Устройство для электроимпульсного прессования порошка

Техническое решение относится к области порошковой металлургии, в частности, к устройствам для электроимпульсного прессования порошка и служит для изготовления плотных изделий из электропроводных порошков или частиц.
Известна установка для электроимпульсного прессования порошка [А.С. №822991 Установка для электроимпульсного прессования изделий из порошка, опубликовано 23.04.1981 г.] Устройство включает в себя два импульсных источников энергии. Первый из которых состоит из выпрямителя, конденсаторной батареи, электрического разрядника, выполняющего роль ключа для замыкания электрической цепи, а также индуктора, плиты толкателя, матрицы и пуансонов. Второй импульсный источник энергии также состоит из другой конденсаторной батареи, другого выпрямителя и другого электрического разрядника, причем вторая батарея электрически соединена с нижним пуансоном, а разрядник - с верхним пуансоном.
-3
-1
При прохождении импульса разрядного тока от одного импульсного источника через порошок он разогревается. Через некоторый промежуток времени (порядка 10 - 10 секунды) включается второй импульсный источник энергии, который наводит магнитное поле вблизи индуктора. Этот индуктор взаимодействует с плитой толкателем, генерирует в ней электромеханическое усилие. Импульс давления, распределенный по поверхности плиты, передается через пуансон на прессуемый порошок, в результате чего происходит его уплотнение. Полученные на этой установке образцы часто имеют недостаточную плотность, из-за низкой первоначальной плотности засыпки порошка.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка [патент РФ на полезную модель №173938 от 10.03.2017, «Устройство для электроимпульсного прессования порошка»]. Это устройство включает в себя два импульсных источника энергии (конденсаторные батареи, электрические разрядники), металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, который проходит через верхнее основание, нижний пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя стержнями и двумя и втулками, на которой закреплена обойма с матрицей с засыпкой порошка, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, индуктор с плитой толкателем, расположенной снизу нижнего основания и которая может перемещать нижний пуансон вверх через отверстие в нижней плите, причем один из импульсных источников энергии соединен с засыпкой порошка, а другой источник энергии с индуктором.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу и зажатую в металлическую обойму, поджимается пуансонами. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от пневмопресса через шток. Включаются импульсные источники энергии, и в них накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от одного из импульсных источников через поджатый порошок, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон, являющийся продолжением штока, совершает перемещение вниз. Обойма вместе с матрицей и засыпкой порошка также начинают двигаться вниз, происходит уплотнение порошка. Кроме того, через некоторое время (порядка 1 секунды) пропускают импульс тока от другого импульсного источника через индуктор. В результате чего плита-толкатель отталкивается от него, и дополнительно снизу ударяет по нижней опоре вместе с нижнем пуансоном, происходит дополнительное прессующее воздействие на уплотняемый порошок. Вследствие чего плотность изготавливаемого образца получается весьма высокой.
Однако при компактизации трудно прессуемых материалов, таких как карбиды, нитриды и твердые сплавы, тяжелые вольфрамовые псевдосплавы ВНЖ, ВНЖК с соотношением высоты образца к его диаметру больше единицы (высокий образец), приложенного давления оказывается недостаточно, и плотность изготавливаемых образцов получается недостаточно высокой.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющее изготавливать изделия с контролируемой высокой плотностью, для образцов с соотношением его высоты к его диаметру больше единицы (высокий образец).
Техническим результатом заявленного устройства является создание нового изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получение образцов с повышенными характеристиками, чем у прототипа, а именно с более высокой плотностью.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования порошка, включающее, два импульсных источника энергии, нагружающее устройство, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, который проходит через верхнее основание, нижний пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя стержнями и двумя и втулками, на которой закреплена обойма с матрицей с засыпкой порошка, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, индуктор с плитой толкателем, причем плита с толкателем расположена снизу нижнего основания и имеет возможность перемещать нижний пуансон вверх через отверстие в нижнем основании, что в среднюю часть штока вставлена рамка, в которой размещен верхний дополнительный индуктор с плитой толкателем, и которая может перемещать верхний пуансон через отверстие в нижней части рамки, причем верхний индуктор соединен с третьим дополнительным источником энергии.
Устройство представлено на чертеже (фиг. 1). Оно включает импульсный источник энергии 1 (состоящий из высоковольтного трансформатора, выпрямителя, конденсаторной батареи, электрического разрядника, выполняющего роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига, системы управления, служащую для управления зарядкой и разрядкой батареи конденсаторов), верхний пуансон 2 и нижний пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в опору 4, которая помещена на плиту 5. Опора 4 электроизолирована от плиты 5 изоляционным фланцем 6. Верхний пуансон 2 электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 7, надетыми на крепление стойки 8. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства (пневмопресса 9) через шток 10, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 11. Электропроводный порошок 12 помещают в матрицу 13 из электроизолирующего материала, зажатую в металлическую обойму 14. На плите 5 установлены двое направляющих 15 и 16 с пружинами 17 и 18, на которые надеты втулки 19 и 20, соединенные с пластиной 21. Эта пластина соединена с металлической обоймой 14. Снизу плиты 5 установлен магнитный индуктор 22, над которой расположена плита-толкатель 23. Эта плита-толкатель через изолирующую пластину 24 упирается в опору 4. Магнитный индуктор 22 подключен к другому импульсному источнику тока 25. В среднюю часть штока вставлена рамка 26, в которой размещен верхний дополнительный индуктор 27 с плитой толкателем 28, и которая может перемещать верхний пуансон через отверстие в нижней части рамки, причем верхний индуктор соединен с третьим дополнительным источником энергии 29.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала 12, заключенный в керамическую матрицу 13 и зажатую в металлическую обойму 14, поджимается пуансонами 2 и 3. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 9 через шток 10. Включается импульсные источники энергии 1, 25, 29 и в них накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый порошок, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 10 нагружающего устройства 9, совершает перемещение вниз. Обойма 14 вместе с матрицей 13 и засыпкой порошка 12 также начинают двигаться вниз, происходит уплотнение порошка. Кроме того, через некоторое время (порядка 1 секунды) пропускают импульс тока от импульсного источника 25 через индуктор 22, в результате чего плита-толкатель 23 отталкивается от него и дополнительно снизу ударяет по нижней опоре 4 вместе с нижнем пуансоном 3. Также в это время от импульсного источника 29 через индуктор 27 пропускают импульс тока, в результате чего плита-толкатель 28 отталкивается от него и дополнительно сверху ударяет по штоку 10 вместе с верхним пуансоном 2. Происходит дополнительное прессующее воздействие на уплотняемый порошок сверху. Вследствие чего пропрессовка порошка сверху происходит более выражено и плотность изготавливаемого образца, особенно при соотношении его высоты к диаметру более единицы, будет несколько выше.
При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (дополнительный источник тока, индуктор, плита толкатель, рамка) воздействующее давление на уплотняемый порошок было бы меньше и плотность получаемого изделия была бы ниже. Проведенное электроимпульсное прессование порошка твердого сплава WC 6, вольфрамовых псевдосплавов ВНЖ, ВНЖК с помощью описанного устройства, позволило получать изделия, особенно при соотношении его высоты к диаметру более единицы, с плотностью 95-99% от теоретической, что на 0,3-0,7% выше, чем у изделий, поучаемых на известной установке.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет увеличить прикладываемое давление на порошок и получать изделия с более высокой контролируемой плотностью.