УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области получения изделий из тугоплавких неорганических материалов, в частности для изготовления электродов для электроискрового легирования методом сочетания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и экструзии.
Известна установка для горячего прессования изделий, содержащая прессформу и пресс (гидроцилиндр со штоком, станина) с камерой (Жолобов В.В. и Зверев Г.И. Инструмент для горячего прессования металлов. М.: Машиностроение, 1965, с.164). Она позволяет получать длинномерные изделия различного профиля.
Недостатком этой установки, является то, что разогрев заготовки до рабочей температуры экструдирования изделия осуществляется в контакте с воздухом и это приводит к загрязнению поверхности изделия окислами, что снижает его качество. Кроме того, недостатком данной установки является внешний нагрев заготовки, что приводит к большим затратам электроэнергии, а также невозможности использовать эту установку для экструзии твердосплавных материалов, имеющих температуру плавления около 3000°С.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является установка для изготовления электродов для электроискрового легирования методом сочетания СВС и экструзии, содержащая пресс с системой управления и прессформу, включающую секционный контейнер, прессшайбу, матрицу и пуансон с устройством инициирования, выполненными в виде вольфрамовой спирали (В.В.Подлесов, А.М.Столин, А.Г.Мержанов, СВС-экструзия электродных материалов и их применение
для электроискрового легирования стальных поверхностей. Инженерно-физический журнал, т.63, №5, с.636-647). Установка позволяет получать твердосплавные электроды для электроискрового легирования из тугоплавких неорганических материалов.
Недостатками данной установки является низкая производительность и неудовлетворительное качество изделий, выраженное в неоднородности свойств по объему (длине) изделий.
Неоднородность свойств, таких как пористость, твердость, прочность, вызвана неравномерностью остывания таблетки, установленной в контакте со стенками контейнера. Кроме того, размещение инициирующего устройства в пуансоне приводит к большой длительности времени синтеза материала, за это время происходит падение температуры в областях прилегания таблетки к пуансону и контейнеру. В результате, к моменту выдавливания в материале таблетки образуются «холодные» и «горячие» зоны. При выдавливании зоны с различной температурой деформируются по-разному, что вызывает неравномерность стойкости по объему (длине) изделия.
Низкая производительность установки, один рабочий цикл, который составляет 8-10 минут, вызвана тем, что большая часть этого времени уходит на разборку контейнера и чистку газоотводящих каналов, которые забиваются частицами шихты и асбестовой ткани, при горении таблетки и выделения примесных газов, и частицами полученного материала, при экструдировании.
Кроме того, вольфрамовая спираль устройства инициирования, установленная в пуансоне, под действием усилия прессования внедряется в таблетку и разрушается, что требует установки спирали для каждого нового изделия, а это увеличивает время рабочего цикла, ведет к перерасходу дефицитной вольфрамовой проволоки, ухудшает качество полученных изделий по химической чистоте материала.
Техническим результатом полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно - повышение качества изделий и производительности.
Поставленная цель достигается тем, что в установке, включающей пресс с системой управления и прессформу, содержащую секционный контейнер, устройство инициирования реакции горения в исходной таблетке, прессшайбу, матрицу и пуансон, согласно заявленному изобретению, прессформа снабжена устройством захвата таблетки и прессшайбы, и отдачи таблетки, механизмом перемещения устройства инициирования и устройством фиксации таблетки, при этом секционный контейнер выполнен в виде камер горения и прессования, расположенных соосно, причем камера горения имеет внутренний диаметр, равный 1,02-1,2 диаметра пуансона, устройство фиксации установлено между камерами горения и прессования, а устройство инициирования с механизмом его перемещения расположено в камере горения на уровне 0,4-0,6 высоты таблетки, а устройство захвата таблетки и прессшайбы и отдачи таблетки установлено на пуансоне. При этом камера горения снабжена не менее чем тремя устройствами инициирования с механизмами их перемещения, расположенными равномерно по окружности.
В известном уровне техники используется секционный контейнер, имеющий внутренние секции с вертикальными газоотводящими каналами, служащий для получения длинномерных изделий экструзией материала через матрицу, при этом процессы горения и прессования с последующей экструзией полученного материала происходят в одной камере. Предложенное выполнение секционного контейнера в виде камер горения и прессования, расположенных соосно, и размещения устройства инициирования с механизмом перемещения в камере горения позволяет получать изделия высокого качества за счет того, что исходная таблетка сгорает в камере горения, где таблетка фиксируется с зазором по отношению
к стенкам камеры, при помощи устройства фиксации таблетки, зазор определяется из того, что внутренний диаметр камеры горения составляет 1,02-1,2 диаметра пуансона (таблетки) и является достаточным для свободного удаления газов и исключает конвективный теплообмен. Это позволяет обеспечить отвод выделяющихся при горении газов со всей поверхности таблетки, так же исключает необходимость заключить исходную таблетку в асбестовую ткань, не допускает контакт сгоревшей таблетки с холодными стенками камеры сгорания, и позволяет применять камеру прессования без газоотводящих каналов.
Предложенное выполнение также повышает производительность установки, за счет ускорения газоудаления, при горении таблетки, и исключает операции разборки прессформы и чистки газоотводящих каналов, т.к. горение происходит в камере горения и газы удаляются через зазоры между таблеткой и стенками камеры, а камера давления не имеет газоотводящих каналов.
Предлагаемая совокупность признаков, характеризующих установку, а именно то, что устройство захвата таблетки и прессшайбы и отдачи таблетки установлено на пуансоне, а камера горения снабжена тремя устройствами инициирования с механизмами их перемещения, расположенными равномерно по окружности на уровне половины таблетки позволяет повысить качество изделий. Это осуществляется за счет того, что устройство захвата таблетки и прессшайбы и отдачи таблетки позволяет переносить таблетку и прессшайбу внутрь камеры горения и отдавать таблетку устройству фиксации таблетки в центре камеры, при этом прессшайба остается в захвате и между ней и таблеткой устанавливается зазор достаточный для свободного выхода выделяющихся при горении газов. Устройство инициирования, перемещаясь внутрь камеры горения при помощи механизмов перемещения, не только инициируют реакцию горения исходной таблетки, но и устанавливают таблетку в центре камеры. При этом
устройства инициирования находятся в контакте с таблеткой лишь время необходимое для инициирования реакции горения, после чего они отводятся от ее поверхности, что исключает разрушение элементов устройств инициирования, например вольфрамовых спиралей, загрязнение материала полученных изделий примесями. Точная установка исходной таблетки в центре камеры горения обеспечивает повышение качества, за счет того, что исключается контакт ее с холодными стенками камеры горения, улучшая тем самым тепловой режим горения и снижая градиент температур по объему таблетки, влияющий на полноту выдавливания, а также на разброс механических характеристик по объему изделия.
Кроме того, указанная совокупность признаков позволяет повысить производительность за счет обеспечения сосной установки таблетки в камере горения, при этом исключается повреждение или разрушение хрупкой таблетки от удара при падении ее, как в прототипе. То, что устройства инициирования установлены на уровне 0,4...0,6 высоты таблетки позволяет уменьшить время сгорания таблетки более чем в два раза, обеспечивая при этом равномерный прогрев таблетки. Зазор между таблеткой и стенками камеры горения позволяет быстро и полностью произвести отсос выделившихся газов. Это дает возможность выполнять камеру прессования без газовыводящих каналов и исключить процесс чистки каналов.
Проведенные исследования технической и патентной литературы не выявили сходной совокупности признаков предлагаемой установки, что дает основание считать заявленную совокупность, в том числе и отличительные признаки, соответствующей критерию изобретения «существенные отличия».
Сущность изобретения поясняется схемой установки представленной на фиг.1-3. На фиг.1 показана общая схема установки, на фиг.2 показана конструкция прессформы, на фиг.3 показано устройство захвата с таблеткой и прессформой.
Установка для получения изделий из тугоплавких материалов включает в себя пресс 1 с системой управления 2, бункер 3 и прессформу 4, установленную на столе пресса 5, с пуансоном 6, закрепленным на плунжере 7. Прессформа 4 состоит из камеры горения 8, с устройствами инициирования 9 и механизмами их перемещения 10, а также камеры прессования 11, матрицы 12, свинцовой заглушки 13 и калибра 14. На пуансоне 6 установлено устройство захвата 15 таблетки 16 и графитовой прессшайбы 17, осуществляющее захват их, например, при помощи вакуума, для чего в нем выполнены каналы 18 и он подсоединен к системе вакуумирования (на фиг. не показано).
В камере горения 8 установлено устройство фиксации 19 таблетки 16, выполненное, например, в виде стержней 20 из термостойкого материала, установленных радиально и имеющих возможность выдвигаться из внутренней полости камеры синтеза 8 при помощи электромагнитного привода 21. Из камеры горения 8 производится отсос газов, для чего она подсоединена к системе отсоса газов (на фиг. не показано).
Устройства инициирования 9, механизмы их перемещения 10 и электромагнитный привод 21 стержней 20 связаны с системой управления 9.
Установка работает следующим образом.
В исходном положении ползун 7 пресса 1 с пуансоном 6 находится в крайнем верхнем положении. После включения системы управления 2 автоматически поочередно осуществляются следующие операции:
- манипулятор (на фиг. не показан) подает под пуансон 6 таблетку 16 из смеси порошков тугоплавких соединений, с установленной на ней прессшайбой 17 и заглушку 13;
- включается система вакуумирования (на фиг. не показано) и из устройства захвата 15 через каналы 18 отсасывается воздух, за счет чего таблетка 16 и прессшайба 17 захватываются и удерживаются на пуансоне 6, а заглушка 13 падает в камеру прессования 11 и закрывает
отверстие в матрице 12, после чего манипулятор отходит в исходное положение; включается пресс 1 и ползун 7 с пуансоном 6 опускается вниз до тех пор пока устройство захвата 15 упрется в камеру горения 8 и остановится, а пуансон 6, продолжая опускаться, вытолкнет таблетку 16 из устройства захвата 15, после чего он останавливается, при этом таблетка 16 устанавливается на стержни 20 устройства фиксации 19, а прессшайба 17 продолжает находиться в устройстве захвата 15;
- включается отсос газов из камеры горения 8, одновременно включается механизмы перемещения 10 устройств инициирования 9, которые входят внутрь камеры горения 8, упираются в таблетку 16 и устанавливают ее в центре камеры;
- на устройства инициирования 9 подается ток, они разогреваются и инициируют реакцию горения в таблетке, после чего устройства инициирования отводятся от таблетки 16 при помощи механизмов перемещения 10;
- выделяющиеся при горении газы отводятся из таблетки 16 по всей поверхности и удаляются из камеры горения 8 системой отсоса газов (на фиг. не показано);
- после достижения заданной температуры выдавливания, пресс 1 включается на рабочий ход ползуна 7 вниз, пуансон 6 выталкивает прессшайбу 17 на устройства захвата 15 и вводит ее и таблетку 16, полученного в процессе горения твердосплавного материала, в камеру прессования 11, откуда материал, посредсвом пуансона 6, выдавливается через матрицу 12 в калибр 14, а оттуда готовое изделие попадает в бункер 3, при этом материал таблетки 16 выдавливается полностью, а материал прессшайбы 17 заполняет матрицу 12;
- по окончании рабочего хода, ползун 7 с пуансоном 6 поднимается вверх, в исходное положение.
На этом рабочий цикл получения одного изделия заканчивается. Следующий цикл повторяется в указанной выше последовательности, за исключением операции установки заглушки 13, ее роль выполняет оставшийся в матрице 12 спрессованный материал прессшайбы 17.
Таким образом, конструктивные особенности установки обеспечивают повышение производительности в 13-25 раз и повышают качество изделий, т.е. снижается разброс механических свойств по объему изделий.