СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОСТИ И ОТВЕРСТИЯ В ПРЕССОВАННОЙ ЗАГОТОВКЕ

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении прессованных металлических и диэлектрических заготовок, имеющих открытые полости и отверстия.

Известен способ изготовления охлаждающих каналов в металлической заготовке турбинной лопатки, включающий закладку перед штамповкой стержней-заполнителей, которые вытравливаются в течение 35-50 часов [1], стр. 67. К недостаткам способа относится высокая трудоемкость удаления заполнителя, нарушение качества поверхностного слоя, точности и прочности каналов из-за воздействия травителя.

Наиболее близким является способ получения отверстий в диэлектрических прессованных заготовках путем электрохимического удаления металлических вставок вдоль их длины [2], который заключается в том, что с целью расширения технологических возможностей за счет получения глубоких отверстий вставку выполняют в виде втулки, внутри которой размещают изолированный токоподвод.

Недостатками способа являются: высокая трудоемкость удаления вставок, ограничение глубины отверстий, возможность изготовления деталей только из диэлектрических материалов.

Изобретение направлено на снижение трудоемкости изготовления прессованных металлических заготовок с полостями и отверстиями, повышение качества.

Это достигается тем, что до прессования заготовки на вставки, помещаемые в места нахождения полостей и отверстий, наносят слой реологической жидкости, на которую одним слоем насыпают осесимметричные гранулы из легкоплавкого материала, вставку с жидкостью и гранулами помещают в магнитное поле и выдерживают до затвердевания реологической жидкости, затем устанавливают в пресс-форму и прессуют заготовку, после чего снимают магнитное поле и удаляют реологическую жидкость, далее спекают заготовку при температуре выше температуры плавления материала гранул, удаляют расплавленные гранулы и вынимают из заготовки вставки.

Способ поясняется следующими чертежами: на фиг. 1 показана вставка по форме полости или отверстия с нанесенным слом реологической жидкости; на фиг. 2 - вставка после нанесения в реологическую жидкость слоя гранул; фиг. 3 - схема прессования заготовки с вставками; фиг. 4 - спекание заготовки и расплавление материала вставок; фиг. 5 - готовая спеченная заготовка.

Способ осуществляется следующим образом: выполняют вставку 1 (фиг. 1), имеющую форму полости или отверстия с размерами, уменьшенными на двойную величину размера гранулы 2 (фиг. 2). Гранулы 2 должны иметь осесимметричную форму, например шара, что гарантирует точность полостей или отверстий в получаемых заготовках. На вставку 1 наносят, например окунанием, слой реологической жидкости 3 (фиг. 1) на длину вставки 1, не менее глубины полости или отверстия в заготовке 5 (фиг. 3). Вставку 1 с гранулами 2 и реологической жидкостью 3 помещают в магнитное поле 4 (фиг. 2) и выдерживают до затвердевания реологической жидкости 3. После этого вставку 1 с гранулами 2 в реологической жидкости 3 помещают на место положения полостей или отверстий в заготовке 5 и прессуют силой «Р», определяемой в каждом конкретном случае, в пресс-форме 6 до формирования заготовки 5 (фиг. 3). Снимают магнитное поле 4, после чего реологическая жидкость 3 переходит в жидкое состояние и удаляется (фиг. 3) из пространства между вставкой 1 и заготовкой 5. Удаление жидкости 3 необходимо, т.к. при нагреве она может возгораться или выделять токсичные вещества. Спрессованную заготовку 5 (фиг. 3) вынимают из пресс-формы и спекают (фиг. 4) до получения требуемых свойств материала заготовки 5, расплавления гранул 2 (фиг. 3) и получения жидкого материала 7, который удаляют из пространства между вставкой 1 и заготовкой 5 (фиг. 4) вставку 1, после чего получают готовую прессованную заготовку 5 (фиг. 5) с полостью или отверстием 8.

Пример 1 использования способа: в керамической диэлектрической прессованной заготовке нужно получить сферическую полость диаметром 1 мм на глубину 3 мм. Используют реологическую жидкость МК2-40, гранулы из цинкового сплава сферической формы с радиусом 0,12 мм. Тогда радиус рабочей части вставки будет 0,88 мм, диаметр цилиндрической части 1,76 мм. После нанесения окунанием реологической жидкости на вставку ее обсыпают одним слоем цинковых гранул и вдавливают их до контакта с вставкой, после чего вставку помещают в пространство между электромагнитами и создают напряженность поля 20·10³ А/м, что для реологической жидкости на базе магнетита (МК2-40) обеспечивает магнитную индукцию 0,029 Тл. При таких режимах время «застывания» реологической жидкости небольшой глубины составляет 3-4 секунды. Заготовка прессуется из порошка минералокерамики ЦН 222. В конце прессования электромагнит выключают, после чего через 6-7 секунд образуется жидкая фаза реологической жидкости, которая сливается для последующего использования.

Заготовку с вставкой помещают в печь для спекания при 1200 К в течение 2-5 минут. За это время цинковый сплав гранул с температурой плавления около 700 К переходит в жидкое состояние и вытекает из зазора между вставкой и заготовкой. После этого вставка вынимается из заготовки, которая имеет полость радиусом 1_-0,3 мм и глубину мм. Шероховатость поверхности полости 1,25 мкм, что соответствует требованиям чертежа. Общее время изготовления заготовки не превышало 1 часа, что на порядок ниже, чем при других методах.

Пример 2. В твердосплавной заготовке матрицы высадочного штампа из вольфрамо-кобальтого сплава ВК20 необходимо получить сквозное отверстие диаметром 2,8 мм. Используя те же гранулы и реологическую жидкость, как в примере 1, получаем диаметр вставки 2,56 мм. При прессовании применяют силу 1,2·10⁴ Па. Температура спекания 1700 К, остальные параметры аналогичны рассмотренным в примере 1. После удаления вставки получено отверстие с диаметром с шероховатостью 0,63 мкм, что соответствует требованиям чертежа. Трудоемкость изготовления матрицы снизилась в 28 раз по сравнению с эрозионной прошивкой и доводкой отверстия на доводочном станке.

Источники информации

1. Изготовление основных деталей авиадвигателей / М.И.Евстигнеев и др. М.: Машиностроение. 1972 - 448 с.

2. Авторское свидетельство 1673329 (СССР) Электрохимическое получение отверстий малого диаметра в диэлектриках (Авт. В.П.Смоленцев, В.Т.Трофимов, В.В.Трофимов). Бюл. изобр. №32, 1991.