Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ РАСХОДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА И МАТРИЦА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам полунепрерывного прессования расходуемых электродов из шихтовых материалов титановых сплавов, используемых в электрометаллургии, а также к инструменту (матрице), используемому для изготовления указанных электродов.

Известен способ прессования изделий из малопластичных труднодеформируемых материалов (Авт. свид. СССР №410861, Бюл. №2, 1974 г. [1]), в котором заготовку (прессуемый материал) размещают в контейнере, осаживают и продавливают через очко матрицы, причем в процессе осадки слои материала заготовки, контактирующие со стенками контейнера, подвергают знакопеременной деформации в направлении, перпендикулярном направлению действия усилия осадки.

Недостатком известного способа является то, что он применим для прессования только цельнометаллических материалов. При прессовании шихтовых материалов в кольцевых проточках образуются «закрытые зоны», в которые в начале процесса прессования электрода запрессовываются шихтовые материалы, а дальнейшее прессование шихтовых материалов идет через кольцевые «рубашки» и процесс знакопеременной радиальной деформации прекращается.

Известен способ изготовления высокоплотной спеченной детали путем допрессовывания спеченной заготовки на одноосном прессе за один ход (патент РФ №2156179, МПК B 22 F 3/16, Бюл. №26, 2000 г.) [2].

В известном изобретении спеченную заготовку предварительно обжимают в направлении, поперечном основному приложению усилия, путем пропроталкивания ее через ступенчатую матрицу и сжимают в узком сечении матрицы основным усилием между верхним и нижним пуансонами.

Недостатком данного способа является то, что он может быть реализован только при деформировании штучных заготовок, кроме того, осуществляются только осесимметричные и радиальные деформации, что недостаточно для спрессовывания шихтовых материалов с большим количеством стружки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ полунепрерывного прессования через конусную матрицу в компаундированный электрод для вакуумной дуговой плавки титановых сплавов (Плавка и литье титановых сплавов под ред. В.И.Добаткина, М., Металлургия, 1978, с.265-271, рис 107, 108 [3]) - прототип.

Известный способ прессования позволяет получить достаточно длинный и однородный в поперечном сечении электрод с хорошей поверхностью и допустимой кривизной из сыпучих материалов, отличающихся друг от друга по форме, плотности, массе, размерам, коэффициенту трения между собой и стенками матрицы.

Недостатком известного способа является ограниченное по объему вовлечение отходов, особенно стружки, при увеличении содержания которой в шихте снижается прочность электрода из-за низкой склонности стружки к спрессовыванию. Эта проблема особенно актуальна при прессовании электродов из высокопрочных титановых сплавов.

Известна матрица для прессования спеченных деталей, включающая заходный и окончательный цилиндрические участки и конические переходные участки, в которых происходит радиальная деформация [2] -прототип.

Недостатками прототипа является малая величина сдвиговых деформаций, что ограничивает вовлечение стружки в шихтовый материал.

Задачей, на решение которой направлены данные изобретения, является увеличение вовлечения стружки в шихтовые материалы при полунепрерывном прессовании расходуемых электродов с обеспечением хорошего качества прессования за счет конструктивного усовершенствования матрицы.

Единый технический результат, достигаемый при осуществлении заявленной группы изобретений, заключается в получении высокопрочного электрода из шихты с увеличенным содержанием стружки за счет дополнительных окружных и знакопеременных радиальных сдвиговых деформаций на шихтовые материалы при воздействии сжимающих напряжений.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе полунепрерывного прессования расходуемого электрода из шихтовых материалов титановых сплавов, включающем засыпку шихты в цилиндрическо-коническую матрицу порциями и прессовку каждой порции шихты пресс-шайбой, имеющей выступы и впадины, при этом в цилиндрической входной части матрицы частицы шихты предварительно уплотняются основным усилием пресс-шайбы и сдвигаются относительно друг друга за счет выступов и впадин пресс-шайбы и окончательно уплотняются основным усилием и радиальными обжатиями в конической части матрицы за счет сдвига между собой частиц шихты, согласно изобретению в цилиндрической входной части матрицы частицы шихты дополнительно сдвигаются в окружном направлении, а при окончательном уплотнении в конической части матрицы частицы шихты дополнительно сдвигаются в радиальном направлении, причем последовательно в нескольких направлениях.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в матрице для полунепрерывного прессования расходуемого электрода, состоящей из цилиндрической входной, конической обжимной и цилиндрической выходной частей, согласно изобретению на цилиндрической входной части матрицы выполнены винтовые профильные канавки, угол подъема которых γ меньше угла трения, а на конической обжимной части матрицы выполнены кольцевые участки с переменной конусностью в пределах от нуля до удвоенного угла α конической обжимной части матрицы, причем кольцевые участки развернуты последовательно относительно друг друга на угол ϕ=360/n, где n - количество кольцевых участков, а матрица выполнена составной и коническая обжимная часть ее состоит из 5-12 дисков, на каждом из которых выполнены кольцевые участки, повернутые относительно друг друга на угол ϕ.

При использовании дисков менее 5 уменьшается величина сдвиговых деформаций, что ограничивает вовлечение стружки в шихту. Использование дисков более 12 снижает прочность конической части матрицы.

На приведенном чертеже представлена матрица для полунепрерывного прессования расходуемого электрода по заявленному изобретению. Матрица содержит корпус 1; входной цилиндрический участок 2 с винтовыми канавками 3 под углом γ к образующей цилиндрического участка; диски 4 конической обжимной части матрицы с максимальным углом 2α и конусностью конического участка матрицы с углом α; выходной цилиндрический участок 5.

Реализацию предложенного способа осуществляли в промышленных условиях прессового цеха при прессовании расходуемых электродов сплава Вт6 диаметром 495 мм, весом 3300 кгс, длиной 4500 мм из шихты с добавлением 50% возвратных отходов в виде обрези, кусков и стружки, в том числе стружки 30%.

После окончания прессования предыдущей порции шихтовых материалов пресс-штемпель с пресс-шайбой отводится в исходное положение и освобождает пространство во входном цилиндрическом участке 2, затем во входную часть матрицы 2 и винтовые канавки 3 засыпаются шихтовые материалы. При перемещении пресс-штемпеля с пресс-шайбой шихтовые материалы сжимаются и перемещаются вдоль входной части матрицы, при этом шихтовые материалы также перемещаются в винтовых канавках, где происходят сдвиговые окружные перемещения шихтовых материалов в окружном направлении.

При дальнейшем спрессовывании шихтовых материалов в конической обжимной части матрицы происходит радиальная сдвиговая деформация. Одновременно за счет переменной конусности кольцевых участков происходят дополнительная радиальная деформация последовательно в разных направлениях, а за счет их винтового расположения - дополнительные окружные сдвиговые деформации, за счет чего происходит уплотнение и сцепление частиц шихтовых материалов, чем достигается решение поставленной задачи изобретения.

Использование предлагаемого способа полунепрерывного прессования расходуемых электродов и матрицы для осуществления способа обеспечивают получение электродов хорошего качества из сплавов титана с вовлечением отходов до 50%, в том числе стружки до 30%.