Устройство для электроимпульсного прессования порошков

Полезная модель относится к области порошковой металлургии и может быть использована при производстве изделий из порошковых материалов, в частности топливных таблеток для атомных реакторов, химической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для электроимпульсного прессования порошка, описанное в патенте на полезную модель №188873, опубликовано 25.04.2019, «Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов». Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала (оксинитрид алюминия-кремния SiAlON), верхний подвижный пуансон с верхней опорой расположенный под штоком, нижний неподвижный пуансон с нижней опорой, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижней плите.
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. 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.
Однако при извлечении полученного образца из матрицы возникают определенные затруднения. Требуется перенести матрицу с полученным образцом в ручной пресс и в нем выпрессовать готовый образец. Это занимает определенное время.
Наиболее близким к предложенному является устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов (патент на полезную модель №196265, опубл. 06.12.2019, «Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов»). Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон с верхней опорой расположенный под штоком, нижний неподвижный пуансон с нижней опорой, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижней плите. Кроме того, на одной из двух направляющих вставлена втулка с закрепленным на ней полым металлическим цилиндром толщиной стенки 5÷8 мм с перевернутым основанием с прорезью в нем и боковой части для прохождения нижнего пуансона, при этом металлический цилиндр имеет возможность устанавливаться на нижнем основании, причем высота цилиндра h равна 0,9 l<h<1,5 l, где l - высота матрицы, внешний диаметр цилиндра D равен диаметру основания, а ширина прорези b равна 1,1 d<b<1,5 d, где d диаметр пуансона.
Такая конструкция устройства позволяет после проведения процесса электроимпульсного прессования подвести под матрицу цилиндр и верхним пуансоном и выдавить полученный образец с нижним пуансоном. Однако для выдавливания поученного образца необходимо предварительно поднять вверх пуансоны с матрицей, чтобы подвести под нее цилиндр, а это приходится производить вручную, что весьма затруднительно. После чего, снять с нижнего пуансона нижнюю опору, что вызывает значительные усилия, из-за плотной посадки хвостовика пуансона в опоре.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства, позволяющее упростить и сократить процесс извлечении полученного образца из матрицы при электроимпульсном прессования порошковых материалов в многоразовой матрице.
Техническим результатом заявленного устройства является создание нового изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получения образцов с необходимыми характеристиками и сокращением технологического времени на их выпрессовку из матрицы.
Указанный технический результат достигается в устройстве для электроимпульсного прессования порошковых материалов, включающем импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон с верхней опорой расположенный под штоком, нижний неподвижный пуансон с нижней опорой, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижней плите, а на одной из направляющих вставлена втулка с закрепленным на ней полым металлическим цилиндром с перевернутым основанием с прорезью в нем и боковой части, через которую может проходить нижний пуансон, причем на штоке крепится фланец с прорезью для прохождения верхнего пуансона с верхней опорой, который поджимает их к низу штока, а внутренний диаметр полого цилиндра и прорезь в нем превышает диаметр нижней опоры и нижнего основания, кроме того на штоке и хвостовике верхнего пуансона выполнена фаска шириной 3÷7 мм и глубиной 2÷5 мм для установки в нее фланца с прорезью, а высота рабочей части верхнего пуансона больше высоты матрицы.
Такая усовершенствованная конструкция устройства позволяет после проведения процесса электроимпульсного прессования поднять в верх пуансоны с матрицей с помощью штока, а не вручную, подвести под нее цилиндр с прорезью, а затем верхним пуансоном и выдавить полученный образец с нижним пуансоном без снятия нижней о поры. Размер фасок шириной 3÷7 мм и глубиной 2÷5 мм является оптимальным для установки в нее фланца с прорезью. При высоте рабочей части верхнего пуансона меньше высоты матрицы не возможно было бы полностью выдавить полученный образец. Все это позволяет значительно сократить время на получения готового изделия и повысить производительность труда.
На фиг.1 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов.
На фиг.2 представлены фланец с прорезью и деталь с цилиндром с прорезью для выдавливания полученного образца.
На фиг.3 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов при поднятии матрицы в верхнее положения для выпрессовки полученного образца.
На фиг.4 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов при выпрессовки полученного образца.
Сущность поясняется фиг.1, на которой показано устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов. Оно включает импульсный источник энергии 1, верхний подвижный пуансон 2 и нижний неподвижный пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в нижнюю опору 4, которая помещена на нижнее основание 5, находящееся на нижней плите 6. Верхний подвижный пуансон 2 вставлен в верхнюю опору 7 и электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 8, надетыми на крепление стойки 9. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства 10 (пневмопресса) через шток 11, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 12. Электропроводный порошок 13 помещают в керамическую матрицу 14, выполненную из сиалона и зажатую в металлическую обойму 15. На нижней плите 6 установлены две направляющих 16 и 17 с упругими кольцами 18 и 19, на которые надеты втулки 20 и 21, соединенные с пластиной 22. Эта пластина соединена с металлической обоймой 15. На направляющую 17 ниже втулки 21 надета еще одна втулка 23, на которой закреплен цилиндр 24 для выпрессовки полученного образца. Втулка 23 с закрепленным на ней цилиндром может вращаться вокруг направляющей 17 таким образом, чтобы ось цилиндра совпадала с осью матрицы 14. На нижний торец штока 11 надет фланец с прорезью 25, который поджимает к нему верхний пуансон 2 с верхней опорой 7.
Устройство работает следующим образом. В матрицу 14, зажатую в обойму 15, снизу вставляется нижний пуансон 3 с нижней опорой 4 и засыпается порошок электропроводного материала 13 (фиг.1). Затем в нее вставляется верхний пуансон 2 с верхней опорой 7. Вся эта сборка вставляется в пластину 22 на нижнее основание 5 и поджимается. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 10 через шток 11. Включается импульсный источник энергии 1, в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый порошок 13, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 11 от пневмопресса 10, совершает перемещение вниз. Обойма 15 вместе с матрицей 14 и засыпкой порошка 13, также начинают двигаться вниз, происходит его уплотнение. Теперь необходимо извлечь полученный образец из матрицы. Для этого на торец штока 11 надеваем фланец с прорезью 25 (фиг.2), который поджимает к нему верхний пуансон 2 с верхней опорой 7. Шток 11 с помощью пневмопресса 10 поднимаем вверх. Матрица 14 вместе с полученным образцом в обойме 15 по направляющим 16 и 17 также приподнимается вверх. Поворачиваем втулку 23 вместе с цилиндром 24 на направляющей 16, и ставим цилиндр 24 на плиту 6. Пуансон 3 вместе с нижней опорой 4 проходит через прорезь в цилиндре 24 (фиг.3) и не препятствует этому. Затем производим выпрессовку полученного изделия. Для этого начинаем опускать шток 11 вниз, верхний пуансон 2 также опускается вниз и выдавливает образец, полученный из электропроводного порошка 13, и нижний пуансон 3 из матрицы 14 (фиг.4).
Такая конструкция предложенной установки не требует поднимать матрицу с образцом вручную и снимать с нижнего пуансона нижнюю опору, чтобы выпрессовать полученный образец. Это существенно сокращает время изготовления необходимого образца.
2
3
Предлагаемое устройство было опробовано при получении таблеток из различных материалов необходимой плотности. Для нитрида циркония это порядка 95÷98% от теоретической плотности. Для Cu+0,45% AlO это порядка 97÷98% от теоретической плотности. Для вольфрамовых псевдо сплавов ВНЖ, ВНЖК это порядка 95÷99% от теоретической плотности. Были получены образцы в количестве 12-15 штук за один час. В тоже время на известной установке можно было изготовить изделий порядка 6 штук.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет повысить производительность труда более чем в 2 раза.