Устройство для прессования гетерофазных порошковых смесей

Полезная модель относится к порошковой металлургии и, в частности, к регистрирующим устройствам при прессовании металлического порошка и может быть использована, в частности, при регистрации и количественном определении бокового давления в процессах прессования высокоплотных порошковых гетерофазных механических смесей в конической матрице при реализации интенсивных сдвиговых деформаций по типу "тающей" оснастки (см В.Н. Кокорин, А.И. Рудской, В.И. Филимонов, С.Ю. Кондратьев, Е.М. Булыжев. Теория и практика процесса прессования гетерофазных увлажненных механических смесей на основе железа. - Ульяновск: УлГТУ, 2012. - 236 с.).
Известно устройство для определения бокового давления при осевом прессовании механических смесей с наличием жидкой фазы (см. Патент на полезную модель №95577 РФ. Устройство для определения бокового давления при осевом прессовании механических смесей с наличием жидкой фазы / Кокорин В.Н., Груздев Д.П., Митюшкин А.А., Сизов Н.А. - Опубл. 17.07.2010. Бюл. №19), содержащее матрицу, пуансон, тензодатчики сопротивления. Матрица выполнена пятигранной, в каждой грани выполнены сквозные цилиндрические отверстия, в которые установлены с зазором гладкие стержни, осуществляющие горизонтальные перемещение под действием силового давления уплотняемой увлажненной смеси в горизонтальном направлении за счет радиальной составляющей деформирующего давления. К стержням подведены упругие стойки с прикрепленными тензодатчиками сопротивления. Недостатками данного устройства являются:
в
м
в
dм
- значительная погрешность измерения бокового давления при использовании конической цельной матрицы ввиду значительной длины сквозных цилиндрических отверстий и установленных в них с зазором гладких стержней, что определяется условием обеспечения достаточной прочности матрицы (внешний диаметр матрицы D должен превышать внутренний рабочий диаметр матрицы d в соответствии с отношением: D≥3 (см Оборудование предприятий порошковой металлургии: учебник для вузов / С.С. Кипарисов, О.В. Падалко. – М.: Металлургия, 1998. - 448 с.).
Уплотняемая пастообразная, состоящая из металического порошка и воды механическая смесь создает условия образования в зазоре затрудненного перемещения стержней с созданием гидравлического затвора (см. Патент №2399458 РФ. Способ прессования высокоплотных заготовок и деталей из металлического порошка в присутствии жидкой фазы / В.Н. Кокорин. - Опубл. 2010. Бюл. №26), что вносит существенные искажения в регистрируемую величину бокового давления за счет налипания смеси.
Это устройство принято за аналог. У аналога и заявленной полезной модели имеются следующие сходные признаки:
- осевое нагружение производится с помощью деформирующего пуансона;
- боковое давление воспринимается боковой стенкой матрицы.
Недостатками данного устройства являются:
- значительная погрешность измерения бокового давления при использовании цельной конической рабочей части матрицы ввиду: существенной жесткости боковой стенки матрицы, малой величины ее упругого прогиба; залипания пастообразной механической уплотняемой смеси в зазоре между стержнями и горизонтальными каналами в матрице с возможностью создания условий гидравлического затвора; и, как следствие, необходимость использования высокоточных тензористов, что существенно снижает конструктивную целесообразность данного устройства.
Известно устройство для измерения давления и, в частности, бокового давления, включающее жесткую пресс-форму и тензодатчик (один), наклеенный на внешнюю стенку матрицы (см Д.И. Алейкин, Е.И. Костина, Н.Н. Кузнецова. Датчики контроля и регулирования. Справочные материалы. Машгиз, 1965), содержащее жесткую пресс-форму (цельную гладкую матрицу и пуансон) с наклеенным на боковую поверхность матрицы тензодачиком, регистрирующим механический упругий прогиб стенки матрицы.
Недостатками данного устройства являются:
- значительная погрешность измерения бокового давления при использовании цельной конической рабочей части матрицы ввиду: существенной жесткости боковой стенки матрицы, малой величины ее упругого прогиба; и, как следствие, необходимость использования высокоточных тензорезисторов, что существенно снижает конструктивную целесообразность данного устройства.
Это устройство принято за прототип. У прототипа и заявленной полезной модели имеются следующие сходные существенные признаки:
- осевое нагружение производится с помощью деформирующего пуансона;
- боковое давление воспринимается боковой стенкой матрицы;
- тензодатчики наклеены на боковую внешнюю поверхность матрицы.
Использование дифференцированного (постадийного) внешнего контура матрицы, включающего трехступенчатую часть с наклеенными на них тензодатчиками сопротивления, позволяет точно регистрировать изменение силового радиального режима уплотнения в конической матрице под действием интенсивных сдвиговых деформаций.
Технический результат заключается в обеспечении точной регистрации силового радиального режима уплотнения в конической матрице под действием интенсивных сдвиговых деформаций при прессовании гетерофазных порошковых смесей.
Особенностью является то, что матрица выполнена с внутренней гладкой заходной цилиндрической рабочей частью, внутренней конической рабочей частью и внешней поверхностью, соответствующей внутренней конической рабочей части, выполненной трехступенчатой из размещенных по высоте концентричных цилиндрических ступеней, а внешняя поверхность матрицы цилиндрической рабочей части выполнена гладкой в соответствии с заходной рабочей частью, причем на поверхности каждой цилиндрической ступени матрицы установлен тензодатчик сопротивления, а на внешней поверхности цилиндрической рабочей части матрицы установлены два тензодатчика сопротивления.
Необходимость использования трехступенчатой матрицы с наклеенными на ступени тензодатчиками сопротивления только на внешнем контуре матрицы в соответсвии с конической рабочей частью матрицы обусловлена необходимостью уменьшения внешних диаметров ступеней матрицы; горизонтальной, по нормали к стенке, соответствующим градиенту интенсивных сдвиговых деформаций уплотняемой увлажненной смеси на третьей, четвертой и пятой стадиях уплотнения; на внешнем контуре цилиндрической части матрицы интенсивный сдвиг отсутствует и происходит только двухэтапная структурная деформация.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция устройства для определения бокового давления, на фиг. 2 представлена схема расположения тензодатчиков сопротивления, на фиг. 3 представлен тензодатчик сопротивления.
Устройство содержит матрицу 1, конструктивно выполненную: трехступенчатой по внешнему контуру, соответсвующему по высоте конической рабочей части матрицы, на каждую из концентричных цилиндрических ступеней установлен тензодатчик 2 (один) сопротивления; внешний контур которой соответствует внутренней гладкой заходной части матрицы 1, на которую установлены тензодатчики 2 (два) сопротивления.
Работа устройства заключается в следующем: увлажненную механическую смесь подают в заходную гладкую полость матрицы 1. Прессование осуществляется пуансоном 3 по схеме статического одностороннего нагружения. Под действием осевого усилия (давления q) металл основы (дискретные порошковые частицы) передает давление в горизонтальной плоскости; жидкая фаза, входящая в состав увлажненного порошка, за счет лапласовского давления также оказывает силовое давление в горизонтальном направлении.
Происходит регистрация и фиксирование величины бокового давления на первых двух этапах уплотнения. При дальнейшем опускании пуансона 3 осуществляется нагружение и регистрация бокового давления на последующих стадиях прессования (третьей, четвертой и пятой).
Заявляемая полезная модель отрицательных воздействий на состояние окружающей среды не несет.