Совершенствование технологического оборудования и процессов компактирования и прессования одно- и многокомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Шульгин, Александр Васильевич

• Шульгин, Александр Васильевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шульгин, Александр Васильевич

Введение.

Глава 1. Оборудование, технология и теоретические подходы к компактированию, спеканию и прессованию одно- и многокомпонентных порошковых материалов на основе металлических порошков.

1.1. Основные тенденции в теоретическом исследовании процессов обработкой давлением порошковых материалов.

1.2. Способы, производство и механические свойства металлических порошков, области применения.

1.3. Прессы и автоматы для компактирования заготовок из металлических порошков.

1.4. Компактирование одно- и многокомпонентных металлических порошков.

1.5. Оборудование для спекания и нагрева заготовок.

1.6. Прессы для прессования скомпактированных спеченных порошковых заготовок.

1.7. Технологический процесс изготовления изделия типа электроконтакта.

1.8. Основные цели и задачи исследования.

Глава 2. Экспериментальное исследование процессов компактирования, спекания, обратного и комбинированного прессования из порошковых материалов.

2.1. Инструменты и приборы для изучения процессов компактирования и прессования порошковых материалов.

2.2. Экспериментальные установки и исследование процессов компактирования и спекания заготовок из порошковых материалов.

2.2.1. Обработка результатов экспериментальных исследований процессов компактирования и спекания заготовок из медного порошка ПМС-1.

2.2.2. Экспериментальные исследования процесса компактирования заготовок из композиционной смеси железного порошка ПЖ4М2 и медного ПМС-1 при разных концентрациях элементов.

2.2.3. Экспериментальные исследования процесса компактирования заготовок из композитной смеси железного порошка ПЖРВ 4.200.28 и медного ПМС-1 при разных концентрациях компонентов.

2.3. Экспериментальные исследования процесса обратного прессования скомпактированных и спеченных заготовок из медного порошка ПМС-1.

2.3.1. Экспериментальные исследования процесса обратного прессования гладким пуансоном заготовок из медного порошка ПМС-1.

2.3.2. Экспериментальные исследования процесса обратного прессования сферическим пуансоном скомпактированной спеченной заготовок из медного порошка ПМС-1.

2.4. Экспериментальные исследования процесса комбинированного прессования заготовок из медного порошка ПМС-1.

2.5. Экспериментальные исследования процесса обратного прессования заготовок из композиционного материала на основе железного порошка ПЖРВ 4.200.28 с концентрацией медного порошка ПМС-1 25%.

2.6. Выводы по экспериментальным исследованиям.

Глава 3. Теоретические исследования силовых и деформационных параметров при компактировании, обратном и комбинированном прессовании одно- и многокомпонентных заготовок из металлических порошков.

3.1. Исследование процесса компактирования однокомпонентных металлических порошков.

3.2 Исследование процесса компактирования двухкомпонентных металлических порошков.

3.3. Методика определения сопротивления пластической деформации псевдосплавов «железо-медь».

3.4. Влияние условий формообразования на параметры открытой осадки спечённых заготовок из металлических порошков с применением уравнения равновесия.

3.5. Давление при обратном прессовании заготовок из скомпактированных порошковых материалов.

3.5.1. Давление при прошивке заготовок из скомпактированных спеченных порошковых материалов пуансоном с плоским торцом.

3.5.2. Давление при обратном прессовании заготовок из скомпактированых спеченных порошковых материалов пуансоном со сферическим торцом.

3.6. Расчет давления при обратном и комбинированном прессовании

3.6.1. Расчет давления при обратном прессовании методом работ.

3.6.2. Расчет давления при комбинированном прессовании методом работ.

3.7. Исследование распределения деформационных потоков при комбинированном прессовании.

3.8. Исследование процесса обратного прессования заготовок из многокомпонентных материалов на основе железных и медных порошков.

Глава 4. Совершенствование проектирования технологического оборудования для компактирования и прессования порошковых материалов.

4.1. Контактная прочность инструмента при прошивке и прессовании порошковых материалов.

4.2. Температурные условия работы инструмента при прессовании изделий из скомпактированных и спеченных металлических порошков.

4.3. Устройство для стабилизации давления при компактировании и прессовании.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологического оборудования и процессов компактирования и прессования одно- и многокомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков»

Развитие ведущих высокотехнологичных отраслей промышленности требует совершенствования теории и технологии производства новых конструкционных материалов. Перспективным направлением в создании новых материалов являются одно- и многокомпонентные композиционные материалы из металлических порошков. Они обладают уникальными физико-механическими свойствами, которые невозможно повторить другими способами получения металлов [1-3].

Свойства порошковых материалов определяются не только составом и методами термической обработки, но и зависят от формы частиц, их расположения и сочетаний их с другими порошками.

Существующий метод прямого формообразования изделий из порошковых материалов не позволяет добиться получения деталей с однородными физико-механическими свойствами по всему объему [9,10,11].

К недостаткам этого метода также можно отнести невысокую сопротивляемость получаемых изделий к напряжениям и деформациям растяжения.

Как показали исследования отечественных и зарубежных ученых, наиболее оптимальной для выполнения поставленной задачи является технология, состоящая из шихтования металлических порошков, последующего их компактирования, спекания и получения заготовок для дальнейшего формоизменения [16-25].

Следует отметить, что в отечественной и зарубежной литературе недостаточно внимания уделено теоретическому исследованию процессов компактирования и прессования одно- и многокомпонентных композиционных материалов из металлических порошков.

Целью настоящей работы является оптимизация оборудования и технологических режимов получения одно- и многокомпонентных композиционных материалов из металлических порошков для получения электроконтактов.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Шульгин, Александр Васильевич

Выводы по работе

1. Разработаны и установлены деформационные и силовые параметры процесса компактирования одно- и многокомпонентных материалов из металлических порошков для получения равномерных физико-механических свойств по всему объему заготовки.

2. Экспериментально обосновано условие пластичности для аналитического определения процессов обратного и комбинированного прессования спеченных скомпактированных заготовок из одно- и многокомпонентных металлических порошков и установлена линейная зависимость давления от плотности заготовок.

3. Разработана методика физического моделирования для обоснования выбора давления компактирования и прессования многокомпонентных композиционных порошковых материалов.

4. Создана методика для определения границ раздела зон активной и затрудненной пластической деформации при обратном и комбинированном прессовании заготовок из одно- и многокомпонентных порошковых материалов, позволяющая установить силовые параметры прессования.

5. Разработана теоретическая модель для оптимизации технологических процессов обратного и комбинированного прессования одно- и многокомпонентных композиционных порошковых материалов.

6. Разработаны особенности расчета технологического оборудования для компактирования и прессования материалов из металлических порошков.

7. Разработана конструкция устройства для компактирования и прессования порошковых материалов с целью повышения производительности технологического процесса и однородности физико-механических свойств заготовки.

8. Предложенная технология производства электроконтактов из псевдосплава «железо-медь» прошла опытно-промышленное внедрение на ОАО «Краснопахорский завод композиционных изделий из металлических порошков» («КИМПОР») и ОАО «Авиапромналадка».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шульгин, Александр Васильевич, 2007 год

1. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория компактирования металлических порошковых материалов. М. ВИНИТИ, 2004.-235с.

2. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория обработки давлением скомпактированных спеченных металлических порошков. М. ВИНИТИ, 2005.-315с

3. Григорьев A.A., Рудской А.И. Пластическая деформация пористых материалов. Л.: ЛДНТП, -1989.-28С.

4. Дьяченко И.М. Основы металлургии порошков. Ч. Металлургия. -320с.

5. Айзенкольб Ф. Порошковая металлургия. М.: Металлургия. 1959, -520с.

6. Вязников Н.Ф., Ермаков С.С. Применение изделий порошковой металлургии в промышленности. М.: Машгиз. -1966, -190с.

7. Раковский B.C. Основы порошкового металловедения. М.: Оборонгиз, 1962,-90с.

8. Федорченко И.М., Андриевский P.A. Основы порошковой металлургии. М. Металлургия,-1963,-420с.

9. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. М. Металлургия,-1975,-200с.

10. Балынин М.Ю., Кипарисов С.С. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1978,-184с.

11. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М. Металлургия,-1980,-496с.

12. Андриевский P.A. Порошковая металлургия. М. Металлургия,-1991,-205с.

13. Металлы и сплавы. Справочник. М. 2003,-1996с.

14. Павлов H.H. Труды ЛПИ. Машгиз, 1964. - №238. - С. 25-33.

15. Витязь П.А., Капцевич В.И., Шелег В.К. Пористые порошковые материалы. Минск, Высшая школа,- 1987. 164с.

16. Кохан JI.C. Методика расчета силовых и геометрических параметров при компактировании // Известия Вузов. Черная металлургия. М.:1997, №9, с. 55-58.

17. Кохан J1.C., Лукашкин Н.Д. Особенности компактирования металлических порошков для прокатки заготовок // Технология металлов, №5, 2000, с.28-32.

18. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С. Компактирование разнородных порошков // Известия вузов. Черная металлургия. М.:2001, №11, с. 34-38.

19. Кохан Л.С. Управление процессами компактирования композиционных материалов из металлических порошков. // Технология металлов, №12, 2001, с.13-16.

20. Кохан Л.С., Лукашкин Н.Д. Компактирование металлических порошков при монотонных деформационных процессах // Известия вузов. Черная металлургия. М.:2002, №7, с. 29-31.

21. Волкогон Г.М., Дмитриев A.M., Добров Е.П. Прогрессивные технологические процессы штамповки деталей из порошков и оборудование. М.: Машиностроение, -1991, -320с.

22. Лаптев A.M., Подлесный C.B., Малюский В.Л. Расчет давлений при изостатическом прессовании порошковых материалов // Известия вузов. Черная металлургия. -№1, -1987, с. 88-90.

23. Шестаков H.A. Исследование влияния напряжений всестороннего сжатия на коипактирование пористых материалов // Вестник МГТУ. М.: Машиностроение, -№3, -2002.

24. Shima S.A., Doctoral thesis, Kyoto. Kyoto University, 1975. -200p.

25. Oyane M, Shima S.A. Vorab drucke VI Internationale Pulvermetallurgische Tagung un der DDR, Dresden, 1977, Bdl, s. 15/2-15/8.

26. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С, Лебедев H.H. Напряжения и деформации в процессах обработки металлов давлением. М.: Академкнига, -2004,240с.

27. Друянов Б.А. Прикладная теория пластичности пористых тел. М.: Машиностроение. -1989, -230с.

28. Лаптев A.M. Деформирование пористого металла в закрытой матрице. Известия вузов. М.: Машиностроение, 1979, №7, с.89-94.

29. Лаптев A.M. Анализ формования и допрессовки пористых втулок методом тонких сечений. Порошковая металлургия, №7,1988, с.44-48.

30. Сторожев М.В. Попов Е.А. Обработка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977,423с.

31. Логинова Ю.Н. Вариационное решение задач формоизменения пористого цилиндра при осадке с прилипанием // Известия вузов. Черная металлургия. М.: №11, 1997г., с. 38-41.

32. Никольская Л.Н., Русанов Б.В., Фридберг И.Д. О функции пористости, учитывающей контакты частиц в прессовках // Порошковая металлургия 1966, № 6, 208 с.

33. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. М.: Металлургия, 1986, 224с.

34. Клименков С.С, Минск. Кандидатская диссертация, 1975, 21с.

35. Спеченные материалы для электротехники и электроники //Справочник под ред. Гнесина Г.Г. М.: Металлургия, 1981.344 с.

36. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Шульгин A.B. Определение условий формообразования при обработке спеченных заготовок из медного порошка ПМС-1 // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. М., №1,2006, с.57-59.

37. Кохан Л.С., Шульгин A.B. Расчет давления обратного выдавливания спеченных заготовок из медного порошка ПМС-1 // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. М., №1,2006, с. 59-62.

38. Кохан Л.С., Шульгин A.B. Исследования распределения деформационных потоков при комбинированном прессовании //

39. Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением. Сб. трудов МГВМИ. М.: МГВМИ, 2007, вып. № 6, с. 162-166.

40. Барков JI.A., Каменьшиков Ю.И., Мыморин С.А. Об уплотняемости порошковых спеченных заготовок с четырехстороннем обжатии // Цветные металлы, 1992. 26-29с.

41. Клячко Л.И., Уманский A.M., Бобров В.И. Оборудование и оснастка для формования порошковых материалов. М.: Металлургия, 1986. 336с.

42. Кохан JT.C., Шульгин A.B. Влияние спекания на изменение плотности скомпактированой заготовки из медного порошка ПМС-1 // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. М., №1,2007, с. 98-100.

43. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушения. М.: Металлургия, -1970,229с.

44. Колмогоров B.JI. Пластичность и разрушения. М.: Металлургия, -1983, 229с.

45. Кохан JI.C., Лукашкин Н.Д., Шульгин A.B. Давление при прошивке порошковых заготовок пуансоном с плоским и сферическим торцом // Технология металлов, №5,2007, с. 28-31.

46. Кохан Л.С., Шульгин A.B. Теоретические основы определения сопротивления пластической деформации псевдосплавов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. М., №2,2007, с. 57-59.

47. Стебунов С.А., Роберов И.Г., Пчицкий В.К., Беленькая Л.И. Влияние пористости на реологические свойства молибдена. Сб. трудов ВНИИТС. М.: Металлургия, 1987, с.74-79.

48. Сегал В.М. Пластическая деформация легких сплавов. М.: Металлургия, 1962, с.37-45.

49. Гун Г.Я., Полухин П. И., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1983, -352.

50. Шестаков Н.А., Лобастый Л.Г. Сборник научных трудов МАМИ. М.: 2003, с.177-180.

51. Люлько В.Г., Янг Г., Даннингер Г. Сопоставление технологических характеристик и свойств материалов на основе порошков. Порошковая металлургия, 1990, №5, с.97-104.

52. Манегин Ю.В., Лукин В.В., Четвериков С.С. Производство железных порошков и вопросы качества // Проблемы современной металлургии. М.: ЦНИИЧерМет, 1983, с.203-207.

53. Джонс В.Д. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургиздат, 1965,361с.

54. Ковальченко М.С., Кондратов И.Я. Порошковая металлургия. Киев. Наукова думка, 1975, №2.

55. Скороходов В.В. Реологические основы спекания. Киев. Наукова думка,1972,-157с.

56. Лещинский В.М., Блохин А.Г. Упрочнение твердой фазы при гидростатическом сжатии порошковой среды // Порошковая металлургия, 1990, №10, с.22-25.

57. Клячко Л.И., Уманский A.M., Бобров В.И. Оборудование и оснастка для формования порошковых материалов. М.: Металлургия, 1988, -386с.

58. Унксов Е.П. методы расчеты при обработки металлов давлением М. Машгиз 1955,350с.

59. Томленов А.Д. Механика процессов обработки металлов давлением М. Машгиз 1963, 235с.

60. Либенсон Г.А., Панов B.C. Оборудование цехов порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1983, -264с.

61. Николаев А.Н. Связь давления и плотности прессовок из металлических порошков // Порошковая металлургия, 1962. №3. - С. 3-9.

62. Кипарисов С.С., Падалко О.В. Оборудование предприятий порошковойметаллургии. М.: Металлургия, 1988, -448с.

63. Кохан J1.C., Роберов И.Г., Кондратов A.A., Белелюбский Б.Ф. Моделирование силовых параметров осадкой цилиндрическим инструментом. Сб. трудов МГВМИ, вып. №5,2005, с. 123-126.

64. Кохан J1.C., Роберов И.Г., Линчевский Б.В., Шульгин A.B. Исследования процесса компактирования одно- и двухкомпонентных металлических порошков // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 9,2007, с. 26 28 .

65. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов Н.Г. Кондратов А.Л. Выбор технологических параметров при осадке спеченных заготовок из металлических порошков //Технология металлов №7, 2005. с. 22-24.

66. Лаптев A.M., Понивненко Л.В. Новый метод построения идеализированнойкривой уплотнения порошковых материалов // Краматорск, ДГМА, 2005, с.22-24.

67. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г., Кондратов A.A. Выбор технологических параметров при осадке спеченных заготовок из металлических порошков // Технология металлов, №7,2005, с.22-24.

68. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986, 688с.

69. Григорьев А.К., Рудской А.И. Энергетические методы решения технологических задач пластичности пористых материалов // Порошковая металлургия 1988, №5 стр. 6-10.

70. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория компактирования металлических порошковых материалов. М.: ВИНИТИ, 2004, 235с.

71. Изотов В.М., Роберов И.Г. Взаимосвязь геометрических процессов и энергосиловых показателей // Сборник трудов института металлургии им. A.A. Байкова. М.: Наука, 1984. - С. 66-70.

72. Грин Р. Дж. Теория пластичности пористых тел // Механика, 1973, №4, с. 109-120.

73. Мальцев М.В., Дорогькин Е.Д. Езерский К.И. Гидростатическая обработка тугоплавких металлов. М.: Металлургия, 1978. - 272с.

74. Либенсон Г.Л. Производство порошковых изделий. М.: Металлургия, 1990, 240 с.

75. Королев A.A., Навроцкий А.Г., Кохан Л.С. Механическое оборудование заводов цветной металлургии, т. 3. М.: Металлургия, 1989,624с.

76. Изотов В.М., Роберов И.Г., Карелин Ф.Р., Фастовский B.C., Кузнецов B.C. Академия наук СССР. Обработка давлением труднодеформируемых материалов. М.: Наука, 1984, с.64-70.

77. Процессы изостатического прессования. Под редакцией П.Д. Джеймса. -М.: Металлургия, 1990. 194с.

78. Люлько В.Г., Янгг Г., Данингер Г. Анализ и технологические характеристики процессов деформирования изделий на основе порошков // Порошковая металлургия, 1990, №7, с.93-97.

79. Лаптев A.M., Подлесный С.В. Расчет трехосного прессования порошковых материалов // Известия вузов. Черная Металлургия. М. 1988, №3, с.68-73.

80. Мидуков В.В., Рудь В.Д. Экспериментальная проверка гипотез пластичности пористых металлов. Реологические модели и процессы деформирования пористых порошковых и композитных материалов. -Киев: Наукова думка, 1985. С. 61-67.

81. Штаерман И.Я. Контактные задачи теории упругости. Л.: Гостехиздат. 1949, 248с.

82. Железнов Ю.Д., Цифринович Б.А., Лямбах Р.В., Ромашкович A.B., Савичев Г.А. Влияние температурных полей на силовые и деформационные параметры при горячей прокатке // Сталь, 1968, №10, с.914-920.

83. Детали машин. Сборник материалов по расчету и конструированию. Под научной редакцией Ачеркана Н.С. Книга 1. М.: Машгиз, 1963. - 654 с.

84. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Якушев А.М. Конструкция и расчет машин и агрегатов металлургических заводов. Академкнига, 2003, -456с.

85. Рудь В.Д., Мидуков В.В. Экспериментальная проверка гипотез пластичности пористых тел // Порошковая металлургия. -1982. №1. -С. 14-20.

86. Анциферов В.Н., Перельман В.Е. Механика процесса прессования порошковых и композиционных материалов. М.: изд. дом Грааль, 2001.-628с.

87. Манулов Б.Ф., Смирнов В.И., Галкин В.И. Расчеты процессов деформации композиционных материалов. М.: Металлургия, 1992. -208с.

88. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Гостехиздат, 1953, 856с.

89. Максимов Л.Ю. Кузнечно-штамповочное производство. -1983. -№5. С. 22-24.

90. Ковальченко М.С. Теоретические основы горячей обработки пористыхматериалов давлением. Киев: Наукова думка, 1980. - 238с.

91. Хван Д.В. Технологические состояния металлов. Воронеж: изд. Воронежского университета, 1992,- 152с.

92. Ломакин Е.В. Зависимость предельного состояния компактных и полимерных материалов от вида напряженного состояния // Механика композитных материалов. 1988. - № 1. - С. 3-9.

93. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.:1. Высшая школа, 1961. 537с.