УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКА

Полезная модель 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 порошков [А.С. №801374 от 01.01. 1981 г. Устройство для электроимпульсного прессования порошка.] Устройство включает высоковольтный трансформатор, выпрямитель, конденсаторную батарею, электрический разрядник, выполняющий роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига, систему управления, служащую для управления зарядкой батареи конденсаторов, верхний подвижный пуансон и нижний неподвижный пуансон, нагружающее устройство (пневмопресс). 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 часто имеют низкое качество боковой поверхности, из-за припекания керамической матрицы к образцу.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка, включающее конденсаторную батарею, электрический разрядник, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании. Верхний пуансон содержит винтовую несамотормозящуюся резьбу, шаг которой совпадает с вкладышем на металлической обойме [А.С. №1003450 от 09.11. 1982 г. Устройство для электроимпульсного прессования порошка].
Устройство работает следующем образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в обойме, поджимается пуансонами, усилие на верхний пуансон передается от нагружающего устройства. С помощью системы управления включается высоковольтный трансформатор и через выпрямитель осуществляется зарядка конденсаторной батареи. При достижении на батареи некоторого 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 результате из-за инертности нагружающего устройства в течение некоторого интервала времени отсутствует статическая нагрузка на образец. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон, являющийся продолжением штока нагружающего устройства, совершает поступательное движение до тех пор, пока не появится прежняя статическая нагрузка на образец. Причем та часть цилиндрической поверхности пуансона, на которой имеется винтовая резьба, входя в несамотормозящуюся пару, посредством которой поступательное движение верхнего пуансона преобразуется во вращательное движение вкладыша, что в свою очередь приводит к вращению металлической обоймы и зажатой в ней диэлектрической матрицы. Таким образом, во время электроимпульсного прессования осуществляется вращение матрицы из диэлектрического материала вокруг собственной оси совпадающей с осью пуансонов, что устраняет возможность взаимодействия частиц порошка с материалом матрицы.
Однако на известной установке зона прессования и зона остывания полученного образца в керамической матрице происходит в одном и том же месте, то все равно при получении образцов из тугоплавких порошковых материалов (W, Mo, Cr и др.) происходит схватывание получаемого изделия с материалом матрицы, что значительно затрудняет его извлечение. Матрица становится непригодной для дальнейшей работы.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства для электроимпульсного прессования порошка, повышающее долговечность керамической матрицы, улучшающее извлечения образца и повышающее качество его боковой поверхности.
Технический результат заявленного устройства позволяет повысить качество изделий и способствует экономии материалов, используемых при изготовлении матрицы.
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, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено по меньшей мере двумя составными рычагами, которые закреплены сверху на фланце, установленном на штоке, а снизу на опорах, установленных на нижнем основании, причем составные рычаги соединены с опорами, фланцем и между собой с помощью подвижных осей, при этом свободные концы нижней части рычагов упираются в нижнее основание обоймы с возможностью скольжения вдоль нее для осуществления вертикального перемещения матрицы на высоту получаемого 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 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 основание 9. Верхний подвижный пуансон 7 электрически изолирован от нижнего пуансона 8 изолирующими втулками 10, надетыми на крепление стойки 11. Давление Р к верхнему пуансону 7 прикладывается от нагружающего устройства (на чертеже не показано) через шток 12. Электропроводный порошок 13 помещают в матрицу 14 из электроизолирующего материала, зажатую в металлическую обойму 15. На фланце 16, закрепленном на штоке 12 закреплены верхние рычаги 18 и на опорах 17, установленных на нижнем основании 9, закреплены нижние рычаги 19. Эти рычаги 18 и19 соединены с опорами 17, фланцем 16 и между собой с помощью подвижных осей 20. Соотношение длины рычагов 18 и 19 и высоты опор 17 подобраны таким образом, чтобы сместить матрицу от места уплотнения образца до места его остывания на длину получаемого изделия.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала 13, заключенный в керамическую матрицу 14 и зажатую в металлическую обойму 15, поджимается пуансонами 7 и 8. Давление Р к верхнему пуансону 7 прикладывается от нагружающего устройства через шток 12. 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, при этом высота засыпки порошка уменьшается.
В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 7, являющийся продолжением штока 12 нагружающего устройства, вместе с фланцем 16 совершает перемещение вниз. Вниз также начинается двигаться обойма 15 вместе с матрицей 14 и засыпкой порошка 13, до тех пор пока нижние рычаги 20, закрепленные на опорах 17, не упрутся в нижнюю часть обоймы 15 с матрицей 14. При дальнейшем перемещении в низ штока 12 с верхним пуансоном 7 и фланцем 16 происходит давление верхних рычагов 18 на нижние 20. Нижние рычаги 19 поворачиваются в осях 20, упираются в нижнюю часть обоймы, скользят по ней и сдвигают вверх обойму 15 с матрицей 14, одновременно происходит до уплотнение порошковой засыпки. На фиг.2 показано положение матрицы с полученным изделием в окончательной стадии электроимпульсного прессования. При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (фланца, рычагов и опор) полученный образец оставался бы в центре матрицы (Фиг.3) и ее бы смещение не происходило. Таким образом, во время электроимпульсного прессования осуществляется смещение керамической матрицы от начальной высокотемпературной зоны разогрева в холодную зону на длину получаемого изделия, что повышает долговечность керамической матрицы, улучшает извлечение образца и повышает качество его боковой поверхности.
Проведенное электроимпульсное прессование порошка Cr с помощью описанного устройства позволило получать изделия с плотностью 97-99% от теоретической. Боковая поверхность изделий была гладкой и ровной. Керамическая матрица пригодна для дальнейшего использования и ее стойкость выросла в 1,5 раза.
Таким образом, заявленное устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет повысить качество изделий и способствует экономии материалов, используемых при изготовлении матрицы.