Устройство для получения изделий типа полых цилиндрических обечаек из композиционных порошков искровым плазменным спеканием

Полезная модель относится к обработке материалов давлением, в частности к устройствам для искрового плазменного спекания композиционных порошков под давлением.
Известно устройство для получения изделий из композиционных порошков, содержащее верхний и нижний пуансоны-токоподводы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания, и выполненную из токопроводящего материала матрицу с изоляционной втулкой, выполненной из неэлектропроводного материала, и верхней и нижней втулками (см. RU № 2103113, МПК B22F 3/14, 1996г.).
К недостаткам известного устройства относится неоднородность получения структуры в изделии за счет неравномерного распределения температуры по сечению получаемого изделия, что влечет за собой низкое качество получаемого изделия, а также невозможность его применения только для получения изделий из электропроводящих порошков.
Известно также устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием, содержащее выполненную из графитового материала матрицу и установленные внутри нее, с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия, пуансоны, выполненные с возможностью подключения к источнику электропитания, с прохождением электрического тока через спекаемый композиционный порошок (см. RU № 2555303, МПК B22F 3/14, B30B 15/02, 2015г.).
К недостаткам известного устройства относится невозможность изготовления деталей типа полых цилиндрических обечаек и сложность извлечения готовой детали из пресс-формы, без ее разрушения или разрушения пресс-формы.
Полезная модель направлена на решение задачи обеспечение возможности изготовления искровым плазменным спеканием деталей типа полых цилиндрических обечаек.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, расширение номенклатуры изготовляемых искровым плазменным спеканием деталей за счет обеспечения возможности извлечения готовой детали из пресс-формы, без ее разрушения или разрушения самой пресс-формы.
Поставленная задача решается тем, что устройство для получения изделий типа полых цилиндрических обечаек из композиционных порошков искровым плазменным спеканием, содержащее выполненную из графита матрицу и установленные внутри нее, с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия, пуансоны, выполненные с возможностью подключения к источнику электропитания, с прохождением электрического тока через спекаемый композиционный порошок, отличается тем, что устройство выполнено составным и содержит цилиндрическую пустотелую матрицу, ее верхний и нижний пуансоны, выполненные в виде цилиндрических втулок, внешний диаметр которых соответствует диаметру полости матрицы, размещенные в этой полости соосно с ее продольной осью и с возможностью перемещения вдоль нее, при этом, в полостях пуансонов размещен цилиндрический вкладыш, длина которого больше расстояния между обращенными друг к другу торцами верхнего и нижнего пуансонов, при этом цилиндрический вкладыш установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси матрицы.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение технической задачи, а именно обеспечивает возможность изготовления искровым плазменным спеканием деталей типа полых цилиндрических обечаек.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг 1 представлен продольный разрез устройства.
На чертеже показаны матрица 1, верхний 2 и нижний 3 пуансоны, спекаемый композиционный порошок 4, цилиндрическая полость 5 матрицы 1, продольная ось 6 матрицы 1, полости 7 и 8 пуансонов 2 и 3, цилиндрический вкладыш 9, торец 10 верхнего и торец 11 нижнего пуансонов 2 и 3, средство 12 формирования продольного прессующего усилия 13.
Матрица 1, верхний 2 и нижний 3 пуансоны и цилиндрический вкладыш 9 выполнены из жаропрочного токопроводящего материала - из графита.
Матрица 1 выполнена в виде цилиндрической пустотелой обечайки, при этом, размеры ее цилиндрической полости 5 обеспечивают возможность плотного прилегания к ее поверхности внешней поверхности пуансонов 2 и 3, соосных с продольной осью 6 матрицы 1 и с возможностью продольного перемещения вдоль нее, что обеспечивает возможность формирования прессующего усилия на спекаемый в деталь композиционный порошок 4. Кроме того, верхний 2 и нижний 3 пуансоны, выполнены с возможностью подключения к источнику электропитания (на чертежах не показан), с возможностью прохождения электрического тока через спекаемый композиционный порошок 4. Верхний 2 и нижний 3 пуансоны выполнены в виде цилиндрических втулок.
Полости 7 и 8 пуансонов 2 и 3, соосны с продольной осью 6 матрицы 1, выполнены цилиндрическими и имеют размеры обеспечивающие возможность плотного прилегания к их поверхностям внешней поверхности цилиндрического вкладыша 9, соосного с продольной осью 6 матрицы 1. При этом длина вкладыша 9 больше расстояния между обращенными друг к другу торцами 10 и 11 верхнего 2 и нижнего 3 пуансонов, предпочтительно равна высоте матрицы 1. Причем, цилиндрический вкладыш 9 установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси 6 матрицы 1.
В качестве средства 12 формирования продольного прессующего усилия 13 используют прессовую установку известной конструкции, раздвижность плит которой позволяет вертикально разместить между ними сборку, включающую матрицу 1 с выступающими из нее пуансонами 2 и 3, и развивающую прессовое усилие до 80 Мпа, скорость разогрева до 400ºС/мин и рабочую температуру до 2200ºС.
Устройство работает следующим образом.
В матрицу 1 устанавливается с натягом нижний 3 пуансон, затем в его полость 8 вставляют с натягом соосно с продольной осью 6 матрицы 1, цилиндрический вкладыш 9. Далее в открытый торец 10 верхнего пуансона 2 засыпают порцию композиционного порошка 4, после чего, вставляют верхний пуансон 2 с натягом по отношению к полости матрицы 1 и цилиндрическому вкладышу 9. После подпрессовки пуансонами 2 и 3 (в средстве 12 формирования продольного прессующего усилия 13) собранную конструкцию зажимают в установке искрового плазменного спекания (на чертежах не показана), таким образом, чтобы пуансоны 2 и 3 опирались на токоподводы пресса (не показаны), через которые подводят ток от источника питания (не показан) и одновременно увеличивают усилие на порошок до 43 МПа. При подаче напряжения электрический ток проходит через верхнюю часть верхнего пуансона 2, матрицу 1, нижний пуансон 3. Проходя через матрицу 1, электрический ток разогревает ее, обеспечивая таким образом предварительный нагрев порошка 4. При достижении определенной температуры порошка или достижении пропускания электронов через порошок, подвод тока через верхний пуансон 2 отключается и одновременно нижний пуансон 3 подключается к источнику питания. Таким образом, ток протекает через нижний пуансон 3, и обрабатываемое изделие (объем композиционного порошка 4). Проход электронов через порошок разогревает его до температуры спекания, как минимум до 1900ºС, при скорости нагрева 100ºС/мин. Величина и продолжительность приложения давления определяется в зависимости от технологических режимов.
По окончании процесса выпрессовывается цилиндрический вкладыш 9, верхний 2 и нижний 3 пуансоны и извлекается готовое изделие.