Устройство для электроимпульсного прессования неэлектропроводных порошковых материалов

Техническое решение относится к области порошковой металлургии, в частности, к устройствам для электроимпульсного прессования порошка и служит для изготовления плотных изделий из неэлектропроводных порошков или частиц.
Известно устройство для электроимпульсного прессования порошков [Патент на полезную модель №139637, Устройство для электроимпульсного прессования порошка, опубликовано 20.04.2014]. Это устройство включает в себя импульсный источник энергии (высоковольтный трансформатор, выпрямитель, конденсаторная батарея, электрический разрядник, система поджига, система управления), 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. Затем включают вибратор, происходит воздействие вибрационной нагрузки на матрицу. После чего от импульсного источника тока на засыпку порошка подают импульс тока. Импульс разрядного тока, протекая через поджатый порошок, разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец с хорошей боковой поверхностью, из-за того что схватывание боковой поверхности керамической матрицы с материалом образца существенно уменьшается. Однако на этой установке невозможно получить плотный образец из неэлектропроводных порошков (окислы, керамики), так как импульс тока не проходит через неэлектропроводный материал и следовательно разогреть его импульсом тока не представляется возможным.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка ЕА №026036 B1, B22F 3/087, 28.02.2017. Это устройство содержит матрицу с покрытием внутренней поверхности, токоподводы, связанные с источником электрического тока, ступенчатые пуансоны с расширенными рабочими и нерабочими концами, втулки для центрирования пуансонов в матрице, прокладки между торцевыми поверхностями пуансонов и порошком, причем токоподводы неподвижно установлены по обе стороны матрицы и на их торцах соосно с пуансонами помещены упругие элементы. Порошок помещают в матрицу, прикладывают давление и пропускают ток.
При прохождении импульсного тока через поджатый порошок он разогревается за счет нагрева матрицы или ее покрытия. В результате приложенного статического давления и импульсного нагрева порошка происходит его уплотнение. Однако полученные на этой установке образцы имеют недостаточную плотность.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющее разогревать неэлектропроводный порошок и получать из него плотные изделия.
Техническим результатом заявленного устройства является создание изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получение образцов из неэлектропроводных порошков.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования неэлектропроводных порошковых материалов, включающее импульсный источник энергии, матрицу, верхний и нижний пуансон, установленный на нижнем основании, что нижний пуансон выполнен неподвижным, верхний пуансон выполнен с возможностью соединения с пневмопрессом посредством штока, а матрица размещена в металлической обойме, которая закреплена на пластине посредством двух подпружиненных втулок, выполненных с возможностью вертикального скольжения вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, выполнена из изолирующего керамического материала и состоит из двух одинаковых частей, выполненных в виде двух обращенных навстречу друг к другу усеченных конусов, основания которых соприкасаются с образованием полости для размещения контейнера из фольги с неэлектропроводным порошковым материалом и вокруг него электропроводного порошка, имеющего одинаковую площадь поперечного сечения между контейнером и стенками полости.
1
2
3
4
5
6
7
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсного прессования неэлектропроводных порошков. Оно включает импульсный источник энергии 1, верхний подвижный пуансон 2 и нижний неподвижный пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в опору 4, которая помещена на плиту 5. Верхний подвижный пуансон 2 электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 6, надетыми на крепление стойки 7. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства 8 (пневмопресса) через шток 9, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 10. Неэлектропроводный порошок 11 помещают в контейнер 12 из фольги тугоплавкого материала и размещают его в конической полости матрицы, выполненной из двух частей 13 и 14, и зажатую в металлическую обойму 15. Между контейнером и матрицей засыпают электропроводный порошок 16. Коническая полость выполнена таким образом (Фиг. 2), что площадь сечения вокруг контейнера была бы одинаковой S=S+S=S=S+S=S. Это дает возможность при протекании импульса тока через электропроводный порошок получить одинаковое выделение тепла вокруг контейнера, так как будет одинаковое электросопротивление вокруг него. На плите 5 установлены двое направляющих 17 и 18 с пружинами 19 и 20, на которые надеты втулки 21 и 22, соединенные с пластиной 23. Эта пластина соединена с металлической обоймой 15.
Устройство работает следующим образом. Порошок неэлектропроводного материала 11 в контейнере 12, находящийся внутри электропроводного порошка 16 и заключенный в керамическую матрицу 13, 14 и зажатую в металлическую обойму 15, поджимается пуансонами 2 и 3. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 8 через шток 9. Включается импульсный источник энергии 1, и в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый электропроводный порошок 16, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 9 от нагружающего устройства 8, совершает перемещение вниз. Обойма 15 вместе с матрицей, состоящей из двух частей 13 и 14 и засыпкой порошка 16, также начинают двигаться вниз, происходит уплотнение электропроводного порошка. В это же самое время разогретый и уплотненный электропроводный порошок за счет теплопроводности разогревает контейнер 12 с неэлектропроводным порошком 11. Под действием приложенного на него давления фольга контейнера сжимается и разогретый неэлектропроводный порошок уплотняется. После этого матрица разбирается, контейнер извлекается, и из него вынимается уплотненный образец из неэлектропроводного порошка.
2
3
2
3
При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (керамическая матрица, состоящая из двух частей с конической полостью, контейнер из фольги) разогреть неэлектропроводный порошок было бы невозможно, и плотность его осталась бы низкой. Проведенное электроимпульсное прессование неэлектропроводного порошка AlO в контейнере из молибденовой фольги, окруженного электропроводным порошком TiC, позволило получит образец из с плотностью AlO 83-92% от теоретической, что выше, чем на известной установке.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет получать образцы с достаточной плотностью из неэлектропроводных порошков.