УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКОВ

Полезная модель относится к оборудованию для прессования изделий из порошковых материалов и может найти применение в литейном производстве для компактирования легирующих присадок, добавляемых в литейные растворы, а также в авиации, медицине, энергетике и пр.
Известен роторный пресс, содержащий станину, ползун, кривошипно-шатунный механизм с маховиком-шкивом, опорный стол, механизм передачи вращения рабочей позиции пресса через зубчатые колеса от коленчатого вала. На торце ползуна и опорном столе расположены верхняя и нижняя вращающиеся опоры. Опоры для передачи вращения одной к другой соединены валиком. В верхней опоре валик закреплен жестко, а в нижней опоре валик свободно перемещается в направляющем отверстии. Расположение валика может быть как соосным с осью вращения опор, так и эксцентричным. На опорах предусмотрены элементы крепления инструмента или инструментального блока в зависимости от их вида. На вращающихся опорах установлен инструмент на необходимом расстоянии от оси вращения опор. На верхней опоре ползуна установлен пуансон, а на нижней опоре - матрица. Для загрузки и выгрузки заготовок предусмотрены транспортные роторы. Для обеспечения передачи изделия транспортные роторы оснащены клещевыми захватами.
(см. патент РФ на полезную модель №96815, кл. В30В 1/06, 2010 г.).
В результате анализа известного роторного пресса необходимо отметить, что его недостатком является невозможность обеспечения временной выдержки, необходимой для стравливания из объема порошковой заготовки воздуха из-за конструктивной особенности кривошипного механизма, являющегося движущей силой перемещения пуансонов.
Высокая скорость прессования пуансонов приводит к запрессовке воздуха и образованию нерегулируемой пористости в спрессованном брикете, что снижает его качество.
Известен штамп роторный для прессования порошков, содержащий верхнюю и нижнюю плиты, ротор, установленный на нижней плите с возможностью вращения посредством привода, на котором размещены матрицы, имеющие осевые отверстия, а также верхние и нижние пуансоны, верхние и нижние пуансоны размещены соответственно в верхней и нижней частях осевых отверстий матриц, причем штамп оснащен бойками, установленными на верхней плите и имеющими возможность взаимодействия с верхними пуансонами.
(см. патент РФ на полезную модель №125129, кл. В30В 15/02, 2013 г.) - наиболее близкий аналог.
Недостатком известного штампа является низкое качество отпрессованных порошковых заготовок (брикетов) из-за отсутствия у пуансона устойчивого вертикального положения при повороте ротора вследствие его инерции, и, как результат, смещение от вертикального положения из-за недостаточно точной фиксации заходной его части, расположенной в матрице. Кроме того, при повороте ротора снимается давление на пуансон и в результате упругого последействия происходит раскрытие брикета в осевом направлении и его «разгерметизация», сопровождаемая подсосом в полости прессования порошковой заготовки воздуха, что не обеспечивает послойного уплотнения порошковой заготовки и, как следствие, снижает ее качество. Примесные газы (кислород, азот и пр.), содержащиеся в воздухе, под действием температуры, возникающей от деформирования частиц порошка (до 900°С), окисляют металлические порошки (Fe, Al, Ni и т.д.), снижая качество конечного продукта (брикета).
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение качества прессованных из порошков изделий за счет создания в процессе прессования условий, при которых рабочие торцы пуансонов имеют не только, постоянный контакт с порошковой смесью в течение всего цикла прессования, но и оказывают давление на прессуемый порошок на протяжении всего процесса компактирования, что обеспечивает получение конечного продукта прессования - изделий с заданными характеристиками по пористости, плотности и химическому составу. Кроме того, конструкция устройства исключает перекос верхнего пуансона относительно матрицы, за счет центрирования боковой поверхности верхнего пуансона двумя цилиндрическими осесимметричными поверхностями, разнесенными в пространстве по ходу пуансона.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для прессования порошков, содержащем соединенные стойками и имеющие возможность относительного перемещения верхнюю и нижнюю плиты, ротор, установленный на нижней плите с возможностью периодического поворота и фиксации в заданном угловом положении, размещенные на роторе матрицы, имеющие осевые отверстия для загрузки посредством дозатора подлежащего прессованию материала, верхний и нижний пуансоны, рабочие поверхности которых имеют возможность размещения в отверстиях матриц, а также смонтированные на верхней плите бойки, имеющие возможность регулирования по высоте и контакта с верхними пуансонами в процессе прессования, новым является то, что дозатор смонтирован на верхней плите, на наружной поверхности каждой матрицы имеется центрирующая поверхность, причем устройство оснащено стаканами, каждый из которых имеет возможность съемной установки на центрирующую поверхность одной из матриц и фиксации на роторе, верхние пунсоны размещены в стаканах и подпружинены относительно них в направлении матриц.
Сущность заявленной полезной модели иллюстрируется представленными графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - устройство для прессования порошков, вид сверху;
- на фиг. 2 - устройство, разрез А-А. по фиг. 1
- на фиг. 3 - разрез Б-Б. по фиг. 2, рабочая позиция №0;
- на фиг. 4 - разрез Б-Б. по фиг. 2, рабочая позиция №1;
- на фиг. 5 - разрез Б-Б. по фиг. 2, рабочая позиция №2;
- на фиг. 6 - разрез Б-Б. по фиг. 2 рабочая позиция №6;
- на фиг. 7 - разрез В-В. по фиг. 2 рабочая позиция №7.
Устройство для прессования порошков содержит нижнюю 1 и верхнюю 2 плиты, имеющие возможность относительного перемещения и соединенные друг с другом посредством сборных стоек 3, каждая из которых состоит из двух частей, состыкованных друг с другом посредством шпонок 4. На нижней плите 1 установлена вертикально ось 5, на оси с возможностью периодического поворота на заданный угол и фиксации в этом положении смонтирован ротор 6, на котором по окружности размещены матрицы 7. В каждой матрице выполнено осевое сквозное отверстие (позицией не обозначено), в нижней части которого имеет возможность установки рабочей поверхностью нижний пуансон 8. Верхний пуансон 9 каждой матрицы размещен с возможностью перемещения в направляющем отверстии (позицией не обозначено) своего стакана 10, который надет на наружную, центрирующую поверхность матрицы 7 и съемно закреплен на роторе 6 известным образом, например, посредством байонетного соединения.
Рабочая часть верхнего пуансона 9 в течение всего цикла прессования размещена в верхней части отверстия матрицы 7. Таким образом, при работе устройства каждый верхний пуансон 9 занимает строго определенное положение, при котором его ось соосна с осью отверстия матрицы и в процессе прессования исключен его перекос относительно вертикальной оси отверстия матрицы.
На нижней плоскости верхней плиты 2 по окружности расположены бойки 11 различной высоты. Диаметр расположения осей бойков 11 и расстояние между ними равны диаметру окружности, на которой находятся отверстия матриц, и их шагу.
Бойки 11 имеют возможность индивидуального вертикального настроечного перемещения за счет применения промежуточных регулировочных вставок 12, расположенных между бойками 11 и верхней проставкой 13, закрепленной на верхней плите. Суммарная толщина вставки 12 и бойка 11 определяет степень обжатия загруженной в матрицу порошковой смеси 14 при ее прессовании.
Между нижней плитой 1 и ротором 6 расположена нижняя проставка 15, предназначенная для уменьшения трения между ротором 6 и нижней плитой 1.
Ротор 6 оснащен механизмом 16 его периодического поворота на заданный угол а и фиксации в данном положении Механизм поворота 16 может быть реечного типа, когда на боковой поверхности ротора 6 располагают кольцо с зубчатой нарезкой, взаимодействующей с рейкой, соединенной с шаговым электродвигателем. Механизм поворота может быть выполнен в виде приводного делительного механизма или иным известным образом. Верхний пуансон 9 подпружинен относительно стакана 10 в направлении матрицы посредством упругого элемента 17.
На верхней плите 2 с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения размещен дозатор 18, подпружиненный относительно плиты 2 упругим элементом 19. Дозатор 18 размещен в вертикальном канале 20, выполненным в плите 2.
Дозатор 18 предназначен для хранения порошка 14 и дозированной подачи его поворотом на 180° дозирующего ротора 21 в отверстие матрицы 7. В матрице 7 порошковая смесь 14 подвергается послойному уплотнению до приобретения спрессованным брикетом 22 заданной плотности.
Послойное уплотнение порошковой смеси 14 достигается за счет выполнения бойков 11 разной высоты и их настройки на разную высоту.
В нижней плите 1 выполнен канал 23 для удаления брикета 22. В роторе 6 и нижней проставке 15 выполнены каналы 24 и 25. Канал 25 постоянно совмещен с каналом 23. Канал 23 соединен с мундштуком 26, связанным с системой отсоса 27 порошкового облоя 28. «Порошковый облой» это - пылевидный объем порошка, сопутствующий удалению из матрицы 7 спрессованного брикета 22.
При повороте ротора на заданный угол а, каналы 24 и 25, 23 совмещаются, открывая возможность перемещения спрессованному брикету 22 в канал 23 нижней плиты 1.
Устройство для прессования порошков работает следующим образом.
Устройство устанавливают на пресс, нижнюю плиту 1 крепят к столу, пресса, а верхнюю плиту 2 соединяют с приводом вертикального возвратно-поступательного перемещения пресса. Бойки 11 посредством вставок 12 настраивают по высоте таким образом, чтобы нижний срез каждого бойка по ходу движения ротора 6 был несколько ниже предыдущего.
В представленной на фиг. 1-7 ротор 6, из имеет восемь позиций, а, следовательно, восемь следующих рабочих зон ротора устройства:
- зона №0, (фиг. 3) - позиция установки на ротор 6 матрицы 7 и нижнего пуансона 8; загрузка дозатором 18 порошковой смеси 14, установка на ротор стакана 10 с верхним пуансоном 9 с размещением его рабочей части в отверстии матрицы;
- зоны №№1-6, (фиг. 4-6) - позиции прессования порошковой смеси. Регулируемой, настроечной, величиной является вставка 12, при изменении ее высоты меняется относительная деформация порошковой смеси 14;
- зона №7, (фиг. 7) - позиция выгрузки отпрессованного брикета 22 из матрицы 7.
На загрузочной позиции устройства (зона №0) посредством дозатора 18 в отверстие матрицы загружают дозированную (по объему) порцию порошковой смеси 14, которая размещается на нижнем пуансоне 8. От выпадения из отверстия матрицы под действием собственного веса нижний пуансон удерживается нижней проставкой 15. После загрузки порции порошковой смеси 14 в отверстие матрицы 7, на центрирующую поверхность матрицы устанавливают стакан 10. Фиксируют его на роторе 6, при этом рабочая часть верхнего пуансона располагается в отверстии матрицы и сжимает загруженную порцию порошкового материала за счет действия упругого элемента 17.
Ротор 6 посредством механизма поворота 16 поворачивается на шаг (α=45°) в следующую позицию от зоны загрузки в направлении увеличения номера позиции и фиксируется в данном положении известным образом, например, подпружиненной защелкой. Включают пресс и верхняя плита 2 совершает возвратно-поступательное вертикальное перемещение. При этом, каждый из бойков 11, контактирующий с расположенным под ним верхним пуансоном 9, и перемещает его вниз, в результате чего порошковая смесь, помещенная между верхним и нижним пуансонами, обжимается с разными степенями обжатия. Степень обжатие порошковой смеси 14 идет по нарастающей, начиная с позиции №1 и до позиции, предшествующей выпрессовке спрессованного брикета 22 (позиция №6).
В зоне №7 спрессованный брикет 22 вместе с нижним пуансоном 8 выталкивается из матрицы 7 через каналы 25, 24 и 23.
Во время извлечения прессовки 22 производится отсос порошкового облоя 28 за счет движущей силы, создаваемой промышленным пылесосом (не показан).
По завершении прессом рабочего хода верхняя плита устройства фиксируется в крайнем верхнем положении, после чего из лотка (на чертеже не показан), удаляют нижний пуансон 8 и порошковый брикет 22, а на позиции №0, в зоне загрузочного устройства дозатора 18, удаляют стакан 10 вместе с матрицей 7 и верхним пуансоном 9. Затем нижний пуансон 8 вместе с матрицей 7 вставляют в посадочное отверстие ротора 6 и опускают верхнею плиту пресса до контакта дозирующего устройства 18 с нижней матрицей 7, при этом упругий элемент 19 смягчает контакт дозирующего устройства с матрицей 7. Производят загрузку порошковой смеси 14 в рабочую полость матрицы 7. После заправки матрицы порошковой смесью поднимают верхнюю плиту пресса наверх, верхний пуансон 9 монтируют с матрицей 7, устанавливают упругий элемент 17 и фиксируют на роторе 6 стакан 10. После чего производят поворот ротора 6 на угол а.
Далее цикл прессования порошкового материала осуществляется аналогично описанному выше.
Порошковый брикет 22 отправляют на хранение, а нижний пуансон 8 вместе с матрицей 7 на повторную сборку.
Использование предложенной конструкции устройства, предполагающей автономную сборку матрицы с пуансонами, позволяет упростить кинематику работы устройства (нет необходимости центрирования пуансонов с матрицей), что повышает стабильность работы устройства, снижает требования к точности изготовления узлов устройства.
Индивидуальная настройка бойков по высоте позволяет обеспечить оптимальные условия прессования порошка в каждой рабочей паре «матрица - пуансон», что повышает качество конечного продукта - брикета.
Предложенное решение, в отличие от приведенных выше аналогов, за счет создания в матрице замкнутого пространства с постоянным осевым сдавливанием порошковой заготовки в процессе ее прессования, позволяет исключить между операциями штамповки всасывание воздуха в матричную полость, а путем поэтапного уплотнения порошка обеспечить в порошковой заготовке релаксацию напряжений, что оказывает существенное влияние на повышение качество конечного продукта - брикета.