УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ

Полезная модель относится к области литейного производства и порошковой металлургии, более конкретно к устройствам для уплотнения изделий, таких как металлические и интерметаллидные отливки, посредством горячего изостатического прессования (ГИП) в жидкой фазе (ЖГИП). Полезная модель может быть использована, в частности, для устранения пористости в алюминиевых деталях, полученных литьем в песчаную форму, что обеспечивает существенное улучшение их служебных механических свойств.
Известно устройство для уплотнения изделия (RU №2114717, публ. 10.07.1998 г), содержащее первый контейнер для первой передающей давление среды, которая представляет собой расплавленную соль с повышенной температурой и в которую помещают изделие, второй контейнер для второй передающей давление среды, в которой помещают первый контейнер, и устройство для создания во второй среде давления, достаточного для уплотнения изделия, находящегося в первой среде. В качестве второй среды используется расплавленная соль, которая гидравлически сообщается с первой средой так, что давление, приложенное ко второй среде, непосредственно передается первой среде.
Недостатком данного устройства является низкая технологичность процесса обработки изделия.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для уплотнения изделия (RU №2278766, публ. 27.06.2006), содержащее полость для размещения жидкой среды и размещения изделия в этой среде, подвижное приспособление для передачи давления типа поршня, имеющее несколько металлических частей, в том числе металлический уплотняющий элемент. Приспособление для передачи давления типа поршня состоит, по крайней мере, из трех частей, между двумя из которых расположен металлический уплотняющий элемент в виде шайбы, торцевые поверхности которой сопряжены с торцевыми поверхностями частей поршня, при этом металлический уплотняющий элемент изготовлен из материала, обеспечивающего возможность его деформации в процессе уплотнения изделия под воздействием на него других частей поршня, изготовленных из материала с более высоким модулем упругости и с более высоким сопротивлением пластической деформации, чем у материала уплотняющего элемента.
Недостатком данной конструкции является изменение размеров сосуда в процессе эксплуатации. Это связано с тем, что для обеспечения прогрева соляной ванны до 520°С приходится тыльную часть бандажа и матрицы нагревать до более высокой температуры. Соответственно, материал, как бандажа, так и матрицы деформируется в режиме ползучести. Это делает невозможным достижение ресурса работоспособности выше 10000 рабочих циклов.
Задачей полезной модели является создание устройства для уплотнения изделий в жидкой среде, обеспечивающего увеличение прочности резервуара - матрицы, при уменьшении ее стоимости, что особенно важно при больших размерах уплотняемых изделий размещенных в стакане матрицы совместно с расплавом соли.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого технического решения, содержащего поршень с уплотнениями, резервуар - матрицу, причем матрица состоит из стакана имеющего на его наружной поверхности винтовое углубление с нагревателем и промежуточной гильзы, размещенной между стаканом и бандажом, а на внутренней поверхности бандажа выполнен воздухоохлаждающий канал в виде винтового углубления и противолежащий винтовому углублению стакана с нагревателем, при этом расстояние между витками углубления бандажа связано с расстоянием между витками углубления стакана с нагревателем соотношением:
где h - расстояние между соседними витками винтового углубления бандажа;
Н - расстояние между соседними витками винтового углубления стакана с нагревателем;
1
σ - контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей стакана и гильзы;
2
σ - контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей бандажа и гильзы.
Отличительными признаками являются:
- матрица состоит из стакана с размещенным на его наружной поверхности винтового углубления с нагревателем и промежуточной гильзы, размещенной между стаканом и бандажом, т.е. нагревательный элемент размещен в теле матрицы, за счет этого конструктивного решения градиент температуры снижается до 2°С;
- на внутренней поверхности бандажа выполнено винтовое углубление воздухоохлаждающего канала, воспринимающего основные нагрузки матрицы. При понижении температуры бандажа до 400…420°С, прочностные свойства используемой стали обеспечат долговечность всего оборудования в целом и геометрические размеры матрицы в частности;
- винтовое углубление на внутренней поверхности бандажа выполнено в противоположном направлении винтовому углублению стакана с нагревателем, при этом расстояние между витками углубления бандажа связано с расстоянием между витками углубления стакана с нагревателем соотношением:
Физическая суть этой зависимости такова:
Усилие, с которым наружная поверхность стакана воздействует на ответную поверхность гильзы можно выразить зависимостью:
1
где F=H×L,
L - длинна винтовой линии перемычки между соседними витками углубления стакана.
В то же время общее усилие контактное на бандаж со стороны гильзы можно выразить зависимостью:
2
гдеF=h×L,
L - длинна винтовой линии перемычки межу соседними витками углубления бандажа.
Так как по конструкции и особенности работы резервуара - матрицы гильза имеет относительно небольшую толщину в пределах от 2 до 10 мм, то в обоих случаях можно с достаточной точностью считать, что величина L одна и та же. Следовательно, можно записать при условии работы конструкции без разрушения
откуда:
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечит повышение ресурса устройства ЖГИП, что уменьшит себестоимость ЖГИП процесса.
Устройство представлено чертежом, на котором изображено:
Фиг.1 - продольный разрез устройства.
Устройство для уплотнения изделий в жидкой среде включает полость 1 цилиндрической формы, заполненную расплавом солей, выполненную в матрице состоящей из стакана 2 и гильзы 3. Изотермический блок состоящий из нагревательного элемента 4 встроенного в тело матрицы (стакан 2 и гильза 3), бандажа 5 с воздухоохлаждающим каналом 6. Пуансон штампа состоит из корпуса 7, шайбы 8, опоры 9 и снабжен уплотнительными элементами 10 в виде шайб, торцевые поверхности которых сопряжены с торцевыми поверхностями частей пуансона. Штамп имеет присоединительные опорные нижнюю плиту 11 и верхнюю плиту 12.
Устройство работает следующим образом.
Штамповый блок, состоящий из стакана 2, гильзы 3 и бандажа 5, в сборе посредством опорных нижней плиты 11 и верхней плиты 12 устанавливают на гидравлический пресс, усилием необходимым для создания нужного давления. С помощью нагревательного элемента 4 осуществляют нагрев жидкой среды в полости 1 до температуры равной температуре гомогенизации материала изделия 13. Одновременно с нагревом начинает функционировать принудительное охлаждение бандажа 5 посредством воздухоохлаждающего канала 6. После чего производят загрузку изделия 13 в полость 1 с жидкой средой. С помощью пуансона состоящего из деталей 7, 8, 9 с уплотнительными элементами 10 передают давление необходимое для уплотнения изделия, выдерживают не менее 1 минуты, после чего начинается процесс выгрузки обработанного изделия.