УСТАНОВКА ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ С НАГРЕВОМ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ
INSTALLATION OF HYDROSTATIC PRESS WITH OPERATING ENVIRONMENT HEATING

Изобретение относится к оборудованию для прессования под высоким давлением, в частности к гидравлическим прессам, предназначенным для компактирования и спекания порошковых и гранулированных материалов с нагревом рабочей среды.
Известна установка гидростатического прессования с нагревом рабочей среды, включающая рабочий контейнер, нагревательное устройство для рабочей жидкости, гидропривод, системы высокого давления, охлаждения и управления (см. напр. патент РФ 2520301, МПК В30В 11/00, B22F 3/15, опубл. 20.02.2014).
Недостатком известного технического решения является расположение нагревательного устройства в рабочем контейнере, что усложняет изготовление и эксплуатацию установки, нагрев и поддержание в заданном интервале температуры рабочей среды, что ведет соответственно к снижению качества прессования.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции установки гидростатического прессования с нагревом рабочей среды путем упрощения ее изготовления и эксплуатации, достижения равномерности нагрева и поддержания в заданном интервале температуры рабочей среды, что обеспечит повышение качества прессования.
Поставленная задача решается тем, что в установке для гидростатического прессования с нагревом рабочей среды, включающей рабочий контейнер, нагревательное устройство для рабочей среды, гидропривод и системы высокого давления, охлаждения и управления, нагревательное устройство содержит индукционный нагреватель, расположено вне рабочего контейнера и сообщено с последним гидравлическим трубопроводом, а рабочий контейнер выполнен с внутренней, промежуточной втулками и внешней рубашкой, при этом внутренняя втулка выполнена с винтовыми канавками на наружной поверхности для циркуляции сжатого воздуха или охлаждающей жидкости, а промежуточная втулка имеет гладкую внутреннюю поверхность, которая контактирует с наружной поверхностью внутренней втулки, и наружную поверхность, на которой смонтирована рубашка, с винтовыми канавками для циркуляции охлаждающей жидкости.
Поскольку нагревательное устройство содержит индукционный нагреватель, расположено вне рабочего контейнера и сообщено с последним гидравлическим трубопроводом, а рабочий контейнер выполнен из внутренней и промежуточной втулок и внешней рубашки, при этом внутренняя втулка выполнена с винтовыми канавками на наружной поверхности для циркуляции сжатого воздуха или охлаждающей жидкости, а промежуточная втулка имеет гладкую внутреннюю поверхность, которая контактирует с наружной поверхностью внутренней втулки, и наружную поверхность, на которой смонтирована рубашка, с винтовыми канавками для циркуляции охлаждающей жидкости, обеспечивается упрощение изготовления и эксплуатации установки, достижение равномерности нагрева и поддержание в заданном диапазоне температуры рабочей среды с контролем температуры в области верхней и нижней пробок контейнера, что обеспечивает повышение качества прессования.
На графическом материале показана рабочая камера, вид сбоку в сечении.
Установка гидростатического прессования с нагревом рабочей среды содержит рабочий контейнер, выполненный из внутренней втулки 5, промежуточной втулки 4 и внешней рубашки 3. Внутренняя втулка 5 выполнена с винтовыми канавками на наружной поверхности для циркуляции сжатого воздуха или охлаждающей жидкости, а промежуточная втулка 4 имеет гладкую внутреннюю поверхность, которая контактирует с наружной поверхностью внутренней втулки 5, и наружную поверхность, на которой смонтирована рубашка 3, с винтовыми канавками для циркуляции охлаждающей жидкости. Рабочий контейнер сверху и снизу имеет, соответственно, верхнюю 1 и нижнюю 6 пробки, что позволяет образовать рабочий объем контейнера.
Нагревательное устройство для рабочей среды содержит индукционный нагреватель, расположено вне рабочего контейнера и сообщено с последним гидравлическим трубопроводом. Также в установку входят гидропривод и системы высокого давления, охлаждения и управления.
Рабочий контейнер размещен внутри рамы 7, которая представляет из себя рамную конструкцию, состоящую из двух стоек и двух полукруглых ригелей, верхнего и нижнего. Рама замотана с усилием по периметру стальной лентой 2 для предварительного напряжения в элементах рамы 7 и установлена на подвижную тележку, которая имеет возможность перемещаться по рельсовым направляющим. Для защиты последних от пыли, грязи и иных веществ и предметов предусмотрен защитный телескопический кожух.
Установка гидростатического прессования с нагревом рабочей среды работает следующим образом.
В рабочий контейнер помещают подвергающийся прессованию материал будущего изделия. В рабочий контейнер по гидравлическому трубопроводу подают рабочую среду и производят ее одновременный нагрев индукционным нагревателем. Для обеспечения в рабочем контейнере температуры рабочей среды, соответствующей температуре, при которой происходит процесс прессования, рабочая среда циркулирует по контуру «нагревательное устройство - рабочий контейнер» с отбором рабочей среды из рабочего контейнера. Выводное отверстие рабочего контейнера сообщено трубопроводом с нагревательным устройством. Подобное соединение и обеспечивает циркуляцию рабочей среды от нагревательного устройства к рабочему контейнеру и обратно в нагревательное устройство. Индукционный нагреватель обеспечивает быструю реакцию на управляющее воздействие по нагреву рабочей среды, задаваемое системой управления установкой. В процессе циркуляции подогретой рабочей среды происходит нагрев материала, который будет подвергаться прессованию. Контроль температуры рабочей среды в контейнере выполняется под изделием и над изделием. Для подъема давления рабочей среды в контейнере используется система высокого давления установки. Достигнув заданных техпроцессом температуры и давления, производятся процессы уплотнения, компактирования, спекания материала.
Поскольку рабочий контейнер состоит из внутренней 5 и промежуточной 4 втулок с винтовыми канавками и рубашки 3, установка обеспечена системой эффективного охлаждения рабочего контейнера, что обеспечивает энергоэффективность установки. Ввиду наличия циркуляции рабочей среды внутри контейнера и в рабочем контуре установки улучшается равномерность распределения температуры внутри контейнера. На наружной поверхности внутренней втулки 5 выполнены винтовые канавки с возможностью циркулирования сжатого воздуха или охлаждающей жидкости. Внутренняя втулка 5 закрыта промежуточной втулкой 4 с гладкой внутренней поверхностью. На наружной поверхности промежуточной втулки 4 выполнены винтовые канавки, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, и она закрыта рубашкой 3, которая выполнена с гладкими внутренней и внешней поверхностями.
Для предотвращения разрыва рабочего контейнера при подъеме давления на рубашке 3 выполнена намотка 2 высокопрочной стальной лентой с натягом, что создает предварительное сжимающее напряжение втулок 4 и 5. Установка промежуточной втулки 4 на внутреннюю 5 и рубашки 3 на промежуточную втулку 4 выполнено с натягом.
Воздух между внутренней 5 и промежуточной 4 втулками, находясь в канавках внутренней втулки 5, образует воздушную прослойку и препятствует передаче тепла от рабочей среды через внутреннюю втулку 5 к намотке 2, что создает условия для наиболее быстрого прогревания рабочей среды и материала, предназначенного для прессования и расположенного в рабочем контейнере, и обеспечивает эффективность предварительного сжимающего напряжения втулок 4 и 5, обеспечиваемого внешней намоткой 2.
Винтовые канавки на внешней поверхности внутренней втулки 5 минимизируют площадь контакта внутренней втулки 5 с поверхностью промежуточной втулки 4, существенно сокращая передачу тепла от рабочей среды в контейнере на промежуточную втулку 4. Винтовые канавки на внешней поверхности промежуточной втулки 4 также минимизируют площадь контакта промежуточной втулки 4 с рубашкой 3, что сокращает передачу тепла от рабочей среды. Таким образом, предложенная конструкция рабочего контейнера позволяет оптимизировать как процесс охлаждения путем одновременной циркуляции охлаждающей жидкости по канавкам внутренней 5 и промежуточной 4 втулок, так и процесс снижения потерь тепла из контейнера при одновременной циркуляции сжатого воздуха по канавкам внутренней втулки 5 и охлаждающей жидкости по канавкам промежуточной втулки 4, что и повышает качество готовых изделий после прессования.
С учетом изменения конструкции рабочего контейнера и выноса нагревательного устройства вне последнего расширились возможности системы управления установки гидростатического прессования.
Система управления смогла в полном объеме обеспечивать:
- нагрев и подъем давления до заданных параметров в ручном и автоматическом режимах;
- цифровую и графическую индикацию процессов;
- задачу режимов работы и сохранение режимов в файлах и перенос в архив;
- дистанционное управление;
- согласованную работу гидроприводов, систем нагрева и охлаждения;
- задание параметров рабочего давления среды и параметров ее нагрева независимо друг от друга;
Повышение давления возможно выполнять ступенчато, с выдержкой давления на каждой ступени.