Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для электроимпульсного прессования порошка

Изобретение 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 порошка [А.С. №822991 Установка для электроимпульсного прессования изделий из порошка, опубликовано 23.04.1981 г.] Устройство включает в себя два импульсных источников энергии. Первый из которых состоит из выпрямителя, конденсаторной батареи, электрического разрядника, выполняющего роль ключа для замыкания электрической цепи, а также индуктора, плиты толкателя, матрицы и пуансонов. Второй импульсный источник энергии также состоит из другой конденсаторной батареи, другого выпрямителя и другого электрического разрядника, причем вторая батарея электрически соединена с нижним пуансоном, а разрядник - с верхним пуансоном.

При прохождении импульса разрядного тока от одного импульсного источника через порошок он разогревается. Через некоторый промежуток времени (порядка 10^-3-10^-1 секунды) включается второй импульсный источник энергии, который наводит магнитное поле вблизи индуктора. Этот индуктор взаимодействует с плитой толкателем и генерирует в ней электромеханическое усилие. Импульс давления, распределенный по поверхности плиты, передается через пуансон на прессуемый порошок, в результате чего происходит его уплотнение. Полученные на этой установке образцы часто имеют недостаточную плотность, из-за низкой первоначальной плотности засыпки порошка.

Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка [Патент на полезную модель №173938, Устройство для электроимпульсного прессования порошка, опубликовано 20.09.2017]. Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, нагружающее устройство, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, который проходит через верхнее основание, нижний пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя стержнями и двумя и втулками, на которой закреплена обойма с матрицей с засыпкой порошка, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих установленных на нижнем основании, а также дополнительный импульсный источник энергии с индуктором и плитой толкателем, расположенной снизу нижнего основания и которая может перемещать нижний пуансон вверх через отверстие в нижней плите, причем основной импульсный источник энергии соединен с засыпкой порошка, а дополнительный источник энергии с индуктором.

Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу и зажатую в металлическую обойму, поджимается нижним и верхним пуансонами. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от пневмопресса через шток. Включаются импульсные источники энергии, и в них накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от первого импульсного источника через поджатый порошок, который разогревает его. В этот промежуток времени, верхний подвижный пуансон, являющийся продолжением штока, совершает перемещение вниз. Обойма вместе с матрицей и засыпкой порошка также начинают двигаться вниз, происходит уплотнение порошка. Кроме того, через некоторое время (порядка 1 секунды) пропускают импульс тока от дополнительного импульсного источника через индуктор, в результате чего плита-толкатель отталкивается от него и дополнительно снизу ударяет по нижней опоре вместе с нижнем пуансоном. Происходит дополнительное прессующее воздействие на уплотняемый порошок и получается плотное изделие.

Однако четко синхронизировать включение дополнительного источника энергии через индуктор в нужное время на этой установки не удается, что часто приводит к недостаточной высокой плотности изготавливаемых образцов.

В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющее изготавливать изделия со стабильной высокой плотностью.

Техническим результатом заявленного устройства является создание нового изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получение образцов с повышенными характеристиками, чем у прототипа, а именно с более высокой плотностью.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования порошка, включающее, два импульсных источников энергии, нагружающее устройство, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, который проходит через верхнее основание, нижний пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя стержнями и двумя и втулками, на которой закреплена обойма с матрицей с засыпкой порошка, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих установленных на нижнем основании, индуктор с плитой толкателем, расположенной снизу нижнего основания, которая может перемещать нижний пуансон вверх через отверстие в нижней плите, причем первый импульсный источник энергии соединен с засыпкой порошка, а второй источник энергии с индуктором, отличающееся тем, что устройство дополнительно имеет штангу, установленную на верхнем основании, на которой закреплен концевой выключатель на заданной высоте и соединенный с системой управления второго источника, а на штоке закреплена пластина в виде выступа, которая может замыкать или размыкать концевой выключатель.

Устройство представлено на чертеже фиг. 1. Оно включает первый импульсный источник энергии 1 (состоящий из высоковольтного трансформатора, выпрямителя, конденсаторной батареи, электрического разрядника, выполняющего роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига, системы управления, служащую для управления зарядкой и разрядкой батареи конденсаторов), верхний пуансон 2 и нижний пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в опору 4, которая помещена на плиту 5. Опора 4 электроизолирована от плиты 5 изоляционным фланцем 6. Верхний пуансон 2 электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 7, надетыми на крепление стойки 8. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства (пневмопресса 9) через шток 10, который проходит через вернее основание 11. Пневмопресс 9 и шток 10 изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 12. Электропроводный порошок 13 помещают в матрицу 14 из электроизолирующего материала, зажатую в металлическую обойму 15. На плите 5 установлены двое направляющих 16 и 17 с пружинами 18 и 19, на которые надеты втулки 20 и 21, соединенные с пластиной 22. Эта пластина соединена с металлической обоймой 15. Снизу плиты 5 установлен магнитный индуктор 23, над которой расположена плита-толкатель 24. Эта плита-толкатель через изолирующую пластину 25 упирается в опору 4. Магнитный индуктор 23 подключен к о второму импульсному источнику тока 26. На верхнем основании 11 установлена штанга 27, на которой закрепляется концевой выключатель 28, соединенный с системой управления второго импульсного источника 26. На штоке 10 закреплена пластина 29 в виде выступа, которая может замыкать или размыкать концевой выключатель 28.

Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала 13, заключенный в керамическую матрицу 14 и зажатую в металлическую обойму 15, поджимается пуансонами 2 и 3. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 9 через шток 10. Включаются импульсные источники энергии 1 и 26 и в них 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 шток 10 вместе с верхнем пуансоном 2 начинает совершать перемещение вниз. Обойма 15 вместе с матрицей 14 и засыпкой порошка 13 также начинают двигаться вниз, порошок начинает уплотнятся. Кроме того, пластина 29 установленная на штоке 10, также начинает движение вниз и замыкает или размыкает выключатель 28, закрепленный на штанге 27. Сигнал от выключателя 28 подается на систему управления импульсного источника 26, разряд которого подается на индуктор 23. В результате чего плита-толкатель 24 отталкивается от него и дополнительно снизу ударяет по нижней опоре 4 вместе с нижнем пуансоном 3. Происходит дополнительное прессующее воздействие на разогретый уплотняемый порошок. Вследствие чего плотность изготавливаемого образца получается несколько выше.

Представленное устройство позволяет четко синхронизировать включение второго источника энергии через индуктор в нужное время. При запуске второго источника тока одновременно с первым источником приводило бы к тому, что дополнительное прессующее воздействие происходило еще на недостаточно разогретый порошок, что не давало бы увеличения плотности получаемого образца. При запуске второго источника тока свыше 2 и более секунд после основного источника тока, дополнительное прессующее воздействие происходило бы уже на остывающий образец и плотность получаемого изделия была бы не высокой. Следовательно необходимо включать дополнительный источник в такой момент, когда засыпка порошка наиболее разогрета. Это происходит во время начала движения штока вниз после разогрева засыпки порошка от первого источника тока. Установив концевой выключатель на штанге, так чтобы он включался сразу после начала движения штока вниз, достигаем нужной синхронизации включения дополнительного источника тока.

При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (штанга, концевой выключатель, пластина в виде выступа, которая может замыкать или размыкать этот концевой выключатель) воздействующее давление на уплотняемый порошок было бы меньше, и плотность получаемого изделия была бы ниже. Проведенное электроимпульсное прессование порошка твердого сплава ВК10, с помощью описанного устройства, позволило получать изделия с плотностью 98-99% от теоретической, в тоже время плотность изделий поучаемых на известной установке была 96-97%.

Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет четко синхронизировать включение второго источника энергии через индуктор в нужное время и получать изделия с более высокой контролируемой плотностью.