УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ

Техническое решение относится к области порошковой металлургии, в частности, к устройствам для электроимпульсного прессования порошка и служит для изготовления изделий из электропроводных порошков или частиц.
Известна установка для электроимпульсного прессования порошков [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, вибратор, 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 практически необходимую плотность, из-за приложенного давления после пропускания импульса тока. Образцы с контролируемой высокой плотностью получить на этой установке достаточно проблематично.
Решением, наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для электроимпульсного прессования порошка [патент на полезную модель №146545 от 10.10.2014 г. Устройство 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, а на верхнем основании выставлены два упора, которые ограничивают движение вниз верхнего пуансона, стержни снизу имеют скошенные фаски и закреплены снизу на штоке, электроизолированы от него, проходят через отверстия в пластине и нижнем основании, при этом стержни позволяют раздвигать две металлические прокладки с двумя полукруглыми отверстиями, которые установлены между нижнем пуансоном и нижнем основанием.
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 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, начинает перемещение вниз вместе с обоймой, матрицей и засыпкой порошка. Также вниз начинают двигаться стержни, которые посредством фасок, находящихся на них начинают раздвигать прокладки. При дальнейшем перемещении вниз всех указанных выше деталей, прокладки и полностью раздвигаются, и нижний пуансон опускается между ними и перестает уплотнять засыпку порошка. В тоже самое время верхний шток упирается в упоры и дальнейшего уплотнения засыпки порошка не происходит. Таким образом после пропускания импульса тока высота засыпки уменьшается всего на 2÷3 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. Образцы с высокой плотностью получить на этой установке трудно.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющее изготавливать изделия с контролируемой высокой плотностью.
Техническим результатом заявленного устройства является создание изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получение образцов с повышенными характеристиками по сравнению с прототипом, а именно с более высокой плотностью.
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, стержни снизу имеют скошенные фаски и закреплены снизу на штоке, электроизолированы от него, проходят через отверстия в пластине и нижнем основании, отличающееся тем, что на нижнем основании дополнительно установлена центральная опора, два металлических упора и два металлических вкладыша с наклонными сторонами, причем стержни со скошенными фасками упираются во вкладыши с возможностью сдвигать их вдоль нижнего основания к центру по наклонным сторонам вкладыша и приподнимать нижний пуансон.
Эти дополнительные приспособления дают возможность перейти от схемы "псевдо двухстороннего" прессования (когда нижний пуансон неподвижен, а матрица надвигается на него) к схеме двухстороннего прессования (когда верхний и нижний пуансон двигаются навстречу друг другу). Это уменьшает трение порошка о стенки матрицы при прессовании и позволяет увеличить про прессовку порошка и тем самым увеличить плотность изделия.
Устройство представлено на 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 по джига 5, систему управления 6, служащую для управления зарядкой и разрядкой батареи конденсаторов, верхний подвижный пуансон 7 и нижний пуансон 8. Нижний пуансон 8 опирается 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. Эта пластина соединена с обоймой 18 и через которую проходят два стержня 26 и 27, на которых имеются фаски и которые закреплены на торце штока 10 через электроизоляционную пластину. Между нижнем пуансоном 8, установленным на металлическом цилиндре 28 и нижнем основанием 9 уставлены: центральная опора 29, два металлических упора 30 и два металлических вкладыша 31, каждые из которых имеют наклонные стороны. Скошенные фаски стержней 26 и 27 упираются во вкладыши 31 и могут сдвигать их.
Устройство работает следующим образом.
На нижнее основание 9 помещают центральную опору 29, два металлических упора 30 и два металлических вкладыша 31 толщиной 8-10 мм с наклонными сторонами. (Фиг. 2). Металлические вкладыши 31 раздвигают до касания их с фасками стержней 26, 27. На металлические вкладыши 30 помещают металлический цилиндр 28 с нижним пуансоном 8. 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 12.
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 своими фасками сдвигать металлические вкладыши 31, а те в свою очередь сдвигают два металлических упора 30, которые упираясь в центральную опору 29 выдавливаются вверх и приподнимают металлический цилиндр 28 с нижним пуансоном 8. (Фиг. 3).
Таким образом, осуществляется схема двух стороннего прессования. Пропрессовка порошка идет существеннее, и получаемые образцы имеют большую плотность, чем у образцов, получаемых на известной установке. При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (центральной опоры, металлических упоров и вкладышей стержней) засыпка порошка уплотнялась бы меньше и ее плотность была бы ниже.
Проведенное электроимпульсное прессование порошка карбонильного Fe с помощью описанного устройства позволило получать изделия с плотностью 97-99% от теоретической, в тоже время плотность изделий поучаемых на известной установке была 95-97%.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет получать изделия с более высокой контролируемой плотностью.