Прахова металургия

Няколко са причините, които наложиха праховата металургия като водещ метод пред традиционните методи и технологии в металообработването:

– значителна икономия на материали, труд и енергия;

– възможност за получаване на прахово-металургични изделия със сложна конфигурация и висока точност на размерите;

– възможност за получаване на материали и изделия с уникални свойства;

– висока степен на автоматизация на производствените процеси, което води до висока производителност;

– ниска себестойност на продукцията;

– пресоване на сместа от метални прахове в пресформа на пресавтомат;

– изпичане на пресованите детайли в пещ в среда от водород;

– допълнителни обработки (термообработка, оксидация, пропиване с масло, калиброване, механична обработка, и др.).

Металните прахове, които се използват в производството са: желязо и неговите сплави, мед, бронз и месинг.

Детайлите, могат да бъдат класифицирани в три основни групи:

1. Антифрикционни металокерамични изделия

По своето предназначение представляват самосмазващи лагери. Наличието на определено количество графит и открити пори в изделията, запълнени с минерални масла, повишават износоустойчивостта и допустимото натоварване и намаляват значително коефициента на триене. Основно те се използват във възли, където не е възможно допълнително смазване. Към групата влизат също детайли на желязна основа и бронз, които се влагат, хидравлични и пневматични цилиндри, сферични лагери за ел. двигатели и др.

2. Конструкционни металокерамични изделия

Те имат общо машиностроително предназначение и се използват в огнестрелно оръжие, магнитно-дискови устройства, брави, секретни патрони, заключващи системи, панелни радиатори, миксери, дрелки с ударно действие, зъбни колела, ролки, шайби, втулки и много други детайли с различно предназначение.

3. Магнитномеки металокерамични изделия

Тази група включва магнитопроводи за електромери, полюсни наставки за ел. двигатели, котви и други магнитномеки детайли за електропромишлеността.

МЕТОДИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА  МЕТАЛНИ ПРАХОВЕ

Механични – механично смилане, стриване, пресяване;

Физични – електролитно отлагане, разпръскване на стопилки, кристализация от метални пари;

Термо-химични – редукция на метални окиси, карбонилен метод;

Механичното смилане се извършва в мелници (топкови, вихрови). Чрез него се получават по-груби прахове.

Електролитният метод се прилага за получаване на прахове от чисти метали.

Смилане на металите и сплавите – извършва се механично въздействие върху компактния материал с цел раздробяване и превръщане в прах, без съществено изменение на химическия състав. Смилането се извършва в топкови мелници; вибрационни мелници; вихрови мелници. Смилат се крехки, непластични метали – хром, силиций и манган. Пластични метали, които в процеса на раздробяване се наклепват и стават крехки (желязо).

Разпрашаване – механично дисперсиране на струя течен метал (сплав),  посредством газ или вода с определено налягане. Методът е производителен. Получават се прахове със сферична форма.

Електролитното получаване на метални прахове представлява разлагане на метални соли под действието на постоянен електрически ток. По метода на електролизата се получават прахове на мед, сребро, желязо, цинк, никел, кадмий, олово, калай, антимон.

Праховете от бърза кристализация на стопилки и метални пари са със сферична форма на частиците, но съществуват проблеми от окисляване на праха. Кристализацията се извършва в специални вакуумирани камери или в защитни неутрални атмосфери. Термо-химичните методи са най-производителни и ефективни. При тях като изходни материали се използват отпадъчни продукти от химическите и металургични производства (метални окиси, карбонати и др.). Провеждат се в специални пещи с непрекъснато действие.

Пресоването във форми (едностранно и двустранно) е най-разпространеният метод на формоване и се прилага при изработване на изделия с проста форма.

Едностранно пресоване се използва при изработване на изделия с отношение на височината към диаметъра им не повече от 1. При по голямо отношение се използва двустранно пресоване.

Валцоването е метод за изработване на ленти, дебелината на лентата трябва да  надвишава 3-4 пъти размера на частиците.

Мундщучно пресоване е метод за формофане на металокерамични изделия с голяма дължина при постоянен диаметър.

Спичане – процес на термично обработване на пресованите порести изделия под температурата на топене на основния метален компонент. Провежда се в редукционна или неутрална газова атмосфера, за да се избегне окисляването на металните компоненти.

ХАРАКТЕРНИ СВОЙСТВА НА НЯКОИ МЕТАЛОКЕРАМИЧНИ МАТЕРИАЛИ

– Якостта на порестите материали достига до 80% от якостта на съответната сплав;

– Понижена ударна жилавост;

– Повишена износоустойчивост (благоприятно смазващо действие на порите);

– Понижена плътност (благоприятно за филтри).

МЕЖДИННО ОБРАБОТВАНЕ НА СПЕЧЕНИТЕ ИЗДЕЛИЯ

Допълнителните операции се провеждат с цел да се подобрят свойствата на получените детайли и да се повиши точността на техните размери.

Пропиване – запълване на откритите пори на спеченото изделие с течен метал за да се получи плътно изделие;

Калиброване – допълнително пресоване на спечените изделия в специални калибровъчни прес-форми;

Термично и химико-термично обработване (отгряване, закаляване, хомогенизиране, цементация, азотиране и др.) за подобряване на свойствата на метало-керамичните изделия.

Изтегляне на пръти, тръби. Обработването се извършва на студено. Може да се получи тел с диаметър 0,002 до 10 mm, а се калиброват стоманени тръби с външен диаметър от много малък до 500 мм и стоманени профили с диаметър от 3 до150 mm.

Верижните машини се използват за изтегляне на профили във вид на пръти с дължина до 8 м. Скоростта на изтегляне е от 0,1-0,8 m/s.

Барабанни машини се използват за изтегляне на телове с голямо сечение (диаметър от 4 до 25 mm)За изтегляне на телове под 4 mm се използват машини с многократно изтегляне. Броят на дюзите за последователното изтегляне достига до 20-30.

ЛИСТОВО ЩАМПОВАНЕ

Метод за изработване на плоски и обемни тънкостенни изделия от листов материал –ламарини, ленти чрез щампи и преси.

В зависимост от начина на действие на външните сили и характера на действащите напрежения се различават следните операции: разделителни, отрязване, изрязване, пробиване, формоизменящи, огъване, изтегляне, обработване, стесняване, формоване.

ВИДОВЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ПЛАСТИЧНО ДЕФОРМИРАНЕ

Валцуване – метод за обработване чрез пластично обработване между въртящи се валци с разстояние между валците по-малко от дебелината на обработвания материал. Металът изпитва налягане, което го деформира, а от триенето му с повърхността на валците той получава едновременно с деформацията и постъпателно движение.

Надлъжно валцуване – металът се деформира между двата валеца, които се въртят в противоположна посока и могат да се преместват перпендикулярно на оста си. Използва се за  производство на профили и ламарини. Напречно валцуване – валците се въртят в еднаква посока. Обработваното изделие получава въртеливо движение и се деформира по дължина на валците.

Косо валцуване – валците са кръстосани под известен ъгъл и се въртят в еднаква посока. Обработваното изделие получава едновременно въртеливо и постъпателно движение и се деформира.

ГОРЕЩО ПРЕСУВАНЕ

Металът е подложен на всестранен неравномерен натиск. Изработват се профили, тръби главно от цветни метали с диаметър до 400-500 мм, тръби с външен диаметър 350-400 мм, при дебелина на стената от 1,5 до 8 мм. Подходяща температура за пресуване: за мед 800-900 градуса С; за алуминий 350-450 градуса С, за стомани1100-1250 градуса С

Обратен начин (метод на Бери) предимства: работи се с около 25-45% по-малка пресова сила; триенето е по-малко, защото металът е неподвижен и не се трие; намалено количество от останалия в пресовата камера метал.

СТУДЕНО ПРЕСУВАНЕ

Извършва се в щампи и се прилага при метали с висока пластичност.

Произвеждат се гилзи, чаши, болтове, гайки, фланци. Има три начина на пресуване: право, обратно и комбинирано.

Технологичният процес на студено пресуване се състои от следните операции: отрязване на заготовките; отгряване; почистване на оксната корица; фосфатиране; мазане и вбиване

Методът осигурява висока производителност и точност на изделията. Изгоден метод за масово производство. Извършва се с помощта на различни преси: кривошипни, ексцентрикови и хидравлични.

СВОБОДНО КОВАНЕ

Металът свободно изтича в посоките, които не се ограничават от повърхностите на инструментите, между които се извършва деформацията – чук, наковалня.

Недостатъци: ниска производителност, малка точност в размерите, значителни прибавки за обработка

ОБЕМНО ЩАМПОВАНЕ

Пластична деформация, при което се извършва принудителни разпределение на метала на заготовката в метални форми, наречени щампи. Поради това могат да се получат изковки с по-сложна форма, с по-голяма точност на размерите и с по-добро качество на  повърхнините.

Предимства. При масово и едросерийно производство стойността на изделията, получени чрез щамповане е 2-3 пъти по-ниска от тази на същите изделия, получени чрез рязане от валцуван материал.

Недостатъци – висока цена на щампата (висока цена на материала от който се изработва и предназначението и само за един вид изделие. Ограничения в масата на заготовките.

Източник

Автор: Emil Angelov

Основател на форума и блога за ножове Metal Blade. Интересувам се от ножове, хладни оръжия, класически самобръсначки, бръсначи, Линукс и метъл музика.