Горячее изостатическое прессование – описание метода и правила подбора оборудования

Изостатическое прессование используется во многих отраслях промышленности. Подобные процессы можно встретить в металлургии, машиностроении, легкой или пищевой промышленности. Прессование помогает обрабатывать различные материалы и придавать им необходимую форму. При этом значительно улучшаются свойства материала, что способствует упрочнению итогового изделия. В лабораториях также часто используют установки для горячего изостатического прессования. Совместное действие температур и давления делает исследовательские процессы более эффективными.

Содержание:

1. Изостатическое прессование
2. Описание горячего изостатического прессования
3. Особенности
4. Этапы работы с материалами
5. Правила подбора оборудования для производства
6. Области применения

Изостатическое прессование

Изостатическим прессованием принято называть процессы, связанные с прессованием в эластичной оболочке под действием всестороннего сжатия. Название происходит именно из особенностей природы используемого в процессе усилия. Поэтому те методики, в которых сжатие происходит под действием воды, называют гидростатическими, а при использовании газа – газостатическими.

Гидростатическое прессование подразумевает использование специализированных эластичных оболочек, в которые засыпается некий материал в виде порошка. Затем оболочку помещают в рабочую камеру, в которой при помощи жидкости создается необходимое давление. Управляет процессами высокомощный насос. В качестве рабочей жидкости могут использовать воду, различные масла, глицерин и многое другое. От свойств выбранной смеси будет зависеть эффективность всей установки. В этом случае частицы порошка во внутренней части практически не касаются стенок оболочки, поскольку происходит постоянное передвижение вещества. Обеспечение равного усилия по всем направлениям гарантирует минимизацию боковых давлений, способных нарушить технологию производства.

Изостатическое прессование

Перед наложением на оболочку усилий, стараются заранее подвергнуть используемый порошок вибрации. Это позволяет добиться равномерной засыпки, удалить лишний воздух и, как следствие, повысить качество готового изделия.

С помощью гидростатического прессования изготавливают трубы, цилиндры, шары и многие другие формы. Некоторые неудобства могут возникнуть при необходимости создания брикетов заранее установленных размеров. Метод обеспечит необходимую точность, однако процесс займет довольно много времени.

Газостатическое прессование распространено несколько меньше, поскольку сейчас все еще сложно создавать прессующую аппаратуру для использования этого метода. Тут часто используется совместное действие давления и температуры, оказывающей всестороннее влияние на материал. использование высоких температур целесообразно при совмещении процессов прессования с процессами спекания. Относительная плотность получаемых подобным образом изделий крайне близка к теоретическим показателям.

Описание горячего изостатического прессования

Процесс ГИП включает в себя совместное воздействие на температуры и давления на некоторое изделие. Такой подход обеспечивает равномерность уплотнения и качественное спекание частиц порошкообразного материала. Помимо порошков, также можно обрабатывать уже готовые изделия после холодного прессования. Это позволяет придать большую плотность и значительно повышает прочностные характеристики материала. Главной задачей подобных процессов представляется полноценная передача усилия некой обрабатываемой поверхности. Для этого применяют различные формы или стальные оболочки. Подобный метод подойдет при формировании изделий простой формы, так как не предусматривает наличие каких-либо сложных элементов. Сложные изделия гораздо эффективнее создаются при помощи холодного прессования, поскольку пресс-форма из резины формируется гораздо легче.

Стоит отметить, что подготовленные соответствующим образом детали в холодном изостатическом оборудовании затем подвергаются обработке в установках ГИП. За счет этого добиваются необходимой плотности материала, его упрочнения, а также избавляются от лишних пузырьков воздуха. Особенно такие методы используются на предприятиях, изготавливающих изделия из титана. Для пластичных материй или керамики способ также представляется крайне полезным. Горячее прессование обеспечивает необходимую плотность изделия и однородность физических показателей во всех местах. Детали приобретают отличные характеристики и гораздо легче переносят усталость. Способ подходит для работы со сверхпроводниками, ферритами и другими специфическими составами. Везде, где чрезвычайно важна однородность, применяются установки ГИП. Их также можно встретить на предприятиях по производству керамики.

Описание горячего изостатического прессования

Главным недостатком изостатического прессования представляется дороговизна используемого оборудования. Далеко не каждое предприятие способно позволить себе такие агрегаты, а затем еще и окупить их.

Особенности

К особенностям горячего изостатического прессования принято относить следующее:

1. возможность создания высокой температуры и давления исключительно при помощи газовой смеси;
2. совмещение процессов дегазации, уплотнения и спекания порошкообразных материалов;
3. значительное улучшение свойств и характеристик материала за счет удаления нежелательных примесей;
4. устранение спекающих добавок, способных негативно влиять на прочностные свойства изделий.

Особенности

Этапы работы с материалами

Процесс горячего изостатического прессования состоит из нескольких этапов:

1. Разработка и изготовление специальной формы из выбранного материала;
2. Заполнение формы порошковым материалом;
3. Вакуумирование созданной формы;
4. Размещение заготовки в камере ГИП;
5. Повышение температуры и давления в рабочей камере;
6. Выдержка изделия в нужных условиях на протяжении некоторого времени;
7. Охлаждение полученной формы и самого пресса;
8. Отделение детали от формы и завершение процесса.

Важно соблюдать заранее разработанную технологию на каждом этапе. Во многих современных установках производители стараются автоматизировать все процессы. В этом случае оператору нужно будет лишь разместить материал в некоторой камере и выбрать необходимую программу обработки. В результате получится прочное, качественное изделие, созданное с соблюдением всех необходимых норм.

Правила подбора оборудования для производства

При подборе установки для горячего изостатического прессования крайне важно учитывать несколько основных факторов:

1. Экономическая выгода от использования оборудования в промышленных масштабах;
2. Уровень повышения качества изготавливаемой продукции;
3. Возможность разработки высокотемпературных компонентов;
4. Снижение расходов на обработку деталей при постоянном использовании методов ГИП;
5. Сокращение издержек в результате потерь материала.

Правила подбора оборудования для производства

Оборудование должно полностью отвечать всем требованиям конкретного предприятия и при этом не иметь слишком большой запас мощности. Это важно по причине дороговизны установок и возникающими сложностями на этапе окупаемости.

Области применения

Методы горячего изостатического прессования активно используются в самых разных сферах. Они незаменимы при создании заготовок простой формы для последующей обработки давлением. Также их можно применять при формировании сложных форм с минимальными допусками. Свойства метода позволяют быстро получать из различных порошков самые разные заготовки. Это могут быть как небольшие изделия, так и довольно габаритные детали. ГИП используется для формирования изделий с большим отношением длины к диаметру и тонкими стенками. А это, в свою очередь, представляется необходимым при создании труб и оболочек.

Установки ГИП можно встретить в следующих областях:

1. Создание изделий из технической керамики;
2. Изготовление режущих инструментов из высокопрочных материалов;
3. Производство компонентов и деталей газовых турбин;
4. Предприятия по изготовлению микроэлектроники;
5. Спекание алмазных инструментов.

Области применения

С помощью метода горячего изостатического прессования появляется возможность получить детали практически любых форм. Это могут быть разного рода вентили, клапаны, лопатки турбин, заготовки имплантантов и многое другое.