2273° К; размеры рабочего пространства: диаметр 60 и высота
120 мм; напряжение регулируется трансформатором в пределах
3—10 в, что обеспечивает надежную работу в большом интерва-
ле температур, измеряемых оптическим пирометром через глазок
в съемной крышке. Для уменьшения потерь тепла к крышке
печи подвешиваются четыре металлических (молибденовых)
экрана.
В связи с тем, что вольфрамовые нагреватели окисляются на
воздухе, последние в указанных печах часто заменяются графи-
товыми нагревателями. Печь после проведения соответствующей
герметизации может работать с защитными газами, которые
подаются в нее через отверстия в верхней крышке. Увеличение
рабочего пространства достигается за счет увеличения размеров
вольфрамового нагревателя до 90 мм и применения нагревате-
лей из молибденовой жести [113].
Для спекания штабиков инженерами Н. Б. Каганом и
А. Е. Фрейманом созданы индукционные вакуумные печи
14* 211
Фиг. 152. Вакуумная электропечь ОКБ-786:
1 — кожух нагревательной камеры; 2 — нагреватель; 3 — взрывной клапан; 4 — патру-
бок для присоединения вакуумной системы; 5 — вакуумная система; 6 — механизм
подъема садки; 7 — рабочая площадка.
ОКБ-530М с вольфрамовыми и ОКБ-533М с графитовыми на-
гревателями. Указанные печи должны быть укомплектованы
высокочастотными генераторами с автотрансформаторными пус-
кателями, конденсаторными батареями и щитами управления
(табл. 54).
Таблица 54
Печи ОКБ-530М и ОКБ-533М
Характеристика Единица измерения ОКБ-530М ОКБ-533М
Установочная мощность Мощность генератора Рабочая температура Количество тепловых зон Продолжительность спекания Регулирование температуры Вакуум в печи Расход охлаждаемой воды Общая масса кет в °к шт ч мм рт. ст. мР/ч кг 400 300 2573 6 8 Ручное 1—10“4 20 11240 235 235 2173 3 15 Ручное 1 • 10“3 20 14270
Высокотемпературная вакуумная печь типа ОКБ-786 (фиг.
152) с металлическими нагревателями и сравнительно большим
рабочим объемом спроектирована для спекания изделий при
температуре 2273—2773° К [106]. Нагревательная камера имеет
водоохлаждаемый кожух, футеровку и нагреватели. В качестве
теплоизоляции использована крошка из двуокиси циркония, на-
ходящаяся между двумя цилиндрами: внутренним из молибде-
нового листа и наружным из жароупорной стали. Перед тепло-
изоляцией со стороны рабочего объема устанавливается шесть
экранов из вольфрама и четыре из молибдена.
Нагревательные элементы из вольфрамовых стержней имеют
диаметр 4 мм и собраны в отдельные секции, каждая из них со-
стоит из трех параллельных стержней, концы которых заделаны
в медные колодки. Фазовые нагреватели крепятся с помощью
специального водоохлаждаемого кольца, являющегося нулевой
точкой. Электропитание печи осуществляется от трех однофаз-
ных трансформаторов типа ТСО-75АЗ, соединенных с трехфаз-
ным автотрансформатором типа АТМК-250/0,5. Программное
регулирование температуры осуществляется электронным потен-
циометром ЭПП-16. Вакуум обеспечивается диффузионным 4-8Т
и бустеровским насосом типа БИ-4500 и БН-3.
В табл. 55 приведены характеристики элеваторной, камерной
и шахтной вакуумных печей конструкции ВНИЭТО.
В порошковой металлургии индукционные печи периодиче-
ского действия используются для спекания довольно редко, хотя
они обеспечивают равномерный прогрев спрессованных загото-
вок и, следовательно, высокое качество спеченных изделий.
213
Техническая характеристика печи О КБ-78 в
Мощность в кет:
печи ............................................ 282
нагревательной камеры............................ 225
вспомогательного оборудования..................... 57
Напряжение питающей сети в в......................... 380
Рабочее напряжение нагревателей в е................. 20,8
Рабочая температура в °К.......................... До 2773
Число фаз питающей сети................................ 3
Остаточное давление в мм рт. ст................... 1: 10—4
Расход охлаждаемой воды в м3.......................... 10
Габаритные размеры в плане в мм................... 3000x6955
Высота в мм ........................................ 5850
Общая масса, включая блок, в кг.................... 10500
Применение находят главным образом печи бессердечникового
типа с медным индуктором и керамической шахтой-тиглем.
Таблица 55
Элеваторная, камерная и шахтная вакуумные печи
Характеристика Единица измерения ОКБ-884 ОКБ-886 ОКВ-645А
Мощность печи .... кет 300 500 930
Рабочее напряжение . . 6 36 — 380
Количество зон .... шт. 7 2 1
Материал нагревателей — Вольфрам Г рафит 1 • 10“1 Г рафит
Ваккум Размеры садки: мм рт. ст. 1 • 10""4 5 • 10”"3
диаметр мм 100 — 250
высота Расход охлаждаемой » 200 — 200
воды м3/ч 15 20 20
Общая масса кг 4100 20000 16900
Индукционные печи эксплуатируются в атмосфере защитных
газов или вакуума. Эти печи сложны в эксплуатации, кроме того
объем рабочего пространства их очень мал по сравнению с объ-
емом всей установки. Возможно, что они найдут применение при
спекании некоторых прецизионных сплавов и изделий, но глав-
ным образом они могут быть использованы для научно-исследо-
вательских работ. Электропромышленностью выпускаются ин-
дукционные печи с ламповыми генераторами (установки ВЧ)
следующих основных типов: ЛГД-1, ЛГЕ-ЗБ, ЛГД-10А и Л ГД-30
мощностью 0,1—5 кеа; для опытных работ — ЛГЗ-10А, ЛЗ-37,
ЛЗ-67, ЛЗ-107 мощностью 50—180 кеа и печи ЛГ-37 и ЛП-67,
имеющие тигли 180—200 мм.
Установки ВЧ могут работать в помещениях с температурой
окружающего воздуха до 300° К при относительной влажности
214
не выше 85%, кроме того в условиях, исключающих возможность
воздействия паров кислот, щелочей и токопроводящей пыли.
Установки снабжены экранами и поэтому не требуют каких-либо
дополнительных устройств для удаления радиопомех.
ЦНИИЧЕРМЕТом [19] разработана специализированная ва-
куумная индукционная печь для спекания металлокерамических
заготовок из титана и молибдена массой 15—25 кг (фиг. 153).
Рабочая камера печи образована трубой 1 из непрозрачного
кварца. Труба опирается на резиновую прокладку, находящу-
юся в нижней крышке 2; последняя с помощью той же проклад-
ки соединяется с пере-
ходной крышкой 5.
Верхний торец трубы
закрывается крышкой 5,
имеющей водоохлаж-
даемую резиновую про-
кладку. Для наблю-
дения за процессом
сварки имеется окно.
2
5
-Фиг. 153. Вакуумная индукционная печь ЦНИИЧЕРМЕТа.

Спекаемая заготовка устанавливается на графитовый столик,
опирающийся на набор шамотовых подставок. Между заготовкой
и наружной трубой устанавливается трубоэкран, изготовленный
из непрозрачного кварца. Индуктор 4 расположен снаружи, вне
вакуума, что значительно упрощает конструкцию печи и удешев-
ляет ее стоимость. Эвакуация рабочего пространства печи про-
изводится насосом ВН6. Электрическая часть установки рассчи-
тана на поочередное питание двух печей и укомплектована стан-
дартным оборудованием индукционной плавильной установки
МГП-52.
Печи непрерывного действия широко применяются в порош-
ковой металлургии.
Периодическая печь непрерывного действия, или печь-пере-
движка, представляет собой железную трубу, которая сверху
покрыта тонким слоем шамота; над ним расположена обмотка,
используемая в качестве нагревателя. Печь покрыта кожухом
215
из котельного железа. С одного конца трубы находится холо-
дильник. Температура в различных зонах печи контролируется
термопарами. Часто в одном кожухе смонтировано несколько
труб, что позволяет увеличить коэффициент полезного использо-
вания тепла и уменьшить производственные площади, необходи-
мые для ведения всего технологического процесса. Спрессован-
ные заготовки загружаются в лодочки, которые продвигаются
внутри трубы с помощью толкателей.
Фиг. 154. Печь-передвижка с прямоугольной нагревательной камерой
и гидравлическим толкателем:
1 — диатомитовая засыпка; 2 — шамотный кирпич; 3 — кожух; 4 — холодильник;
5 — нагреватели; 5 —рельсовый путь; 7 — диатомитовый кирпич; 8 — дверца;
9 — разгрузочный стол; 10 — разгрузочная камера; 11 — загрузочная камера;
12 — загрузочный стол; 13 — гидравлический толкатель.
Трубчатые печи с загрузкой заготовок в лодочки имеют
сравнительно низкую производительность, поэтому целесообраз-
нее применять печи-передвижки с прямоугольной нагревательной
камерой (фиг. 154), имеющие три температурные зоны. Кладка
зон I и II облегчена, кроме того, отсутствует теплоизоляция.
Снаружи печь имеет цельносварной железный кожух.
Нихромовые нагреватели (спирали) расположены на полу и
на боковых стенках печи. Внутри печи находятся рельсовые пу-
ти, опирающиеся на шпалы (рельсы и шпалы изготовляются из
окалиностойкой стали), по которым ящики с заготовками пере-
мещаются с помощью гидравлического или механического тол-
кателя.
Одним из способов механизации печей является применение
пульсирующего пода. При этом поддоны передвигаются по жаро-
упорному наклонному желобу, периодически встряхиваемому
от эксцентрикового механизма.
Другой способ механизации — создание печей с шагающим
подом. В них по всей длине предусматриваются две и более про-
дольных щелей, в которые устанавливаются так называемые ша-
гающие балки, совершающие подъемно-поступательное или воз-
вратное движение по кругу, эллипсу или прямоугольнику с по-
мощью рычажного или эксцентрикового механизма. Вакуумная
216
печь ОКБ-871 с шагающим по-
дом (фиг. 155) состоит из свар-
ной загрузочной камеры, сое-
диненной с помощью затвора
ДУ-380 с нагревательной каме-
рой. Последняя имеет две теп-
ловые зоны, обогреваемые мо-
либденовыми нагревателями,
имеющими вид зигзагообраз-
ной проволоки; размещены на
боковых стенках и на своде
печи и установлены в виде бло-
ков на специальных плитах из
высоко глиноземистого шамота.
Вакуумная система служит
для создания предварительно-
го вакуума перед заполнением
печи защитной атмосферой;
она состоит из двух форваку-
умных насосов ВН-45 и ваку-
умных затворов ДУ-85. Каме-
ры нагревания и охлаждения
имеют цилиндрическую форму
и снабжены водоохлаждаю-
щим устройством (расход во-
ды не превышает 8 №/<<).
Нагревательная камера футе-
рована высокоглиноземистым
кирпичом и шамотом-легко-
весом.
Для компенсации тепловых
потерь в поду печи имеются
компенсационные нагреватели
из нихромовой проволоки; за-
грузочные и разгрузочные про-
емы печи защищены экрани-
рующими дверцами. Печь снаб-
жена двумя трансформатора-
ми и тремя автотрансформато-
рами; весь цикл работы ее
автоматизирован. Температура
в печи регулируется и контро-
лируется с помощью платино-
родиевых термопар и потенцио-
метров. Конструкция печи обес-
печивает загрузку и выгрузку
изделий без нарушения атмос-
ферного режима.
217
Рабочая температура печи 1673° К, производительность 30—
50 кг/ч, продолжительность нахождения изделий в ней регулиру-
ется в широких пределах; время разогрева до рабочей темпера-
туры не превышает 12 ч; размеры рабочего пространства 1850Х
X 320x240 мм, общая масса печи составляет 2377 т. Электро-
промышленностью для порошковой металлургии выпускаются
специализированные печи с шагающим подом ОКБ-60А с мак-
симальной рабочей температурой 1453° К.
Для спекания в защитной атмосфере предусмотрена гермети-
зация печи с помощью шлюзовых камер, установленных со сто-
роны загрузки и выгрузки. Здесь используются холодильники
металлические, двухстенные, охлаждаемые проточной водой.
Электропечь состоит из металлического кожуха, выложенного
изнутри камеры нагрева огнеупорным кирпичом и термоизоля-
ционным слоем из диатомитового кирпича и диатомитовой за-
сыпки. Под состоит из неподвижной части и одной или двух
движущихся металлических балок, футерованных огнеупорным
кирпичом. Балка с помощью эксцентрикового механизма подни-
мается вверх, снимает находящиеся в неподвижной части пода
поддоны и вместе с ними перемещается вдоль печи; привод ша-
гающей балки электромеханический, а загрузка и разгрузка
поддонов ручная. После продувки шлюзовых камер нейтраль-
ным газом все внутренние заслонки подымаются, после чего
включается механизм движения балки. В камере нагрева метал-
лические нагреватели закреплены на боковых стенах, на своде
и в подовых щелях. Температура регулируется автоматически
с помощью приборов теплоконтроля и термопар, установленных
в своде; мощность печи 190 кет, напряжение 112—132 в; печь
разделена на две тепловые зоны; размер рабочего пространства
640X11330x200 мм, длина зоны нагрева 5615 мм, зоны охлаж-
дения— 5715 мм, горизонтальный ход балки 26 мм; масса печи
34,3 т, защитный газ — генераторный.
По типу действия к печам с шагающим подом близка конвей-
ерная или методическая печь (фиг. 156). Спрессованные заготов-
ки в ней укладываются в поддоны, движущиеся на конвейере,
представляющем собой бесконечную ленту из окалиностойкой
проволоки (хромаль с рабочей температурой не более 1573° К).
Лента имеет рабочую ширину полотна 300—600 мм, состоит из
плоских спиралей и передвигается в камере нагрева по настилу
из окалиностойкого материала. Холостая ветвь конвейера под-
держивается опорными роликами, установленными на раме печи.
Ведущий барабан конвейера находится с загрузочной стороны
и приводится в движение от приводной станции. При длине зоны
выдержки 6—10 м, общая длина конвейерной печи составляет
15—20 м, мощность печи 80—120 кет, скорость движения ленты
конвейера 2—3 м/ч, расход защитного газа 12—15 м3/ч,
мощность электродвигателя для перемещения конвейера 2—
3 кет.
218
Фиг. 156. Схема конвейерной печи:
1 — место загрузки; 2 — 4 — зоны нагрева, выдержки
и охлаждения; 5 — вытяжка; 6 — подача газа; 7 — термо-
пара; 8 — сопротивление.
ьо
43
Фиг. 157. Печь ЦЭП-214А.
Для спекания металлокерамических изделий предприятиями
используются проходные муфельные печи типа ЦЭП-156,
ПЭП-214А (фиг. 157) и ЦЭП-356.
Печь ЦЭП-214А состоит из сварного металлического кожуха
прямоугольной формы, в котором установлен алундовый муфель
250Х 140Х 1080 мм с обмоткой из молибденовой проволоки, явля-
ющейся нагревательным элементом печи. Муфель снаружи фу-
терован шамотом-легковесом, шамотом и динасом. Вне печи
продолжением муфеля служат с одной стороны загрузочное уст-
ройство, а с другой — холодильник и разгрузочное устройство.
Разгрузка и загрузка осуществляются с помощью шлюзовых
камер; механизм подъема в них сблокирован с кранами пбдачи
газа. Печь работает при избыточном давлении газа, что предотв-
ращает попадание воздуха в кожух печи и защищает от окисле-
ния нагреватели печи. Расход защитной атмосферы сравнитель-
но небольшой и составляет 1,0—1,5 м3/ч, воды для охлаждения
холодильника — 0,8 м3/ч. Температура регулируется автоматиче-
ски с помощью хромель-алюмелевой термопары и терморегуля-
тора, установленного на щите управления, или оптического пиро-
метра. Питание молибденового нагревателя осуществляется от
понижающего трансформатора ТПО-203. Регулирующий транс-
форматор обеспечивает плавное повышение напряжения при
разогреве печи. Производительность печи ЦЭП-214А не превы-
шает 10—12 кг/ч, а ЦЭП-156 и ЦЭП-356, соответственно 5—
8 кг/ч и 20—25 кг!ч. В связи с быстрым выходом из строя молиб-
деновых нагревателей, работающих в атмосфере углеродосодер-
жащих газов, они заменены на некоторых предприятиях нагре-
вателями из сплава ЭИ-595 или силитовыми стержнями.
На фиг. 158 приведена совмещенная газовая методическая
печь с программным управлением [79] для спекания металло-
керамических изделий и производства конвертированного газа,
защищающего изделия от окисления. Печь устанавливается на
фундамент из бутовой кладки 14. Каркас печи состоит из свар-
ного листа, укрепленного швеллерами. Печь 8 выложена шамот-
ным кирпичом и отапливается природным газом с помощью
беспламенных горелок /5, обеспечивающих равномерную темпе-
ратуру во всем рабочем объеме печи. Сгоревшие газы уносятся
из рабочего пространства в дымовую трубу или через боров. Для
герметизации печи заслонки окон спекания футерованы керами-
кой. Печь снабжена загрузочной камерой 1 и промежуточной
разгрузочной камерой И, к которой подсоединен водоохлажда-
емый холодильник 16. Весь цикл движения поддонов с деталями
осуществляется автоматически с помощью гидравлических тол-
кателей (подача поддонов с деталями в загрузочную камеру и
в печь; продвижение поддонов по муфелю печи; выдача поддо-
нов из печи в промежуточную камеру; опускание в нижнюю и
проталкивание поддонов в верхнюю горизонтальную часть холо-
дильника и выгрузка их из камеры выдачи). С помощью
220

1325-
рычажной системы открываются дверки загрузочной камеры,
аналогичная система предусмотрена при загрузке и выгрузке
заготовок из печи.
Движение поддонов в карбофраксовом 7 или шамотном
муфеле 12 происходит по металлической направляющей.
Для приготовления парогазовой смеси используются бак для
воды 20 с насосной установкой, печь 2 для первичного и печь 3
для вторичного подогрева воды, скруббер 4 для смешивания па-
рогазовой смеси, водоуловитель 5, электрическая печь 6 для
подогрева парогазовой смеси, поступающей в реактор.
Парогазовая смесь, проходя между муфелями и сердечником
через поры сердечника, при температуре 1100° К, превращается
в конвертированный газ (СН4+Н2О = СО + ЗН2) и поступает
в сборник газа 9, затем в трубчатый холодильник 10, в печное
пространство и холодильник печи.
Химический состав газа контролируется с помощью газо-
анализатора, установленного на пульте управления 15. В шка-
фах 17—19 находятся приборы, регулируемые со щитов управ-
ления. Неисправности отдельных узлов печи обнаруживаются
с помощью звуковой или световой сигнализации. Ниже дана
техническая характеристика совмещенной газовой печи с про-
граммным управлением.
Производительность печи спекания в кг/ч ....
Производительность печи конверсии в м3/ч . . .
Расход нейтрального газа для продувки камер
в м*/ч........................................
Расход воды для получения конвертированного
газа в л/ч.................,.................
Расход природного газа для получения конвер-
тированного газа в м3/ч .....................
Расход воды для холодильника в м3/ч...........
Размер муфеля печи конверсии в мм.............
Размер муфеля печи спекания в мм..............
Температура печи конверсии в °К...............
Температура печи спекания в °К................
Расход газа на обогрев печи конверсии в м3/ч .
Расход газа на обогрев печи спекания в м3/ч . .
Производительность горелки в м3/ч.............
Давление воздуха перед горелкой в мм рт. ст.
Давление газа перед горелкой в мм рт. ст. . .
Давление конвертированного газа в муфелях
в мм рт. ст.
30
17,2
2,0
30,0
4,55
до 4,25
0 240
/=1500
200x300x3000
1327
1173—1473
8,8
11
2—4
100
70
20—40
Для спекания металлокерамических изделий на многих зару-
бежных заводах применяется водородная качающаяся печь
(фиг. 159) с молибденовыми нагревателями и молибденовым эк-
раном и рабочей температурой до 1727° К.
Безмуфельная печь ОБ-51 [10] с аналогичным перемещением
поддонов эксплуатируется в Советском Союзе (фиг. 160). Произ-
водительность печи 25—30 кг/ч металлокерамических изделий на
222
железной основе. Корпус печи представляет собой металлический
сварной кожух, футерованный шамотом. В качестве теплоизоля-
ционных материалов применены ультралегковесный кирпич и
шлаковая вата; участки кладки в местах соприкосновения с на-
гревателями покрыты окисью алюминия. Нагреватели из сплава
ЭИ-595 расположены по бокам печи и на сводах. Печь совершает
качательные движения по четырем каткам, что позволяет создать
угол наклона печи до 20° и уменьшить усилие толкания, осо-
бенно при применении лодочек с полозьями. Поддоны переме-
щаются по направляющим из шамотного кирпича. Печь снаб-
Фиг. 159. Качающаяся печь фирмы Планзее Верк.
жена двумя холодильниками с индивидуальной подачей воды.
Общая длина холодильника выбирается, исходя из того, чтобы
ее отношение к длине рабочего пространства было равно 1:1;
размеры рабочего пространства 160 X 520 X 420 мм.
Одной из разновидностей безмуфельной печи является печь
с молибденовыми нагревателями графитовыми блоками для
спекания твердых сплавов. Рабочая температура в первой и во
второй зонах соответственно равна 853—873 и 1743—1763° К.
Установочная мощность 48 кет, производительность до
300 кг!сутки.
Для спекания твердых сплавов применяются муфельные
печи «НИМО» длиной 3000 мм [46] (фиг. 161) конструкции
Московского комбината твердых сплавов. Они состоят из сталь-
ного и алундового муфелей, нагревателей (в первой зоне ленточ-
ных и нихромовых, во второй — молибденовых.
Муфели устанавливают на муллитовые огнеупорные подстав-
ки, длина одной из них не должна превышать 150 мм, так как не-
выполнение этого условия может вызвать нарушение температур-
ного режима в местах перехода между зонами спекания.
Для улучшения качества твердых сплавов и повышения про-
изводительности печи, спроектирована трехзонная муфельная
печь длиной корпуса 3500 мм.
223
Фиг. 160. Качающаяся печь ОБ-51:
1 и 6 — загрузочные рукава; 2 — тяга; 3 — нагревательные спирали; 4 — тер-
мопара; 5 — корпус; 7 и 11 — загрузочные дверцы; 8 — поворотное устройство;
9 — опорное устройство; 10 — поворотный штурвал^
Фиг. 161. Печь «НИлМО».
/W-
Фиг. 162. Трубчатая печь для спекания твердых сплавов:
1 — толкатель с приводом; 2 — загрузочный патрубок; 3 — стальная труба с огнеупор-
ной обмоткой; 4 — выравниватель; 5 — муфта алундовая; 6 — труба алундовая;
7 — молибденовый нагреватель; 8 — засыпка глинозема; 9 — кладка шамотная; 10 —
корпус; 11 — каркас; J2 холодильник; 13 — задвижка; 14 графитовый патрубок;
15 — лодка графитовая^
224
Для спекания твердых сплавов применяются двухзонные или
трехзонные трубчатые печи (диаметр трубы 130 и 260 мм).
Они отличаются от муфельных печей тем, что в первой зоне
вместо муфеля применяется стальная труба с огнеупорной об-
мазкой и нихромовыми нагревателями в виде проволочной или
ленточной обмотки; во второй и третьей зонах — алундовая тру-
ба с молибденовой обмоткой. На фиг. 162 схематически показана
трубчатая печь для спекания с трубой диаметром 260 мм. Труба
печи помещается на шамотных подставках, а корпус печи запол-
няется глиноземом. Для устранения перекоса лодочек, имеющих
прямоугольную форму, по длине печи устанавливают два графи-
товых выравнивателя: один на стыке стальной алундовой трубы,
другой — на выходе из печи. Лодочки расположены близко от оси
рабочего пространства печи, это обеспечивает всесторонний рав-
номерный прогрев изделий и получение сплавов с однородными
свойствами. В табл. 56 дана техническая характеристика печей
для спекания.
Таблица 56
Печи для спекания твердых сплавов
Печи
Характеристика Единица измерения с трубой диаметром 260 мм безмуфель- ная муфельная «НИМО»
Производительность . . Потребляемая мощность Установочная мощность Стойкость трубы (му- феля): зоны 1 зоны 2 Удельный расход элек- троэнергии Удельный расход водо- рода на 1 кг изделий Температура: зоны 1 зоны 2 кг/сутки кет ъ год мес. кет. ч/кг м* °к » 450 27 30 2 6 1,44 0,37 843 1753 300 35 48 2,8 0,15 873 1643—1663 260 18 35 1 1,64 0,11 973—1173 1673
Для спекания ферритов применяются двухканальные печи ти-
па ОКБ-197А непрерывного действия с воздушной атмосферой
(фиг. 163). Производительность печи 2 кг/ч. В средней секции
с рабочей температурой 1573° К, являющейся зоной нагрева, огне-
упорная часть кладки выполнена из шамота, а теплоизоляцион-
ный слой — из ультралегковесного шамота. В средней части пе-
чи размещены карборундовые стержни-нагреватели; размеры
рабочего пространства 600 X 240 X 100 мм. Высокоглинозе-
мистые шамотные загрузочные плиты (лодочки) приводятся
15 4-П7 225
в движение от электромотора. Питание печи осуществляется от
двух трансформаторов АПТ-333, напряжение питающей сети
380 в, масса печи 1379 кг.
Для спекания (сварки) молибдена ВНИЭТО спроектирова-
на вакуумная методическая печь непрерывного действия ОКБ-870
[46] (фиг. 164). Она состоит из нагреваемой, охлаждаемой, загру-
зочной и разгрузочной камер. Нагревательная камера заклю-
чена в металлический кожух и футерована графитовыми бло-
7930
А-А
Фиг. 163. Печь ОКБ-197А
для спекания ферритов.
ками. В качестве нагревателей используются графитовые стерж-
ни. Графитовые поддоны перемещаются по направляющим из
молибденовой фольги.
С помощью шлюзовых камер без нарушения вакуума обес-
печивается загрузка и выгрузка изделий. Шлюзование осу-
ществляется вакуумными водоохлаждаемыми затворами. Поддо-
ны в печи перемещаются с помощью гидравлических приводов.
Работа вакуумных насосов контролируется вакуумметром
ВТ-2П и термоэлектрическими лампами ЛТ-2. Для автоматиче-
ской работы печи установлены блокировочные магнитные ва-
куумметры БМБ-2П с манометром ММ-8 в разгрузочной и за-
грузочной камерах. Аппаратура управления гидравлической
системы монтируется на специальной панели. Температура
измеряется либо автоматическим цветовым электронным
226
потенциометром типа ЦЭП-ЗМ, либо электронным потенциомет-
ром с помощью вольфрамо-рениевой термопары. При отсутствии
водоохлаждения в отдельных элементах установки сигналы по-
даются с помощью струйных реле.
Фиг. 164. Электропечь ОКБ-870:
1 — загрузочная камера, 2 — нагревательная камера; 3 — камера охлаждения;
4 — маслонапорная установка; 5 — разгрузочная камера; 6,11 — затворы; 7—10 — на-
сосы; 12 — шлюзовая камера; 13 — гидравлический толкатель; 14 — водооХлади-
тельный затвор.
Техническая характеристика печи ОКБ-870
Мощность печи в кет........................... 300
Напряжение на нагревателях в в ..**... . 27
Число фаз.............................................. 3
Рабочая температура в ° К..................... 2773
Мощность холостого хода в кет......................... 100
Остаточное давление в мм рт. ст............... 1 • 10“3
Максимальная масса садки в кг......................... 130
Расчетный удельный расход электроэнергии (со
вспомогательным оборудованием) в кет .... 6,35—3,17
Производительность печи в кг.................. 65—130
Время разогрева печи до рабочего режима в ч . 5
Размеры рабочего пространства в мм............ 900x1300x270
Размеры печи в мм:
в плане...................................... 8600x7500
высота ..................................* 3200
Общая масса установки в кг.................... 25000
Конструкторским бюро ВНИИТС [4] разработана конструкция*
полуавтоматической вакуумной печи для спекания титано-вольф-
рамовых твердых сплавов (фиг. 165).
15* 227
Печь состоит из автоматизированного загрузочного устройст-
ва с форкамерой и вакуумным шлюзом, приводов для загрузки,
разгрузки и продвижения лодочек, кожуха с нагревательными
блоками, малой секции печи, холодильника и автоматизирован-
ного разгрузочного устройства со шлюзом. Контактные блоки вы-
полнены из графита.
Нагревательными элементами печи служат графитовые трубы
с внутренним диаметром 180 мм и со стенками толщиной 8—
10 мм. Печь по длине разделена на три тепловые зоны: в первой
нагрев и выдержка осуществляются при 1373° К; во вторрй при
1773° К; в третьей — охлаждение с 1773° до 883° К.
Фиг. 165. Вакуумная печь для спекания твердых сплавов типа ТК.
В печи принято раздельное электрическое питание всех зон.
Показания термопар контролируются оптическим пирометром.
Лодочки с изделиями загружаются в форкамеру /, после че-
го из нее откачивается воздух; затем включается привод вакуум-
ного шлюза 2, который поднимается сам и поднимает вверх кас-
сету 3 в положение для приема лодочки. Толкателем 4 лодочка
подается в кассету, после чего толкатель возвращается назад; за-
тем включается привод шлюза, который закрывается, и кассета
с лодочкой опускается в рабочую камеру. Движение лодочки в
печи обеспечивается с помощью главного толкателя.
После спекания лодочки выгружаются из холодильника 5 пу-
тем шлюзования. Вакуум в форкамере достигает 1 • 10~3, а в пе-
чи 1 • 10-1 мм рт. ст.\ расход охлаждающей воды 1000 л/ч, габа-
ритные размеры печи 660 X 1530 X 2530 мм, общая масса ее
3140 кг.
В США для спекания металлокерамических изделий выпуска-
ется разнообразное оборудование. В табл. 57 даны технические
характеристики толкательных печей конвейерных и с роликовым
подом. Печи с механическим толкателем (фиг. 166) обычно при-
меняются в тех случаях, когда температура спекания изделий
исключает возможность применения конвейерных печей с роли-
ковым подом. Производительность таких печей не цревышает
300 кг/ч.
228
633
Таблица 57
Печи фирмы Линдберг
Печи Мощ- ность в кет Число зон 1 Габаритные размеры рабочей камеры в мм 1 Зона подо- грева в мм Зона охлаж- дения в мм Габаритные размеры печи в мм Производительность в кг/ч
шири- на длина высота шири- на длина высота при 1423°К при 1088® К
Толкательные Г-6185-А60С 18 152 457 127 1524 813 3965 1449 11,3—22,7 4,5— 6,8
Г-10248-А96С 30 — 254 610 203 — 2438 1768 5795 2084 45,4—59 18,1—36,2
Г-12368-А144С 38 — 305 914 -203 — 3658 1219 7727 2135 59-72,5 22,7—40,8
Г-154210-А168С 50 — 381 1067 254 — 4267 1295 8962 2211 90,8—125 45,4—68
Г-184212-А168С 60 — 457 1067 305 — 4267 1322 10150 2313 125—145 79,5—102
Конвейерные ГМ-36-846-А12С 46 2 203 1200 180 1200 3600 1352 11400 2100 22,7—45,4
ГМ-48-1266-А18С 70 3 305 1800 180 1500 5400 1500 13800 2100 45—90 —
ГМ-60-20810-А24С 125 3 508 2400 300 1800 7200 1800 17700 2252 90—113 —
ГМ-60-24810-А24С 148 3 510 2400 300 1800 7200 1952 17700 2252 113—181 —
С роликовым подом ГР-72-18912-А36С 160 3 454 2700 305 2100 10800 1440 20200 225 202-272
ГР-90-24312-А52С 285 4 610 3900 305 2700 15600 1630 27150 2400 364—548 —
ГР-120-28175-АВ8С 450 5 710 5100 281 3300 20400 1830 33752 2630 454—725
Печь состоит из загрузочного стола, механического толка-
теля, автоматически действующей дверцы, камеры предва-
рительного нагрева для возгонки смазок и связок (для преду-
преждения загрязнения атмосферы печи и удлинения срока
службы нагревателей в рабочей зоне), одной или нескольких зон
нагрева с независимым автоматическим регулированием темпе-
ратуры, камеры охлаждения с автоматическим регулированием
количества охлаждаемой воды и разгрузочного стола.
Фиг. 166. Печь непрерывного действия с механическим толкателем:
1 — механический толкатель; 2, 7 — горелки; 3 — термопара; 4 — заслонка; 5 — элек-
тромагнитный клапан; 6 — система автоматического контроля температуры воды;
8 — платформа; 9 — водоохлаждаемая камера; 10 — стабилизатор уровня воды;
11 — высокотемпературная камера; 12 — элементы; 13 — электромотор; 14 — форкамера..
Для спекания изделий при высоких температурах применяют-
ся безмуфельные печи с молибденовыми нагревателями. Для спе-
кания вольфрама и молибдена при температурах более 2273° К
применяются индукционные печи; тантала, ниобия и вольфра-
ма — вакуумные печи.
В практике зарубежных стран металлокерамические твердые
сплавы спекаются в основном в электрических печах с молибде-
новыми нагревателями. Многие фирмы США используют для
этих целей вакуумные индукционные печи с кварцевым тиглем
диаметром 350 мм и высотой 600 мм, которые отличаются от пе-
чей, используемых в Европе, наружным расположением индук-
тора.
ПРОЧИЕ ВИДЫ ОБОРУДОВАНИЯ
Установки для пропитки маслом. Для пропитки маслом анти-
фрикционных металлокерамических изделий могут быть исполь-
зованы обычные газовые или электрические баки. Более произво-
дительна установка для пропитки маслом в вакууме, показанная
на фиг. 167. Она состоит из металлического бака /, установлен-
ного на столе 2. Бак имеет подводящую и отводящую трубы для
масла и трубу для вакуумного насоса 3. с электродвигателем 4:
Из бака 5 масло при пропитке поступает в бак 1 и после пропит-
ки изделий 6 возвращается обратно.
230
Ниже дана техническая характеристика вакуумной установки
для пропитки втулок маслом.
Емкость основного бака вл.................... 230
Емкость вспомогательного бака в л............ 200
Скорость откачки в л/мин (вакуумный насос
ВН-461)............................................ 50
Рабочая температура масла в °К............... 233—243
Потребляемая мощность в кет......................... 0,75
Производительность в кг/ч.................... 200—250
Габаритные размеры в мм:
длина........................................... 200
ширина.......................................... 1500
высота над уровнем пола......................... 1850
Перспективным является метод ультразвуковой пропитки по-
ристых изделий [20]. На фиг. 168 представлена схема установки
Фиг. 167. Установка для пропитки мас-
лом железо-графитовых изделий под
вакуумом.
для ультразвуковой про-
питки изделий, укладыва-
емых в корзину 2. Пропи-
тывающему маслу 3 при-
даются ультразвуковые
колебания в емкости 1
с помощью ультразвуко-
вого генератора УЗМ-1,5,
Фиг. 168. Схема установки для
ультразвуковой пропитки.
имеющего магнитострик 5 мощностью 1,5 кет, дном которого
служит мембрана 4. Для нагрева масла в боковые стенки уста-
новки вмонтированы нагреватели.
Оборудование для получения защитных атмосфер. В качестве
защитной атмосферы при спекании металлокерамических изде-
лий могут быть использованы водород, генераторный газ, диссо-
циированный аммиак, конвертированный и эндотермический
газы. В отдельных случаях спекание осуществляется в вакууме
Для промышленных нужд водород получают различными
способами.
Химические способы. 1. Железопаровой способ основан на ча-
стичном сжигании водяного газа с воздухом в камере, в которой
231
находится окись железа; за счет выделяющегося тепла РеОз
нагревается и восстанавливается до свободного железа, затем
через горячее и полностью восстановленное железо пропускают
пар, при этом происходит реакция
Fe -р Н2О = FeO -j- Н2; 3FeO -р Н2О = РезО^ -р Н2,
в результате которой образуется окись железа и водород; послед-
ний загрязнен окисью углерода, метаном, азотом и имеет высо-
кую влажность, затрудняющую его очистку.
2. Способ, основанный на взаимодействии между водой и оки-
сью углерода
СО + Н2О = СО2 + н2.
Реакция происходит в присутствии катализаторов, окислов
железа, ванадия, хрома и других элементов при 725—773° К.
Фиг. 169. Монополярный электролизер:
1 — стальной кожух; 2 — электроды; 3 — стальной стержень; 4 —
газовый колокол; 5 — купол колокола; 6 — выход газов; 7 — асбе-
стовая диафрагма; 8 — медная шина; 9 — сборный колпак для
водорода; 10 — сборный колпак для кислорода.
Электрохимические способы. Получение водорода электроли-
зом дистиллированной воды заключается в следующем. Через
электролитическую ванну пропускается электрический ток, под
действием которого водород собирается на одном, а кислород на
другом электродах. Электролит представляет собой раствор гид-
роокиси натрия или калия в дистиллированной воде. При элект-
ролизе на катоде происходит разряд ионов водорода
2Н+ + 2е = Н2,
а на аноде
2ОН'— 2е = Х/2О2 + Н2О.
232
Электролиз проводится в моно- или биполярных ваннах. Мо-
нополярный электролизер показан на фиг. 169. Катодное и анод-
ное пространство разделяют диафрагмы из асбестовой ткани; ра-
бочая температура электролита 333—343° К, катодная плотность
тока 400—600 а/л2, напряжение 2,1—2,3 в, чистота получаемого
водорода 99,6—99,9%.
Схема биполярного электролизера показана на фиг. 170. По-
бочным продуктом здесь является газообразный кислород. Кро-
ме того возможны примеси двуокиси углерода (следы из возду-
ха); кислорода (0,1—0,3% в зависимости от состояния ванны)т
водяных паров (концен-
трация соответствует на-
сыщению при температу-
ре ванны) и масла.
На некоторых пред-
приятиях в качестве элек-
тролита применяется рас-
твор хлорида натрия. По-
бочными продуктами при
этом являются газооб-
разный хлор, гидроокись
натрия или кальциниро-
ванная сода, но они в свою
очередь могут быть и ос-
новными продуктами. К
примесям можно отнести
двуокись углерода (сле-
ды из воздуха) и кисло-
род (0,1—0,3% в зави-
симости от состояния
Фиг. 170. Схема биполярного электро-
лизера:
1 — стальные рамы; 2 — биполярные электро-
ды; 3 — уплотняющие прокладки.
ванны).
Установки для получения защитных атмосфер из природного
газа. И. Н. Францевичем и И. Д. Радомысельским разработан
способ получения дешевого защитного и восстановительного га-
за методом паровой конверсии природного газа. Конвертирован-
ный газ имеет следующий состав в %; 75—76 Н2; 1—2 СОг; 22—
23 СО; до 0,5 Н2О; 0,2 СН4; до 1 О2.
Получение конвертированного газа (при 1373° К) из природ-
ного сопровождается реакцией:
СН4 + Н2О = СО + ЗН2.
Печь производительностью 40 мг/ч для получения конвертиро-
ванного газа показана на фиг. 171. В топочном пространстве уста-
новлен карбофраксовый муфель 1 диаметром 240 мм. Он состоит
из четырех секций, склеенных мергелем. Внутри муфеля имеется
сердечник из шамота. Первая и четвертая секции 2 сердечника
изготовлены с минимальным количеством пор; пористость второй
и третьей секций 3 достигает 60%; в порах сердечника отклады-
вается никель. Печь обогревается двумя бесфакельными горел-
233
ками 4, Природный газ, проходя через насадку скруббера, оро-
шаемую горячей водой, насыщается паром. Температура насы-
щения газа 353—357° К. Парогазовая смесь из скруббера посту-
пает в змеевик для нагрева до 393—413°, затем в сердечник,
проходит через поры и конвертируется. В настоящее время про-
мышленностью создаются установки производительностью до
1000 м3/ч.
Фиг. 171. Печь для получения конвертированного газа:
1 — муфель; 2 — малопористые секции сердечника; 3 — секции сердечника с пористо-
стью 60%; 4 — горелки; 5 — дымоход; 6 — змеевик; 7 — кладки печи; 8 — патрубок для
подвода газопаровой смеси; 9 — насадка горелки; 10 — сливной патрубок; 11 — холо»
дильник; 12 — труба для отвода газа; 13 — кусковой катализатор; 14 — песочный
затвор; 15 — решетка; 16 — выход конвертированного газа; 17 — подвод парогазовой
смеси из скруббера; 18 — подвод воды.
Для превращения природного газа в водород и окись углеро-
да производится неполное его сжигание:
2СН4+О2-2Н2 + 2СО.
Состав атмосферы, полученной при неполном сжигании газа,
зависит от объемного соотношения газа и воздуха в смеси.
В качестве защитной атмосферы при спекании изделий ис-
пользуется эндотермический газ, обладающий восстановительной
способностью за счет значительного содержания в нем водорода
и окиси углерода.
Всесоюзный научно-исследовательский институт электротер-
мического оборудования (ВНИИЭТО) [35] разработал эндотер-
мические установки ОКБ-724 и ОКБ-724А. На фиг, 172 показана
установка производительностью 30 м3/ч для получения защитной
атмосферы из природного газа.
Состав получаемой защитной атмосферы — эндогаза зависит
прежде всего от состава исходного газа в %: 18—20 окиси угле-
234
рода; 38—40 водорода; не более 1 углекислого газа и метана;
остальное азот. Процесс изготовления защитной атмосферы —
эндогаза основан на неполном сгорании природного газа или
пропан-бутановых смесей при температуре 1323° К и коэффици-
енте избытка воздуха, равном 0,25—0,3 в присутствии катализа-
тора типа ГИАП-3. Газ смешивается с воздухом в смесителе, а
из него смесь с помощью газодувки поступает в генератор. Имею-
щаяся заслонка предотвращает воспламенение смеси. Первая
стадия процесса заключается
в сгорании части метана с вы-
делением тепла; затем остав-
шаяся часть метана реагирует
с углекислым газом и водяным
Фиг. 172. Схема установки печи ОКБ-724А:
1 —- камера; 2 — холодильник.
паром, образовавшимся в первой стадии с поглощением тепла;
общий тепловой эффект получается отрицательным, необходимая
температура поддерживается электрическим обогревом. Для то-
го, чтобы не произошло обратной реакции образования углерода
и углекислого газа, верхняя часть генератора охлаждается во-
дой. При использовании эндогаза следует иметь в виду, что он
применим только в тех случаях, когда температура печи спека-
ния не ниже 1023—1073° К. В случае, если газ содержит большое
количество серы, то он подвергается очистке при температуре
623° К в камере с электрическим обогревом. Очищенный от серы
газ направляется в генератор.
В США фирма Линдберг выпускает генераторы производи-
тельностью 6,5; 14,0; 21; 42,0; 70,0 и 214 м3/ч для получения эндо-
газа.
235
Техническая характеристика установки ОКБ-724А
Производительность в ж3/ч.................. 30
Установочная мощность в кет ......... 26
Напряжение питающей сети в в............... 380
Расход исходного газа в м3................. 6
Удельный расход электроэнергии в квт-ч/м3 . . 0,66
Давление газа на выходе в мм вод. ст....... 100—150
Установки для получения диссоциированного аммиака. Дис-
социированный аммиак находит широкое применение в качестве
защитной атмосферы при спекании металлокерамических из-
делий.
Фиг. 173. Установка для диссоциации аммиака.
Технологический процесс получения защитной атмосферы со-
стоит из следующих операций: испарения и диссоциации аммиа-
ка, осушки газа.
При испарении жидкого аммиака температура в испарителе
понижается до 280° К за счет скрытой теплоты парообразования,
поэтому аммиак необходимо подогревать. Процесс диссоциации
аммиака происходит при температуре 923—1123° К. На фиг. 173
показана установка производительностью 5 м3/ч для диссоциации
аммиака. Жидкий аммиак из баллона 1 подается в испаритель 3
низкого давления, который состоит из двойного кожуха, змееви-
ка и жидкостного редуктора 2. При прохождении через редуктор
давление аммиака снижается до 1 атм. Аммиак испаряется в ка-
мере за счет тепла уже диссоциированного аммиака в испари-
теле 3.
236
Фиг. 174. Установка ОКБ-674:
1 — испаритель; 2 — диссоциатор; 3 — камера сжигания; 4 — трубчатый холо-
дильник; 5 — система автоматического регулирования; 6 — камера охлаждения;
7 —- блок сушки; 8 — отбор диссоциированного аммиака на анализ и факел.
237
При чрезмерном повышении температуры или неисправности
термопары 6, соленоидный клапан 4 отключает испаритель от
диссоциатора. Постоянная температура автоматически поддер-
живается с помощью термопары и потенциометра; осушение газа
производится в адсорберах 5, наполненных силикагелем.
ВНИИЭТО [56] также спроектирована установка ОКБ-674 для
диссоциации аммиака с автоматическим регулированием состава
атмосферы по водороду.
Установки для получения диссоциированного аммиака обычно
работают:
1) без дожига водорода с осушкой газа до точки росы (223—
213° К);
2) с частичным дожитом водорода и последующей осушкой до
точки росы 323—333° К.
Установка ОКБ-674 (фиг. 174) состоит из испарителя /, дис-
социатора 2, камеры сжигания 5, камеры охлаждения 6 и осушкй
газа, системы автоматического регулирования и щитов управ-
ления.
Автоматическое регулирование состава газа обеспечивает за-
данное содержание водорода в контролируемой атмосфере. Со-
став атмосферы в % • 75 N, 25 Н2, 4—20 Н2, остальное Н2О.
Техническая характеристика установки ОКБ-674
Производительность в м3/ч................................ 30
Установочная мощность в кет . ......................* 29
Напряжение питающей сети в в........................... 220/380
Давление газа на выходе в мм вод. ст...............100—150
Расход жидкого аммиака в кг/ч . •.................. 7,58
Удельный расход электроэнергии в квт-ч/м3................ 0,8
Габаритные размеры в мм:
ширина............................................. 3400
длина............................................... 3400
высота.............................................. 2325
Масса в кг.......................................... . 4470
ОЧИСТКА ГАЗОВ
Удаление кислорода. Иногда содержание кислорода в защит-
ной атмосфере превышает допустимые нормы. Наиболее совре-
менным и эффективным способом очистки атмосферы от кисло-
рода является пропускание загрязненного водорода через очист-
ной аппарат с палладиевым катализатором, в присутствии
которого кислород соединяется с водородом при комнатной тем-
пературе, образуя влагу. Остаточная концентрация кислорода не
превышает 0,007%. Для этой цели используют установки типа
ОКБ-967 производительностью 20 м3/ч и ОКБ-969 — 30 м3/ч.
Следует иметь в виду, что на катализатор отрицательное влия-
ние оказывает машинное масло, попадающее в атмосферу из ком-
прессора. Другим способом удаления кислорода из атмосферы
является способ, при котором кислород пропускают через медь,
238
нагретую до 873—923° К, последняя служит катализатором при
образовании влаги. Более тщательная очистка водорода может
быть осуществлена пропусканием газа через горячий ферромар-
ганец, ферротитан или ферросилиций при 1173—1273° К.
Удаление влаги из водорода может быть осуществлено следу-
ющим образом:
1. Охлаждением водой в трубчатом холодильнике или в скруб-
бере с одновременной конденсацией водяного пара и удалением
конденсата.
2. Охлаждением газа в холодильной установке.
3. Поглощением водяного пара различными твердыми веще-
ствами в адсорберах.
4. Вымораживанием остатков влаги в адсорберах с активи-
зированным углем, охлаждаемым жидким азотом.
Трубчатый холодильник применяется для осушки газа от тем-
пературы, соответствующей точке росы 343 до 293° К, а холо-
дильные установки — для осушки от 303 до 275° К.
В качестве твердых адсорбентов применяют силикагель, алю-
могель, боксит, молекулярные сита [54]. Для уменьшения гидрав-
лического сопротивления адсорбенты изготовляют в виде гранул
и шариков. Характеристики силикагеля и алюмогеля приведены
в табл. 58 [55].
Таблица 58
Свойства силикагеля и алюмогеля
Характеристика Единица измерения Силика- гель мел- копори- стый Алюмо гель
Удельная поверхность Насыпной вес Применяемая температура Практическая поглотительная способ- ность по влаге Фиктивная скорость газа при адсорбции Степень осушки (точка росы): возможная практическая Размер зерна Механическая прочность Теплоемкость Температура регенерации Расход воздуха на регенерацию .... м2[кг кг/м3 °К % вес. л/мин 'СМ2 °К °К мм % ккал! (кг'град) °К м3/кг 350—450 60—720 273—338 8—10 До 0,5 223—218 233 3—7 90 0,2—0,22 453—493 (До 523) Не менее 1 250—270 850—950 273—298 2—4 До 0,5 203 213 3—7 94—97 0,25 513—533 (До 573) Не менее 1
Молекулярные сита. Синтетические цеолиты или алюмосили-
каты представляют собой кристаллы, внутренние полости кото-
рых содержат молекулы воды. Цеолиты сообщаются с помощью
пор диаметром 4—13А, поэтому они и получили название моле-
кулярных. Общий химический состав цеолитов в %: 0,96 Na2O;
1 А12О3; 1,92 SiO2-H2O.
239
Молекулярные сита выпускаются в виде небольших цилиндров
или таблеток диаметром 1,6—3,2 мм. Результаты эксплуатации
показали, что при низком парциальном давлении водяного пара
и при повышенных температурах наиболее эффективно и целесо-
образно применять молекулярные сита, а при высокой влажности
газа — силикагель и активированную окись алюминия (алюмоге-
левые шарики Н-151). При применении твердых адсорбентов сле-
дует иметь в виду, что адсорбционная способность их зависит от
остаточной влажности.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ОБОРУДОВАНИЯ
Расчет шаровой мельницы производится для определения га-
баритных размеров цилиндра, числа оборотов, соответствующих
наиболее эффективному дроблению, производительности и мощ-
ности привода.
1. Определение размеров цилиндра. Объем ци-
линдра равен:
V = . н,
4 9
НО
Н ;D = m,
откуда
3 _
0 = 0,0107 У mV м,
где V — объем мельницы в л;
з___
Н = 0,0107 тУ mV м.
2. Определение рабочего числа оборотов ба-
рабана. Для определения рабочего числа оборотов барабана
мельницы пользуются формулой;
Праб = (0,6 -Г- 0,8) об/мин,
где D — диаметр мельницы в м.
3. Определение допустимой массы загрузки
размалываемого материала и шаров производится
по формуле:
Vm + VM = nV- 10-3 м\
где V — объем мельницы в л.
Обычно коэффициент п не должен превышать 0,3—0,4, иначе
падающие шары будут сталкиваться друг с другом и терять жи-
вую силу удара. Л. Б. Левенсон и Г. И. Прейгерзон 1 считают, что
для нормальной работы мельницы, уровень шаровой загрузки
должен быть ниже горизонтальной оси мельнйцы (относительно
1 Дробление и грохочение полезных ископаемых. Гостоптехиздат, 1940,
240
днища) на величину, равную 0,08 Dm (Dait — внутренний диа-
метр мельницы в свету).
Масса размалываемого материала равна
Dm = V м*[мн>
масса шаров
Dui = V Ulf ШН‘
Отношение = Р, отсюда:
УщУшн _ р Vut _ Р
р—-----Г* ИЛИ у-----г • —
v м*мн м YiUH
Сопоставляя это
получим:
выражение с выражением VM+ VM = п- 10“3л<3,
Т7 __ nV-lO-3
Ум-------
J | р * мн
Ушн
М1+/>1~1
\ Ушн/
Отсюда нетрудно определить массу шаров и общую загрузку.
При заданном коэффициенте <р объемного заполнения мельни-
цы шарами, масса шаровой загрузки может быть рассчитана по
формуле:
Dtu = 37,70 -<fD2eHHeH кг,
где DeH— внутренний диаметр барабана (D — 2s) в мм;
Нен — внутренняя длина мельницы (Н —2s — для мельницы
без футеровки и H = 2s—2а для мельницы с футеров-
кой) в м.
Отношение Р массы шаров к массе загрузки выбирается на
основании производственных данных; обычно оно составляет
1,5—2, а для весьма интенсивного размола может доходить до
5—10.
4. Определение размеров шаров. Размеры шаров
выбираются в зависимости от модуля упругости измельчаемого
материала и крупности кусков. При использовании очень мелких
шаров хрупкие материалы не будут размалываться, а при ис-
пользовании очень крупных — вязкие материалы не будут исти-
раться, рабочая поверхность истирания резко уменьшится. По-
этому в каждом конкретном случае для измельчения того или
иного материала выбирают определенный комплект шаров раз-
ного диаметра. Для определения наименьшего диаметра шара
можно воспользоваться формулой:
dtu. min = £>max >
16 4-117
241
q№DmaJe—максимальный диаметр кусков измельчаемого мате-
риала;
8 — предел прочности измельчаемого материала;
Е — модуль упругости измельчаемого материала;
liu — удельный вес материала шаров;
DeH — внутренний диаметр барабана мельницы.
Наибольший размер шара зависит от диаметра мельницы:
„ D.u
fl — f
аш. max — -yg- -f- 24 •
5. Определение производительности. Последняя
в первую очередь зависит от ее объема и может быть рассчитана
(по Н. В. Соколову)':
где Тт«— насыпной вес шаров;
Den— внутренний диаметр барабана;
Н — длина барабана;
п — число оборотов-барабана;
<р — степень заполнения барабана шарами;
g— ускорение силы тяжести.
Внутренний диаметр, барабана определяется:
DeH = D — 2s — 2с,
где D — наружный диаметр мельницы;
з — толщина стенки барабана;
с — толщина футеровочной пластины.
Степень заполнения барабана шарами будет, равна
6. Расчет мощности привода. Для приближенного
расчета мощности электродвигателя мельницы можно воспользо-
ваться формулой Бланка:
N = kcjtu Т/”Den ,
где k — коэффициент, зависящий от степени заполнения мельни-
цы шарами (например, для <р=0,4 &=8,2);
qM— масса загрузки шаров.
Более правильное значение мощности электродвигателя дает
расчет по формуле:
_ Рп (дф + 25<?О)
" ~ 43000-т] ’
где D — наружный диаметр барабана;
п — число оборотов барабана;
q<p — масса барабана с футеровкой;
q0 — масса загрузки шаров и размалываемого материала;
т] — к. п. д. передачи.
242
Масса барабана с футеровкой определяется по формуле:
= #s4--——- (Я— з)а + -------%----•
Уб — удельный вес материала барабана;
Н — длина барабана мельницы;
D — диаметр мельницы;
s—толщина стенки цилиндра;
УФ — удельный вес материала футеровки;
а — толщина пластины футеровки.
Расчет гидравлического пресса. В порошковой металлургии
применяются обычно гидравлические прессы усилием от 100 до
40000 Мн (см. фиг. 126).
Порядок расчета. Определяются основные параметры пресса:
полное усилие (номинальная мощность), размеры рабочего плун-
жера и рабочего цилиндра, толщина и высота элементов уплот-
нительных устройств рабочего цилиндра, размеры цилиндра и
плунжера обратного действия, габаритные размеры поперечины
пресса, диаметр колонн, размеры гаек колонн, расход рабочей
жидкости.
При проведении расчета исходными данными являются раз-
меры прессуемого изделия (заготовки) и удельное давление прес-
сования.
1. Определение полного усилия (номинальной
мощности). Необходимая мощность (усилие) пресса рассчитыва-
ется по формуле:
Р = pF,
где р — удельное давление прессования;
F — площадь прессования.
Номинальную мощность принимают равной 1,5 Р, т. е.
Р НОМ = 1,5Р .
2. Расчет главного плунжера. Рабочие плунжеры
небольших диаметров изготовляют сплошными из сталей Ст. 6 и
Ст. 7, а больших диаметров — полыми, литыми из чугуна
СЧ-24-44 или стали Ст. 5. Основным требованием, предъявляе-
мым к плунжеру, является высокое качество его обрабатывае-
мых поверхностей.
Наружный диаметр плунжера находят из формулы:
ММ-Рномг
пр
где Рном — номинальное усилие пресса;
р — давление рабочей жидкости.
Внутренний диаметр полых плунжеров рассчитывается так
же, как диаметр толстостенных сосудов, испытывающих внешнее
давление и осевое усилие (равное усилию пресса).
16* 243
Для расчета внутреннего диаметра стальных плунжеров ис-
пользуют выражение:
Dm = DH 1- (0,3 + 0,5). (26)
V ссж
Для полых чугунных плунжеров
= (0,3 + 0,5). (27)
F асж
На фиг. 175 показан полый рабочий плунжер пресса усилием
1500 Мн.
Фиг. 175. Рабочий
плунжер пресса.
Фиг. 176. Рабочий
цилиндр пресса.
Толщину стенки плунжера находим:
£ Ввц
8 =----2--•
Толщину днища находим из выражения:
(28)
(29)
где г — внутренний радиус плунжера;
— сопротивление сжатию.
Необходимое сопротивление сжатию может быть подсчитано
по формуле:
2Р2
°Z = £2 _г2 Р ’ (30)
где R — наружный радиус плунжера (£«).
244
3. Расчет рабочего цилиндра. На фиг. 176 изобра-
жен рабочий цилиндр пресса усилием 150 Мн. Рабочие цилиндры
обычно изготовляют из стали Ст. 5 с пределом прочности 480—
570 Мн/м2. Цилиндры мощных прессов изготовляют из стали с
добавкой никеля; цилиндры прессов малой мощности — из чугу-
на. Внутренний диаметр цилиндров принимается на 10—20 мм
больше наружного диаметра плунжеров.
Наружный диаметр цилиндра рассчитывают по формуле:
D„-Dmy Op„’i73p,
(31)
где —допустимое напряжение на растяжение.
Толщина стенки цилиндра равна:
8=£«Z£±L. (32)
/л
Толщина днища цилиндра должна быть больше толщины вер-
тикальной стенки, так как на нем крепится фланец для подвода
воды:
s = (1,5 — 2,5)8. (33)
Внутренняя высота цилиндра должна быть на 25% больше
максимальной величины рабочего хода плунжера.
Переход от стенок цилиндра к плоскому днищу выполняют ра-
диусом, равным
R 0,25гвк,
где ган — внутренний радиус цилиндра.
Полная глубина цилиндра определяется по формуле:
L — Н + /2 + /3> (34)
где Н — ход плунжера;
/1, /2 — глубина проточек под направляющую втулку и уплот-
нение цилиндра;
/з — глубина сферической части цилиндра.
Сечение отверстия для подвода рабочей жидкости рассчиты-
вается с учетом того, что скорость рабочей жидкости не должна
превышать 10 м!сек'.
d = DHy^cM, (35)
где v — скорость рабочей жидкости;
t — время опускания рабочего плунжера.
4. Расчет уплотнительных устройств. Элемен-
ты уплотнения рабочего цилиндра могут быть набивочными (из
плотной просаленной пеньки) или манжетными (кожаными, про-
резиненными). На фиг. 177 показан узел уплотнения рабочего
цилиндра пресса. При движении в цилиндре плунжер 10 сопри-
245
касается с направляющей втулкой Р, длина которой рассчитыва-
ется по формуле:
Z1==(0,4 — 0,6) мм. (36)
Толщина втулки в зависимости от диаметра плунжера прини-
мается равной 6—12 мм, толщина уплотнения рассчитывается по
формуле:
Фиг. 177. Уплотнение
цилиндра:
/ — рабочий цилиндр,
2 — сальник; 3 — фланец;
4 — сальниковая набивка;
5 — кольцо на манжете,
6 — кровлеобразный ман-
жет; 7 — прокладка в
манжете; 3 — кольцо в
манжете; 9 — направляю-
щая втулка; 10 — рабо-
чий плунжер^
Зупл 1/ DnA • (37)
Высота уплотнения равна
с = (6-8)s^. (38)
Нажимной фланец 3 (фланец сальника)
крепится шпильками или болтами.
Усилие отрыва фланца определяется:
р = "[Рпл + Чпл)2-^] (39)
где йпл — диаметр плунжера.
Отсюда диаметр крепящей шпильки (по
внутреннему размеру резьбы):
d= 1/ —, (40)
I/ ппар
где Р — усилие отрыва;
/г — число шпилек.
Толщина фланца п = 2d (d — диаметр
крепящих болтов или шпилек).
5. Расчет плунжеров и цилинд-
ров обратного действия. Цилиндр
и плунжер обратного действия (обратного
хода) предназначены для подъема подвиж-
ной поперечины и рассчитываются так же,
как рабочий цилиндр.
Усилие на плунжерах подъемных цилиндров находим из фор-
мулы:
Р± — + + + 6
(41)
где
рг = \,57d2p\
(42)
d — диаметр подъемного плунжера;
р — давление рабочей жидкости;
q = ъРном, (43)
где q — масса подвижных частей;
Рном — номинальная мощность пресса;
а — принимается равным 0,15—0,03.
Ра = 0,785-D2hPh, (44)
246
здесь Р2—сопротивление жидкости, вытесняемой из рабочего
цилиндра в наполнитель;
DH — диаметр рабочегр цилиндра;
Рн — давление рабочей жидкости в наполнителе.
Р3 = r.DHc^pH, (45)
здесь Р3 — сила трения в уплотнении рабочего .цилиндра;
с — высота уплотнения;
у, — коэффициент трения плунжера об уплотнение (при-
нимается равным 0,1—0,15),
Р4 = 2‘ndb-^p, (46)
здесь Р4 — сила трения в уплотнении подъемных цилиндров;
bi — высота уплотнения в подъемных цилиндрах;
р — давление жидкости в цилиндрах обратного действия.
Р8 = 0,785-0^, (47)
здесь Р5 — сила трения в направляющих поперечины;
DH — диаметр рабочего плунжера;
р — давление жидкости в рабочем цилиндре;
k — коэффициент трения (принимается равным 0,005—
0,007).
(48)
здесь Рб— сила инерции, возникающая при равномерно-ускорен-
ном движении поперечины;
q— масса подвижных частей;
v — скорость подъема поперечины;
g — ускорение силы тяжести;
s — ход поперечины.
Из выражения (41), после подстановки в него значений из
формул (42) — (48), определим диаметр d плунжера подъемного
цилиндра.
6. Расчет подъемного цилиндра. Расчеты внутрен-
него и наружного диаметров подъемного цилиндра, а также тол-
щины стенок и днища производятся аналогично расчетам рабоче-
го цилиндра из выражений (31) — (33).
7. Расчет выталкивателя. Иногда выталкивание
изделия из прессформы осуществляется с помощью гидравличе-
ского плунжерного или поршневого выталкивателя. Расчет про-
изводится аналогично пункту 5; при этом имеют в виду, что
выталкивание производится жидкостью низкого давления (0,4—
0,6 Л4н/л2), а усилие выталкивания равно 15—40% от номиналь-
ной мощности пресса.
8. Расчет поперечины пресса. Последние изготовля-
ют чугунными литыми или стальными литыми (Ст. 5) коробчатой
формы, ребристыми или пустотелыми. Поперечина работает на
сжатие (при нецентральной нагрузке на изгиб).
247
При центральной нагрузке (рабочий цилиндр в центре):
= (49)
где Рн — номинальное усилие рабочего плунжера;
I — расстояние между осями колонн.
Максимальное напряжение в материале поперечины рассчиты-
вается по формуле:
. МизгУ
визг 7 »
1х
где# — высота сечения поперечины;
1Х — момент инерции относительно оси, проходящей
центр тяжести поперечины.
9. Расчет колонн и гаек пресса. Колонны
изготовляют оплошными, полыми из стали.
Расчетное усилие для колонн определяем из формулы:
Р1== 1,2-
где 1,2 — коэффициент, учитывающий предварительную затяжку;
Рн — номинальное усилие рабочего плунжера;
п — количество колонн.
Внутренний диаметр резьбы колонн находят из выражения:
(50)
через
пресса
(51)
Наружный диаметр опорной поверхности гаек рассчитывают
по формуле:
°-=/ <ю>
где Pi — расчетное усилие на колонну;
Do — диаметр отверстий под колонны в столе и в поперечине.
Резьба гаек колонн работает на срез, сжатие, изгиб и рассчи-
тывается по формулам:
На срез
г_________________________Р1_
Гер ~ ndiH ’
на сжатие
0,5?!
°с*= = ‘77^’
на изгиб
248
где Pi — усилие на одну колонну;
Н — высота гайки;
d\ — внутренний диаметр резьбы по ОСТ;
с?2 — средний диаметр резьбы по ОСТ.
10. Расчет термической затяжки гаек. Колонны
архитрава (верхняя неподвижная поперечина пресса) и станина
соединяются термическим способом. Для этого на концах колонн
предусматриваются отверстия диаметром 40—60 мм (глубина их
равна высоте архитрава). В собранном прессе концы колонн на-
гревают раскаленными прутьями, паром или другим способом до
определенной расчетной температуры. При остывании гайки стя-
гивают колонны, создавая на данном участке (от бурта до гай-
ки) внутренние напряжения; причем они более высокие, чем на-
пряжения, создаваемые при наибольшей нагрузке пресса на ос-
тальных участках колонны.
Расчет термической затяжки гаек производится следующим
образом.
а) удлинение нагреваемой части при заданном напряжении
участка колонны определяется из формулы:
Х = (54)
где а— допустимое напряжение (больше напряжений, возника-
ющих в любой части колоний при максимальном усилии
прессования);
L — длина нагреваемого участка колонны;
б) угол поворота гайки (в град.) после удлинения нагретой
части колонны определяется из зависимости:
360°Х
<Р = — . (55)
где s — шаг резьбы;
Л — удлинение;
в) требуемая температура нагрева колонны определяется из
формулы:
= (56)
где а — термический коэффициент линейного расширения (для
стали а=0,00001199).
Учитывая окружающую температуру t’0> полная температура
будет равна:
t° = t\ + r0. (57)
11. Расчет расхода рабочей жидкости. Часовой
расход жидкости высокого давления определяется по формуле:
Q = Sin, (58)
где S — площадь поперечного сечения плунжера;
I — ход рабочего плунжера;
п — число ходов плунжера в 1 ч.
249
Аналогично рассчитывают расход жидкости низкого давления
для выталкивающего плунжера.
По расходу и давлению рабочей жидкости производится выбор
гидроаккумуляторной установки.
Расчет сварочного аппарата для высокотемпературного спе-
кания (сварки) тугоплавких металлов. Сварка штабиков произво-
дится в сварочном аппарате (см. фиг. 149). Иногда, для умень-
шения потерь тепла излучением, штабик защищается цилиндри-
ческим экраном, изготовляемым обычно из листового молиб-
дена.
Электротепловой расчет сварочного аппарата имеет целью
определить расход электроэнергии, необходимой для сварки по
заданному режиму, мощность сварочного аппарата, коэффици-
ент использования тепла, размеры экрана и коэффициент экра-
нирования.
Определение расхода тепла, необходимого
для сварки штабика. Расход тепла складывается из сле-
дующего:
1. Тепла Qi, необходимого для нагрева штабика до темпера-
туры сварки Ть
2. Потерь тепла Q% штабиком за счет излучения.
3. Потерь тепла Q3 за счет излучения торцов штабика.
4. Потерь тепла Q4, отводящегося водой, охлаждающей нако-
нечники контактных щипцов.
5. Потерь тепла Q5 за счет излучения боковой поверхности на-
конечников контактных щипцов.
Определение Qi производится по формуле:
Q1 = q S'cdT, (59)
где q — масса штабика в кг\
с — истинная теплоемкость материала штабика, выражен-
ная степенным рядом:
с = а + ЬТ + dT2 ккал! (кг-граду,
Т1 — температура сварки в ° К;
Tq — начальная температура штабика в ° К.
Для определения истинной удельной теплоемкости материала
штабика можно воспользоваться выражениями для атомной теп-
лоемкости.
Для вольфрама
с = 5,65 + 0,866- 10“3T ккал/(кг-атом-град).
Для молибдена
с — 5,81 + 1,15-10“3Т —0,347-105Т“2 ккал/(кг-атом-град).
Для тантала
с = 5,79 + 0,825- 10-3Т ккал/(кг-атом-град).
250
Для ниобия
с 5,69 0,942- Ю“3т ккал/ (кг-атом-град).
Для определения Т\ исходят из заданного соотношения:
1 св “ ml перу (60)
где т<1.
Количество тепла, выделяемого штабиком при пропускании
электрического тока, пропорционально квадрату силы тока, по-
этому при допущении, что сопротивление штабика не изменяется
от температуры сварки до температуры переплавки, получаем:
Qce = m2QneP. (61)
Основная потеря тепла при сварке (до 85—95%) происходит
за счет излучения нагретого штабика, поэтому
/Т \4
Qce = Сев [тоо] FГ> (62)
/Т \4
Qnep = СПер (-уооу (63)
где ссву сПер — коэффициенты излучения материала штабика
при Тсв и ТПер в ккал/(м2 • ч • град*);
Тсв =7’1 — температура сварки в ° К;
ТПер—температура переплавки в °К;
— поверхность излучения штабика в м2.
Отсюда, подставляя значения выражений (62) и (63) в (61),
и принимая приближенно с Св= спер , получим:
= /га2 fef или Тсв = 7\ = Vm Тпер. (64)
Потери тепла Q2 штабиком за счет излучения определяют для
двух случаев: без экранирования штабика, с экранированием
штабика.
В первом случае потери рассчитывают по уравнению излуче-
ния тепла накаленным телом в пустоту (пренебрегая температу-
рой нагретого защитного или остаточного газа в случае вакуум-
ной сварки):
Q2 = сг ккал/ч, (65)
где Ci — коэффициент излучения материала штабика при темпе-
ратуре Т1 в ккал/ (м2 • ч • град*);
Fi — излучающая поверхность штабика в ж2;
1\ — температура сварки в ° К.
Коэффициент излучения с\ определяется из уравнения
С. = 7ТД-’ <66)
W
где Ei — интенсивность излучения в ккал/(м2 • ч • град*) (опре-
деляется по таблицам для температуры Тъ).
251
Для определения излучающей поверхности Fi штабика пери-
метр его сечения и умножается на его длину I:
Fi = и/. (67)
В разбираемом случае
и = 4а и = 4а/ jh2.
При экранировании штабика потери тепла определяются из
выражения:
3'2 = с“ [(Йо)* — (wo)*] F1 ккал/ч> (68)
где Тг — температура экрана в ° К;
са — приведенный коэффициент излучения поверхности шта-
бика и экрана.
При концентрическом расположении излучающих тел (внут-
ренним является штабик, а внешним — экран)1 коэффициент из-
лучения равен:
Са = _£ + Л Г J. _ £1 ’ (69)
Ci F2 [с2 cs j
где с2—коэффициент излучения экрана при температуре Тз в
ккал) (я2-ч- град4);
F2 — излучающая поверхность экрана в я2;
cs — коэффициент излучения абсолютно черного тела в
ккал/(я2 • ч • град4).
Подставляя выражение (69) в (68), получим:
п, _ \ioo) \юо) Р
у2 — j £1 Г£_|_£1 Г1*
Ci f2 с2 cs
Расчет коэффициента излучения Сз производится аналогично
расчету ci по формуле (66).
Допустимая температура Тз для молибденового экрана при-
нимается равной 2300° К. Расчет поверхности F3 экрана связан
с вычислением допустимого минимального расстояния от шта-
бика до экрана, обеспечивающего при заданной предельной тем-
пературе Тз максимальную степень экранирования.
Если пренебречь излучением экрана и штабика в торцы кон-
центрического пространства между ними 2, то при установившем-
ся тепловом равновесии получим:
__________ (70)
1 А. Д. Свенчанский. Электрические промышленные печи. Госэнер-
гоиздат, 1948.
2 Потери тепла штабиком и экраном и концентрическое пространство ме-
жду ними определяется по закону Ламберга:
q = Q cos <р,
X
где Ф — угол излучения с поверхности, определяемый отношением cos<p="j*,
т. е. отношением расстояния между штабиком и экраном к длине штабика,
обычно равным от 1: 5 до 1: 7.
252
где q'2 = с2 — тепло, излучаемое экраном, нагретым до
температуры Т2 за счет излучения
штабика.
После соответствующих преобразований для F2 находим:
(71>
L V 2/ CsJ
178 Схема экрани-
рования штабика.
Так как известно, что
F2 = те (а + 2х) I (фиг. 178),
то можно определить расстояние х от экрана до штабика и диа-
метр экрана
D9Kp = а + 2х.
При этом длина экрана принимает- q2
ся равной длине штабика. Расстояние
к действительно является оптималь-
ным, так как при его увеличении, т. е.
возрастании диаметра экрана, умень-
шается температура последнего, а
вследствие этого увеличивается потеря (
тепла штабиком за счет излучения.
Потери тепла Q3 за счет излучения
торцов штабика определяются аналогично потерям тепла Q2;
температура торцов принимается равной температуре сварки Т\.
Потери тепла Q4, отводящегося водой, охлаждающей нако-
нечники контактных щипцов, определяются следующим обра-
зом. Передачу тепла от штабика через наконечники можно рас-
сматривать как передачу через однослойную стенку. При этом
количество тепла, излучаемое четырьмя наконечниками двух
зажимных щипцов, составит:
Q4 = 4Z:(T1-TH2o)^) (72)
где k — коэффициент теплопередачи через наконечник в
ккал!(м2 • ч • град) равен:
(а — коэффициент теплоотдачи материала наконечника; s —
длина наконечника; %— коэффициент теплопроводности
материала наконечника);
71 — температура части наконечника, прилегающей к шта-
бику (принимается равной температуре сварки) в ° К;
Т™ — температура отходящей воды в ° К;
Fhok — поверхность теплопередачи в м2.
253
Значения к берутся для средней температуры наконечника,
т. е. для
т _Т1+Г«
1 СР - -2---’
где Тн—температура части наконечника, охлаждаемой водой,
в ° К.
Температура Тср задаются произвольно, а затем проверяют
правильность принятого значенияТн.
Потери тепла Qs за счет излучения боковой поверхности на-
конечников щипцов определяются аналогично потерям тепла Q?
для средней температуры Тср, установленной при расчете Q4.
На основании данных, полученных при определении Qi — Qs>
находим суммарный расход тепла, необходимого для сварки:
для неэкранированного штабика
SQr — Qi + Q2 + Q3 + Q4 + Q5,
для экранированного штабика
^Олжр == Qi + Q2 + Сз + Q4 + Q5-
После определения указанных выше величин находим коэф-
фициент полезного использования тепла:
100%, (73)
где Qi — количество тепла, необходимое для нагрева штабика
до температуры сварки, в ккал;
ZQi — сумма потерь тепла штабиком в ккал.
Для неэкранированного штабика получим:
_ (2x100% ,74V
+ + + 1 '
Для экранированного штабика получим:
_____________________________Qiioo%
Qi + Q2 +Q3 + Q4 + Q5
Расчет степени экранирования (коэффициента за-
щитного действия экрана). Степень экранирования определяется
отношением потерь тепла неэкранированным и экранированным
штабиком, т. е.
к = . (75)
экр
Для оценки влияния экрана на относительное снижение за-
трат тепла излучением штабика находим:
К' = 100%. (76)
EQ 2
254
Размеры экрана определяем из выражения:’
— 2 +^] Л
DdKP = a + 2x= ---s-i—. (77)
Расчет расхода охлаждающей воды. Тепло, из-
лучаемое штабиком* отводится охлаждающей водой, а при свар-
ке вольфрама и молибдена — током водорода. Водород, унося
тепло, смывает экран снаружи qu изнутри 72 и штабик q2.
По формуле теплоотдачи нагретой стенкой смывающему ее
газу находим q^.
= — F2 ккал!ч, (78)
где си — коэффициент теплоотдачи, определяемый по формуле:
здесь % — теплопроводность защитного газа в ккал/(м • ч • град);
ср—истинная теплоемкость защитного газа
в ккал/(м-град);
w—скорость движения защитного газа в м/сек;
у— удельный вес защитного газа в кг/м;
d9Ke—приведенный диаметр сечения потока водорода в м;
I — длина штабика в м;
Т2 — температура экрана в ° К;
Т^он—температура водорода на выходе из аппарата в ° К;
F2 — площадь экрана в м2.
Эквивалентный диаметр потока газа определяется из выра-
жения:
D2K — D29
1 _ Л а
О'ЭКв - Г\ 9
иэ
где DK — диаметр колпака аппарата в м;
D3 — диаметр экрана в м.
Тепло (/г, уносимое водородом, омывающим экран изнутри,
определяем по формуле:
qz = «2 (Т2 — Fz ккал/ч. (79)
При этом
D? — D2
---- э шт
ЭКв _ Г) 9
иэ
где Duun —приведенный диаметр штабика в м;
D шт = — (а — сторона сечения квадратного штабика).
Л
265
Тепло <?з, уносимое водородом, смывающим непосредственно
штабик, находим из выражения:
q3 = а8 (гх — T$H) Fx ккал/ч, (80)
где а3 — коэффициент теплоотдачи от штабика водороду;
Ti—температура штабика в °К;
Fi — омываемая поверхность штабика в м2.
После определения qi — q3 находим:
Qt = <7i + <72 + q3 ккал/ч.
Тепло, отводимое охлаж-
дающей водой и водородом,
равно количеству тепла, те-
ряемому штабиком и кон-
фиг. 179. Режим сварки. тактным излучением, а так-
же количеству тепла, уноси-
мому водой от наконечников контактов, т. е.
= Qa (Q2) + Q3 + + Qa-
Отсюда количество тепла, отводимое водой, составляет:
Q? — %Qi = Qe = Q2 (Q'2) 4- Qs + Qt + Qa — Q«-
В связи с тем, что температура охлаждающей воды при про-
хождении через аппарат изменяется от Т1^ до Тнк^ , получаем:
Q2 (Рг) 4" Qs 4- Q* 4* — Qe
qeodu тн2о _ тн2о
1 кон 1 нач
(81)
Расчет электрической части. Сюда входит опреде-
ление тока, напряжения, мощности, затрачиваемых в процессе
сварки, расхода электроэнергии для сварки одного штабика, рас-
чет суточного расхода электроэнергии для сварки заданного ко-
личества штабиков, расчет установочной мощности трансформа-
тора сварочного аппарата.
Мощность в процессе сварки зависит от ее продолжитель-
ности (фиг. 179).
Для максимальных значений мощности (/max, //max) полу-
чаем:
Ni = Л^х = InepnVyem = кет
I mV* (^2)
N2 = 72V2 = IneptnVvBm = "^00 кет,
где I nep — ток, необходимый для переплавки штабика, в а;
пи т—доля тока от /лер для /max и //щах (п<1; т < 1;
п<т), задаваемая при расчете (берется из произ-
водственных режимов сварки);
V! и V2 — напряжение тока для /тах и //max в в.
256
Для определения 1Пер штабика воспользуемся законом Джоу-
ля-Ленца:
= 0.24/уг,т. (83)
где Qnep — тепло, необходимое для переплавки штабика в ккал
Приняв QCJ = m2QneP, получим:
О — —
Чпер —
отсюда:
1пер = j/^ 0,24/п2/?^ а>
где Qct = Q14- Qi (Q'2) + Q3 + Qi 4- Qs ккал/штабик-,
т — продолжительность процесса сварки штабика в сек‘,
Rt — сопротивление щтабика при температуре переплавки
в ом.
Для определения мощности #2 на последней стадии сварки
воспользуемся формулой:
Отсюда, используя
тока:
выражение (82), найдем напряжение
17 ^2 о
V 2 = -----7--- в,
пер
(85)
После определения мощности #2 и напряжения Уг (с учетом
запаса мощности и напряжения в случае нестабильности его в
питающей сети, равного 10% от общей величины, а также с уче-
том coscp— установочной мощности сварочного аппарата) про-
изводится выбор трансформатора и потенциал-регулятора.
Расход электроэнергии для сварки одного штабика опреде-
ляется:
О,„ЕД7
£==^_т. (8б)
где
ЕД/ = Д/х 4- Д/2 4- Д/8 4- Д/4 4- Д/8
общая продолжительность сварки в ч.
Расход электроэнергии на каждую ступень сварки может
быть определен с последующим суммированием полученных зна-
чений:
Е = 4- 4- 4/3 4- АЩ 4-
17 4-117
257
или
g__(A/j + 2А/2 + А^з) Л~ 2 (Д^з 4~ 2А/4 -{- А/5) (87)
При ежесуточном производстве Р штабиков, расход электро-
энергии составит:
Есут = РЕ кеч. (88)
Расчет прокатного стана. В порошковой металлургии про-
катные станы применяются для холодной и горячей прокатки
порошков (диаметр валков 70—600 мм, мощность электродви-
гателя 2—75 кет).
Основной задачей при расчете прокатного стана является
расчет черновой и чистовых клетей и моталки.
При этом расчет пределов прочности и выносливости от-
дельных узлов, а также клетей стана ддя порошковой металлур-
гии может быть сделан аналогично расчету прокатных станов,
используемых для литых металлов [48].
Черновая клеть. Для расчета ее задаются диаметрами
валков черновой клети (£>max, £>min). Пределы прочности и
устойчивости клети рассчитывают, исходя из давления на валки.
Скорость валков черновой клети обычно не превышает 20 об/мин.
Для определения давления на валки необходимо найти дли-
ну дуги деформации:
360 СМ'
где D — диаметр бочки валка в см*,
(J — угол приложения равнодействующей в град.
Затем определяем максимальное давление на валки при про-
катке:
р = 1Вруд,
где В — ширина прокатываемой ленты;
руд— максимальное удельное давление.
Для определения удельного давления на валки можно вос-
пользоваться монографиями [17].
Суммарный момент прокатки складывается из моментов
трения и прокатки
пр — Мпр Мщр'
Момент прокатки определяется по формуле:
Мпр = PiD sin р.
Для расчета момента прокатки определяется давление по-
рошка на валки при среднем удельном давлении руд. ср-
Pl = 1&Руд. ср-
258
Момент трения находим из выражения:
Мтр = p&d,
где ц— коэффициент трения в подшипниках валков;
d — диаметр шейки вала в м.
При холодной прокатке листов без смазки р, = 0,03—0,07, а
при прокатке на шлифованных валках со смазкой р, = 0,07—0,1.
При горячей прокатке (при небольших скоростях) коэффи-
циент трения может быть определен, с некоторым приближе-
нием, по формуле Экелунда:
|i = п (1,05 — 0,00050,
где п — коэффициент, зависящий от состояния валков;
f— температура металла при прокатке.
Для стальных валков с грубой поверхностью п = 1; для чугун-
ных валков с закаленной поверхйостью п= 0,8.
После расчета суммарного момента прокатки выбирается
электродвигатель и рассчитывается необходимый для привода,
валков момент электродвигателя:
Мдв=^-
1общ*1
где i — передаточное число привода;
т) — суммарный к. п. д. передачи (при расчете слёДует при-
нимать равным 0,75—0,8).
Номинальный момент электродвигателя:
Мном.дв = 71620
где N — мощность принятого электродвигателя;
п — количество оборотов электродвигателя.
Запас мощности электродвигателя определяется из следую-
щего выражения:
^ном. дв
П = --Тл-•
^дв
Номинальные обороты валков могут быть подсчитаны по фор-
муле:
"вал — --•
‘'общ
Чистовая клеть. В прокатных станах для прокатки по-
рошков имеется одна или две чистовых клети, которые обычно от-
личаются друг от друга только шириной бочки валка. Чисто-
вые клети состоят из рабочей клети, приводов и универсальных
шпинделей. Рабочая клеть в свою очередь состоит из цельно-
литой стальной станины, валков, подушек и бронзовых вкла-
дышей, механизма для установки и уравновешивания валков.
Для чистовой клети максимальный и номинальный момент
электродвигателя, номинальное число оборотов валков рабочей
клети, момент электродвигателя при максимальном числе обо-
ротов рассчитываются так же, как и для черновой клети.
17* 259
Моталка с тянущими роликами. Моталка служит
для сматывания полосы, натяжение которой регулируется пру-
жинами конических фрикционов барабана моталки и тянущих
роликов. Окружная скорость тянущих роликов и барабана мо-
талки должна быть больше окружной скорости валков рабочей
клети, это обеспечивает постоянное натяжение между клетью и
тянущими роликами моталки. Окружная скорость тянущих ро-
ликов определяется из следующего выражения:
ир = тсОрИд,
где Dp — диаметр тянущих роликов;
пр — число оборотов тянущих роликов.
Число оборотов в минуту тянущих роликов находим из вы-
ражения:
„ Пд*
Пр = :---,
1ред
где Пдв— количество оборотов двигателя;
iped — передаточное число привода тянущих роликов.
Общее передаточное число привода барабана моталки равно:
1общ == I ред^п*
где in — передаточное число передачи (обычно цепной).
Число оборотов в минуту барабана моталки:
„ пмот
пб = 7---.
*общ
Окружная скорость барабана моталки:
v6 = vD6n6,
где Об —диаметр барабана моталки.
ГЛАВА V
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХОВ ПОРОШКОВОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА
Порошковая металлургия является новой отраслью промыш-
ленности, поэтому она располагает пока относительно небольшим
опытом проектирования цехов. Однако, уже имеющийся практи-
ческий опыт показывает, что цеха порошковой металлургии,
организуемые на машиностроительных, химических или метал-
лургических заводах, так же как и цеха по изготовлению метал-
локерамических изделий на заводах порошковой металлургии
не являются стандартными или однотипными.
Профиль, состав и структура цеха порошковой металлургии
определяются масштабом производства и видом изготовляемой
продукции.
Место цеха в структуре завода определяется объемом и на-
значением производства. Цех порошковой металлургии может
быть либо самостоятельным структурным подразделением заво-
да, либо входить в отдельный блок цехов или пролетов, либо вхо-
дить в состав отдельного цеха в виде производственного участка
порошковой металлургии.
По производственному признаку цеха порошковой металлур-
гии подразделяются на основные, если они выпускают изделия
для укомплектования основной продукции завода (например, цех
металлокерамики на Горьковском автозаводе, изготовляющий де-
тали автомобилей), и на вспомогательные, если они выпускают
металлокерамические изделия, используемые только для нужд
своего завода (например, участок металлокерамики на Старо-
Краматорском заводе тяжелого машиностроения, изготовляю-
щий пористые подшипники для прокатных станов).
Внедрение порошковой металлургии в машиностроение в по-
следние годы происходит по двум направлениям; а) строитель-
ство предприятий для централизованного производства однотипной
продукции, обеспечивающей одну отрасль или всю промыш-
ленность одного или нескольких экономических районов; б) орга-
низация на существующих заводах цехов или участков порош-
261
ковои металлургии по выпуску металлокерамических изделий для
данного завода или отдельной отрасли промышленности.
При проектировании цехов необходимо учесть наиболее пере-
довую технологию и методы организации труда, а также наибо-
лее совершенное оборудование для данного вида производства;
Металличес кие порошки
Технический контроль на химический
и силюдой состав
Добосстанобление металлических порошков
t................................. ~
Технический контроль на химический
и ситобой состаб и формы частиц
Пр о с е б пораш ко б |
' ♦--------- -------------
Технический контроль на ситобой состаб
и насыпной бес
......— г..................
| Смешивание порошков|
Технический контроль смеси порошков
на равномерность смешивания и насыпной бес
Прессование изделий
Технический контроль брикетов
на качество прессования
Спекание
♦ ""
Технический контроль качества изделий после
спекания и определение усадки и пористости
♦
Калибробание
♦ ______________
Технический контроль калиброванных изделий
по размерам и качеству
Маслопропитка готовых изделий
Технический контроль изделий
по количеству впитанного масла
♦
[ Сдача на склад готовой продукции |
Фиг. 180. Принципиальная технологическая схема порош-
ковой металлургии.
использовать все возможности кооперирования специализации
промышленных предприятий; предусмотреть минимальные про-
изводственные площади; использовать, по возможности, имею-
щиеся типовые проекты.
Проектирование производственных предприятий может быть
262
либо двухстадийным (проектное задание и рабочие чертежи),
либо трехстадийным (проектное задание, технический проект и
рабочие чертежи).
При проектировании крупных комплексных предприятий, ока-
зывающих влияние на экономику данного административно-эко-
номического района, перед составлением проектного задания раз-
рабатывается еще плановое задание.
Проектное задание имеет своей целью выявить техни-
ческую и экономическую целесообразность строительства пред-
приятия на данном месте и в предполагаемые сроки; обеспечить
правильный выбор площадки для строительства. Проектное за-
дание должно содержать технико-экономическое обоснование
расходов на единицу мощности и на один рубль капитальных
затрат; принципиальную схему технологии (фиг. 180); данные
о площадке, мощности предприятия, видах продукции, коопери-
рования производства, об источниках снабжения сырьем, топли-
вом, водой, электроэнергией, транспортом, жилищным фондом;
об основных зданиях и сооружениях. Кроме того, в проектном
задании предусматриваются: ввод предприятия на полную мощ-
ность, сроки и очередность его строительства; ориентировочная
стоимость всего строительства и себестоимость продукции.
К проектному заданию прилагаются: карта района; ситуа-
ционный план местности; генеральный план участка; план пред-
приятия и другие документы.
Технический проект выполняется только при трехста-
дийном проектировании и разрабатывается на основе проектного
задания для сравнительно небольших предприятий (цехов, уча-
стков), строительство которых осуществляется в относительно
короткий срок.
На основе принятой принципиальной технологической схемы
(см. фиг. 180) разрабатывается аппаратурно-технологическая
схема (фиг. 181), компонуется поточная автоматическая линия
(фиг. 182), выбираются тип и количество оборудования. Затем
разрабатывается план расположения оборудования и составляет-
ся общий компоновочный план цеха в масштабе 1:100 или
1 :200. После разработки строительной схемы и компоновки на
план корпуса наносятся сетка колонн, основные въезды, главные
проезды и проходы, уточненные границы отдельных помещений и
участков, трансформаторные подстанции и основные вентиляци-
онные установки (фиг. 183 и 184), а также намечаются пути пе-
редвижения механизированного транспорта. После этого по всем
разделам проекта составляются технические сметы и сметно-
финансовые расчеты.
Разработка технического проекта заканчивается составлением
общей пояснительной Записки к проекту, в которой приводятся:
сводные данные по всему проекту в целом, данные по отдельным
его частям, сведения о производственных объектах, программе
цеха и технико-экономических показателях.
263
Технический проект состоит из технологической, строительной,
энергетической, транспортной, санитарно-технической и сметной
частей.
В состав технического проекта цеха порошковой металлургии
должны входить: программа, номенклатура и ассортимент вы-
пускаемой продукции; подробное обоснование технологического
Фиг. 181. Аппаратурно-технологическая схема для производства железогра-
фитовых изделий методом порошковой металлургии:
1 — печь восстановления железного порошка; 2 — шаровая мельница размола спека;
3 — смеситель шихты; 4 — вибросито; 5 — смеситель; 6 — пресс для прессования заго-
товок изделий; 7 — печь спекания; 8 — пресс калибрования; 9 — масляная ванна.
процесса, выбор и расчет количества оборудования; расположе-
ние цеха на генеральном плане завода; режим работы с указа-
нием действительного и номинального фонда времени; сведения
о количестве сырья, полуфабрикатов, инструментов, приспособ-
лений, отходов производства с указанием технических условий на
сырье и материалы; о количестве рабочих, ИТР, счетно-контор-
ского и младшего обслуживающего персонала; расчет производ-
ственных складских, конторских и бытовых помещений, грузообо-
рота, электроэнергии, количества газа, воды и пара; схема
устройства канализации и водоснабжения, а также удаления
ливневых вод; сантехника; энергетическая и архитектурно-строи-
тельная части; ПВХО и противопожарная охрана; спецификация
264
Фиг. 182. Автоматическая линия для производства железографитовых изделий:
1 — вращающаяся печь восстановления; 2 — смеситель; 3 — усреднитель; 4 — муфельная печь; 5 — шаровая мельница; 6 — виброгрохот;
7 — смеситель; 5—пресс; 9 — печь для спекания; 10 — ванны для маслопропитки и парафирования; //—дозатор; 12 — рабочий стол;
13 — бункер; 14 — элеватор; 15 — транспортер; 16 — тельфер.
Фиг. 183. Планировка цеха, изготовляющего железографитовые изделия,производительностью 1000 т!год (к фиг. 181 и 182)
/ — вращающиеся печи восстановления; 2 — мельница; 3 — вибросито; 4 — муфельная печь; 5 — усреднитель; б—.виброгрохот; 7 — сушиль
ный электрический шкаф; в —конусный смеситель; $ —прессы автоматы; 10 — конвейерные печи; /Г —• ванны*
и сметы на оборудования с указанием расходов на монтаж; каль-
куляция себестоимости продукции; основные технико-экономиче-
ские показатели; планы и разрезы цеха, отделений, транспортных
и санитарно-технических устройств.
Разработка рабочих чертежей начинается с раз-
работки генерального плана, наружных инженерных сетей, рель-
совых и безрельсовых дорог.
Фиг. 184. Поперечный разрез цеха (к фиг. 183 по Т. Т. Косолаповой).
При применении типовых проектов разрабатываются рабочие
чертежи, необходимые для привязки этих проектов к местным
условиям.
В комплект рабочих чертежей входят: планировка цеха, от-
делений и участков с размещением оборудования; монтажные
планы и разрезы; чертежи нестандартного оборудования, инстру-
ментов и приспособлений; схемы организации рабочих мест; схе-
ма оборудования цеха ограждениями, согласно требованиям
охраны труда и техники безопасности; схема размещения сани-
тарно-технических и энергетических установок, фундаментов;
строительные чертежи, увязанные с фундаментом и расположе-
нием всех типов оборудования. План цеха выполняется в мас-
штабе 1 :100 или 1 :200, а разрезы соответственно 1 :50 или
1:25.
Дипломный проект студента преследует учебные цели и по-
этому по объему и содержанию не укладывается в схему про-
мышленного проекта. Однако, в своей технологической части он
267
приближается к техническому проекту. В нем более детально из-
лагаются разделы, непосредственно относящиеся к специально-
сти дипломника, другие же разделы могут быть значительно со-
кращены или вообще отсутствовать.
В проектном задании указывается тема специальной части
проекта — обычно расчет какой-нибудь печи, пресса, мельницы.
Дипломный проект должен быть выполнен с учетом применяе-
мых на практике решений, а также возможных усовершенство-
ваний в технологии, оборудовании, организации производства и
труда на основании новейших достижений науки, техники и прак-
тики передовых предприятий, достижений новаторов производ-
ства и т. д. Следовательно, в основном задачи, которые пресле-
дуют промышленный и дипломный проекты, совпадают. Многие
дипломные проекты студентов находят применение в промыш-
ленности.
При выполнении проекта необходимо руководствоваться
существующими в порошковой металлургии нормативами, опто-
выми ценами на металлические порошки и вспомогательные
материалы, оборудование и приборы, правилами по технике без-
опасности и охране труда и данными из практики работы про-
мышленности [23].
Преддипломная производственная практика является частью
всего процесса обучения студентов и служит подготовкой к дип-
ломному проектированию.
ПОДГОТОВКА К ПРОМЫШЛЕННОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
К проектированию цеха, кроме ведущего проектанта, привле-
каются специалисты необходимых специальностей.
Задание на проектирование, согласно инструкции, должно
содержать чертежи и технические условия на изделия; нормы
расхода материалов; данные по грузооборотам и т. д.
При разработке проекта на реконструкцию цеха производится
предварительное обследование аналогичного действующего про-
изводства [37], [47]. После этого составляется задание на техно-
логическую часть проекта по форме 1, показанной ниже, с указа-
нием порядка кооперирования (если это необходимо) проекти-
руемого цеха с другими предприятиями. Программа цеха должна
отражать годовой выпуск каждого изделия (в количествен-
ном выражении). При выпуске многих идентичных изделий
составляется «приведенная программа», в которой фигурируют
«изделия-представители» с указанием коэффициентов приведе-
ния всех остальных изделий к представителям.
После выбора площадки под строительство нового цеха про-
изводятся топо-геодезические съемки и геологические изыска-
ния. На основании всех подготовительных работ ведущий проек-
тант разрабатывает «Основные указания по проектированию»
данного цеха, в которых должны быть изложены все отправные
данные для проектирования каждого раздела проекта.
268
Форма 1
Программа годового выпуска изделий
№ п/п Наименование изделий Модель Масса одного изде- лия Годовой выпуск Изде- лие- пред- стави- тель Коэф- фици- ент приве- дения Приведенный выпуск
в шт в т в шт в т

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ В ТЕХНИЧЕСКОМ ПРОЕКТЕ ЦЕХА
Начальной стадией проектирования цеха является разработ-
ка технологической схемы изготовления того или иного метал-
Порошки
Смешение
Спекание-
Прокатка
♦ f
Повторное Механическая
прессование обработка
(допрессование) резанием
Фиг. 185. Варианты техноло-
гических схем порошковой
металлургии (по А. Б. Альт-
ману).
Т
—I—
Прессование
----1----
Предварительное
спекание
(полуспекание)
Механическая
обработка
резанием
♦
£
Спекание
локерамического изделия. Из разнообразных вариантов техноло-
гических схем порошковой металлургии (фиг. 185) следует
выбрать технически рациональный и экономически рентабельный
вариант.
Поэтому разработка технологической схемы производится
тщательно и подробно с указанием, на какой стадии производ-
ства вводится тот или иной порошок или вспомогательный мате-
риал; на каждой стадии выхода полуфабриката и окончательного
изделия предусматривается технический контроль.
Технологическая схема в техническом проекте отличается от
принципиальной схемы (см. фиг. 180) большей детализацией,
а также нумерацией операций (фиг. 186). Основной целью явля-
ется выбор такого варианта технологии, который обеспечивает
269
получение изделия высокого качества при наиболее коротком
цикле производства и при наименьшей себестоимости.
Технологический процесс оформляется сначала графически
в виде схемы; затем на каждый вид изделия составляется под-
Сажа
Вольфрамовый ангидрид
Q Восстановление
© Просей
f
Порошок металлический вольфрамовый
@ Приготовление шихты
i
© Карбидизация вольфрама
© Дробление, размол, просев
ПОz CO2O3
Восстановление
Просев
Металлический
кобальт
0
©
©
©
©
Карбид W
x.i-*''
Приготовление шихты сложного карбида
♦
Карбидизация сложного карбида
Дробление, размол, просев
♦
_________Сложный ^карбид___________
(Приготовление пульпы
Мокрый размол
сЛм--------------Отгонка
Замешивание
Сушка
Протирка
♦
Прессование
изделия
Сушка
Технический контроль
Спрессованные
Спекание
♦
Очистка
______ОТК_______
Годная продукция
Спирт
Раствор
синтетического
каучука
в бензине
брак
окончательный
Химическая
переработка
Маркировка, фасовка, упаковка
Готовая продукция
Склад готовой продукции
врак
исправный
@ Заточка------
Фиг. 186. Технологическая схема для производства твердых
сплавов.
робная технологическая карта, в которой перечисляются все опе-
рации производства с указанием состава смеси порошков, удель-
ного давления прессования, температуры спекания, время вы-
270
0
©
держки, контролируемой атмосферы и других технологических
параметров.
Технологические карты рекомендуется составлять на несколь-
ко однотипных изделий.
После утверждения окончательного варианта технологиче-
ской схемы устанавливается, какое количество материалов под-
лежит переработке, а затем определяется мощность и произво-
дительность оборудования, которое будет использовано для
данного проекта.
МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ И БАЛАНСЫ МЕТАЛЛОВ
Материальные расчеты показывают количество исходных
материалов, подлежащих переработке для данной технологиче-
ской схемы при планируемом объеме выпуска готовых изделий.
Найденное количество исходных материалов является опреде-
ляющим фактором для расчета количества необходимого
оборудования.
Материальные расчеты с учетом пооперационных потерь про-
изводятся обычно на 100 кг (т) или на суточную производитель-
ность цеха порошковой металлургии. В качестве примера рас-
смотрим цех мощностью 1000 т!год, производящий твердые спла-
вы Т5КЮ и Т15К6. Технология производства этих твердых
сплавов осуществляется по схеме, приведенной на фиг. 186.
Материальные расчеты в проекте должны сопровождаться
балансами основных, наиболее ценных металлов, которые пока-
зывают процент перехода этого металла в годную продукцию.
Поэтому расчет производится только по основному и наиболее
ценному компоненту шихты, в данном примере по вольфраму.
Операция 1. Чтобы получить 100 кг вольфрама требуется
восстановить 126,1 кг вольфрамового ангид-
рида WO3. При восстановлении WO3 без-
возвратные потери составляют 0,1% и обо-
ротные потери, направляемые на химиче-
скую переработку, 0,1%; тогда выход
годного равен 99,8%. На операцию 2 перей-
дет 99,8 кг металлического вольфрама.
Операция 2. На просев поступило 99,8 кг, где безвоз-
вратные потери составляют 0,1 и оборотные
0,1% или соответственно 0,0998 и 0,0998 кг.
Следовательно на следующую операцию пе-
рейдет: 98,8—(0,998+0,998) = 99,6004 кг
(табл. 59).
Операция 3. В шихту» для получения WC поступило
99,6004 кг и 6,1 кг сажи. Потери принимаем
равными 0,1%, тогда на следующую опера-
цию перейдет 99,5008 кг вольфрама.
271
Таблица 59
Сводный материальный баланс суточной производительности цеха
№ опера- 1 ЦИИ Наименование операции Поступило в кг Поступило в кг Извле- чение воль- фрама в %
всего ших- товых ма- териалов в том чис- ле воль- фрама всего по- лупродук- тов в том числе вольфрама
1 Восстановление .... 2365,405 1875,842 1872,090 1872,090 99,8
2 Просев вольфрама . . . Шихтовка сплава . . . 1872,090 1872,090 1868,345 1868,346 99,6
3 1991,840 1868,346 1989,848 1866,478 99,5
4 Карбидизация 1989,848 1866,478 1985,868 1862,746 99,3
5 Дробление, просев. . . 1989,847 1862,746 1981,888 1955,295 98,9
6 Приготовление шихты СК 1446,689 740,386 1443,796 738,906 98,7
7 Карбидизация СК . . . 1443,796 738,906 1440,908 737,428 98,5
8 Дробление, размол, про- сев 1443,795 737,428 1438,020 734,479 98,1
9 Мокрый размол .... 2851,082 1863,269 2848,231 1861,406 98,0
10 Сушка, замешивание, протирка 2848,231 1861,406 2842,534 1857,684 97,9
11 Прессование 2842,534 1857,684 2834,006 1852,111 97,61
12 Сушка 2834,006 1852,111 2831,172 1850,259 97,51
13 Браковка 2831,172 1850,259 2802,860 1831,756 96,53
14 Спекание 2802,860 1831,756 2802,609 1831,591 96,44
15 отк 2842,362 1831,591 2785,515 1794,959 95,48
16 Заточка брака 39,793 25,642 39,753 25,616 —
Операция
Операция
Операция
Операция
О п ер ация
Операция
4. В процессе карбидизация теряется без воз-
врата 0,1 и с возвратом 0,1% вольфрама;
перейдет на операцию 99,3018 кг вольфрама.
5. В процессах дробления, размола и просева
потери составляют: безвозвратные 0,1%
вольфрама; с возвратом на данном заводе
0,2% и с возвратом на химическом заводе
0,1 % вольфрама.
6. На приготовление шихты сложного карбида
поступит вольфрама в виде WC 98,9046 кг\
в безвозвратные потери уйдет 0,1% и в от-
ходы, поступающие на химическую перера-
ботку, 0,1 %.
7. На карбидизацию сложного карбида посту-
пит 98,7068 кг вольфрама;, потери составят:
безвозвратное 0,1% и с возвратом на хими-
ческую переработку 0,1 %.
8. На измельчение и просев сложного карбида
поступит 98,5094 кг вольфрама, где потери
составят: безвозвратные 0,1 %, с возвратом
на данное производство 0,2% и направляе-
мые на химическую переработку 0,1%.
9. На мокрый размол поступит 98,1154 кг воль-
фрама, где безвозвратные потери равны
0,1%.
272
о
о
о
о
о
о
о
перация 10. На сушку, замешивание и протирку поступа-
ет 98,0173 кг вольфрама; потери: безвоз-
вратные 0,1% и направляемые на химиче-
скую переработку 0,1 %.
перация 11. На прессование поступит 97,8213 кг воль-
фрама; безвозвратные потери составят:
0,1% и на химическую переработку пойдет
0,2%.
перация
перация
перация
перация
перация
12. На сушку поступает 97,5279 кг вольфрама,
безвозвратные потери равны 1 %.
13. На разбраковку поступит 97,4304 кг воль-
фрама, безвозвратные потери равны 0,1%;
с возвратом — 0,6% и на химическую пере-
работку — 0,3%.
14. На операцию спекания поступит 96,4570 кг
вольфрама, где безвозвратные потери со-
ставят 0,009%.
15. В ОТК поступит 95,5890 кг вольфрама, где
теряется с возвратом 2%.
16. На операцию заточки обычно поступают
1,5% готовой продукции, содержащей 1,4 кг
вольфрама; безвозвратные потери равны
0,1%.
Кроме сводного материального баланса в проекте должен
быть дан баланс материалов, составленный по форме 2.
Форма 2
Пооперационный баланс основных и вспомогательных материалов
№ Приход Расход
п/п Наименование материала Масса в кг Наименование материала 1 Масса I в кг

На основании пооперационных балансов должен быть состав-
лен общий баланс материалов для всего технологического цик-
ла по форме 3.
На основе баланса материалов определяют расходные коэф-
фициенты сырья и вспомогательных материалов на единицу мас-
сы продукции:
К = кг/кг,
где Ао — общий суточный расход материала;
А — суточный выпуск изделий.
18 4-117 273
Форма 3
Сводный баланс основных и вспомогательных материалов
ВЫБОР ТИПА И РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ОБОРУДОВАНИЯ
Технологическое оборудование должно быть стандартным,
так как это снижает его стоимость и облегчает ремонт, а также
иметь компактные габаритные размеры. Оно должно встраивать-
ся в поточную автоматическую линию.
Кроме того оборудование должно быть наиболее совершен-
ной конструкции, производительным, надежным, дешевым и без-
опасным в эксплуатации, обеспечивающим высокое качество и
точность изготовляемых изделий, при этом расход электроэнер-
гии должен быть минимальным.
Пропускная способность вспомогательного оборудования
(транспортеров, насосов, вентиляторов и др.) должна быть рас-
считана с учетом возможности превышения расчетных норм
производительности основного оборудования. Оборудование вы-
бирается в зависимости от характера производства: при мелко-
серийном, по возможности, универсальное, а при крупносерий-
ном и поточном — автоматическое.
Методика расчета количества оборудования сводится к сле-
дующему.
Из пооперационных балансов рассчитывают массу и объем
материалов, подлежащих переработке на данных агрегате и опе-
рации qh в продолжение суток. Производительность пресса или
печи Р в кг/ч устанавливают по прейскуранту или паспорту.
Расчетное число агрегатов определяется по формуле:
_ ____
Прае —
где гл — число часов работы агрегата в сутки.
Если производительность задается рабочей скоростью агре-
гата v и продолжительностью операции т' на нем, то необходи-
мое число агрегатов может быть рассчитано из выражения
п ____бт*
ирасч ~
274
Обычно Прасч—Дробное число, которое округляется до бли-
жайшего целого числа /7. При эксплуатации сложного оборудо-
вания, требующего частого ремонта, или оборудования, которое
нельзя заменить другим типом, фактическое число агрегатов:
77факт = 77 1.
Коэффициент загрузки каждого агрегата определяется из
отношения:
Прасч лг
Коэффициент Кэ можно определить из отношения суточной
производительности на данной операции к суточной производи-
тельности всех агрегатов.
Пример. Произвести расчет количества, печей, необходимых для восста-
новления вольфрамового ангидрида.
Внутренний диаметр трубы печи принимается равным 128 мм, длина ра-
бочей части— 1570 мм; длина лодочки 400 мм; емкость шихты 2,3 кг; ско-
рость непрерывного движения загруженной лодочки в печи равна 13 мм/мин.
В сутки на восстановление поступает 200 кг шихты. Тогда лодочка выходит
из печи через каждые 400 : 13 31 мм.
Суточная производительность такой печи равна:
2,3 X 24 X 60:31 = 107 кг.
Отсюда количество печей, необходимых для восстановления:
200 : 107 = 1,87.
Принимаем, что нужно 2 печи с коэффициентом загрузки:
1,87 :2 = 0,94.
Результаты расчетов записываются в форму 4.
Форма 4
Потребное количество оборудования
Опера- ция Номер по- зиции по аппара- ту рнотех- нологиче- ской схеме Наиме- нова- ние обору- дова- ния Основ- ные харак- тери- стики Про- изводи- тель- ность в кг/ч Коли- чество часов рабо- ты аг- регата в сутки Суточ- ное за- дание в кг Пот- ребное коли- чество единиц обору- дова- ния Приня- тое ко- личе- ство единиц^ обору- дова- ния Коэф- фици- ент загруз- ки Уста- новоч- ная мощ- ность в кет

На основании графика ремонта рассчитывают время про-
стоев П] (в днях) для каждого вида оборудования. Фактическое
число дней работы цеха будет равно
365 — = п.
При наличии в цехе нескольких участков составляется
табл. 60.
18* 4-пт 275
Таблица 60
Фонды времени работы оборудования и рабочих цеха
Отделение или участок цеха Коли- чество смен Продол- житель- ность сме- ны в ч Фонды времени работы в течение года в ч
рабочего места & раб оборудо- вания *0 рабочего фр
Прессования 2 7 4074 4074 3830
Спекания 3 8 7032 6330 1795
Потери времени на планово-предупредительный ремонт [34]
при двухсменной работе составляют 4—6% и при трехсменной
6—11% от общего времени работы оборудования. Фонд времени
оборудования дан в табл. 61.
Таблица 61
Действительный фонд времени оборудования
Оборудование Количество смен Продолжи- тельность работы в обычные рабочие дни в ч Коли- чество рабо- чих Дней в году Количество рабочих дней Номи- наль- ный го- довой фонд време- ни в ч Потери вре- мени в % Дей- стви- тел fa- ный го- довой фонд време- ни в ч
обыч- ных сокра- щен- ных
Печи спекания и др. . . 2 7+7 307 251 56 4074 4 3910
3 8+8+8 307 251 56 6864 6 6450
Механизированное обо- рудование (прессы, 4 6x4 307 251 56 7144 6 6720
смесители) 2 7+7 307 251 56 4074 6 3820
3 8+8+8 307 251 56 6864 10 6180
Типичным для металлокерамических цехов является поточ-
ный метод производства, который характеризуется: дифферен-
циацией технологических процессов на элементарные операции;
применением высокопроизводительного оборудования; расстанов-
кой оборудования в порядке последовательности операций
технологического процесса; отсутствием мест для складирова-
ния изделий у оборудования.
АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
Составление аппаратурно-технологической схемы имеет
целью проверить количество и типы имеющегося в наличии обо-
рудования.
На фиг. 187 и 188 приведены аппаратурно-технологические
схемы для производства компактного вольфрама и молибдена.
276

Фиг. 187. Аппаратурно-
технологическая схема
для производства ком-
пактного вольфрама:
/, 2 — многотрубные печи 1-го
и 2-го восстановления; 3, 6 —
вибросита; 4 — смеситель-
усреднитель; 5 — шнековый
смеситель-увлажнитель; 7 —
гидравлический пресс для
прессования штабиков воль-
фрама; 8 — муфельная мо-
либденовая печь спекания;
9, 10 — сварочные аппараты
для 1-й и 2-й сварки; 11 —
эксцентриковый пресс для
обрубки.
Молибдат
аммония
V
,д
/4
15
20
Фиг. 188.
Компактный
молибден
13
16
питателем; 2 —
муфельная
восстановления;
17
16
19
9
Аппаратурно-тех-
нологическая
производства
схема для
компактного
молибдена:
/, 4, 6, 11, 17, 19 и 23 — бункеры
со шнековым -------
электрическая
печь первого _______________,
3 и 13 — сборный транспортер;
5 — вращающееся сито; 7 — элек-
трическая муфельная печь
второго восстановления; 8 —
бункер с челюстным затвором;
9 — мельница фарфоровая; 10 —
сборный транспортер; 12 — под-
весные вибросита; 14 — бункер
для порошка молибдена; 15 — тарельчатый питатель; 16 — автоматические весы; 18 — лен-
точный смеситель; 20 — электродуговая вакуумная печь; 21 — дисковая фреза; 22 — уста-
новка для зачистки слитков; 24— установка для окисления молибдена и возгонки его
окислов; 25 — матерчатый фильтр.
278
ПЛАНИРОВКА ЦЕХА И РАЗМЕЩЕНИЕ В НЕМ ОБОРУДОВАНИЯ
Наиболее сложным и принципиальным вопросом в проекти-
ровании цеха является его планировка. При этом учитываются
применяемые материалы и способы их хранения, типы и коли-
чество оборудования, удобство его обслуживания, условия труда
рабочих, наличие грузопотоков и т. д. [58].
От того как размещено оборудование зависят размеры и фор-
ма проектируемого цеха.
При штучном и мелкосерийном характере производства пере-
сечение грузопотоков возможно, но нежелательно. Поточное
расположение оборудования обеспечивает наименьшую протя-
женность коммуникаций, упрощает транспортные устройства
и исключает возможность транспортных травм. Рекомендуется
там, где это возможно, материалы с одной операции на другую
передавать самотеком. Это обусловливает близкое расположе-
ние агрегатов между собой. Однако следует помнить об удоб-
стве обслуживания, ремонте, монтаже или демонтаже агре-
гатов.
Взрывоопасные, пылящие агрегаты и агрегаты, работа кото-
рых сопровождается большим шумом, необходимо устанавливать
в изолированных помещениях. Печи и прессы устанавливают
в цехе на расстоянии 1 —1,5 м от стен.
При планировке расположения оборудования необходимо
исходить из возможности строительства здания цеха прямо-
угольной формы; кроме того следует учитывать правила по тех-
нике безопасности и охране труда, а также возможность орга-
низации внутрицехового транспорта и т. д.
В цехе должны быть предусмотрены вспомогательные поме-
щения, расположение которых должно быть связано с направле-
нием материального потока. Кроме того следует стремиться
к максимальной экономии площадей и высоты помещения.
СТРУКТУРА ЦЕХА ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Цех порошковой металлургии обычно состоит из следующих
участков или отделений:
1. Склада металлических порошков и других материалов.
2. Размольно-смесительного отделения.
3. Отделения смешивания порошков и грануляции.
4. Прессового отделения или отделения формования загото-
вок изделий.
5. Отделения спекания и производства защитных газов.
6. Отделения калибровки, доводки, пропитки или других
видов дополнительной обработки готовых изделий.
7. Склада готовых изделий.
8. Лаборатории, участка ОТК, конторских и бытовых поме-
щений и т. п.
279
g Таблиц а 62
Рекомендуемые нормы по отделке помещений, предназначенных для производства металлокерамических изделий
Помещение Отделка Освещение
полов потолков стен дневное искусственное
Размольно-шихтовочные отделения Чугунные плиты или метлахская плитка Побелка Масляная краска или облицовка бе- лой плиткой Минимальное Только общее
Формовочное отделение (прессования, прокатки и т. п.) Чугунные плиты или ксиломат То же Масляная краска или пылепоглоща- ющая ткань Хорошее Общее и местное у прессов
Печное отделение Метлахская плит- ка Клеевая краска То же Только общее
Склады сырья и гото- вой продукции Деревянные То же Минимальное То же
Отделение для приго- товления склеивающих раствороб Метлахская плит- ка » То же
ОТК Деревянные > Очень хорошее Общее и местное у приборов и ра- бочих мест
Будка для баллонов с защитными газами Бетонные Легкое прозрач- ное стекло Кирпичная клад- ка с клеевой крас- кой Минимальное Только общее
В процессе хранения металлические порошки окисляются,
что в конечном счете приводит к снижению качества изделий.
Поэтому в цехе предусматривается отделение довосстановления
металлических порошков, которое иногда совмещается с отделе-
нием спекания.
Расположение цеха порошковой металлургии средней или
малой мощности на действующем предприятии в отдельном
здании, находящемся на некотором расстоянии от других це-
хов, не всегда целесообразно. Этот цех может быть расположен
в общем пролете, но обязательно отделен от него капитальными
стенами.
Если здание цеха порошковой металлургии является много-
этажным, то технологический поток проектируется сверху вниз.
На самом верхнем этаже устанавливаются бункеры для шихто-
вых материалов и оборудование для подготовки и смешения
порошков; на последующих этажах — отделения формования,
спекания и т. д.
Все основное технологическое оборудование цехов или участ-
ков небольшой мощности может быть расположено в общем
зале. Исключение составляет отделение смесительно-размоль-
ного оборудования, которое должно быть отделено от остальных
помещений перегородками из-за шума и пыли, создаваемых
в процессе размола и смешения порошков.
Установка для получения контролируемых атмосфер (водо-
рода, эндотермического газа, окиси углерода, диссоциирован-
ного аммиака) должна, как правило, находиться вне основного
помещения и быть отгороженной от него капитальными стен-
ками.
В цехе приходится использовать легко распыляемые порош-
ки и поэтому рекомендуется следующая отделка помещений
металлокерамического цеха (табл. 62).
На фиг. 189 приведена типовая планировка цеха небольшой
мощности (100—300 т мелких изделий в год). Из нее видно, что
печи 1 но восстановления расположены на расстоянии 2 м от
склада порошков; примерно через 3 м от него находится раз-
мольно-смесительное отделение с звуко- и пыленепроницаемыми
стенками, оборудованное дробилками и мельницами 2, механи-
ческим смесителем 3 и многодечными ситами 4. Смесь посту-
пает на прессование в механических 5 или гидравлических 6
прессах. Рядом с участком прессования находится кладовая
прессформ.
На противоположной стороне цеха в непосредственной бли-
зости от прессового участка расположено отделение спекания,
оборудованное различными печами колокольного типа 7 и со-
противления 8 для термической обработки деталей после спе-
кания //. Кроме того в нем имеются ванна маслопропитки 10
и калибровочный пресс 9. Отделение ОТК находится в отдель-
ном помещении.
281
Планировка цеха большой мощности приведена на фиг. 190.
Поступающие с завода-поставщика металлические порошки вы-
гружаются из металлической тары над бункерным устрой-
ством 1 и по элеватору транспортируются в конусный смеситель-
усреднитель 2 емкостью 15 т, из него попадают в бункер хране-
ния 3. Рядом с ним расположены бункеры, содержащие различ-
ные смеси. Из них через тележку-весы порошки поступают
в смесители 4—8 центробежного типа и смесители 9—10 бара-
банного типа. В отдельном помещении установлены печи 18, 19
для отжига порошков.
Размольно-смесительное
отделение.
КладоОая для хранения
лрессформ.
та
Отделение спекания
9
10
ю
Прессовое
отделение
--------------------------— 30000--------------------------ч
Фиг. 189. Типовая планировка металлокерамического цеха небольшой
мощности.

Отделение
доОосстановления
порошков
11

Из смесителей 4—7 шихта поступает по конвейеру в подвес-
ных бадейках к конвейерным печам восстановления 11, 12.
Восстановленная шихта в виде губки по конвейеру 13 транспор-
тируется на измельчение в дробилку 14 и бегуны 15, из которых
элеватором подается на сито 16, 17. Просеянный порошок посту-
пает на временное хранение в один из бункеров, а затем — на
второе смешение с графитом и стеаратом цинка. Из склада
шихта поступает на автоматические прессы 20.
Спекание и термическая обработка деталей производится
в печах 21—25, расположенных в помещении спекания //. После
спекания антифрикционные детали поступают в агрегат на суль-
фидирование 26. На схеме слева размещены участки, на которых
изготовляются изделия мелкими сериями или эксперименталь-
ными партиями. Участок калибрования 27—31 оборудован пятью
калибровочными прессами различной мощности. Как видно из
плана этот участок расположен в конце технологического потока
производства. Участок текущего ремонта и переналадки прессов
расположен непосредственно у прессов 3Z
282
Прессы для прессования изделий (16шт)
to
00
со
1
7ППП , r-t Прессы для прессования изделий (16шт)
д . ___ _ .... __
31,пппВаНиНпПВПВи5ж:
.„J, ---------------------
Толкающий конвейер
шп
f 1 - — у '• - ——————— — - —тд
i Толкающий конвейер Механизмы загрузки и выгрузки.
* —..-т—- О. •- тЯС- -W- -.=®=-Л=—=Лг—
Экспериментальный участок
Лаборатория порошковой
металлургии
Пирометрическое помещение
21
23
22
25
24
Толкающий конвейер
Печи довосстановления
=1х....... JL^
Привод транспортера
17 —
К^анбалка I*
Транспортеру
и
Фиг, 190. Планировка металлокерамического цеха на заводе с крупносерийным характером производства.
Из плана цеха (см. фиг. 190) видно, что отделение / приемки,
хранения и обработки порошков внутри разделено на отдельные
помещения.
Цех оборудован системой транспортеров и конвейеров, рас-
положенных в направлении движения грузопотоков.
Тип и размеры здания цеха выбираются исходя из требова-
ний, предъявляемых к технологическому процессу, и уточняются
после утверждения окончательного варианта расстановки обору-
дования согласно аппаратурно-технологической схеме.
Наиболее целесообразно ширину пролетов брать равной
12—36 м, шаг колонн — 6 м. На высоте более 1,5 м и до верх-
ней продольной балки пролеты между колоннами выполняются
в виде окон стандартной ширины, нижняя и боковая части про-
летов заполняются кирпичной кладкой толщиной 510 или
385 мм [34].
Цех до затяжки стропильных ферм имеет высоту 7—10 м\
меньшую высоту рекомендуется брать при наличии относительно
небольшого печного хозяйства. При отсутствии мостовых кранов
высота цеха принимается равной 7—8 м, а при наличии —
9—10 м. Крыша цеха выполняется из жаростойких и теплоизо-
ляционных материалов.
На фиг. 191 (см. вклейку) показана планировка цеха мощ-
ностью 1000 т в год для производства твердых сплавов. Такой
цех разместился в двухэтажном здании площадью 1760 м.2. Ис-
ходный материал WO3 в контейнерах грузовым лифтом 8 подни-
мается на второй этаж в бункер 1 печей прокалки 3 с вращаю-
щейся трубой. Прокаленный порошок шнековым конвейером 5
подается в бункер протирочного сита, а отсюда ковшовым элева-
тором 6 на первый этаж к печам восстановления 4. Из этих печей
порошок вольфрама поступает в дозатор шаровой мельницы.
Готовая смесь подается элеватором снова на второй этаж в двух-
зонные муфельные печи 15 с алундовым муфелем на карбидиза-
цию; из печей карбид поступает в шаровую мельницу 17 непре-
рывного действия размола.
Прокаленная окись титана в течение 2 ч смешивается в ша-
ровой мельнице с сажей, а затем в течение 4 ч с карбидом
вольфрама. Готовая смесь выгружается из шаровой мельницы
через пустотелую цапфу и элеватором 23 транспортируется
в бункер узла загрузки вакуумных печей 24 карбидизации.
Загрузка брикетов в лодочки и выгрузка сложного карбида из
них осуществляются автоматическими устройствами 10 и 11.
Печи 24 такие же, как и печи 40 для спекания. После карбиди-
зации брикеты поступают в мельницу 17 непрерывного действия
на измельчение.
Восстановление кобальта производится в пятитрубных пе-
чах 25 в атмосфере водорода. Сначала смешение порошков
сложного карбида и кобальта производится в реакторе 26
(100 кг смеси и 25 л спирта) в течение 15 мин. Сжатым возду-
284
План 2 этажа
140000
План 1 этажа
А 33
32
/]□□□□□□□□
о о
/□□□□□□□□□
4-117
Фиг. 191. Планировка цеха производительность 1000 т!год для производства твердых сплавов сложных составов (по Н. А. Меркуловой):
1, 27—29 и 45 — бункеры; 2, 5 — шнековые конвейеры; 3, 4 — печи с вращающейся трубой, 6, 13, 18, 23 — ковшовый элеватор; 7, 44 — щиты управления; 8 — грузовой лифт; 9, 15, 20 — муфельные печи; 10, 14, 39 — транспортеры
загрузки лодочек; 11, 42 — аппараты разгрузки лодочек; 12, 22 — смесители; 16, 4/— транспортеры разгрузки лодочек; /7 — мельница непрерывного действия; 21, 43 — транспортеры возврата; 24, 40 — вакуумные печи; 25 — пяти-
трубная печь для восстановления кобальта; 26 —- реактор; 30 — раздаточная колонка; 31 — мельница мокрого размола; 32 — аппарат для приготовления смесей; 33 — колонка регенерации спирта; 34 — пресс-автомат; 35 — конвейер
для лотков; 36 — сушило; 37 — стол.
хом пульпа из реактора по гибкому шлангу продавливается
на 1-й этаж в мельницы 31 мокрого размола Эти мельницы
загружают: 200 кг смеси, 30 кг спирта и металлических ша-
ров 500 кг. Смешение производится в течение 48 ч при 30—
36 об!мин мельницы; разгрузка мельниц осуществляется сжа-
тым воздухом. Пульпа из мельниц продавливается через сита
056—045 (270—325 меш.) в двухярусные аппараты 32. Полу-
ченные смеси поступают в бункеры к прессам-автоматам 34.
Заготовки после прессования подаются на автоматические пру-
жинные весы; годные заготовки укладываются на поддоны
и конвейером 35 транспортируются в сушила 36, обогреваемым
Фиг. 192. Поперечный разрез цеха, планировка которого пока-
зана на фиг. 191.
лампами инфракрасного излучения. После этого заготовки про-
ходят визуальный технический контроль на столах 37, а отсюда
подаются на второй этаж в аппараты загрузки лодочек 38 печей
спекания и транспортером 39 — в вакуумные печи 40 на спека-
ние. Из печей спекания лодочки с готовыми изделиями транспор-
тером 41 подаются в аппарат разгрузки 42 лодочек. При такой
планировке цеха съем готовых изделий с 1 м2 производственной
площади в год составляет 0,6 т.
На фиг. 192 дан разрез здания цеха (к фиг. 191). Ширина
здания равна 18 м, высота этажа — 4,8 м. Наружные стены вы-
полнены из железобетонных панелей толщиной 350 мм; пере-
городки из цельнокатаных плит; ширина оконных проемов
2970 мм, высота 2650 мм. Перекрытия между этажами пред-
ставляют собой железобетонные предварительно напряженные
балки, по которым уложены железобетонные плиты размером
1,0 X 6,0 м; несущая конструкция перекрытия — двухскатная,
железобетонная, предварительно напряженная двутавровая бал-
ка, по которой уложены сборные железобетонные плиты разме-
4-U7 285
ром 1,5 X 6,0 м. Утеплителем крыши служит пенобетон массой
5000 г/см3- водоизолирующим ковром — двухслойное руберойд-
ное покрытие. Несущей конструкцией производственного зда-
ния являются железобетонные колонны сечением 500 X 400 мм
и шагом 6 м. Пол цеха выложен метлахской плиткой. Бытовые
помещения находятся вне производственного здания.
На фиг. 193 показана планировка цеха производитель-
ностью 100 т в год штабиков вольфрама. Цех расположен
в одноэтажном здании (32x21 м), состоящем из отдельных
помещений, равных количеству технологических операций.
Фиг. 193. Планировка цеха производительностью 100 т/год для производства
компактного вольфрама:
/, 2 — печи восстановления; 5, 6 — вибрационные сита; 4 — смеситель для укрупнения;
5 — шнековый смеситель для увлажнения; 7 — гидравлический пресс усилием 5200 кк;
8 — печь спекания; 9, 10 — сварочные аппараты для первой и второй сварки; 11 — обруб-
ный стан; 12 и 16 — стол; 13 — щит управления сварочными аппаратами; 14 — система
очистки водорода; 15 — система регенерации водорода; 17 — щит управления печами;
18 — весы товарные; 19 — трансформатор.
В отделении первого восстановления установлены две одиннад-
цатитрубных печи /; в отделении второго восстановления — две
такие же печи 2, В отделении подготовки порошка вольфрама
имеются подвесное вибрационное сито <?, шнековый смеситель 5
для увлажнения порошка и цилиндрический смеситель 4 со сме-
щенной осью емкостью 400 л. В прессовом отделении располо-
жены два гидравлических пресса усилием 500 Мн для прессо-
вания штабиков из порошка вольфрама и печи 8 с алундовыми
муфелями для предварительного спекания штабиков. В свароч-
ном отделении установлены сварочные аппараты 9 и 10, рабо-
тающие при температурах 2000 и 3200° К соответственно. Быто-
286
вые и конторские помещения цеха
отделены от производственных про-
ходом и стенками. В цехе работает
51 человек рабочих, 7 ИТР и 4 МОП.
Съем готовой продукции с 1 м2 про-
изводственной площади составляет
167 кг/год.
На фиг. 194 показана планиров-
ка первого этажа цеха для произ-
водства 24 000 т/год молибдена.
Поперечный разрез здания цеха
показан на фиг. 195. Планировка
произведена на основании аппара-
турно-технологической схемы (см.
фиг. 188). Производственный поток
начинается на четвертом этаже це-
ха. Сюда электрическим подъемни-
ком транспортируется молибдат ам-
мония, подвергающийся восстанов-
лению в шестимуфельных печах.
Для получения заданной произво-
дительности установлено 90 печей
первого восстановления 16 (фиг.
195).
На третьем этаже цеха распо-
ложено отделение второго восста-
новления, где установлено 52 ше-
ститрубных печи 5. На втором эта-
же находится отделение просева и
подготовки порошка к плавке. Здесь
расположено 168 подвесных вибра-
ционных сит 9, которые обслужива-
ют двенадцать ленточных транспор-
теров-смесителей 13 емкостью 3 м3
каждый. Просеянный порошок
транспортерами засыпается в 96
подвесных бункеров 14 емкостью
2,5 м3 каждый, из которых самоте-
ком поступает на первый этаж в 64
электродуговые вакуумные печи 15
для переплавки молибденового по-
рошка в слитки. На этом же этаже
установлено 64 станка 22 для резки
слитков и два станка 19 лля их за-
чистки. Рациональное использование
производственных площадей достиг-
нуто компактной расстановкой обо-
рудования.
----(MOW-
Фиг. 194. Планировка цеха для производства 24000 т/год компактного молибдена (по А. И. Сокольскому)
287
,25,2
Фиг. 195. Поперечный разрез здания цеха производительностью 24000 т/год
для производства молибдена:
1 — бункер для хранения молибдата аммония; 2 — шнековый питатель; 3 — бункер;
4 — стол загрузки лодочек; 5 — печь второго восстановления; 6 — стол разгрузки;
7 — ленточный транспортер; 8 вакуумная установка печи; 9 — подвесное вибрацион-
ное сито; 10 — генератор к электродуговой вакуумной печи; 11 — бункер; 12 — ленточ-
ный транспортер; 13 — ленточный смеситель; 14 — подвесной бункер; 15 — электроду-
говая вакуумная печь для плавки молибдена; 16 — печь шестимуфельная первого вос-
становления; 17 — ленточный транспортер; 18 — вращающееся сито; 19 — установка
зачистки слитков; 20 — тельфер грузоподъемностью 2 г; 21 — стол загрузки печи пер-
вого восстановления; 22 — установка для резки слитков.
СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
В этой части проекта должны быть приведены метеорологи-
ческие, почвенные и географические данные, подробно изложены
требования, предъявляемые к помещениям проектируемого цеха,
к его архитектурно-конструктивному оформлению, а также даны
температурно-влажностные режимы цеха.
Для печей и сушилок указываются температуры кожухов
печей и других нагревающихся элементов, а также количество
выделяющихся газов и паров воды. Дается описание плана цеха
и всех его помещений. Высота и площадь помещений цехов вы-
бираются с учетом габаритных размеров агрегатов, возмож-
ности осуществления их ремонта и температурно-влажностного
режима. Площади складов, бытовых помещений рассчитывают
по действующим нормам.
288
При разработке строительной части проекта выполняется
поэтажный план всего здания с пристройками и бытовыми поме-
щениями в масштабе 1 : 100 или 1 :200 с показом основных раз-
меров: пролетов, шага несущей конструкции, проемов, проходов,
стен; поперечный разрез здания цеха выполняется в масштабе
1 :50 или 1 : 100 (продольный разрез дается в том же мас-
штабе).
К проекту необходимо приложить ведомость с характеристи-
кой отдельных помещений цеха по форме 5.
Форма 5
Наименование помещения цеха Требования, предъявляемые к строительной части проекта
общие к полу к по- толку к сте- нам

ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ПРОЕКТЕ
Токсичность действия металлических и других порошкооб-
разных материалов (23, 28, 40), взрыво- и пожароопасность
некоторых порошков и применяемых газов, эксплуатация высо-
котемпературных печей и автоматического оборудования — все
это предопределяет особое место, которое занимает в проекте
раздел охраны труда и техники безопасности.
Ниже даны предельно допустимые концентрации различных
веществ в воздухе в мг/м2 (по данным Института проблем мате-
риаловедения АН УССР).
Алюминий...................2,0
Бериллий и его соединения . . 0,001
Окись цинка................ 5,0
Окисли титана..............10,0
Вольфрам, карбид вольфрама . 5,0
Кобальт.................... 0,5
Молибденовые соединения:
растворимые............ 4,0
нерастворимые.......... 6,0
Никель, окись никеля .... 0,5
Окислы железа.............. 4,0
Окись кобальта.............. 0,5
Медь........................ 0,5
Окислы тантала •............10,0
Окислы ниобия...............10,0
Окись кадмия................ 0,1
Пятиокись ванадия........... 0,5
Свинец и его соединения . . . 0,01
Тантал.......................10,0
Титан . •....................10,0
Хромовые соединения .... 0,1
Угольная пыль...............10,0
Ниже даны допустимые концентрации в воздухе газов и па-
ров различных веществ в жг/л, применяемых в порошковой ме-
таллургии.
19 4-п/ 289
Аммиак....................... 0,02
Ацетон....................... 0,2
Бензин . . •................ 0,03
Бензол....................... 0,02
Йод.......................... 0,001
Капролактам.................. 0,01
Керосин (в пересчете на уг-
лерод) ............... ... 0,3
Нафталин..................... 0,02
Озон........................ 0,0001
Окисли азота (в пересчете
на азот).................. 0,005
Окись углерода............... 0,02
Ртуть (металлическая) . . . 0,00001
Серная кислота, серный ан-
гидрид .................. 0,001
Сероводород............... 0,01
Сернистый ангидрид.... 0,01
Сероуглерод ............ 0,01
Спирт этиловый........... 1,0
Толуол ................ 0,05
Углеводороды (в пересчете
на углерод)............ 0,3
Фенол.................. 0,005
Фосфор желтый........... 0,00003
Фосфористый водород. . . 0,001
Фосфорный ангидрид . . . 0,001
Фтористоводородная кисло-
та (в пересчете на фтор) . 0,001
Фтористый водород.... 0,0005
Хлор...................... 0,05
Четыреххлористый углерод . 0,02
Этиловый эфир.............. 0,3
Чтобы сделать работу в таких цехах абсолютно безопасной,
прибегают к герметизации оборудования, к использованию раз-
личных вентиляционных устройств, к выполнению технологиче-
ских операций с возможно меньшим количеством вредных выде-
лений (например, вместо сухого применяют мокрое измельче-
ние), к применению печей с металлическими нагревателями
вместо угольных и т. д.
Основные меры, предупреждающие взрывоопасность и само-
воспламенение пыли и газов, — это недопущение запыления воз-
духа, скопления пирофорных порошков в помещении, стены
которого должны быть окрашены масляной краской. Электриче-
ская проводка должна быть изолированной; пирофорные порош-
ки при хранении — защищены от окисления инертными газами
или пленками масляных кислот; из газопроводов не должно быть
утечки газов.
В производственных помещениях уменьшение шума достига-
ется за счет применения в размольных агрегатах резиновых
прокладок, в вентиляторах патрубков из прорезиненной ткани
и т. п. В металлокерамических цехах должны строго соблюдать-
ся общие правила охраны труда и техники безопасности (на-
пример, ограждения прессов, смесителей и другого оборудова-
ния, заземление всех электрических установок, изоляция прово-
док и др.). Воздух в помещениях, где установлены печи, должен
обмениваться не менее 10, а в остальных помещениях не менее
5 раз в 1 ч.
На технологической планировке указываются точки подвода
воды и канализации, система отопления производственных и бы-
товых помещений. В этой части проекта сначала должны быть
даны возможные источники производственного травматизма,
а затем мероприятия по технике безопасности [99], исключающие
их.> В проекте цеха предусматриваются колпаки и зонты у агре-
гатов, выделяющих пыль и газы, а также мощная приточно-вы-
тяжная вентиляция.
290
В цехах для производства твердых сплавов вредными выде-
лениями являются металлическая пыль вольфрама, кобальта,
сажи и их смесей. В современных цехах для снижения пылевы-
делений порошок транспортируется в закрытых трубопроводах,
смесители и мельницы для размола герметизированы, воздух
подлежит семикратному обмену. Вредными и взрывоопасными
являются пары бензина, спирта и водород. Поэтому бензин хра-
нится в отдельном помещении с постоянной приточно-вытяжной
вентиляцией, освещаемом светильником в пожаробезопасном
колпаке. Для ликвидации шума мельницы непрерывного дей-
ствия устанавливают в отдельном помещении с многослойными
стенами. Автоматизация загрузки и выгрузки лодочек у печей
восстановления и спекания исключает необходимость присут-
ствия рабочих в зоне вредного воздействия пыли и газов.
Чтобы избежать образования взрывоопасных смесей, в печах
карбидизации применяются герметизирующие загрузочно-раз-
грузочные устройства.
Для кладки стен цеха используются несгораемые материалы
(например, красный кирпич), для перегородок и перекрытий —
железобетон. В цехе через каждые 20 м установлены шкафы
с кранами; на случай пожара должно быть предусмотрено не
менее четырех выходов.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
Исходными данными для разработки этой части проекта
являются сведения, составленные по форме 4, на основе кото-
рых заполняется форма 6.
Форма 6
Характеристика потребляемой электроэнергии
Потребитель Род тока Напряжение в в Мощность в кет Режим работы

Кроме того, в энергетической части проекта указывается
вспомогательное оборудование, используемое во всех помеще-
ниях цеха.
ОРГАНИЗАЦИОННАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТИ ПРОЕКТА
В этом разделе приводятся данные о количестве рабочих,
ИТР и служащих (см. гл. II), об их квалификации, тарифных
ставках, а также ведомости по фондам заработной платы; смет-
19* 291
ная калькуляция себестоимости единицы продукции; стоимость
основных и вспомогательных материалов; капитальные затраты
на оборудование и в целом по цеху.
Заключительным этапом разработки экономической части
проекта является заполнение формы 7 основных технико-эконо-
мических показателей.
Форма 7
Сводные технико-экономические показатели
Показатели
Общие по про- екту действую- щих пред- приятий
Абсолютные Годовой выпуск по плановым ценам в руб. Годовой выпуск в т или иных натуральных единицах Общая площадь производственных помещений в jw2 Общая установленная мощность токоприемников в кет Общий годовой расход электроэнергии в квт-ч Количество производственных рабочих (без ИТР) Общая стоимость объекта в руб. Относительные Выход годного (извлечение) в % Годовой выпуск в 1 т на одного списочного рабочего Годовой выпуск в т на одного производственного рабочего Отношение числа вспомогательных рабочих к числу основ- ных рабочих Установленная мощность электродвигателей на одного ра- бочего в смену в квт/чел Годовой расход электроэнергии на одного рабочего в квт-ч/чел Общий расход электроэнергии на 1 т или на иную нату- ральную единицу в квт-ч/т Стоимость оборудования от общей стоимости объекта в % Плановая стоимость 1 т продукции Капитальные затраты на единицу продукции Среднегодовая заработная плата одного рабочего в руб. Выход годного по основным изделиям цеха в %
ЛИТЕРАТУРА
1. Аксенов Г. И. Основы порошковой металлургии. Куйбышевское
книжное изд-во, 1962.
2. А н д р е е в С. К., 3 в е е р о в и ч В. В., П е т р о в В. А. Дробление,
измельчение и грохочение полезных ископаемых. Госгортехиздат, 1961
3. Артамонов А. Я. К вопросу калибрования пористых металлокера-
мических подшипников. — «Порошковая металлургия», 1962, № 2 (8), с. 99.
4. Балахонов Т. И. Полуавтоматическая вакуумная печь непрерыв-
ного действия для спекания титано-вольфрамовых сплавов. Сб. «Твердые спла-
вы». Вып. 4, Металлургиздат, 1962, с. 110.
5. Бальшин ЛА. Ю. Порошковая металлургия. М., Машгиз, 1948
6. Бальшин М. Ю. Развитие порошковой металлургии. Основы ме-
таллургии. Т. I, ч. 2-я, Металлургиздат, 1961.
7. Бартышев Л. В. Экономика замены металла металлокерамикой,—
«Вестник машиностроения», 1963, № 5, с. 72—74.
8. Белецкий В. Я. Теория и расчет сит с прямоугольными качаниями.
М., Государственное изд-во технической и экономической литературы по воп-
росам заготовок, 1949.
9. Б л а г и н В. И. Производство автомобильных металлокерамических
деталей на Горьковском автозаводе. Сб. тезисов VI Всесоюзной научно-тех-
нической конференции. ЛА., Машгиз, 1960.
10. Б о г а т и н Д. Е., У м а н с к и й А. М. Применение безмуфельных
печей для спекания изделий порошковой металлургии. — «Порошковая метал-
лургия», 1961, № 3.
11. Бондаренко Е. И., Филимонов В. Г. Электросепарация ме-
таллических порошков. ЦИИТЭИН, 1960.
12. Борок Б. А., Гидростатическое прессование металлических порош-
ков. Сб. «Порошковая металлургия», Ярославль., Издание областного
НТОМашпром, 1956, с. 178—204.
13. Борок Б. А, Гаврилин В. И. и др. Печь ТВВ-2 увеличенной
емкости для работы с вакуумом и контролируемыми атмосферами. ВИНИТИ,
1959.
14. Б о р о к Б. А., Г а в р и л и н В И. и др Технология и оборудование
для гидростатического прессования, ВИНИТИ, 1959.
15. Веденеев Н. П., Волченков А. И. и Новгородов А. С.
Твердосплавная технологическая оснастка. М., Машгиз, 1961, с. 41.
16. Виноградов Г. А., Радом ы сельский И. Д. Прессование и
прокатка металлокерамических материалов. Киев, Машгиз, 1963.
17. Виноградов Г. А. и Катошинский В. П. Исследование удель-
ного давления при прокатке металлических порошков. — Порошковая метал-
лургия», 1963, № 3, с. 30.
18. В я з н и к о в В. Ф., Е р м а к о в С. С. Применение изделий порош-
ковой металлургии в машиностроении. М.—Л., Машгиз, 1960.
19. Гаврилин В. И., Л о б а ш е в Б. П. Индукционные высокотемпе-
ратурные вакуумные печи ВИНИТИ, 1957.
20. Герм а нови ч И. Н., Д о р о ж к и н И. Н,. К а б е л ь с к ий И. ЛА.
29Я
Ультразвуковая пропитка пористых металлокерамических деталей. — «Порош-
ковая металлургия», 1962, № 5, с. 84.
21. Гольдман Я. С. Роторная линия для изготовления арматурных
гаек цоколя из композиции железо-латунь. Сб. «Электротехнические металло-
керамические изделия». ЦИНТИ электропромышленности, 1962, с. 195.
22. Гончарова В. Н. Металлокерамические поршневые кольца. Труды
ЦНИИТМАШ, кн. 56. Машгиз, 1953, с. 90—105.
23. Г о р о х о в Ю. М. Техника безопасности и промышленная санитария
в порошковой металлургии. Библиографический указатель. Изд-во АН
УССР, 1962,
24. Г о р б у н о в Н. С., Ш а т а л о в а И. Г., Л и х т м а н В. В. Вибра-
ционное прессование в порошковой металлургии. ЦИТЭИН, 1961.
25. Г р и г о р ь е в а В. В. Получение защитного газа из аммиака. Бюл-
летень технической информации, «Машиностроение и приборостроение». Киев,
Издание областного НТО Машпром, 1957, № 6.
26. Д е-Г р о а т Д. Производство изделий из металлического порошка,
М., Машгиз, 1960.
27. Д е м и н Е. Н. Конструирование прессформ для пластических масс.
М., Машгиз, 1952.
28. Д о н а т Е. В. Обеспыливание производства металлических порошков.
М., Профиздат, 1958.
29. Дорф 3. П., Клименко В. Н,. Радомысельский И. Д. и
Шуб И. Е. Потребность промышленности Ленинградского совнархоза в ме-
таллокерамических изделиях и экономическая эффективность от их внедре-
ния. — «Порошковая металлургия», 1961, № 3, с. 100—109.
30. Д о р ф В. П., Н а п а р а-В олгина С. Г., Литовченко Н. И.
Определение номенклатуры деталей для цеха металлокермических изделий за-
вода порошковой металлургии. — «Порошковая металлургия», 1964, № 2,
с. 103—111.
31. Designing powder metal parts; «Metal .Industrie», 1960, v. 96, №2, p. 29.
32. Designing powder metal parts. «Mashinen Design», 1960, v. 32, No 14,
p. 112.
33. Development powder metallurgy. «Metal Progress», 1957, v. 72, No I,
p.95.
34. E г о p о в M. E. Основы проектирования машиностроительных заво-
дов. М., Машгиз, 1952.
35. 3 а к а т о в а Н. А., М а е р г о й з И. И. Эндотермический генератор
для приготовления контролируемой атмосферы. — «Электротермия», 1961,
№ 1, с. 22—23.
36. Збаразский С. Г., Радомысельский И. Д. Автоматическая
четырехгнездная прессформа для прессования гладких втулок. — «Порошко-
вая металлургия», 1963, № 3 (15).
37. 3 о т о в И. С. Предпроектный период и проектирование. М., Маш-
гиз, 1956.
38. И венсен В. А., Б а р а н о в а И. В. и др. Сб. «Твердые сплавы».
Труды ВНИИТС, № 1. Металлургиздат, 1959. с. 7.
39. Игнатьев Ю. А. иМонахов И. И. Конструирование прессформ
для металлокерамических изделий. — «Автомобильная промышленность»,
1959, № 8.
40. И з р а э л ь с о н 3. И. О предельно-допустимом содержании в воз-
духе пыли металлических порошков. — «Порошковая металлургия», 1961, № 6,
с. 98—100.
41. Кабельский И. М., Дорожкин Н. Н. Новый способ калиб-
рования металлокерамических деталей. — «Порошковая металлургия», 1961,
№3.
42. К а р п и н о с Д. М. Металлокерамические конструкционные материа-
лы. Бюллетень «Машиностроение и приборостроение». Киев, 1958, № 10—11,
стр. 51,
43. Kelton Е. Н. What brass powder parts offer that designer. «Machine
Disign», 1944, v. 16, № 8, p. 129— 139.
294
44. Сборник «Карметы». М., Изд-во Иностранной литературы, 1962.
45. К р а п у х и н В. В., 3 а й ч е н к о Г. Н. и др. Сушка твердосплавных
изделий инфракрасными лучами. — «Цветные металлы», 1957, № Ц.
46. К р а п у х и н В. В., 3 а й ч е н к о Т. Н. Усовершенствование печей для
спекания твердых сплавов. Известия высших учебных заведений, серия «Цвет-
ная металлургия», 1958, с. 117—123.
47. К о з ы р е в П. И. Обследование действующего реконструируемою
машиностроительного завода. Издание Общественного университета НТО
Машпром. Машгиз, 1956.
48. К о р о л е в Л. А. Прокатные станы (конструкция и расчет). М., Маш-
гиз, 1958.
49. Кроха В. А., Б а х о в к и н А. М. Прогрессивный метод производ-
ства зубчатых колес. — «Порошковая металлургия». 1963, № 1 (13), с. 108
и ПО.
50. К у д р а О., Г и т м а н Е. Электролитическое получение металличе-
ских порошков. Изд-во АН УССР, 1952.
51. Лангенмасс Э. Г. Новые прессы-автоматы для порошковой ме-
таллургии. Сб. «Электротехнические металлокерамические изделия». ЦИНТИ
Электропромышленности, с. 25—33.
52. Л е в и н Г. Н., П т и ц ы н М. А. Сборник по технологии и примене-
нию твердых сплавов и минералокерамики. Вып. 1, ГОСИНТИ, 1960.
53. Л е й к и н Н. П. Конструирование прессформ для изделий из пласти-
ческих масс. М., Машгиз, 1961.
54. Лиандов К. К. Грохочение полезных ископаемых. Металлургиз-
дат, 1948.
55. Литвин Г. Е. Установки с молекулярными ситами для получения
защитного газа. — «Металловедение и термическая обработка», 1963, № 6,
с. 60—61.
56. М а ер гой з И. И., 3 а к а т о в а Н. А. Газоприготовительные уста-
новки, разработанные ВНИИЭТО. — «Электротермия», 1962, № 4, с. 23.
57. Л я х о в с к и й Л. М. Сдвоенный пресс-автомат для прессования
изделий из порошковых материалов. ЦИТЭИН, 1961.
58. М а т е р £>. Проектирование машиностроительных предприятий. М.,
Машгиз, 1961, с. 43—165.
59. М е е р с о н Г. А. Современное состояние теории основных процессов
порошковой металлургии. Сб. «Вопросы порошковой металлургии». Изд-во
АН УССР, 1955, с. 32.
60. М е е р с о н Г. А., 3 е л и к м а н Н. А. Металлургия редких металлов.
Металлургиздат, 1955.
61. Мельников В. Н., В е с н и н а В. А. и др. Новые конструкции
печей восстановления твердых сплавов. — «Порошковая металлургия», 1963,
№ 1, с. 93.
62. Микрюков В. Е., П о з д н я к Н. 3. Металлокерамические неупру-
гие поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и компрессоров.
ВИНИТИ, 1959.
63. М и н д л и н Я. С. Прохождение проекта по этапам. Подготовка про-
ектирования. НТО Машпром. Общественный университет. М., Машгиз, 1956.
64. Могилевский О. Я. О токсичности пыли порошков никеля и ме-
ди.— «Порошковая металлургия», 1962, № 4, с. 115—118.
65. М о р г у л и с М. Л., П е т р о в К. Т. Современные устройства для
смешения порошков. Электротехнические металло-керамические изделия.
ЦИНТИ электропромышленности, 1962.
66. М о ш к о в А. Д., У с п е н с к и й Я. С. Технология производства и
применение пористых подшипников. Москва—Свердловск, Машгиз, 1959.
67. О л о ф и н с к и й Н. Ф. Электросепарация угольной мелочи и некото-
рых других минералов. М., Углехимиздат, 1957.
68. Пельц Б. Б., М а р м е р Э. Н. Вакуумная электрическая печь для
спекания тугоплавких металлов и сплавов, — «Электротермия», 1961, № 2,
с. 26—28.
69. Petrdlik М. Pokroky praskove metalurgie. Praha, 1954, ctz. 57—68.
295
70. Печентковский Е. Л. Принципы конструирования прессформ
сложной формы. — «Порошковая металлургия», 1961, № 2, с. 76—92.
71. Подборский Л. Е., Ильгисонис В. В. Машины для разгрузки
транспорта порошкообразных материалов. М., Машгиз, 1961.
72. П о з д н я к Н. 3. Второй пленум координационного совета по порош-
ковой металлургии. — «Вестник машиностроения», 1961, № 1, с. 83—85.
73. П л а н о в с к и й А. Н., Р а м м В. М., Каган С. 3. Процессы и ап-
параты химической технологии. М., Госхимиздат, 1962.
74. П р о х а н о в В. Ф. Прессформы для горячего прессования порошка
титана и его сплавов. Тема 4, № М58-333/3, М., ВИНИТИ, 1958.
75. Р а д и о н о в Н. В., Т е н е н б а у м Л. И. Пневматический насос для
транспортировки пыли. — «Цветные металлы», 1953, № 3.
76. Р а д о м ы с е л ь с к и й И. Д. Принципы конструирования прессформ
для прессования металлокерамических деталей сложной формы. Бюллетень
технико-экономической информации «Машиностроение и приборостроение».
Киев, изд. областного правления НТО Машпром, 1958, № 10—11, с. 16—23.
77. Радом ы сельский И. Д. и К р у ш и нск ий А. Н. Экономия ме-
таллов при металлокерамическом производстве. Выпуск 13. Киевский дом на-
учно-технической пропаганды, 1960.
78. Р а д о м ы с е л ь с к и й И. Д., Д о р ф 3. П. Экономическая эффек-
тивность внедрения металлокерамических изделий. — «Порошковая металлур-
гия», 1961, № 1, с. 93—94.
79. Р а д о м ы с е л ь с к и й И. Д., Кутняк В. А., Андреева Н. В.
Автоматическая газовая совмещенная печь для спекания металлокерамиче-
ских изделий. — «Порошковая металлургия», 1961, № 3, с. 91.
80. Р а д о м ы с е л ъ с к и й И. Д. Конструкционные металлокерамические
изделия и их применение в промышленности. Сб. «Порошковая металлургия
в машиностроении и приборостроении». Киев, издание областного правления
НТО Машпром, 1961, с. 11.
81. Радомысельский И. Д., Печентковский Е. Л. Автомати-
ческая прессформа для двухслойного прессования. — «Порошковая металлур-
гия», 1961, № 6.
82. Радомысельский И. Д., Теодорович О. К. и Круши н-
с к и й А, Н. Методы производства металлокерамических конструкционных
деталей повышенной прочности и сложной формы. Сб. «Электротехнические
металлокерамические изделия». ЦИНТИ электропромышленности, 1962,
с. 201—207.
83. Радомысельский И. Д., Печентковский Е. Л. Стационар-
ные прессформы для калибрования втулок с буртом методом обжатия.—
«Порошковая металлургия», 1963, № 1 (13), с. 83.
84. Раковский В. С., Самсонов Г. В. и Ольхов И. И. Основы
производства твердых сплавов. Металлургиздат, 1960.
85. Раковский В. С. и С акл инск ий В. В. Порошковая металлур-
гия в машиностроении. М., Машгиз, 1963, с. 5 и 66, 91.
86. Р а к о в с к и й В. С. Современное состояние и проблемные задачи
в области порошковой металлургии. Сб. «Современные направления в обла-
сти технологии машиностроения». М., Машгиз, 1957, с. 246—257.
87. Р ы б а л ь ч е н к о М. К. Конструкции деталей в порошковой метал-
лургии.— «Американская техника и промышленность», 1946, № 1, с. 12.
88. Рустем С. Л. Оборудование и проектирование термических цехов.
М., Машгиз, 1962.
89. С в е ш н и к о в а В. И. Эффективность применения технологии порош-
ковой металлургии в автомобильной промышленности. Тема 44. Вып. 2,
№ 0-61-12/2, ЦИТЭИН, 1961.
90. Свешникова В. И., Раковский В. С. Экономическая эффек-
тивность метода порошковой металлургии. — «Вестник машиностроения», 1963,
№ 5, с. 71—72.
91. С а к л и н с к и й В. В., X а з о в В. А. Изготовление триметаллической
ленты для вкладышей подшипников на автоматической линии. Тема 3,
№ М-60-296/13. ЦИТЭИН, 1960.
296
92. Саклинский В. В. Технико-экономическая эффективность техно-
логии порошковой металлургии. — «Вестник машиностроения», 1961, № 6,
с. 52—54.
93. Самсонов Г. В. Металлокерамика в машиностроении капитали-
стических стран. ЦИТЭИН, 1955.
94. С а м с о н о в Г. В., П л о т к и н С. Я. Производство железного по-
рошка. Металлургиздат, 1957.
95. С а м с о н о в Г. В. Силициды, их свойства и использование в технике.
Изд-во АН УССР, 1959.
96. Самсонов Г. В. Использование металлокерамических материалов
в приборостроении и радиотехнической промышленности. Сб. «Порошковая
металлургия в машиностроении и приборостроении». Киев, Издание област-
ного правления НТО Машпром, 1961, с. 4—7.
97. Самсонов Г. В., Ковальченко М. С. Горячее прессование.
Киев, Гостехиздат УССР, 1962, с. 77—81.
98. Сеч к о В. А. Горячее прессование металлокерамических твердых
сплавов с индукционным нагревом прессформ. Тема 2, № М61-502/7.
ЦИТЭИН, 1961, с. 7—14.
99. Справочник профсоюзного работника. М., Профиздат, 1957.
100. Степанов С. Г. Автоматизация процесса прессования металлоке-
рамических подшипников. ВИНИТИ, 1959.
101. Темкин В. И. Центробежные смесители для металлокерамических
композиций. ВИНИТИ, 1957.
102. Tramb John W. The iron powder palont at Alan Wood steel Co, Iron
and steel Engeniering, 1960, № 4.
103. T p e т ь я к о в В. И. Металлокерамические твердые сплавы. Метал-
лургиздат, 1962.
104. Федорченко И. М. Возможности и задачи порошковой метал-
лургии в создании новых материалов. — «Порошковая металлургия», 1963,
№ 1, с. 3—12.
105. Федорченко И. М., Андриевский Р. А. Основы порошко-
вой металлургии. Изд-во АН УССР, 1961.
106. Ф е й м а н Е. А. Новые вакуумные электропередачи. — «Электротер-
мия», 1961, №2, с. 17.
107. Филимонов В. Г. Новый способ получения порошка из стальной
стружки и других хрупких материалов. ВИНИТИ, 1959.
108. Филимонов В. Г., К у р о ч к и н П. В. и др. Производство ме-
таллических порошков методом распыления жидкого металла сжатым воз-
духом. ЦИТЭИН, 1961.
109. Филимонов В. Г. Изготовление пористых биметаллических и дру-
гих двухслойных металлокерамических изделий. — «Вестник машиностроения»,
1960, № 2, с. 68—71.
ПО. Францевич И. Н. Порошковая металлургия. Изд-во «Знание»,
1958, с. 62.
111. Францевич И. Н., Теодорович О. К. Металлокерамические
железомедные композиции для конструкционных деталей. Сб. «Порошковая
металлургия». Ярославль, издание областного правления НТО Машпром,
1956, с. 52.
112. Хазов В. А., И г н а т ь е в Ю. А. и М о н а х о в И. И. Полуавто-
матический процесс прессования металлокерамических деталей в одногнезд-
ных и многогнездных прессформах, «Порошковая металлургия», вып. 4. М.,
Изд-во НИИТАвтопром, 1956, с. 63—68.
113. Ц в е т к о в М. П., А м е л и н Г. П. Электрическая печь для спека-
ния фрикционных деталей. ЦИТЭИН, 1960.
114. Шварцкопф и Киффер. Твердые сплавы. Металлургиздат,
1957.
115. Шевелев М. Л. Противопожарная техника в машиностроении.
М., Машгиз, 1955.
116. Ш м ы к о в А. А. и М а л ы ш е в Б. В. Контролируемые атмосферы.
М., Машгиз, 1953.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Проектирование металлокерамических изделий................ 3
Порошковая металлургия — прогрессивный метод технологии машино-
строения ....................................................... 3
Металлокерамические издели я, получаемые только методом порошко-
вой металлургии................................................. 8
Изделия, изготовляемые методами порошковой металлургии и други-
ми методами.................................................... 14
Некоторые технологические принципы проектирования металлокера-
мических деталей............................................... 18
Форма и точность размеров металлокерамических изделий..........24
Глава II. Экономика порошковой металлургии.........................34
Экономическая эффективность метода............................. 34
Трудоемкость изготовления металлокерамических деталей.......... 44
Себестоимость металлокерамических деталей.......................47
Подетальный анализ экономической рентабельности метода .... 58
Технические возможности и перспективы развития порошковой метал-
лургии ........................................................ 61
Глава III. Прессформы для прессования металлических порошков . . 73
Устройство и разновидности прессформ...................... 73
Методика расчета прессформ................................ 77
Материалы для прессформ................................... 82
Прессформы для прессования с использованием сил трения .... 83
Автоматизация работы прессформы........................... 86
Автоматическая прессформа для двухслойного прессования .... 96
Автоматическая четырехгнездная прессформа для прессования вту-
лок ........................................................... 93
Проектирование калибровочных прессформ.................... 97
Прессформы для калибрования втулок с буртом методом обжатия . 106
Прессформы с твердосплавными рабочими частями..................108
Устройства и приспособления для нагрева прессформ..............116
Проектирование и изготовление прессформ для горячего прессова-
ния ...........................................................116
Глава IV. Оборудование, используемое в порошковой металлургии . . 122
Классификация оборудования.....................................122
Оборудование для просева и размола порошков....................123
Установка для получения порошка распылением....................143
Оборудование для транспортирования порошков....................144
Смесительное оборудование......................................147
Оборудование для дистилляции и сушки...........................154
Прессовое оборудование.........................................157
Прессы для горячего прессования................................187
298
Стр.
Печное оборудование ........................................... 193
Прочие виды оборудования........................................230
Очистка газов...................................................238
Примеры расчета оборудования....................................240
Глава V. Проектирование цехов порошковой металлургии ..............261
Структура и содержание проекта..................................261
Подготовка к промышленному проектированию.......................268
Разработка технологии в техническом проекте цеха .............. 269
Материальные расчеты и балансы металлов.........................271
Выбор типа и расчет количества оборудования.....................274
Аппаратурно-технологическая схема...............................276
Планировка цеха и размещение в нем оборудования.................279
Структура цеха порошковой металлургии...........................279
Строительная часть проекта......................................288
Охрана труда и техника безопасности в проекте...................289
Энергетическая часть проекта....................................291
Организационная и экономическая части проекта...................291
Литература....................................................... 293
Переплет художника Е. В. Бекетова
Технический редактор В. Д. Элькинд
Корректор В. А. Воробьева
Сдано в производство 21/Х 1964 г. Т-01171.
Подписано к печати 5/11 1965 г. Тираж 2200 экз.
Печ. л. 19(1 вкл.). Уч.-изд. л. 19,0. Темплан 1965 г.
№ 354.Бум. л.9,5. Формат 60х901Лв. Зак. 4-117.
Цена I р. 10 к.
Типоофсетная фабрика Государственного комитета
Совета Министров Украинской ССР по печати.
Харьков, ул. Энгельса, 11.