УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам взрывного прессования заготовок из порошковых материалов, и может быть использована в металлургической, химической, авиационной, электронной и других отраслях промышленности для получения плотных нанокерамик из низкоплотных заготовок и компактов из порошковых, в том числе, нанопорошковых материалов.
Известно устройство для прессования порошковых материалов взрывом, состоящее, из двух одинаковых металлических ампул с обрабатываемым порошковым материалом, концы которых запаяны; ампулы установлены на расстоянии друг от друга и скреплены заглушками, образуя контейнер, а между ними помещен демпфирующий материал, с меньшей акустической жесткостью, чем порошковый материал. Контейнер симметрично помещен в плоский заряд взрывчатого вещества, в вершине которого размещен электродетонатор (патент РФ №1385392, МПК5 B22F 3/08, опубл. 30.12.1994).
Недостатком известного устройства является то, что наружное вертикальное расположение демпфирующего материала-диафрагмы не позволяет получать заготовки с высокой степенью плотности.
Известно устройство для взрывного прессования осесимметричных заготовок из порошка, состоящее из конической оболочки, заглушек и осесимметричного контейнера. Детонатор установлен со стороны большего основания конуса оболочки. Оболочка и заглушки выполнены коническими с углом, зависящим от типа взрывчатого вещества и массы оболочки. Обрабатываемый порошок помещают в контейнер, концы контейнера закрывают заглушками и помещают в метаемую коническую оболочку со слоем взрывчатого вещества. Устанавливают детонатор с детонирующим шнуром и инициируют. Метаемая оболочка, поворачиваясь на определенный угол подлетает к контейнеру, плоско соударяясь с ним. Во время взрыва происходит приваривание конической оболочки с коническими заглушками по их конической поверхности. Это обеспечивает удержание оболочки около контейнера (исключение ее отскакивания). После обработки изделие извлекают из оболочки и освобождают от заглушек и контейнера. За счет того, что ликвидируется отскакивание метаемой оболочки от контейнера во время взрыва, изделие получается более однородным (патент РФ №1496115, МПК5 B22F 3/08, В30В 15/02, опубл. 15.12.1994).
Недостатками известного устройства являются невозможность получения заготовок с равномерной микротвердостью по всему объему заготовки, так приваривание внешней метаемой оболочки к сохраняющему контейнеру происходит не одновременно по всему объему.
Известно устройство для изготовления полых изделий из трудно прессуемых порошков, состоящее из цилиндрической ампулы сохранения с коническим обтекателем вверху и заглушкой внизу, установленной по оси контейнера со взрывчатым веществом. Внутрь ампулы помещен формующий элемент и прессуемый порошок, для формирования полости используют центральный стержень. В верхней части заряда устанавливают электродетонатор для инициирования детонационной волны в заряде, которая концентрически обжимает ампулу с формующим элементом и прессуемым порошком (патент РФ №1719160, МПК5 B22F 3/08, опубл. 15.03.92. Бюл. №10).
Недостатком известного устройства является невозможность получения плотных изделий с однородной структурой, так как изделие подвергается неравномерному обжатию путем воздействия детонационной волны только с внешней стороны. Кроме того, отрицательным фактором, влияющим на качество получаемой заготовки, являются газы (воздух) в порах прессуемого материала и в сохраняемой ампуле.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение плотности и однородности получаемых заготовок за счет двухступенчатого процесса обжатия заготовки: сначала начинается осевое обжатие, которое плавно переходит в радиальное, при этом происходит увеличение продолжительности воздействия ударно-волнового нагружения на обрабатываемый материал.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для взрывного прессования порошковых материалов, содержащее ампулу сохранения, состоящую из цилиндрической части с коническим верхом, в которой размещен прессуемый материал, симметрично установленную в цилиндрический заряд взрывчатого вещества, в вершине которого установлен электродетонатор, отличающееся тем, что ампула сохранения дополнительно снабжена внутренними вставками, при этом верхняя вставка выполнена подвижной и имеет конусообразную верхнюю часть с углом образующей конуса, согласующимся с углом конуса верхней части ампулы сохранения, нижняя вставка выполнена цилиндрической и на боковой поверхности имеет ряд кольцевых канавок, для увеличения времени осевого сжатия и герметизации ампулы между верхней конусообразной и цилиндрической частью ампулы сохранения помещена герметичная прокладка из пластичного металла, выполненная, например в виде шайбы из меди или алюминия.
На рисунке представлена схема устройства для взрывного прессования заготовок.
Устройство представляет собой ампулу сохранения в виде металлического цилиндра 4 с коническим верхом в виде завинчивающейся гильзы 1 и двумя внутренними вставками 2, 6, между которыми находится обрабатываемая заготовка 5 или прессуемый порошок. Верхняя вставка 2 выполнена подвижной и имеет конусообразную верхнюю часть, нижняя вставка 6 выполнена цилиндрической и на боковой поверхности имеет кольцевые канавки А. В верхней части цилиндрического заряда взрывчатого вещества установлен электродетонатор (на рисунке не показан) для инициирования детонационной волны, которая концентрически обжимает ампулу с прессуемым порошком или заготовкой.
Перед ударно-волновым нагруженном ампула сохранения с заготовкой и вставками герметизируется посредством завинчивания головной конусообразной части с герметичной прокладкой 3 из пластичного металла (медная шайба).
Детонация начинается с вершины конической части 1 ампулы сохранения. При этом осевое сжатие заготовки и внутреннего объема ампулы сохранения начинается еще до начала всестороннего обжатия заготовки.
Детонационная волна, распространяясь по образующей конуса ампулы сохранения, передает осевую составляющую импульса через коническую вставку 2 на заготовку 5, увеличивая тем самым продолжительность импульса нагружения на заготовку. В дальнейшем начинается радиальное (перпендикулярно оси цилиндра) обжатие заготовки. При осевом обжатии и в первой фазе радиального газы из внутреннего объема ампулы сохранения и частично из заготовки устремляются вниз на нижнюю вставку 6, при этом газы попадают в кольцевые канавки А нижней вставки. Дальнейшее действие ударной волны приводит к плотному смыканию цилиндрической вставки 6 с внутренней поверхностью цилиндрической части ампулы сохранения и запиранию газов в канавках и пустом объеме Б, образовавшемся под нижней вставкой.
Пример.
3
В цилиндрическую часть ампулы сохранения диаметром 23 мм, общая высота устройства с конической гильзой - 168 мм, внутренний диаметр - 15 мм, помещают обрабатываемую заготовку. Объем помещаемого для обжатия материала составляет 8,83 см. Дополнительные внутренние вставки обеспечивают более равномерное обжатие заготовки. В верхней части заряда инициируется детонация взрывчатых веществ (ВВ). В качестве заряда использовано промышленное взрывчатое вещество АСМ 5% ДТ с детонационной скоростью 3,2 км/сек. Заготовка представляет собой спрессованный и отожженный цилиндр из оксида СuО марки ОСЧ с величиной зерна 5-20 мкм и плотностью ≈ 70%.
В результате взрывного обжатия внешний диаметр цилиндрической части ампулы в области заготовки уменьшился до 20,4 мм. Высота заготовки уменьшается до 47 мм. После извлечения заготовка сохранила свою целостность. Параметры моноклинной решетки полученной керамики близки к табличным и к параметрам исходного СuО. Рентгеновские дифракционные исследования показали, что в результате ударно-волнового нагружения получен однофазный материал плотностью 99.8% от теоретической.
Предлагаемое устройство для взрывного прессования позволяет увеличить качество нанокерамик, а также компактов из порошковых, в том числе нанопорошковых материалов путем ударно-волнового нагружения в цилиндрической геометрии.