Устройство для электроимпульсного прессования электроконтактов из порошковых материалов

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности, к устройствам для электроимпульсного прессования электрических контактов из электропроводных порошков или частиц для электрических переключателей.
Известен способ получения электроконтактного материала для переключателей (размыкателей) мощных электрических сетей, работающих в условиях больших токов и высоких напряжений (патент на изобретение №2597204 от 23.07.2015, опубликовано 10.09.2016). В этом изобретении для спекания активированных нанокомпозитных смесей порошков Cu-Cr, Cu-W, Cu-Mo используют установку ИПС (Spark Plasma Sintering - Labox 650, SinterLand, Япония) (ИПС - это один из способов спекания (консолидации) порошка в присутствии электрического поля, в котором применяются низковольтные источники импульсов тока). Для проведения ИПС порошковую смесь помещают в графитовую цилиндрическую пресс-форму, фиксируют ее между электродами, являющимися одновременно пуансонами пресса, помещают пресс-форму в камеру. В камере создают вакуум или атмосферу инертного газа и через спекаемый образец пропускают импульсный электрический ток 1000-5000 А под нагрузкой 20-50 МПа, при этом спекание осуществляют при температуре около 1000°С в течение порядка 15 мин. Скорость нагрева до температуры спекания 700-1000°С составляет 100-500°С/мин. Образец выдерживают при заданной температуре в течение 5-15 минут. После чего образец охлаждают до комнатной температуры и отделяют от пуансонов механическим способом. Эта установка позволяет получать образцы с надлежащими свойствами, однако требуется вакуум или защитная атмосфера и достаточно длительное время, кроме того образцы припекаются к пуансонам.
Решением, наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для изготовления изделий электроимпульсным прессованием (патент РФ на полезную модель №161439), включающее генератор импульсов тока, шток, который проходит через верхнее основание, верхний и нижний пуансон с нижней опорой, установленной на нижнем основании, матрицу из изолирующего материала, выполненную разборной и прямоугольной, металлическую обойму, которая также выполнена разборной и прямоугольной и имеет изолированные от нее торцевые металлические вставки, которые непосредственно соединены с полюсами батареи конденсаторов, а верхний и нижний пуансон изолированы от батареи конденсаторов.
В этом техническом решении электроды приложены к торцам изделия и непосредственно соединены с полюсами батареи конденсаторов, а верхний и нижний пуансон электроизолированы от батареи конденсаторов и уплотняют порошок с боков. Это позволяет более качественно пропрессовать изделие, так как существенно уменьшается трение порошка о стенки матрицы. При подпрессовке с боков пуансонам требуется существенно меньше хода передвижения, чем с торцов, для получения одной и той же плотности изделия. Кроме того, при этой схеме уплотнения электросопротивление порошка будет высокой, за счет меньшей площади контакта электрода с порошком и увеличения длины прохождения импульса тока по порошку, поэтому он будет существенно разогреваться и уплотняться. Однако в данном устройстве требуется каждый раз при распрессовке и извлечения полученного изделия отсоединять подводящие шины от торцевых металлических вставок, что существенно снижает производительность.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющее изготавливать изделия с равномерной требуемой плотностью и повышенной производительностью и труда.
Техническим результатом заявленного устройства является создание нового изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получения образцов с необходимыми характеристиками и сокращением технологического времени на их изготовление.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования электроконтактов из порошковых материалов, включающее импульсный источник тока, шток, который проходит через верхнее основание, нижнюю опору, установленною на нижнем основании, матрицу из изолирующего материала выполненную разборной и прямоугольной, металлическую обойму, которая также выполнена разборной и прямоугольной и имеет изолированные от нее торцевые металлические вставки, верхний и нижний пуансон с электроизоляцией на торцах, соприкасающихся с матрицей, согласно изобретению, матрица дополнительно содержит пазы между торцевыми металлическими вставками и прямоугольными изоляторами, которые поджимаются упругими прокладками с каждой стороны металлической обоймы, причем изоляторы и вставки закреплены с помощью болтов, расположенных на торцах этой обоймы с каждой стороны, а подвод тока к металлическим вставкам осуществляется с помощью электродов, закрепленных по одному на нижней и верхней опоре непосредственно под пуансонами и вставляемые в пазы в матрице.
Такая усовершенствованная конструкция матрицы с подводящими электродами позволяет производить засыпку порошка матрицу и извлечение готового изделия из нее без отсоединения подводящих шин от импульсного источника к металлическим вставкам. В новом изделии электроды плотно входят в соответствующие пазы, образуя надежный контакт от импульсного источника к металлическим вставкам. Это позволяет значительно сократить время на получения готового изделия и повысить производительность труда.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, на которых представлены устройство для электроимпульсного прессования электроконтактов из порошковых материалов, вертикальный разрез прессформы и горизонтальный разрез прессформы соответственно. Устройство включает в себя импульсный источник энергии 1, верхний подвижный пуансон 2 и нижний неподвижный пуансон 3. На торцы нижнего и верхнего пуансонов надеты изоляционные торцевые вставки 4 и 5. Нижний пуансон 3 вставлен в опору 6, которая помещена на основание 7, установленную на плите 8. Верхний подвижный пуансон 2 электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 9, надетыми на крепление стойки 10. Верхний пуансон 2 вставлен в опору 11, которая поджимается штоком 12, давление к которому прикладывается от нагружающего устройства 13 (пневмопресса). Шток 12 изолирован от нагружающего устройства 13 неэлектропроводной прокладкой 14. Электропроводный порошок 15 помещают в разборную электроизолирующую керамическую матрицу 16, зажатую в разборную прямоугольную металлическую обойму 17, и между металлических вставок 18 и 19. Электроды 20 и 21, закрепленные на опорах 6 и 11 вставляются в матрицу 16 и поджимаются к металлическим вставкам 18 и 19 с помощью прямоугольных изоляторов 22 и 23 и упругих прокладок 24 и 25, которые закреплены в матрице с помощью болтов 26 и 27.
-3
Устройство работает следующим образом. В нижнюю опору 6 вставляют нижний пуансон 3, на который надета изоляционная торцевая вставка 5 и нижний электрод 21. Затем на эти пуансон 3 и электрод 21 сверху вставляют собранную конструкцию керамической матрицы 16 с прямоугольной металлической обоймой 17 и с металлическими вставками 18 и 19, прямоугольными изоляторами 22 и 23 и упругими прокладками 24 и 25, которые закреплены в матрице с помощью болтов 26 и 27. После чего в матрицу 16 засыпают порошок 15 на основе меди и сверху вставляют верхний пуансон 2 с изоляционной торцевой вставкой 4 и электрод 20, которые вставлены в верхнюю опору 11. Эта собранная конструкция ставится на основание 7 и поджимается штоком 12. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 13 через шток 12. Верхний пуансон 2 начинает опускаться и происходит подпрессовка порошка 15. Одновременно с этим верхний и нижний электроды 20 и 21 плотно входят между металлическими вставками 18 и 19 и прямоугольными изоляторами, сохраняя необходимый электрический контакт с импульсным источником тока 1 и обеспечивая уплотнения порошка. После этого включается импульсный источник энергии 1, и в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. Затем через поджатый порошок пропускают импульс тока длительностью ~10 сек, который разогревает его. В этот промежуток времени шток 12 снова начинает перемещение вниз вместе с верхним пуансоном 2 и происходит допрессовка порошка 15.
Таким образом, при изготовлении изделий с помощью предложенной установки не требуется каждый раз при засыпке порошка в матрицу и извлечении готового изделия из нее, отсоединять подводящие шины от импульсного источника тока к металлическим вставкам. Это существенно сокращает время получения готового изделия.
2
3
Проведенное электроимпульсное прессование электроконтактов в виде пластинок размером 3×12×14 мм для железнодорожного транспорта из порошка на основе Cu с добавками AlO, с помощью описанного устройства, позволило получать изделия с равномерной плотностью 98-99,1% от теоретической в количестве порядка 10 штук в час. В то же время на известной установке можно было изготовить изделий порядка 4 штук.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования электроконтактов из порошковых материалов позволяет повысить производительность труда более чем в 2 раза.