Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов

Полезная модель относится к области порошковой металлургии и может быть использована при производстве изделий из порошковых материалов, в частности топливных таблеток для атомных реакторов, химической и других отраслях промышленности.
2
3
Известно устройство для электроимпульсного прессования порошка, описанное в патенте на полезную модель №181536 (Устройство для электроимпульсного прессования электропроводных порошков, от 23.03.2018). Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала (AlO), верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижней плите.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу и зажатую в стальную металлическую обойму, поджимается составными пуансонами сверху и снизу. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от нагружающего устройства через шток. После чего, от импульсного источника тока на засыпку порошка подают импульс тока. Импульс разрядного тока, протекая через поджатый порошок, разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец.
2
3
В этой установке матрица в этой выполнена из AlO и получать в ней образцы из различных порошковых материалов можно только однократно. Кроме того, загрузка порошка в матрицу с обоймой осуществляется вне зоны прессования, а затем она с порошком, верхним и нижним пуансонами с опорами вставляется в пластину и устанавливается на нижнее основание под шток пресса. Это требует значительных усилий, чтобы точно попасть пазами на обойме матрицы в пластину, придерживая при этом верхний и нижний пуансон с опорами.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка (патент на полезную модель №188873, опубликовано 25.04.2019, «Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов»). Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала (оксинитрид алюминия-кремния SiAlON), верхний подвижный пуансон с верхней опорой, расположенный под штоком, нижний неподвижный пуансон с нижней опорой, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижней плите.
Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу и зажатую в металлическую обойму, поджимается пуансонами сверху и снизу. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от нагружающего устройства через шток. После чего, от импульсного источника тока на засыпку порошка подают импульс тока. Импульс разрядного тока, протекая через поджатый порошок, разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец.
В этом устройстве матрица позволяет многократно получать образцы из порошковых материалов. Однако загрузка порошка в матрицу с обоймой осуществляется вне зоны прессования, а затем она с порошком, верхним и нижним пуансонами с опорами вставляется в пластину и устанавливается на нижнее основание под шток пресса. Такие действия требует значительных усилий, чтобы точно попасть пазами на обойме матрицы в пластину, придерживая при этом верхний и нижний пуансон с опорами. Особенно это вызывает большие трудности, когда такая операция проделывается в перчаточном боксе при работе с радионуклидными порошками.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства, позволяющее упростить и сократить процесс загрузка порошка в матрицу при электроимпульсном прессования порошковых материалов в многоразовой матрице.
Техническим результатом заявленного устройства является создание изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получения образцов с необходимыми характеристиками, упрощением и сокращением процесса загрузки порошка в матрицу при электроимпульсном прессования порошковых материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования порошковых материалов, включающее импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон с верхней опорой, расположенный под штоком, нижний неподвижный пуансон с нижней опорой, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижней плите, согласно изобретению, на пластине равноудаленно от ее поперечной оси дополнительно закреплены две направляющих полосы для фиксированной установки обоймы с матрицей в пластину, кроме того, на нижней плите установлена подставка под нижний пуансон с нижней опорой, высотой равной высоте нижнего основания, а на направляющих для втулок и нижнем пуансоне надеты упругие кольца для фиксации матрицы с нижним пуансоном и опорой на высоте нижнего основания и не препятствующие движению матрицы при уплотнении, при этом длина направляющих полос равна 3D<L<4D, где D - диаметр обоймы с матрицей.
Такая усовершенствованная конструкция устройства позволяет зафиксировать обойму с матрицей и нижнем пуансоном с нижнем основанием на требуемой высоте, засыпать в матрицу порошок и сдвигая ее по направляющим полосам, вставить в пластину в зоне уплотнения под шток пресса. Это позволяет значительно сократить время на получения готового изделия и повысить производительность труда.
На фиг. 1 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов вид спереди.
На фиг. 2 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов вид сбоку.
На фиг. 3 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов вид сверху.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов. Оно включает импульсный источник энергии 1, верхний подвижный пуансон 2 и нижний неподвижный пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в нижнюю опору 4, которая помещена на нижнее основание 5, находящееся на нижней плите 6. Верхний подвижный пуансон 2 вставлен в верхнюю опору 7 и электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 8, надетыми на крепление стойки 9. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства 10 (пневмопресса) через шток 11, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 12. Электропроводный порошок 13 помещают в керамическую матрицу 14, выполненную из сиалона и зажатую в металлическую обойму 15. На нижней плите 6 установлены двое направляющих 16 и 17, на которые надеты втулки 18 и 19, соединенные с пластиной 20. На пластине 20 дополнительно снизу закреплены две направляющих полосы 21 и 22 равноудаленно от ее поперечной оси, по которым может скользить обойма 15 с матрицей и вставляться в пластину 20. Кроме того на нижней плите 6 установлена подставка 23, высотой равной высоте нижнего основания 5, под нижний пуансон 3 с нижней опорой 4, а на направляющих 16, 17 и нижнем пуансоне 3 надеты упругие кольца 24, 25 и 26, например из вакуумной резины, для фиксации матрицы с нижнем пуансоном и опорой на высоте нижнего основания 5.
Устройство работает следующим образом. С помощью упругих колец 24 и 25 на направляющих 16 и 17 на необходимой высоте устанавливаются втулки 18 и 19 с пластиной 20, на которой снизу закреплены две направляющих полосы 21 и 22 (фиг. 2). Обойма 15 с матрицей 14, с вставленным в нее нижним пуансоном 3 с нижней опорой 4, помещается на край полос 21 и 22 и подставку 23 (фиг. 3). Глубина вхождения нижнего пуансона 3 в матрицу 14 фиксируется упругим кольцом 26. Порошок электропроводного материала 13 засыпается в матрицу 14, зажатую в обойму 15. Сверху в матрицу 14 вставляется верхний пуансон 2 с верхней опорой 7. После этого, вся эта сборка: матрица с порошком, обоймой и пуансонами по полозьям 21 и 22 сдвигается и вставляется в пластину 20. Затем запускается пневмопресс 10. Шток 11 опускается и порошок 13 поджимается пуансонами 2 и 3 (фиг. 1). Включается импульсный источник энергии 1, в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый порошок 13, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 9 от нагружающего устройства 8, совершает перемещение вниз. Обойма 15 вместе с матрицей 14 и засыпкой порошка 13, также начинают двигаться вниз, происходит его уплотнение. Затем матрица с полученным образцом извлекается из пластины и производится выпрессовка образца.
При длине полос L<3D матрица при засыпки порошка будет находится слишком близко к штоку под верхней плитой, что сильно затрудняет наполнение матрицы порошком, а при длине полос L>4D матрица далеко находится от зоны уплотнения, что может затруднить ее передвижения по полосам.
Такая конструкция предложенной установки позволяет упростить и сократить процесс загрузка порошка в матрицу при электроимпульсном прессования порошковых материалов в многоразовой матрице. Это существенно сокращает время получения готового образца.
Предлагаемое устройство было опробовано при получении таблеток из нитрида циркония. Были получены образцы требуемой плотности в количестве 12 штук за один час. В тоже время на известной установке можно было изготовить изделий порядка 5 штук.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет повысить производительность труда более чем в 2 раза.