CC BY
41
обработка металлов давлением
УДК 621.762
исследование и разработка процессов прокатки порошковых и армированных изделий различного назначения
в. н. Цеменко
Ключевые слова: порошковые материалы, уплотнение, механические свойства, структура, поверхность нагружения, прокатка, технологические схемы, порошковые изделия.
Введение
Расширение теоретических и экспериментальных исследований процессов уплотнения при пластическом деформировании сжимаемых сред способствует развитию методов расчета и оптимизации технологических параметров изготовления изделий из порошковых материалов. Рассмотрение разноплановых технологических схем, соответствующих определенным областям напряженных состояний, позволяет установить справедливость тех или иных теоретических моделей уплотнения. К числу технологических процессов, отличающихся от механической схемы уплотнения в замкнутой матрице, относится процесс прокатки порошковых материалов.
Теоретические основы процесса прокатки порошковых материалов обобщены в ряде работ [1—3]. Известны инженерные уравнения, позволяющие определять толщину и плотность проката, энергосиловые и технологические параметры процесса. Вместе с тем полученные аналитические зависимости недостаточно точно отражают реальные процессы прокатки и не позволяют достоверно судить о конечных свойствах изделий. Для расширения возможностей применения расчетных методов решений необходимо всестороннее исследование условий деформирования порошковых материалов с различными физико-механическими свойствами, уточнение границ очага деформации и достоверности теоретического описания поведения уплотняемых порошковых сред при прокатке.
Специального изучения требуют процессы прокатки порошковых армированных материалов, особенно на этапе совместного уплотнения порошкового и армирующего компонентов. Несмотря на высокий уровень развития теории и практики деформационного соеди-
нения разнородных материалов (в том числе и порошковых), процессы уплотнения целесообразно рассматривать как самостоятельные, разработанные с учетом специфики материалов и совместного решения двух задач: обеспечения возможности уплотнения структурно неоднородной пористой заготовки и гарантирования необходимого качества соединения армирующего и матричного материалов [4].
Исходя из общих проблем практической реализации технологических процессов изготовления ряда изделий определены объекты данного научного исследования. Прежде всего, к ним следует отнести пористые электроды для аккумуляторов различных типов (щелочные никель-железные, герметичные никель-водородные многоцелевого назначения и др.), пористые сорбционные элементы для вакуум-криогенной техники и другие изделия, которые наиболее целесообразно изготавливать путем прокатки порошковых материалов с различными физико-механическими свойствами.
Сравнительный анализ свойств различных порошковых материалов
В качестве объектов экспериментальных исследований использованы порошковые материалы, полученные различными способами и имеющие существенные отличия по форме и размеру частиц. В табл. 1 представлены значения относительной насыпной плотности 9н, плотности утряски 9у, углов внутреннего Р1 и внешнего трения Р2, а также формуемости 9ф этих материалов, которые определены по методикам, известным в порошковой металлургии [5].
Для оценки уплотняемости строились кривые уплотнения после статистической обработки экспериментальных данных прессования образцов в замкнутой матрице. Затем была проведена сравнительная характеристика
Экспериментальные и расчетные характеристики материалов
Таблица 1
Порошковый материал Относительная плотность Угол трения, градус Формуемость 9ф
насыпная 9н утряски 9у внутреннего Р1 внешнего Р2
ПЖ4М2 0,35 0,42 36,4 31 0,44
ПЖ-губка 0,12 0,14 49,9 38 0,25
Геэ04 0,44 0,58 42,2 33 0,61
ПМС1 0,19 0,24 37,5 38 0,30
ПНК2 0,12 0,18 48,4 34 0,25
САС1 0,51 0,60 35,3 43 0,63
влияния формы и размера частиц на вид кривых уплотнения, а также на формирование структуры порошковых материалов различной плотности. В качестве примера на рис. 1 приведены структуры порошкового материала ПНК2, имеющего разную плотность. Установлено, что при рассмотрении уплотненного порошкового тела на макроуровне, то есть при выделении достаточно большого элемента по сравнению с размером частиц, оно представляется непрерывно распределенной квазиоднородной средой. В процессе уплотнения, при увеличении плотности расширяются контактные взаимодействия между частицами, однако межчастичные границы сохраняются, что определяет структурную неоднородность на структурном уровне.
Межчастичной контактной поверхности соответствуют конкретная структура и относительная плотность — факторы, определяющие механические характеристики неспеченного порошкового тела, их обобщенная оценка про-
II
Рис. 1. Структура уплотненного порошкового материала ПНК2:
I — макроуровень, х65; II — межчастичный (структурный) уровень, х500; а — относительная плотность 0,6; б — относительная плотность 0,8
ведена при испытании макрообразцов. В рамках данного исследования проведены испытания на одноосное сжатие, растяжение и срез специально спрессованных для этих целей образцов различной плотности. На основании статистической обработки полученных экспериментальных данных были построены диаграммы изменения пределов прочности при сжатии сс, растяжении Ср и срезе тс от относительной плотности.
Получены математические аппроксимации экспериментальных зависимостей изменения механических характеристик, экстраполированных на весь теоретически возможный интервал изменения относительной плотности, для всех исследованных порошковых материалов. На рис. 2 представлены графические за-
висимости Сс
Ср и тс от относительной плот-
ности, полученные для ПЖ-губки.
Ё £
§
600 -
500 -
400 -
300 -
С? 200-
100 -
0,2
0,4 0,6 0,8
Относительная плотность 9
1,0
Рис. 2. Зависимость предела прочности от относительной плотности 9 для ПЖ-губки:
1 — сжатие; 2 — срез; 3 — растяжение
1
I
2
3
0
Таблица 2
Соотношение Стр/<гс и Стр/Тд при различных относительных плотностях 0
0 ПЖ4М2 ПЖ-губка Ре304 ПМС1 ПНК2 САС1
Стр/Стс Стс/Тс Стс/Тс Стс/Тс Стс/Тс Стс/Тс Стс/Тс
0,2 - - 0,83 3,0 - - - - - - - -
0,3 - - 0,42 2,5 - - 0,56 3,0 0,26 3,8 - -
0,4 - - 0,21 3,2 - - 0,28 3,1 0,08 8,3 - -
0,5 0,20 4,2 0,15 3,1 - - 0,06 8,4 0,08 6,1 - -
0,6 0,16 2,7 0,14 2,9 0,20 10,0 0,04 6,4 0,10 4,9 - -
0,7 0,14 2,8 0,14 2,6 0,02 11,1 0,04 5,4 0,07 6,4 0,08 12,0
0,8 0,12 3,1 0,13 3,1 0,01 19,0 0,05 3,9 0,06 8,0 0,03 7,3
0,9 0,09 3,8 0,11 4,0 0,02 20,8 0,05 4,8 0,05 8,9 0,03 8,5
1,0 0,08 4,4 0,10 4,6 0,03 20,3 0,04 6,0 0,05 9,3 0,05 8,6
Анализ экспериментальных данных испытаний порошковых материалов при различных схемах нагружения показал существенные количественные различия прочности этих материалов при растяжении и сжатии (табл. 2). Для неспеченных порошковых материалов они обусловлены различным влиянием контактных межчастичных площадок на прочность и наличием контактных дефектов. При сжатии передача давлений всему пористому каркасу осуществляется через контакты, при этом последние работают как бездефектные. При растяжении и срезе эффективное сечение пористого образца, сопротивляющееся действующим напряжениям, определяется величиной таких контактов, прочность которых во многом зависит от наличия дефектов.
Характер разрушения порошковых материалов, обладающих различными физико-механическими характеристиками, в широком интервале изменения плотности в условиях различных схем испытаний позволяет считать пределы прочности и пластичности неспечен-ных порошковых тел практически совпадающими. Таким образом, процесс уплотнения сопровождается увеличением плотности и количества контактных взаимодействий на структурном (межчастичном) уровне, однако прочностные характеристики порошковых материалов различной плотности существенно зависят от схем нагружения при испытаниях.
Экспериментальные данные испытаний порошковых материалов позволили построить кривые предельного состояния, представленные номограммами для определенных интервалов плотностей [6]. Сопоставление экспериментальных данных определенным точкам предварительно проведено с помощью геометрической интерпретации условия текучести в виде сдвинутого вдоль гидростатической оси эллипса на плоскости в координатах: интенсивность касательных напряжений т
и гидростатическое давление р [7] (рис. 3). Скорость деформации на этой плоскости условно представлена вектором с проекциями в и л (в — удельная скорость изменения объема, л — интенсивность скоростей деформации сдвига), в соответствии с ассоциированным законом течения ее направление нормально к кривой текучести. Протяженность эллипса вдоль осей определяется пределами текучести (прочности) при гидростатическом сжатии р8, равномерном всестороннем растяжении и пластическом сдвиге т8, которые являются функциями состояния порошкового материала. Смещение эллипса вдоль гидростатической оси на величину с соответствует тому минимальному среднему напряжению, выше которого возможно уплотнение. Эту характеристику можно условно считать пределом уплотнения [7].
На рис. 4 приведена номограмма, определяющая соотношение между т и р в интервале изменения плотности от 0у до 0к = 1
(в > 0, г| * 0)
(в > 0, л = 0) <
(в < 0, л * 0)
Рис. 3. Геометрическая интерпретация эллиптического условия текучести на плоскости р, т и направления вектора (в, л) в различных точках:
1 — в > 0, л = 0; 2 — в > 0, л * 0; 3 — в = 0, ц * 0; 4 — в< < 0, л * 0; 5 — в < 0, л = 0
а)
т, МПа
12 -
8 / 2 3
4 1 1 1 1 1 1 1 1
-4 0
12 16 20 24
р, МПа
-30 0 30 60 90 120 150 180 210
р, МПа
т, МПа
500
4
-100 0 100 200 300 400 500 600 700
р, МПа
Рис. 4. Вид предельных кривых для материалов различной относительной плотности 6 из ПЖ4М2: а: 1 — 0,45; 2 — 0,47; 3 — 0,50; б: 1 — 0,60; 2 — 0,65; 3 — 0,70; в: 1 — 0,80; 2 — 0,90; 3 — 0,95; 4 — 1,00
(6к — плотность условно беспористого, компактного состояния) для порошкового материала ПЖ4М2 (для остальных исследованных материалов вид зависимостей качественно идентичен). Как следует из данных зависимостей, вид предельных кривых, а следовательно, и соответствующая им форма предельных поверхностей в пространстве главных напряжений [8] плавно изменяются с увеличением плотности, то есть при изменении состояния среды от сы-
пучей до условно беспористой. Возможной конической поверхности с замкнутым дном соответствуют плотности, не превышающие нижних границ формуемости 9ф исследованных порошковых материалов. При увеличении 9 > 9ф коническая поверхность плавно трансформируется. Эллипсоидальной поверхности соответствуют плотности 9 = 0,5 -г 0,6 для материалов: ПЖ4М2, ПЖ-губки, ПМС1 и ПНК2; для материалов Ее304, САС1 этой поверхности соответствует плотность 9 = 0,8. Превышение указанных значений плотностей приводит к плавному вытягиванию эллипсоидальной поверхности вдоль гидростатической оси, которая в пределе (при 9 ^ 1) принята как условно трансформирующаяся в незамкнутую цилиндрическую поверхность. Эта закономерность наблюдается по направлению увеличения средних напряжений сжатия. В направлении растяжения предельные кривые, а следовательно, и соответствующие им предельные поверхности остаются замкнутыми, причем интенсивность их вытягивания на всем интервале изменения плотностей значительно ниже. Как уже было показано, такое поведение неспеченной порошковой среды даже при сравнительно высоких плотностях связано с неоднозначностью влияния межчастичных границ на сопротивление материала сжимающим и растягивающим напряжениям.
Таким образом, форма предельной поверхности определяется интервалом плотности материала и трансформируется при уплотнении. Полученные результаты были использованы для анализа процесса уплотнения при прокатке. Для проектирования технологических процессов прокатки важна оценка поведения уплотняемого материала в установленных границах очага деформации.
Анализ схем уплотнения и условий получения качественных порошковых лент при прокатке
При прокатке очаг деформации не граничит со свободной поверхностью уплотняемого тела, но тем не менее стеснение со стороны входа порошкового материала в валки и выхода из них ленты не велико, благодаря чему подобные процессы приобретают некоторые характерные особенности. Известно, что уплотнение при прокатке происходит только в зоне отставания очага деформации, а в зоне опережения либо оно отсутствует, либо наблюдается разрыхление [3]. Как показывает анализ, среднее напряжение в представительном элементе пористого материала изменяется по мере его прохождения через очаг деформации.
4
8
Если поверхность текучести уплотняемой среды представить в виде эллипсоида, сдвинутого вдоль гидростатической оси в сторону среднего напряжения сжатия на величину с (см. рис. 3), то по мере падения среднего напряжения в частице сжимаемой среды соответствующие точки в пространстве главных напряжений приближаются к экватору эллипсоида, где скорость объемной деформации равна нулю [7]. Вблизи экватора скорость объемной деформации мала и, соответственно, незначительно уплотнение, которое получает частица среды. С учетом экспериментальных результатов настоящей работы можно утверждать, что при увеличении плотности эллипсоид сильно вытягивается, а при 9 ^ 1 условно трансформируется в цилиндр (см. рис. 4). Поэтому при сравнительно высоких плотностях весьма обширны области, где скорость объемной деформации мала. Протяженность этих областей зависит от реологических свойств пористых материалов, подтверждением чего служат полученные в настоящей работе кривые предельного состояния для порошковых материалов с различными исходными физико-механическими свойствами. Если напряжение становится меньше предела уплотнения с, скорость объемной деформации пористого тела становится положительной, а процесс его деформирования сопровождается разрыхлением (разрушением). Эти условия могут возникнуть при прокатке в зоне опережения.
При прокатке порошковых материалов до любой заданной плотности уплотнение в пределах очага деформации начинается от исходной плотности, в качестве которой принята плотность утряски порошка 9у. В соответствии с этим были установлены границы очага деформации. На практике наиболее широкое применение находит схема вертикальной прокатки, которая позволяет осуществлять подачу сыпучего материала в валки прокатного стана за счет гравитационных сил (рис. 5).
В процессе прокатки в отдельных частях очага деформации наблюдаются течение, сдвиг и уплотнение порошкового материала. Первый процесс характерен для зоны подачи (питания), второй — для зоны сдвигов, и третий — для зоны уплотнения, где и происходит уплотнение порошкового проката.
Формирование средней зоны происходит под непосредственным воздействием вращающихся валков прокатного стана на порошковый материал. Условием естественного захвата является соотношение между углом захвата валками аз и углом внешнего трения Р2 для пары «валок — порошок»: аз < Р2.
Рис. 5. Схема образования зон сдвигов и уплотнения при прокатке порошковых материалов: 1 — зона подачи (питания); 2 — зона сдвигов; 3 — зона уплотнения; аз — угол захвата порошка; Оу — угол, определяющий положение верхнего сечения зоны уплотнения; Р — угол наклона линии сдвига; Нл — толщина ленты. Стрелками показано направление вращения валков
Сверху зона сдвигов ограничена образующейся линией сдвига, угол наклона которой Р относительно направления главной деформации определяется значениями угла внутреннего трения порошкового материала Pi и коэффициента бокового давления.
Ниже зоны сдвигов находится зона уплотнения, где под силовым воздействием валков происходит деформирование порошкового материала в прокат соответствующей толщины и плотности. Зона уплотнения формируется в результате образования общей для двух валков зоны затрудненной деформации, образование которой является необходимым условием процесса. В результате происходит увеличение давления в зависимости от сопротивления среды сжатию. Верхняя граница зоны уплотнения определяется граничной линией сдвига и является функцией углов аз, р и расстояния между валками.
Исходя из геометрических соотношений очага деформации, по известным значениям аз и р можно найти центральный угол Оу, определяющий положение верхнего сечения зоны уплотнения [1]:
Оу = р - arcsin [2 (1 + Лл/Дв) sin р - sin (аз + Р)],
где Нл — толщина ленты; Дв — диаметр валков.
Анализ формирования зоны уплотнения позволяет сделать важный вывод о резервах процесса прокатки порошковых материалов, то есть о возможностях воздействия допол-
нительных факторов, кроме зазора между валками, на образование зоны уплотнения. Для этих целей применяют специальные устройства, регулирующие уровень подачи порошкового материала или начальную толщину в зоне уплотнения. Среди известных схем наиболее удобной и универсальной можно считать ту, в соответствии с которой начальная толщина порошкового материала в зоне уплотнения регулируется перемещением (вверх — вниз, вправо — влево) шибера (Ю. Н. Семенова). Высота шибера над линией центра валков определяется высотой поднятия шибера £ и соответствующим углом подачи ап (рис. 6, а). Причем диапазон активного воздействия на формирование зоны уплотнения находится в пределах от Оу до аз. На основе экспериментальных исследований установлено, что максимальную высоту поднятия шибера £тах для такой схемы прокатки можно определить по формуле
^тах
tg Р2Д
^ в2
2.
Эта схема позволяет осуществлять не только регулирование зоны уплотнения, но и прокатку слоистых лент из различных порошковых материалов. Ее модификацией является схема получения армированного порошкового проката, в соответствии с которой через пустотелый шибер в валки прокатного стана направляется армирующая основа (рис. 6, б).
На основе экспериментальных исследований процессов прокатки различных порошковых материалов совместно с армирующи-
ми сетками установлено, что при таком способе сетка оказывает существенное влияние на формирование зоны уплотнения и расширяет диапазон изменения толщины и плотности по сравнению с обычными порошковыми лентами, прокатанными на том же оборудовании. Воздействие сетки проявляется в том, что при движении через очаг деформации она осуществляет дополнительный захват порошкового материала (задний подпор) подобно валкам, это влечет за собой увеличение зоны уплотнения со стороны каждого из валков. Причем экспериментально установлено, что данное влияние распространяется и за пределы угла захвата порошкового материала валками, практически до углов подачи ап = я/2.
Наклон линии сдвига со стороны сетки определяет угол внутреннего трения порошкового материала р^, так как при заполнении ячеек сетки порошком силы трения возникают фактически между его слоями. Осуществляя дополнительный захват (подпор) порошкового материала как инструмент в начале очага деформации (в зоне подачи), в процессе непрерывной прокатки сетка одновременно деформируется вместе с уплотняемым порошковым слоем в конце (в зоне уплотнения).
При прокатке порошковых материалов с армирующей сеткой характерны высокие значения углов, определяющих положение нейтрального сечения. В зоне опережения наблюдается сечение с равномерным распределением плотности по толщине зоны уплотнения. При увеличении плотности изменяется сопротивление уплотнению порошковой среды и, соответственно, распределение давления в зоне уплотнения. Как следует из экспериментальных работ, изменение давления в этой зоне фиксируется с помощью точечных месдоз в пределах угла прокатки Ор. Поэтому в расчетах энергосиловых параметров ар принимают за угловую координату эпюры нормальных давлений порошкового материала на валки (ар соответствует длина очага деформации 1д). В практических расчетах ар определяют по формуле
ар =
Рис. 6. Схема устройств для регулирования процесса прокатки обычных (а) и армированных (б) лент из порошковых материалов:
Оз — угол захвата; ау — угол, определяющий положение верхнего сечения зоны уплотнения; ап — угол подачи; Р — угол наклона линии сдвига; £ — высота поднятия шибера; Р^ — угол внутреннего трения. Парные стрелки показывают направления перемещения шибера для регулирования процесса прокатки
^(2ЛЛ / Д)(2рА - 1);
2р = Рл/рт;
я = 1Ъ
ко-
где 2р — коэффициент уплотнения; А — эффициент вытяжки; рл — плотность ленты после прокатки, г/см ; ру — плотность утряс-
о
ки порошкового материала, г/смо; 12 — длина прокатанной ленты, мм; ¿1 — исходная длина армирующей сетки, мм.
При достаточной ширине проката деформацию можно считать двумерной, а коэффициент уширения считать равным единице, тогда соотношение между коэффициентами прокатки определяется уравнением
1р = ^
где г|р — коэффициент спрессовывания, г|р = = Нр/Нл; Нр — толщина проката в сечении, определяемом углом проката ар.
При обычной прокатке различных металлических порошковых материалов в широком интервале плотностей коэффициент вытяжки изменяется незначительно [1]. При прокатке армированных порошковых лент варьирование коэффициента вытяжки существеннее вследствие более интенсивного уплотнения, характер такого изменения зависит от физико-механических свойств порошковых материалов. Так, полученная математическая аппроксимация экспериментальной зависимости коэффициента вытяжки от относительной плотности лент 9л из ПЖ-губки является линейной практически от 9у до 9л = 0,8:
X = 10Нл/£в (0л - 0,35) + 1,00.
Такая же зависимость, полученная при прокатке армированных лент из порошка Евз04, уплотняемость которого значительно ниже, выражается квадратичным уравнением
X = 180Нл/0в (0л - 0,6)2 + 1,0.
Анализ вида кривых предельного состояния, полученных в настоящей работе для порошковых материалов с различными исходными физико-механическими свойствами, указывает на то, что с увеличением относительной плотности и сопротивления уплотнению (особенно при 0 ^ 1) для соответствующих условий нагружения возрастают тенденции к пластическому деформированию такой среды без уплотнения. Поэтому увеличение коэффициента вытяжки при прокатке лент со сравнительно высокими плотностями закономерно, оно связано со снижением интенсивности изменения коэффициента уплотнения при высокой относительной деформации материала. В таких условиях неравномерная плотность как по ширине, так и по толщине приводит к возникновению трещин и других дефектов.
Совместное уплотнение армированной ленты (в зоне уплотнения) рассмотрено как процесс деформирования слоистого порошкового материала, центральный слой которого представляет собой сетку с впрессованным в ее ячейки порошковым материалом. Для такого процесса основными задачами являются обеспечение необходимой связи между слоями и сохранение целостности компонентов армированного материала при их совместном деформировании. Экспериментально исследован процесс прокатки армированных лент из ПЖ-губки и порошка Евз04. Определены области получения качественного проката, представленные в виде номограмм, которые охватывают рабочий диапазон прокатки армированных лент на соответствующем оборудовании. Установлено, что при превышении допустимых параметров процесса прокатки происходит расслоение лент из ПЖ-губки по сетке. Ленты из Рвз04 разрушались вследствие разрыва продольных проволок армирующей сетки, причем с увеличением толщины лент в том и другом случае плотность начала разрушения снижалась.
Качественные армированные ленты соответствующей толщины и плотности могут быть получены при изменении факторов регулировки процесса прокатки в пределах поля номограмм. Регрессионные уравнения, определяющие математическую зависимость толщины Нл, мм, и плотности рл, г/см3, армированных лент от высоты поднятия шибера £, мм, и зазора между валками 5, мм, при прокатке на стане с = 90 мм, имеют вид для ПЖ-губки:
Нл = 0,027 + 0,03£ + 0,7155 - 0,0075£5 + 0,0952; рл = 1,828 + 0,187£ - 1,6885 - 0,0022^+0,20852, для Гвз04:
Нл = 0,561 + 0,02г + 0,775; рл = 3,35 + 0,02г + 0,7755.
Исследовано влияние на равномерность уплотнения и необходимую продольную прочность армированных лент из ПЖ-губки параметров металлической сетки. Установлено, что процесс уплотнения при прочих равных условиях зависит от параметров сетки: диаметров продольной и поперечной проволок ((у и ds), зазора ячейки а, причем степень влияния определяется соотношением этих параметров и условиями процесса прокатки. Регрессионные уравнения, определяющие
математическую зависимость усилия прокатки Р и А от <, и а в интервалах их варьирования, имеют вид:
Р = 1,85 + 2,34< + 0,94< - 0,2а - 0,39< а;
А = 1,02 - 0,04< + 0,08< +0,03а - 0,1< <8.
На основании экспериментального исследования влияния армирующей сетки на процесс совместного уплотнения с порошковым материалом разработана методика, позволяющая определять ее оптимальные размеры. Для конкретных типов армированных лент в качестве основных параметров оптимизации удобно использовать усилие прокатки Р и коэффициент вытяжки А, а задачей оптимизации считать условие снижения продольной деформации при минимальном содержании армирующего материала и соответствующем качестве уплотнения.
Практическая реализация прокатки в производстве порошковых изделий различного назначения
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования создали научную основу для практических разработок процессов прокатки изделий с заданными эксплуатационными свойствами. Благодаря физико-механическому анализу процессов прокатки армированных лент усовершенствован технологический процесс изготовления безламельных электродов из ПЖ-губки для аккумулятора ТНЖК-350 (500). Установлено, что максимальным удельным характеристикам соответствуют электроды из ПЖ-губки с оптимальным сочетанием размеров пор, которые формируются в процессе прокатки порошкового материала с определенным размером частиц (140-400 мкм). Применение ПЖ-губки с частицами установленного размера для изготовления безламельного электрода позволило не только обеспечить повышение качества и стабильности процесса прокатки, но и увеличить удельную емкость электродов на 6-8 %. Оптимизирование параметров армирующей сетки при изготовления безламельного электрода дало возможность повысить удельные характеристики электрода на 1,5 % при снижении доли армирующего элемента на 2,5 % и существенном улучшении качества токосъема.
Отработан технологический процесс изготовления безламельного электрода из порошка Рв304 по двум вариантам.
• Для аккумулятора ТНЖК-350 создана непрерывная технологическая схема процесса прокатки многослойной армированной лен-
ты, служащей заготовкой для комбинированного электрода.
• Для малогабаритного аккумулятора УНИАК-9 осуществлен процесс накатки порошкового материала непосредственно на сеточный токоот-вод с контактной планкой в полунепрерывном режиме. Технологический процесс обеспечил заданные эксплуатационные свойства и высокое качество изделий.
Разработан новый технологический процесс изготовления металлгидридного электрода для никель-водородного аккумулятора многоцелевого назначения НМГ-20. В его основу положена прокатка пористой порошковой ленты, пластифицированной фторопластом (Ф-4Д), и уплотнение пакета заготовки в штампе пресса.
Разработан и исследован процесс изготовления плоского сорбирующего элемента для вакуум-криогенной техники. Определены возможности получения качественных лент различной толщины по схеме прокатки многослойной ленты с сеткой. В соответствии с разработанной методикой для осуществления процесса прокатки качественных ленточных адсорбентов определены оптимальные размеры армирующей сетки.
Специально созданные схемы подачи порошковых материалов в валки прокатного стана позволили обеспечить получение качественных пористых лент из карбонильного никеля, а также никель-молибденовых порошковых смесей. После спекания (Т = 1200 °С, атм. Н2) ленты из ПНК2 имели толщину 0,1-0,2 мм и пористость 30-35 %. Качество полученных пористых лент из порошка ПНК2 позволяет использовать их для изготовления фильтров тонкой очистки и пористых основ электродов некоторых типов химических источников тока.
Разработан технологический процесс производства дисковых фрез из материалов ВК6 и ВК8, включающий в себя прокатку ленты из твердосплавной порошковой смеси, вырубку заготовок и спекание по стандартным режимам для этих сплавов. Процесс обеспечил требуемое качество и точность заготовок, при этом в два раза был снижен расход твердого сплава по сравнению с прессованием таких заготовок в пресс-формах.
Выводы
Теоретическое и экспериментальное исследование прокатки порошковых и армированных материалов позволило установить определяющие факторы регулирования процессов и интервалы их изменения, обеспечивающие получение качественного проката. Построенные
ME
[АПШ
кривые уплотнения изученных порошковых материалов, зависимости механических характеристик от плотности и их математические аппроксимации использованы при проектировании различных технологических процессов уплотнения и оценке прочности неспеченных материалов. Кривые предельного состояния были применены для анализа поведения различных порошковых сред, в частности при рассмотрении процессов прокатки порошковых материалов.
Результатом исследований, представленных в данной статье, явилось усовершенствование ранее разработанных и создание новых технологических процессов изготовления изделий различного назначения. Основой таких технологий является процесс прокатки порошковых и армированных материалов. Полученные результаты могут быть использованы для решения аналогичных задач при разработке технологических процессов изготовления подобных изделий.
Литература
1. Виноградов Г. А., Каташинский В. П. Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул. М.: Металлургия, 1979. 224 с.
2. Ложечников Е. Б. Прокатка в порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1987. 184 с.
3. Степаненко А. В., Исаевич Л. А., Харлан В. Е. Обработка давлением порошковых сред. Минск: Наука и техника, 1993. 167 с.
4. Колпашников А. И., Арефьев Б. А., Мануйлов В. Ф. Деформирование композиционных материалов. М.: Металлургия, 1982. 249 с.
5. Диагностика металлических порошков / В. Я. Буланов, Л. И. Кватер, Т. В. Долгаль и др. М.: Наука, 1983. 280 с.
6. Цеменко В. Н. Деформирование порошковых сред. СПб.: СПбГТУ, 2001. 104 с.
7. Друянов Б. А. Прикладная теория пластичности пористых тел. М.: Машиностроение, 1989. 168 с.
8. Писаренко Г. С., Лебедев А. А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев: Наукова думка, 1976. 415 с.
PE5DUPCE
ООО «РеСоурс»
Санкт-Петербург, ул.Курчатова, д.10 Тел.: +7 (812) 633 0882, 633 0052 Факс: +7 (812) 633 0809, 633 0053 E-mail: [email protected] www.resource.com.ru
Весь арсенал сварщика!
Производство оборудования для газовой сварки и резки. Комплексные поставки газосварочного и электросварочного оборудования российских и зарубежных изготовителей.
• современные технические решения
• серийное и индивидуальное производство
• широкий ассортимент и заводские цены
• обширная сбытовая сеть в России и СНГ
т
KR4»
ЗАО «Торговый дом «КРАСС» +7 (812) 323-86-39 +7 (495) 746-26-99 www.krasstd.ru
