Основные принципы прессования и типы пресс-форм. Краткие сведения о прессах

Существует много типов пресс-форм в зависимости от конструкции прессуемых изделий и метода прессования.

Конструкция пресс-формы определяется такими факторами, как характер приложения давления при прессовании — одностороннее или двухстороннее; применяемый способ извлечения изделий из пресс-формы — выталкивание или разборка пресс-формы; количество одновременно прессуемых изделий — одно-или многоместная пресс-формы, и, наконец, метод работы — индивидуальное прессование с ручной сборкой пресс-формы и ручной распрессовкой или применение полностью автоматизированного процесса.

При одностороннем прессовании имеется только один подвижный пуансон, обычно верхний. Такого типа пресс-формы применяются для изготовления изделии простой формы, обычно небольшой высоты. Выталкивание спрессованного изделия из такой пресс-формы в простейшем случае осуществляется пуансоном после установки матрицы на специальную подставку. При автоматическом прессовании с матрицей, закрепленной в плите пресса, устройство имеет вид, изображенный на рис. 96. В этом случае выталкивание изделия осуществляется нижним пуансоном, которому после окончания процесса прессования сообщается поступательное движение вверх.

Одностороннее прессование применяется для формования изделий несложной формы, у которых отношение высоты Н к диаметру D не выше единицы, а отношение H к толщине стенки b менее трех. При H/D>1 и H/b>3 применяют двухстороннее прессование. В этом случае оба пуансона являются подвижными. Схематическое устройство простейшей пресс-формы для неавтоматического прессования подшипниковых втулок показано на рис. 95. После заполнения порошком пресс-формы и установки верхнего пуансона 1 к нему прикладывается давление для предварительного обжатия, затем давление снимается и удаляется подкладка 5. При последующем приложении давления в прессовании участвуют верхний 1 и нижний пуансон — 4. Выталкивание спрессованного изделия производится после установки матрицы на специальную подставку и приложения давления верхним или нижним пуансоном.

Принцип устройства пресс-формы для прессования аналогичной детали на автоматическом прессе показан на рис. 96.

В этом случае верхний и нижний пуансоны соединены с верхней и нижней рамами пресса. Матрица укреплена в столе пресса. В исходном положении 1 по плоской поверхности стола пресса на полость пресс-формы автоматически надвигается питающий рукав с порошком, который заполняет полость матрицы.

При обратном движении питающего рукава удаляется избыток порошка, затем опускается верхний пуансон и после его погружения в полость матрицы начинается движение нижнего пуансона. После окончания процесса прессования оба пуансона начинают двигаться вверх, причем нижний пуансон выталкивает спрессованную деталь на поверхность стола (положение 3). Надвигающийся питатель с порошком сбрасывает ее по желобу В приемник. Движение нижнего пуансона вниз способствует лучшему заполнению полости матрицы порошком.

Двухстороннее прессование применяется при изготовлении более сложных изделий с большим отношением высоты к диаметру или к толщине стенки. Ho даже и при двухстороннем прессовании трудно получить изделия с величиной отношения H:D более 10.

При прессовании сложных изделий важно обеспечить получение одинаковой плотности в различных сечениях детали. Для Достижения равномерной плотности приходится прибегать к составным пуансонам.

На рис. 97 показано схематическое устройство прессового инструмента для изготовления детали, имеющей два участка с разной высотой при прессовании на автоматическом прессе. Характерной особенностью конструкции является то, что нижний пуансон разделен на два самостоятельных.

Пуансон, предназначенный для формирования более тонкой части детали, удерживается в исходном положении при заполнении пресс-формы порошком пружиной. Когда верхний и оба нижних пуансона начинают двигаться навстречу друг другу, существенное давление возникает только в части порошка, распложенной над левым самостоятельным пуансоном.

Правый же пуансон опускается вниз, сжимая пружину, которая поддерживала его в исходном состоянии. К моменту окончания прессования оба пуансона упираются в движущееся вверх коромысло и, таким образом, оказывают полное давление на обе части порошка, расположенные над обоими пуансонами.

Такая схема прессования может быть осуществлена и на прессах одностороннего действия.

Если различие в высоте отдельных частей детали очень велико, приходится прибегать к более сложным устройствам и прессам, которые имеют более чем один верхний или нижний плунжер. Составные пуансоны в этом случае устанавливают на пружины или на отводимые во время прессования упоры, либо они приводятся в движение отдельными гидравлическими цилиндрами.

При прессовании сложных изделий большое значение имеет выбор направления прессования. Изделия, имеющие ось вращения, прессуются в направлении этой оси. Для изделий несимметричной формы прессование лучше производить в направлении, в котором имеется наименьшее количество изменений толщины.

В случае прессования тонкостенных полых подшипниковых вкладышей для обеспечения более однородного распределения плотности возможны два метода. Первый метод, заключающийся в движении центрального стержня, описан нами ранее. Недостатком его является трудность автоматизации и большая высота пресс-формы и подставки. По второму методу, центральный стержень, формирующий внутреннюю полость вкладыша, выводится из полости пресс-формы до операции заполнения ее порошком и вдвигается обратно после заполнения, но до начала операции прессования. На рис. 98 схематически представлена последовательность операций при таком прессовании. После окончания прессования центральный стержень выводится из полости матрицы до начала выталкивания изделия нижним пуансоном. Это снижает необходимое давление выталкивания.

Схематическое устройство прессового инструмента для прессования более сложных изделий с фланцем показано на рис. 99 и 100. Центральный стержень может быть неподвижным и подвижным. Фланец в этом случае формируется верхним пуансоном и заплечиками в матрице, а тело детали прессуется между верхним и нижним пуансонами. Так как порошок не вытекает из области фланца в область основного тела детали, глубина фланца должна быть точно рассчитана, чтобы обеспечить одинаковую степень обжатия порошка как в области фланца, так и в основной части детали. Для прессования фланцевой -части необходим верхний пуансон, поддерживаемый пружиной (рис. 99), или пружинный нижний пуансон под фланцевой частью детали (рис. 100). Верхний пуансон должен перекрывать полость матрицы раньше, чем движение нижнего пуансона вытолкнет порошок из матрицы. Аналогичным образом прессуются детали с внутренним фланцем. В этом случае заплечики для формирования фланца предусматриваются на центральном стержне. На рис. 101 показано устройство прессового инструмента в нескольких вариантах: центральный стержень опирается на пружину (2); ход верхнего пуансона регулируется пружиной (3); верхний и нижний пуансоны движутся неодновременно (4 и 5).

Прессование более сложных деталей — с фланцами — требует применения дополнительных пуансонов или дополнительных секций, поддерживаемых пружинами. На рис. 102 показаны призеры прессования таких деталей, все они требуют применения составных пуансонов. Особенно осторожно в этом случае должна проводиться операция выталкивания, так как возможно разрушение брикетов при несогласованном движении пуансонов. Ход эксцентриков должен быть спроектирован таким образом, чтобы два нижних пуансона с позиции окончания прессования Начинали двигаться вверх одновременно до тех пор, пока деталь выйдет из полости пресс-формы и нижний пуансон дойдет до верхнего уровня пресс-формы.

В приводимых выше примерах прессования различных изделий матрица в процессе прессования оставалась неподвижной. В современных прессах в большинстве случаев предусматривается перемещение матрицы, которое, как уже упоминалось ранее, обеспечивает получение изделий с более равномерной плотностью по высоте в результате действия сил трения, возникающих между прессуемым изделием и перемещающейся матрицей. Обычно матрица для этой цели устанавливается на пружины или на отодвигающиеся упоры. Пример прессования сложного изделия в пресс-форме с плавающей матрицей и составными пуансонами приведен на рис. 103.

Плавающая матрица используется также при прессовании круглых и сферических тел. На рис. 104 показана схема пресс-формы для прессования длинных цилиндрических стержней. Формование изделия в данном случае производится в полости, образуемой поверхностью неподвижного нижнего пуансона, выемками плавающей матрицы и внутренней поверхностью разъемного верхнего пуансона.

Для обеспечения большей надежности работы пресс-форм и облегчения условий прессования в ряде случаев необходимо вносить изменения в конструкцию деталей, необходимо избегать применения пуансонов с острыми краями, с тонкими выступами или узкими углублениями. В соответствии с этими требованиями необходимо корректировать конструкцию прессуемых изделий.

При прессовании изделий сложной формы иногда применяются разборные пресс-формы, что позволяет обеспечить извлечение спрессованной детали без повреждений.

Разборная пресс-форма состоит из наружной обоймы, в которую вставляется матрица, состоящая в свою очередь из двух или более частей. Матрица обычно имеет конусную посадку с конусом 2—3°. Благодаря этому матрицу вместе со спрессованным изделием легко удалить после прессования из обоймы и избежать таким образом воздействия пуансонов на изделие при выталкивании. Такого типа пресс-формы, однако, малопроизводительны. На рис. 103 изображена разъемная пресс-форма; ее обойма, как и нижние составные пуансоны, установлена на пружинах.

В связи с широким распространением, которое получают в последнее время плавающие матрицы и составные пуансоны, целесообразно рассмотреть пример определения различных параметров прессования изделия с участками разной толщины. Этот пример заимствован нами из каталога фирмы Mannesmann—Pulvermetall. На рис. 105 показаны последовательные стадии прессования изделия, которое в окончательном виде (положение III) имеет три участка разной толщины с размерами w1, w2 и w3.

Особенностью всей конструкции в целом является то, что нижние составные пуансоны и плавающая матрица опираются на отводимые упоры (положения I и II). Передвижение матрицы осуществляется независимо от верхней плиты пресса. Нижняя плита неподвижна.

Размеры полости для засыпки порошка определяются известным образом: h1=qw1 и т.д., где q — отношение плотности спрессованного изделия к насыпному весу порошка. Величины v1, v2, v3 определяют движение нижних пуансонов до упоров (в данном случае v1 = 0), они равны v2 = h1—h2—(w1—w2) и v3 = h1—h3 = vmax. Расстояние, на которое передвигается матрица, рекомендуется принимать u = vmax + 1 (размеры в мм). Смещение матрицы, однако, должно быть таким, чтобы при прессовании матрица не опускалась бы ниже прессуемого изделия, т. е. величина Q, равная Q = hmax — wmах — u, должна быть положительной.

Особенностями современных прессов для нужд металлокерамического производства является наличие 2—5 рабочих движений инструмента с индивидуальной и независимой настройкой величины хода, увеличение давления выталкивания (до 0,6 Р), механизация засыпки порошка и удаления спрессованных брикетов.

Американские фирмы в настоящее время изготавливают многоходовые прессы с независимыми приводами для верхних и нижних пуансонов и с приспособлениями для перемещения матрицы. В европейской практике большей частью используются прессы со стационарной нижней плитой, что не требует дополнительного привода; применяются также плавающие матрицы и составные пуансоны. Схема прессования на таком прессе показана на рис. 105. Автоматические прессы с гидравлическим или механическим приводом обеспечивают усилие прессования до 300—400 т. У гидравлических прессов неавтоматического действия усилие прессования может доходить до 2000 т.

На рис. 106 показан автоматический пресс фирмы Стокс. Этот пресс обладает самостоятельно управляемыми приводами для двух нижних и двух верхних пуансонов, которые могут перемещаться вверх и вниз, обеспечивая прессование многоступенчатых деталей. Число ходов в минуту в автоматических прессах может доходить до 50—60, обычно производительность не превышает 20—30 изделий в минуту.

Производительность операции прессования может быть повышена применением многоместных пресс-форм и ротационных прессов. Последние представляют собой автоматы с вращающимся столом, на котором монтируется до 30 и более пресс-форм. За один оборот стола прессуются изделия во всех пресс-формах. Однако ротационные прессы применимы, как и многоместные пресс-формы, только для изготовления несложных по форме изделий.