Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов

Полезная модель относится к области порошковой металлургии и может быть использована при производстве изделий из порошковых материалов, в частности топливных таблеток для атомных реакторов, химической и других отраслях промышленности.
2
3
Известно устройство для электроимпульсного прессования порошка, описанное в патенте на полезную модель №181536 (Устройство для электроимпульсного прессования электропроводных порошков, от 23.03.2018). Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала (AlO), верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу и зажатую в стальную металлическую обойму, поджимается составными пуансонами сверху и снизу. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от нагружающего устройства через шток. После чего, от импульсного источника тока на засыпку порошка подают импульс тока. Импульс разрядного тока, протекая через поджатый порошок, разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец.
2
3
Однако, из-за того, что матрица в этой установке выполнена из AlO, то получать в ней образцы из различных порошковых материалов можно только однократно. Кроме того, требуется значительное время, чтобы извлечь полученный образец из матрицы.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка (патент на полезную модель №188873, опубликовано 25.04.2019, «Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов»). Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала (оксинитрид алюминия-кремния SiAlON), верхний подвижный пуансон с верхней опорой расположенный под штоком, нижний неподвижный пуансон с нижней опорой, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу и зажатую в металлическую обойму, поджимается пуансонами сверху и снизу. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от нагружающего устройства через шток. После чего, от импульсного источника тока на засыпку порошка подают импульс тока. Импульс разрядного тока, протекая через поджатый порошок, разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец.
Однако при извлечении полученного образца из матрицы возникают определенные затруднения. Требуется перенести матрицу с полученным образцом в ручной пресс и в нем выпрессовать готовый образец. Это занимает длительное время.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка устройства, позволяющее упростить и сократить процесс извлечении полученного образца из матрицы при электроимпульсном прессования порошковых материалов в многоразовой матрице.
Техническим результатом заявленного устройства является создание изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получения образцов с необходимыми характеристиками и сокращением технологического времени на их выпрессовку из матрицы.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования порошковых материалов, включающее импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон с верхней опорой расположенный под штоком, нижний неподвижный пуансон с нижней опорой, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, согласно полезной модели на одной из направляющих вставлена втулка с закрепленным на ней полым металлическим цилиндром толщиной стенки 5÷8 мм с перевернутым основанием с прорезью в нем и боковой части, через которую может проходить нижний пуансон, и который может устанавливаться на нижнее основание, причем высота цилиндра h равна 0,91<h<1,51, где 1 - высота матрицы, внешний диаметр цилиндра D равен диаметру основания, а ширина прорези b равна 1,1d<b<1,5d, где d диаметр пуансона.
Такая усовершенствованная конструкция устройства позволяет после проведения процесса электроимпульсного прессования подвести под матрицу цилиндр и верхним пуансоном выдавить полученный образец с нижним пуансоном. Это позволяет значительно сократить время на получения готового изделия и повысить производительность труда.
На фиг. 1 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов.
На фиг. 2 представлена деталь для выдавливания полученного образца.
На фиг. 3 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов при выпрессовки полученного образца.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов. Оно включает импульсный источник энергии 1, верхний подвижный пуансон 2 и нижний неподвижный пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в нижнюю опору 4, которая помещена на нижнее основание 5, находящееся на плите 6. Верхний подвижный пуансон 2 вставлен в верхнюю опору 7 и электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 8, надетыми на крепление стойки 9. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства 10 (пневмопресса) через шток 11, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 12. Электропроводный порошок 13 помещают в керамическую матрицу 14, выполненную из сиалона и зажатую в металлическую обойму 15. На плите 6 установлены две направляющих 16 и 17 с пружинами 18 и 19, на которые надеты втулки 20 и 21, соединенные с пластиной 22. Эта пластина соединена с металлической обоймой 15. На направляющую 16 ниже втулки 20 надета еще одна втулка 23, на которой закреплен цилиндр 24 для выпрессовки полученного образца. Втулка 23 с закрепленным на ней цилиндром может вращаться вокруг направляющей 16 таким образом, чтобы ось цилиндра совпадала с осью матрицы 14. Между втулками 20 и 23 для уменьшения трения на направляющую 16 надета шайба 25.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала 13 (фиг. 1), заключенный в матрицу 14 и зажатую в обойму 15, поджимается пуансонами 2 и 3. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 10 через шток 11. Включается импульсный источник энергии 1, в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый порошок 13, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 9 от нагружающего устройства 8, совершает перемещение вниз. Обойма 15 вместе с матрицей 14 и засыпкой порошка 13, также начинают двигаться вниз, происходит его уплотнение. Теперь необходимо извлечь полученный образец из матрицы. Для этого шток 11 поднимается вверх. Матрица 14 вместе с полученным образцом в обойме 15 по направляющим 16 и 17 также приподнимается вверх. Снимаем нижнюю опору 4 с нижнего пуансона 3. Поворачиваем и приподнимаем втулку 23 вместе с цилиндром 24 на направляющей 16, и ставим цилиндр 24 на основание 5. Пуансон 3 проходит через прорезь в цилиндре 24 (фиг. 2) и не препятствует этому. Затем производим выпрессовку полученного изделия. Для этого начинаем опускать шток 11 вниз, верхний пуансон 2 также опускается вниз и выдавливает полученный образец 26 и нижний пуансон 3 из матрицы 14 (фиг. 3). При высоте цилиндра h равна h<0,91 может не хватить пространства для выдавливания нижнего пуансона и готового образца, а при h>1,51 потребовалось бы увеличить высоту направляющих, что привело бы к переделки установки. При ширине прорези b<1,1 d нижний пуансон мог бы задевать за прорезь и не входить в цилиндр, а при b>1,5 d размеры будут не оптимальны, что затрудняло бы выпрессовку полученного образца.
Такая конструкция предложенной установки не требуется переносить матрицу с образцом в ручной пресс и в нем выпрессовать готовый образец. Это существенно сокращает время получения готового образца.
Предлагаемое устройство было опробовано при получении таблеток из нитрида титана. Были получены образцы требуемой плотности в количестве 12-15 штук за один час. В тоже время на известной установке можно было изготовить изделий порядка 6 штук.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет повысить производительность труда более чем в 2 раза.