Годовой фонд работы оборудования для односменной системы равен 1945 часов за год.
Требуемое усилие прессования определяется по формуле:
Р=( р + ртр ) * F, мН,
где F – площадь сечения прессовки в плоскости, нормальной к направлению перемещения пуансона, м2;
р – удельное давление пуансона на поверхность прессовки, необходимое для достижений требуемой плотности, мН/м2 ( р = 400)
ртр – потери давления на внешнее трение. Зависит от размеров поверхности трения, типа порошка, степени износа матрицы и др. факторов. Для упрощения расчетов принимаем ртр=0,3 р.
F= Fобщ –Fотв= π*R2- π*r2 = 1256,64 – 706,86 = 549,78 мм2 = 0,0005498 м2
тогда Р = (400 + 120) * 0,0005498 =0,2859 мН.
Согласно рассчитанному усилию пресса, мы выбираем пресс из предложенного перечня: КО628.
5.2 Выбор печи для спекания
Спеканием называют процесс развития межчастичного сцепления и формирования свойств изделия, полученных при нагреве сформованного порошка. Плотность, прочность и другие физико-механические свойства спеченных изделий зависят от условий изготовления: давления, прессования, температуры, времени и атмосферы спекания и других факторов.
В зависимости от состава шихты различают твердофазное спекание (т.е. спекание без образования жидкой фазы) и жидкофазное, при котором легкоплавкие компоненты смеси порошков расплавляются.
Твердофазное спекание. При твердофазном спекании протекают следующие основные процессы: поверхностная и объемная диффузия атомов, усадка, рекристаллизация, перенос атомов через газовую среду.
Все металлы имеют кристаллическое строение и уже при комнатной температуре совершают значительные колебательные движения относительно положения равновесия. С повышением температуры энергия и амплитуда атомов увеличивается и при некотором их значение возможен переход атома в новое положение, где его энергия и амплитуда снова увеличиваются и возможен новый переход в другое положение. Такое перемещение атомов носит название диффузии и может совершаться как по поверхности (поверхностная диффузия), так и в объеме тела (объемная диффузия). Движение атомов определяется занимаемым ими местом. Наименее подвижны атомы расположенные внутри контактных участков частичек порошка, наиболее подвижны атомы расположенные свободно - на выступах и вершинах частиц. Вследствие этого, т.е. большей подвижности атомов свободных участков и меньшей подвижности атомов контактных участков, обусловлен переход значительного количества атомов к контактным участкам. Поэтому происходит расширение контактных участков и округление пустот между частицами без изменения объема при поверхностной диффузии. Сокращение суммарного объема пор возможно только при объемной диффузии. При этом происходит изменение геометрических размеров изделия - усадка.
Усадка при спекании может проявляться в изменении размеров и объема и поэтому различают линейную и объемную усадку. Обычно усадка в направлении прессования больше, чем в поперечном направлении. Движущей силой процессе усадки при спекании является стремление системы к уменьшению запаса поверхностной энергии, что возможно только при сокращении суммарной поверхности честны, порожке. Но этой причине порошки с развитий поверхностью уплотняются при спекании с наибольшей скоростью, как обладающие большие запасом поверхностной энергии.
При спекании иногда наблюдается нарушение процесса усадки. Это нарушение выражается в недостаточной степени усадки или в увеличении объема. Причинами этого является: снятие упругих остаточных напряжений после прессования, наличие невосстанавливающихся окислов, фазовые превращения и выделение адсорбированных и образующихся при химических реакциях восстановления окислов газов. Рост объема спекаемых тел наблюдается при образовании закрытой пористости и объеме пор более 7% (когда расширение газов в закрытых порах вызывает увеличение объема). Пленки невосстанавливающихся окислов тормозят процессы диффузии, препятствуя усадке.[7]
Суточная программа: Аст=159 шт./час. Тогда производительность в смену равна 1272 шт./смену.
Q = 66,08 грамм = кг. Определим массу деталей произведенных за одну смену. Qсм=0,06608 *1272=84,054 кг. Данная величина необходима для расчета потребного количества печей для спекания. В данном случае целесообразно использовать две двух муфельные силитовые печи ОБ-357 .
Установочная мощность40 кВт
Рабочая температура1200°С.
Производительность40 кг/час
Размер рабочего пространства380´320´2200 мм
В качестве смесителя используем нестандартное оборудование. Объем камеры смесителя можно определить по формуле V=1,4*Vпр, где Vпр – необходимый объем порошка. Объем порошка в свою очередь определяется из необходимой массы порошка и его плотности (учтем, что шихту готовят 2 раза в неделю):
Vпр= Qсм * γк =84054 *7,123 г/см3=598716 см3=0,598716м3
Vсмесителя= 1,4* Vпр=0,598716м3*1,4=0,8382 м3
Такой объем смесителя позволит получать нужное количество порошка при его приготовлении на каждую смену.
Благодаря структурным особенностям продукты порошковой металлургии более термостойки, лучше переносят воздействие циклических колебаний температуры и напряжения, а также ядерного облучения, что очень важно для материалов новой техники.
Порошковая металлургия имеет и недостатки, тормозящие ее развитие:
1.сравнительно высокая стоимость металлических порошков;
2.необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий порошковой металлургии;
3.трудность изготовления в некоторых случаях изделий и заготовок больших размеров;
4.сложность получения металлов и сплавов в компактном состоянии;
5.необходимость применения чистых исходных порошков для получения чистых металлов.
Недостатки порошковой металлургии и некоторые ее достоинства нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы: в значительной степени они зависят от состояния и развития как самой порошковой металлургии, так и других отраслей промышленности. По мере развития техники порошковая металлургия может вытесняться из одних областей и, наоборот, завоевывать другие. Развитие дугового, электроннолучевого, плазменного плавления и электроимпульсного нагрева позволили получать не достижимые прежде температуры, вследствие чего удельный вес порошковой металлургии в производстве несколько снизился. Вместе с тем прогресс техники высоких температур ликвидировал такие недостатки порошковой металлургии, как, например, трудность приготовления порошков чистых металлов и сплавов: метод распыления дает возможность с достаточной полнотой и эффективностью удалить в шлак примеси и загрязнения, содержащиеся в металле до расплавления. Благодаря созданию методов всестороннего обжатия порошков при высоких температурах в основном преодолены и трудности изготовления беспористых заготовок крупных размеров.
В то же время ряд основных достоинств порошковой металлургии – постоянно действующий фактор, который, вероятно, сохранит свое значение и при дальнейшем развитии техники.
Применение порошковой металлургии, ее развитие имеет важное значение для всего мира. Передовые страны мира такие как США и Япония ежегодно инвестируют и расширяют эту отрасль промышленности.
Не последнее место занимает порошковая металлургия и в нашей стране. Она представлена такими предприятиями как «Уральский завод твердых сплавов», «Краснопахорский завод композиционных изделий из металлических порошков» и многими другими. Неоспоримым доказательством полезности использования порошковых является то, что в период кризиса эти предприятия не только выживают, но и расширяют производство.
В настоящее время необходимо выбрать те технологии, которые мы возьмем с собой в будущее. Несомненно, что порошковая металлургия будет стоять одной из первых в этом списке. В условиях глобального роста населения, когда на свет появился шестимиллиардный житель планеты порошковая металлургия, которая дает наибольший экономический эффект при достаточно массовом производстве, по моему мнению, должна получить мощный толчок в развитии.[3]
Список используемых источников
1. Суворов, И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов / И.К. Суворов - М.: Высш. школа,1980. – 453с.
2. Курс переходной экономики: Учебник для вузов по экономическим направлениям и специальностям / под ред. Л.И. Абалкина - М.: Финстатинформ, 1997. – 237с.
3. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов/Под ред. В. Э. Пуша. - М.: Машиностроение, 1985. – 256с.
4. Раковский В.С. Сакалинский В.В. Порошковая металлургия в машиностроении: справочное пособие / В.С.Раковский, В.В. Сакалинский – М.: «Машиностроение», 1973. – 126с.
5. Арутюнова И.А., Дальский А.Н. Технология конструкционных материалов: Учебник./ И.А Арутюнова., А.Н Дальский - М.: Машиностроение, 1985. - 450 с.
6. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / М..В.Сторожев, Е.А. Попов - М.: «Машиностроение»,1977. – 235с.
7. Официальный сайт ООО "Внеш-Комплект".- Москва.: 2002-2008. Режим доступа: http://www.vk.com