Устройство для электроимпульсного прессования порошка

Техническое решение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для электроимпульсного прессования порошка, и служит для изготовления плотных изделий из электропроводных порошков или частиц.
Известна установка для электроимпульсного прессования порошка [А.С. №822991 Установка для электроимпульсного прессования изделий из порошка, опубликовано 23.04.1981 г.]. Устройство включает в себя два импульсных источников энергии. Первый из которых состоит из выпрямителя, конденсаторной батареи, электрического разрядника, выполняющего роль ключа для замыкания электрической цепи, а также индуктора, плиты толкателя, матрицы и пуансонов. Второй импульсный источник энергии также состоит из другой конденсаторной батареи, другого выпрямителя и другого электрического разрядника, причем вторая батарея электрически соединена с нижним пуансоном, а разрядник - с верхним пуансоном.
-3
-1
При прохождении импульса разрядного тока от одного импульсного источника через порошок он разогревается. Через некоторый промежуток времени (порядка 10-10 секунды) включается второй импульсный источник энергии, который наводит магнитное поле вблизи индуктора. Этот индуктор взаимодействует с плитой толкателем генерирует в ней электромеханическое усилие. Импульс давления, распределенный по поверхности плиты, передается через пуансон на прессуемый порошок, в результате чего происходит его уплотнение. Полученные на этой установке образцы часто имеют недостаточную плотность из-за низкой первоначальной плотности засыпки порошка.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка [Патент на полезную модель №139637, Устройство для электроимпульсного прессования порошка, опубликовано 20.04.2014]. Это устройство включает в себя импульсный источник энергии (конденсаторную батарею, электрический разрядник), металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, вибратор, установленный на фланце, который соединен посредством двух стержней с пластиной 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. С помощью системы управления включается высоковольтный трансформатор и через выпрямитель осуществляется зарядка конденсаторной батареи. По достижении на батарее необходимого напряжения, величина которого определяется размером засыпки и видом уплотняемого порошка, отключают высоковольтный трансформатор. Затем включают вибратор и от системы поджига запускают электрический разрядник, при этом происходит замыкание электрической цепи. Импульс разрядного тока от батареи конденсаторов, протекая через поджатый порошок, разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец.
Однако при компактизации трудно прессуемых материалов, таких как карбиды, нитриды и твердые сплавы, приложенного давления оказывается недостаточно и плотность изготавливаемых образцов получается недостаточно высокой.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющего изготавливать изделия с контролируемой высокой плотностью.
Техническим результатом заявленного устройства является создание нового изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получение образцов с повышенными характеристиками, чем у прототипа, а именно с более высокой плотностью.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для электроимпульсного прессования порошка, включающее импульсный источник энергии, нагружающее устройство, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, который проходит через верхнее основание, нижний пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя стержнями и двумя и втулками, на которой закреплена обойма с матрицей с засыпкой порошка, причем втулки подпружинены и выполнены с возможностью скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, отличается тем, что устройство снабжено дополнительным импульсным источником энергии и индуктором с плитой-толкателем, расположенной снизу нижнего основания и которая может перемещать нижний пуансон вверх через отверстие в нижней плите, причем основной импульсный источник энергии соединен с верхним и нижним пуаансонами, а дополнительный источник энергии с индуктором.
Устройство представлено на чертеже (Фиг. 1). Оно включает импульсный источник энергии 1 (состоящий из высоковольтного трансформатора, выпрямителя, конденсаторной батареи, электрического разрядника, выполняющего роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига, системы управления, служащую для управления зарядкой и разрядкой батареи конденсаторов), верхний пуансон 2 и нижний пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в опору 4, которая помещена на плиту 5. Опора 4 электроизолирована от плиты 5 изоляционным фланцем 6. Верхний пуансон 2 электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 7, надетыми на крепление стойки 8. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства (пневмопресса 9) через шток 10, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 11. Электропроводный порошок 12 помещают в матрицу 13 из электроизолирующего материала, зажатую в металлическую обойму 14. На плите 5 установлены двое направляющих 15 и 16 с пружинами 17 и 18, на которые надеты втулки 19 и 20, соединенные с пластиной 21. Эта пластина соединена с металлической обоймой 14. Снизу плиты 5 установлен магнитный индуктор 22, над которой расположена плита-толкатель 23. Эта плита-толкатель через изолирующую пластину 24 упирается в опору 4. Магнитный индуктор 22 подключен к другому импульсному источнику тока 25.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала 12, заключенный в керамическую матрицу 13 и зажатую в металлическую обойму 14, поджимается пуансонами 2 и 3. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 9 через шток 10. Включаются импульсные источники энергии 1 и 25 и в них накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый порошок, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 10 нагружающего устройства 9, совершает перемещение вниз. Обойма 14 вместе с матрицей 13 и засыпкой порошка 12 также начинают двигаться вниз, происходит уплотнение порошка. Кроме того, через некоторое время (порядка 1 секунды) пропускают импульс тока от импульсного источника 25 через индуктор 22, в результате чего плита-толкатель 23 отталкивается от него и дополнительно снизу ударяет по нижней опоре 4 вместе с нижнем пуансоном 3. Происходит дополнительное прессующее воздействие на уплотняемый порошок. Вследствие чего плотность изготавливаемого образца получается несколько выше.
При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (дополнительный источник тока, индуктор, плита толкатель) воздействующее давление на уплотняемый порошок было бы меньше и плотность получаемого изделия была бы ниже. Проведенное электроимпульсное прессование порошка твердого сплава WC 6 с помощью описанного устройства позволило получать изделия с плотностью 98-99% от теоретической, в то же время плотность изделий, поучаемых на известной установке, была 96-97%.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет увеличить прикладываемое давление на порошок и получать изделия с более высокой контролируемой плотностью.