УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЛЬНОГО МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области порошковой металлургии и может быть использована для магнитно-импульсного прессования цилиндрических изделий из порошковых материалов (огнеупорных, абразивных, керамических и т.д.).
Известна конструкция радиального магнитно-импульсного пресса, основанная на электродинамическом сжатии проводящей оболочки магнитным полем собственного тока (Никонов А.В. Автореферат диссертационной работы «Применение радиального магнитно-импульсного сжатия проводящих оболочек для формирования компонентов электрохимических устройств» УрО РАН Институт электрофизики (г.Екатеринбург). - 2010. - 22 с.), содержащая проводящую оболочку, наполненную порошковым материалом, помещенную в узел нагрузки малоиндуктивного генератора импульсных токов. Узел нагрузки состоит из цилиндрической вставки, внутрь которой помещена проводящая оболочка. На концы проводящей оболочки плотно надеты электроды, представляющие собой стальные кольца. Электроды обеспечивают контакт с токоподводами генератора импульсных токов.
У данной конструкции есть недостатки: жесткое требование к низкой собственной индуктивности генератора импульсных токов, способного обеспечить протекание тока до 2 МА, и отсутствие предварительного вакуумирования порошкового материала перед прессованием.
Известна конструкция радиального магнитно-импульсного пресса, основанная на применении многовиткового индуктора (Котов Ю.А., Иванов В.В. // Порошковые нанотехнологии для создания функциональных материалов и устройств электрохимической энергетики. Вестник Российской академии наук. - 2008. - Т.78. - №9. - С.777-791.). Формование трубчатых порошковых заготовок осуществляют радиальным магнитно-импульсным прессованием, которое заключается в осесимметричном сжатии цилиндрической проводящей оболочки - трубы под действием давления магнитного поля индуктора - однослойной соленоидальной катушки. При этом оболочка выполняет функцию прессующего пуансона. Индуктор включен в цепь генератора импульсных токов на основе емкостного накопителя.
Недостатком данной конструкции является отсутствие предварительного вакуумирования порошкового материала перед прессованием.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для магнитно-импульсного прессования изделий из порошковых материалов(Авторское свидетельство СССР №1678529 A1, MПK6 B22F3/087, опубл. 23.09.1991), содержащее матрицу с каналами для вакуумирования, пористые прокладки, установленные между полостью матрицы и каналами, проводящая оболочка с герметичными прокладками, выполняющая роль пуансона и источник энергии - емкостной накопитель с преобразователем тока - цилиндрическим многовитковым индуктором, электроды, обратные клапаны и двухпозиционный переключатель. В стенке матрицы выполнена полость для вакуумирования, соединенная с рабочей полостью матрицы и с атмосферой посредством каналов и обратных клапанов. Электроды расположены в полости для вакуумирования и подключены к источнику энергии через переключатель.
Устройство для магнитно-импульсного прессования изделий из порошковых материалов не может быть успешно применено для компактирования нанодисперсных порошков, так как такие порошки склонны к адсорбции примесных атомов, для эффективного удаления которых требуется вакуумирование при повышенных температурах. В конструкции прототипа нагрев порошкового материала не предусмотрен.
Задачей полезной модели является разработка устройства для радиального магнитно-импульсного прессования изделий из порошковых материалов.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для магнитно-импульсного прессования изделий из порошковых материалов, также, как в прототипе, содержит в рабочем пространстве цилиндрического многовиткового индуктора проводящую оболочку с прокладками, емкостной накопитель.
Согласно полезной модели прокладки для фиксации порошкового материала в проводящей оболочке с двух ее концов выполнены в виде металлических дисков, диаметр которых меньше внутренних размеров проводящей оболочки. Один конец проводящей оболочки посажен внатяг на коническую часть прижимного болта, а другой конец проводящей оболочки установлен внатяг на коническую часть полой оси, которая выполнена с крестообразным вырезом в месте контакта с металлическим диском. К свободному выводу полой оси подсоединен вакуумный насос. Полостью для вакуумирования является внутренний объем проводящей оболочки и полой оси. Проводящая оболочка, полая ось, сильноточный ключ, емкостной накопитель энергии, индуктор и прижимной болт включены последовательно, а к емкостному накопителю энергии через выпрямитель подключен повышающий трансформатор. Для нагрева порошкового материала проводящая оболочка, прижимной болт, автотрансформатор, коммутатор и полая ось соединены последовательно.
Для сжатия проводящей оболочки, наполненной порошковым материалом, используют взаимодействие магнитных полей тока индуктора и наведенного тока оболочки, дополнительно происходит обжатие проводящей оболочки, соединенной последовательно индуктору, магнитным полем собственного тока. С целью повышения плотности компактов, за счет удаления адсорбированных примесных атомов, в конструкции устройства для радиального магнитно-импульсного прессования изделий из порошковых материалов реализовано вакуумирование при повышенной температуре.
Совмещения двух вариантов обжатия проводящей оболочки - магнитным полем многовиткового индуктора и магнитным полем собственного тока повышает эффективность использования энергии емкостного накопителя. Многовитковый индуктор генерирует магнитное поле со значением индукции достаточным для сжатия проводящей оболочки при величине тока не превышающей 200 кА. Включение индуктора с величиной индуктивности на несколько порядков, превышающей индуктивность генератора импульсных токов, последовательно проводящей оболочке отменяет жесткое требование к низкой собственной индуктивности генератора импульсных токов.
На фиг.1 представлено устройство для радиального магнитно-импульсного прессования изделий из порошковых материалов.
На фиг.2 показана полая ось с крестообразным вырезом, применяемая для вакуумирования наноразмерных порошков.
Устройство для радиального магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков состоит из многовиткового цилиндрического индуктора 1 (фиг.1), в рабочее пространство которого помещена проводящая оболочка - контейнер 2 для прессуемого порошкового материала 3. Проводящая оболочка 2, полая ось 4, сильноточный ключ 5, емкостной накопитель энергии 6, индуктор 1 и прижимной болт 7 включены последовательно. К емкостному накопителю 6 через выпрямитель 8 подключен повышающий трансформатор 9, посредством которых он заряжен до рабочего напряжения. Для фиксации порошкового материала 3 в проводящей оболочке 2 с двух концов размещены металлические диски 10. Диаметр металлических дисков 10 меньше внутренних размеров проводящей оболочки 2 на 0,15-0,25 мм. Один конец оболочки 2 посажен внатяг на коническую часть прижимного болта 7. Другой конец оболочки 2 установлен внатяг на коническую часть полой оси 4, которая выполнена с крестообразным вырезом (фиг.2) в месте контакта с металлическим диском 10. К свободному выводу полой оси 4 подсоединен вакуумный насос (на фиг.1 не показан). Оболочка 2, прижимной болт 7, автотрансформатор 11, коммутатор 12, полая ось 4 соединены последовательно.
Устройство для радиального магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков работает следующим образом.
Коммутатор 12 замыкают. Ток от автотрансформатора 11 величиной 18 А протекает по проводящей оболочке 2 вызывая ее нагрев. Часть выделяемой тепловой энергии расходуется на разогрев порошкового материала 3 до 200°С. Процесс нагрева протекает 20 минут. Не прерывая работу автотрансформатора 12, включают вакуумный насос (на фиг.1 не показан), подключенный к свободному выводу полой оси 4. Вакуумный насос создает разряжение в полости оболочки 2 до остаточного давления 0,1 атм. Вакуумирование порошкового материала при его непрерывном нагреве проводят в течение 30 минут, после чего коммутатор 12 размыкают, а вакуумный насос отключают от питания. Емкостной накопитель энергии 6 заряжают до рабочего напряжения 2 кВ. Коммутируют сильноточный ключ 5 и разряжают емкостной накопитель энергии 6 на соединенные последовательно полую ось 4, оболочку 2, прижимной болт 7 и индуктор 1. Взаимодействие магнитных полей разрядного тока индуктора 1 и наведенного тока в оболочке 2 приводит к возникновению пондемоторных сил и к сжатию оболочки 2. Соединенная последовательно индуктору 1 оболочка 2 дополнительно сжимается магнитным полем собственного тока.
Таким образом, устройство повышает эффективность использования энергии емкостного накопителя 6 для радиального магнитно-импульсного прессования изделий из порошкового материала 3 за счет последовательного включения индуктора 1 и оболочки 2, так же позволяет производить вакуумирование порошкового материала 3 при повышенной температуре для удаления адсорбированных примесных атомов пропусканием переменного тока частотой 50 Гц через оболочку 2.