УСТРОЙСТВО ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ ПОРОШКОВОЙ МАССЫ

Предлагаемое техническое решение относится к области порошковой металлургии, в частности, к области брикетирования измельченной металлической стружки при изготовлении брикет-электродов для электрошлакового переплава (ЭШП).
Брикет-электроды для электрошлакового переплава по своей форме относятся к длинномерным стержням с соотношением длины к диаметру в пределах 1:10 - 1:20.
Существуют устройства для брикетирования порошковой массы, состоящие из матрицы, двух пуансонов и лотка для засыпки порошка [1].. Приложение сжимающего усилия при брикетировании осуществляется вдоль длинной оси стержня, что приводит к значительной неравномерности плотности материала брикета и соответственно к снижению его прочности и электропроводности. Из-за неустойчивости процесса протекания электрического тока сформированный брикет-электрод оказывается малопригодным для ЭШП. Приложение сжимающего усилия в направлении, перпендикулярном длинной оси, потребует использования дорогостоящих и малопроизводительных прессов, в результате чего процесс брикетирования становится экономически нецелесообразным.
Известно также устройство, состоящее из матрицы, лотка и одного пуансона [2]. Принцип работы такого устройства заключается в том, что предварительно спрессованный брикет, занимающий нижнюю часть формующей полости матрицы силой трения удерживается в ней, являясь заменой нижнему пуансону. После засыпки очередной порции порошка в матрицу, верхний пуансон, передавая давление на порошок, уплотняет его (прессование одностороннее). Когда усилие, передаваемое от пуансона через прессуемый порошок на нижний брикет, достигнет определенного предела, нижний брикет передвинется вниз на высоту, равную спрессованному брикету. Величина усилия прессования для получения брикета определенной плотности должна быть равна силе трения, удерживающей нижний брикет в матрице. После проталкивания пуансон поднимается вверх и выходит из матрицы. В освободившуюся полость засыпается порошок и цикл прессования повторяется.
При использовании указанного устройства заметно снижается неравномерность плотности материала брикета, однако прочность и электропроводность увеличиваются незначительно.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для брикетирования с использованием электрического нагрева прессуемого порошка [3]. - прототип.
Устройство состоит из гидроцилиндра, пуансона, лотка для подачи порошковой массы, токоподводов, электроизолирующих прокладок, проходной матрицы с полостью и штока. Устройство работает следующим образом. Вначале происходит загрузка порошковой массы при помощи лотка, затем ее сжатие с помощью пуансона с одновременным пропусканием электрического тока. Процесс повторяется с привариванием последующих сформированных порций друг к другу до полного формирования стержня. Шток выполняет роль второго пуансона, но вынесенного за пределы матрицы При использовании этого устройства повышается электропроводность из-за того, что в процессе прессования с использованием электрического тока происходит сварка прессуемых частиц.
К недостаткам прототипа относится следующее:
- низкая прочность брикет-электрода из-за его недостаточной плотности определяемой тем, что величина прессующего давления, создаваемого верхним пуансоном, после выхода брикет-электрода за пределы матрицы, ограничена прочностью материала брикет-электрода а также потерей его устойчивости
- ограничение длины брикет-электрода длиной штока;
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение прочности и электропроводности брикет-электрода за счет увеличения его плотности, а также увеличение его линейных размеров.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для брикетирования порошковой массы, включающем гидроцилиндр, пуансон, лоток для подачи порошковой массы, токоподводы, электроизолирующие прокладки и проходную матрицу с полостью, нижняя часть полости матрицы выполнена в форме усеченного конуса при следующем соотношении размеров:
0
1
Д/Д=1,05-1,15
0
h/Д=1,5-2,5,
0
1
где Д и Д большой и малый диаметры усеченного конуса, h - его высота.
1
Пуансон снабжен съемным наконечником диаметром Д, а со стороны малого диаметра усеченного конуса установлена задвижка.
Выполнение нижней части полости матрицы в форме усеченного конуса при указанных соотношениях размеров позволяет замкнуть давление и противодавление в объеме полости матрицы, в результате чего исключается ограничение длины брикет-электрода. Кроме того, добавляется радиальное сжатие в конической части полости матрицы. Все это позволяет увеличить давление прессования, плотность материала брикет-электрода и, соответственно его прочность и электропроводность.
Задвижка, установленная со стороны малого диаметра усеченного конуса полости матрицы обеспечивает получение первой порции спрессованного материала.
1
Съемный наконечник пуансона диаметром Д обеспечивает выпрессовку брикет-электрода в конической части полости матрицы.
На Фиг.1 представлена принципиальная схема установки, где
1. гидроцилиндр
2. электроизолирующие прокладки
3. токоподводы
4. пуансон
5. матрица
6. задвижка
7. лоток
8. насадка
9. брикет-электрод
Установка работает следующим образом:
При закрытой задвижке 6 при помощи лотка 7 происходит загрузка порошковой массы в полость матрицы 5. Затем производится прессование порошковой массы пуансоном 4 с одновременным пропусканием электрического тока. После этого задвижка 6 удаляется, пуансон 4 поднимается и производится загрузка очередной порции порошковой массы в полость матрицы 5. Процесс повторяется с периодическим выталкиванием спрессованной части брикет-электрода 9 через коническое отверстие матрицы 5 до получения необходимой длины брикет-электрода 9. По достижении необходимой длины насадка 8 присоединяется к нижней части пуансона 4.. Происходит выпрессовка в конической части брикет-электрода 9, после чего устройство возвращают в исходное положение.
Во ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» проведены испытания макетного образца предлагаемой полезной модели.
В качестве исходного материала была использована порошковая масса с размером частиц 0,05-5 мм, полученная путем измельчения стружки из Ст.3.
В таблице приведен пример реализации полезной модели.
Таблица
Характерные отношения размеров устройства и получаемые результаты
Предлагаемое устройство
Меньше нижнего предела
Больше верхнего предела
Нижнее значение
Среднее значение
Верхнее значение
Характерные соотношения размеров устройства
Отношение большого диаметра усеченного конуса к малому (Д<sub>0</sub>/Д<sub>1</sub>)
1,05
1,10
1,15
1,02
1,25
Отношение высоты усеченного конуса к большому диаметру (h|Д<sub>0</sub>)
1,5
2,0
2,5
1,0
3,0
Полученные результаты
Плотность брикет-электрода (г/см<sup>3</sup>)
6,2
6,8
7,0
Брикет осыпается 4,8
7,2 расслойные трещины
Давление выпрессовки (Мпа)
400
600
800
200
1200
Электросопротивление Мк OM·см
24
16
14
84
42
Прочность (МПа)
190
210
240
8
16
Результаты эксперимента подтверждают эффективность реализации предлагаемой полезной модели и правильность выбранного диапазона размеров.
При выборе меньше нижнего предела соотношений размеров конуса материал осыпается, теряет прочность, и наблюдается рост электросопротивления брикет-электрода.
При выборе больше верхнего предела соотношений размеров конуса наблюдаются расслойные трещины и снижаются прочностные характеристики материала брикета.
При использовании заданных в предлагаемом техническом решении соотношений размеров конуса были получены качественные брикеты с высокой плотностью и электропроводностью и заданными размерами длины брикета.
Экономический эффект определяется снижением времени переплавки брикет-электрода в процессе ЭШП
Источники информации:
1 Радомысельский И.Д., Печентковский Е.Л., Сердюк Г.Г., «Прессформы для порошковой металлургии. Расчет и конструирование». Техника, Киев, 1970, с.10.
2 Радомысельский И.Д., Печентковский Е.Л., Сердюк Г.Г., «Прессформы для порошковой металлургии. Расчет и конструирование». Техника, Киев, 1970, с.16.
3 Шаповалов и др. «Компактирование металлической стружки труднодеформируемых сталей с использованием электрического нагрева». Обработка материалов давлением, №1 (19), 2008, с.242 - прототип.