УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ

Техническое решение относится к области порошковой металлургии, в частности, к устройствам для электроимпульсного прессования порошка и служит для изготовления пористых изделий из электропроводных порошков или частиц.
Известна установка для электроимпульсного прессования порошков [Патент на полезную модель №139666 от 09.07.2013 г. Устройство для электроимпульсного прессования порошка.] Устройство включает в себя конденсаторную батарею, электрический разрядник, выполняющий роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига, систему управления, служащую для управления зарядкой батареи конденсаторов, нагружающее устройство (пневмопресс), металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, два гидропривода с двумя поршнями каждый, установленные на нижнем основании, причем два поршня соединены через стержни с фланцем, который закреплен сверху на верхнем штоке, а два другие упираются в нижнюю часть обоймы для ее перемещения, причем диаметры поршней подобраны таким образом, чтобы смещать матрицу с обоймой от места уплотнения образца до места его остывания на высоту образца.
Порошок помещают в металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала. При прохождении импульса разрядного тока от батареи конденсаторов через поджатый порошок он разогревается. В результате приложенного статического давления и импульсного нагрева порошка происходит его уплотнение. Полученные на этой установке образцы имеют гладкую боковую поверхность, но высокую плотность из-за приложенного давления после пропускания импульса тока.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка [патент на полезную модель №139637 от 16.07.2013 г.Устройство для электроимпульсного прессования порошка], включающее конденсаторную батарею, электрический разрядник, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, при этом оно дополнительно снабжено вибратором, установленном 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. Давление Ρ к верхнему пуансону прикладывается от нагружающего устройства через шток. С помощью системы управления включается высоковольтный трансформатор и через выпрямитель осуществляется зарядка конденсаторной батареи. По достижении на батарее необходимого напряжения, величина которого определяется размером засыпки и видом уплотняемого порошка, отключают высоковольтный трансформатор. Затем включают вибратор и от системы поджига запускают электрический разрядник, при этом происходит замыкание электрической цепи. Импульс разрядного тока от батареи конденсаторов, протекая через поджатый порошок, разогревает его, при этом высота засыпки порошка уменьшается. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон, являющийся продолжением штока нагружающего устройства, совершает перемещение вниз. Обойма вместе с матрицей и засыпкой порошка также начинают двигаться вниз, происходит уплотнение порошка. Кроме того от вибратора вибрационная нагрузка через фланец, стержни и пластину передается обойме с матрицей. Эта матрица по втулкам совершает колебательные движения вверх - вниз вдоль направляющих с пружинам, в результате чего схватывание боковой поверхности керамической матрицы с материалом образца существенно уменьшается. Полученные на этой установке образцы имеют достаточно чистою боковую поверхность и высокую плотность, из-за приложенного давления после пропускания импульса тока. Образцы с высокой пористостью получить на этой установке достаточно проблематично.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющее изготавливать изделия с контролируемой высокой пористостью, которые могут применяться для изготовления фильтрующих элементов, конденсаторов и другое.
Техническим результатом заявленного устройства является создание изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получение образцов с повышенными характеристиками, чем у прототипа, а именно с более высокой пористостью.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования порошка, включающее конденсаторную батарею, электрический разрядник, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, который проходит через верхнее основание, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя стержнями и двумя и втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих установленных на нижнем основании, при этом на верхнем основании выставлены два упора для ограничения движения вниз верхнего пуансона, а оба стержня закреплены снизу на штоке, электроизолированы от него, проходят через отверстия в пластине и соединены с двумя гидроприводами, установленными на нижнем основании, поршни которых упираются в две металлические пластины полукруглой формы с прямоугольным отверстием, расположенные между нижнем основанием и нижнем пуансоном, и позволяющие их раздвигать, так чтобы нижний пуансон опускался между ними.
Устройство представлено на чертеже (Фиг. 1). Оно включает высоковольтный трансформатор 1, выпрямитель 2, конденсаторную батарею 3, электрический разрядник 4, выполняющий роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига 5, систему управления 6, служащую для управления зарядкой и разрядкой батареи конденсаторов, верхний подвижный пуансон 7 и нижний неподвижный пуансон 8. Нижний пуансон 8 помещен на нижнее основание 9. Верхний подвижный пуансон 7 вставлен в шток 10, проходит через верхнее основание 11 и электрически изолирован от нижнего пуансона 8 изолирующими втулками 12, надетыми на крепление стойки 13. Давление Ρ к верхнему пуансону 7 прикладывается от нагружающего устройства 14 (пневмопресс) через шток 10. Пневмопресс 14 электроизолирован от штока 10 неэлектропроводной прокладкой 15. Электропроводный порошок 16 помещают в матрицу 17 из электроизолирующего материала, зажатую в металлическую обойму 18. На основании 9 установлены двое направляющих 19 и 20 с пружинами 21 и 22, на которые надеты втулки 23 и 24, соединенные с пластиной 25. Эта пластина соединена с обоймой 18 и через которую проходят два стержня 26 и 27, закрепленные на торце штока 10 через электроизоляционную пластину. Эти стержни упираются в два гидропривода 28 и 29, установленные на нижнем основании. Между нижнем пуансоном 8 и нижнем основанием 9 вставлены две металлические прокладки 30 и 31, которые могут выдвигаться из под нижнего пуансона. На верхнем основании 11 выставлены два упора 32, которые могут ограничивать движение вниз верхнего пуансона.
Устройство работает следующим образом. На нижнее основание 9 помещают две металлические прокладки 30 и 31 толщиной 3-4 мм см. (Фиг. 2). Эти металлические прокладки представляют собой два вогнутых полукольца с прямоугольными отверстиями, в которые вставляют два поршня от гидроприводов 28 и 29. Эти прокладки сдвигают друг к другу и на них помещают основание нижнего пуансона 8 (пунктирная линяя). Затем порошок электропроводного материала 16, заключенный в керамическую матрицу 17 и зажатую в металлическую обойму 18, поджимается пуансонами 7 и 8. Давление Ρ к верхнему пуансону 7 прикладывается через неэлектропроводную прокладку 15 от нагружающего устройства 14 (пневмопресс) через шток 10. На верхнее основание 11 помещают два упора 30 с зазором 2÷3 мм от верхней части штока. После этой подпрессовки с помощью системы управления 6 включается высоковольтный трансформатор 1 и через выпрямитель 2 осуществляется зарядка конденсаторной батареи 3. По достижении на батарее необходимого напряжения, величина которого определяется размером засыпки и видом уплотняемого порошка, отключают высоковольтный трансформатор. Затем от системы поджига 5 запускают электрический разрядник 4, при этом происходит замыкание электрической цепи. Импульс разрядного тока от батареи конденсаторов 3, протекая через поджатый порошок, разогревает его.
В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 7, являющийся продолжением штока 10 нагружающего устройства, начинает перемещение вниз вместе с обоймой 18, матрицей 17 и засыпкой порошка 16. Также вниз начинают двигаться стержни 26 и 27, которые начинают давить гидроцилиндры 28 и 29, а те в свою очередь начинают раздвигать металлические прокладки 30 и 31 (Фиг.3). При дальнейшем перемещении вниз на величину зазора 3÷4 мм всех указанных выше деталей, прокладки 30 и 31 полностью раздвигаются, и нижний пуансон 8 опускается между ними и перестает уплотнять засыпку порошка 16. В тоже самое время верхний шток 10 упирается в упоры 32 и дальнейшего уплотнения засыпки порошка не происходит. Таким образом после пропускания импульса тока высота засыпки уменьшается всего на 3÷4 мм (на высоту зазора между упорами и верхней части штока). Это приводит к тому, что полученный образец существенно не до уплотняется и плотность его получается низкой, а пористость контролируемой и достаточно высокой. Следует отметить, что подбирая соответствующие диаметры гидроцилиндров, можно раздвинуть металлические прокладки 30 и 31 при перемещении вниз верхнего пуансона 7 всего на 1÷2 и тем самым еще больше увеличить получаемую пористость изделия. При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (упоров, стержней, гидроприводов и специальных прокладок) засыпка порошка полностью бы уплотнялась и ее пористость была бы низкой.
Проведенное электроимпульсное прессование порошка Fe с помощью описанного устройства позволило получать изделия с плотностью 73-81% от теоретической, в тоже время плотность изделий поучаемых на известной установке была 95-99%.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет получать изделия с более высокой контролируемой пористостью.