Установка для изостатического прессования изделий из порошковых материалов
Установка для изостатического прессования изделий из порошковых материалов широкой номенклатуры и высокого качества содержит силовую раму в виде колонн, установленных на основании и скрепленных верхней неподвижной плитой, нижнюю плиту со сквозным центральным отверстием, установленную над основанием с зазором с помощью промежуточных опор, пуансон, силовой гидроцилиндр, закрепленный в основании, жесткий составной контейнер, составной эластичный формующий элемент, подвижную траверсу, установленную на колоннах между верхней и нижней плитами. Установка снабжена дополнительным силовым гидроцилиндром, установленным на подвижной траверсе, причем траверса выполнена со сквозным центральным отверстием для штока дополнительного гидроцилиндра, а шток дополнительного гидроцилиндра жестко соединен с дополнительным пуансоном. Дополнительный гидроцилиндр может быть установлен на траверсе с зазором с помощью промежуточной опоры. Снизу подвижной траверсы соосно контейнеру может быть закреплен кольцевой прижим для фиксации и зажима контейнера. Составной эластичный формующий элемент может включать верхнюю и нижнюю части, выполненные в виде фигурных втулок.
Полезная модель относится к порошковой металлургии, а именно к установкам для изостатического прессования изделий из порошков с помощью эластичных сред, т.е. к установкам для эластостатического прессования, и может быть использована на металлургических и машиностроительных заводах, производящих изделия из порошков.
Известна пресс-форма для прессования изделий из сыпучих материалов (SU 873573, МПК B28B 3/00, опубликовано 30.11.83), включающая матрицу, ступенчатый пуансон с закрепленными на нем тягами и выталкиватель, связанный с тягами запорным механизмом, эластичный прессующий элемент, закрепленный в матрице. Недостатком пресс-формы является одностороннее нагружение, позволяющее получать изделия только простой формы.
Известна установка для изостатического формования порошков (патент США 3867077, МПК В30В 11/00; В30В 5/02, опубликовано 18.02.75). Установка содержит силовую раму в виде колонн, установленных на основании, верхнюю и нижнюю неподвижные плиты, пуансон, силовой гидроцилиндр, жесткий составной контейнер, составной эластичный формующий элемент, упор для контейнера, поворотный стол и механизм его поворота, механизм подъема поворотного стола, а также механизм перемещения упора. Недостатками данной установки являются сложность конструкции и одностороннее нагружение, поэтому номенклатура прессуемых изделий весьма ограничена.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату прессования является установка для изостатического прессования изделий из порошковых материалов (патент РФ на полезную модель 
88604, МПК B28B 3/02; B28B 7/10, опубликован 20.11.2009). Установка содержит силовую раму в виде колонн, установленных на основании и скрепленных верхней неподвижной плитой, нижнюю плиту со сквозным центральным отверстием, установленную над основанием с зазором с помощью промежуточных опор, пуансон, силовой гидроцилиндр, закрепленный в основании, жесткий составной контейнер, составной эластичный формующий элемент, подвижную траверсу, установленную на колоннах между верхней и нижней плитами. Недостатками прототипа являются ограничения по высоте и форме изделий из-за возможной неравномерности плотности, вызванной односторонним приложением нагрузки на прессуемый порошок, помещенный в составной эластичный формующий элемент. При прессовании высоких изделий, например, трубчатых изделий с большим отношением высоты к толщине стенки, из-за потерь на трение эластичного материала о стенки жесткого контейнера происходит падение давления по высоте изделия, что приводит к существенной неравномерности плотности изделия по высоте. Кроме того, при несимметричной неравномерной разгрузке происходит разрушение изделия, вызванное появлением в нем растягивающих напряжений. Указанные недостатки еще более явно проявляются при прессовании изделий сложной формы, например, ступенчатых втулок, стержней с буртами или ребрами и др. При одностороннем прессовании бурты на средней части втулки при разгрузке разрушаются эластичным формующим элементом.
Задачей полезной модели является создание установки для изостатического прессования изделий широкой номенклатуры и высокого качества за счет обеспечения двустороннего нагружения и разгрузки формующей эластичной среды. При двустороннем нагружении уменьшается влияние трения, а разгрузка происходит плавно и симметрично, следовательно, изделие не разрушается.
Поставленная задача решается следующим образом.
Установка для изостатического прессования изделий из порошковых материалов, содержащая силовую раму в виде колонн, установленных на основании и скрепленных верхней неподвижной плитой, нижнюю плиту со сквозным центральным отверстием, установленную над основанием с зазором с помощью промежуточных опор, пуансон, силовой гидроцилиндр, закрепленный в основании, жесткий составной контейнер, составной эластичный формующий элемент, подвижную траверсу, установленную на колоннах между верхней и нижней плитами, снабжена дополнительным силовым гидроцилиндром, установленным на подвижной траверсе, причем траверса выполнена со сквозным центральным отверстием для штока дополнительного гидроцилиндра, а шток дополнительного гидроцилиндра жестко соединен с дополнительным пуансоном. Дополнительный гидроцилиндр может быть установлен на траверсе с зазором с помощью промежуточной опоры. Снизу подвижной траверсы соосно контейнеру может быть закреплен кольцевой прижим для фиксации и зажима контейнера. Составной эластичный формующий элемент может включать верхнюю и нижнюю части, выполненные в виде фигурных втулок.
Благодаря вышеуказанной совокупности признаков существенно расширяются технологические возможности использования предлагаемой установки для изготовления заготовок широкой номенклатуры и высокого качества. Дополнительный силовой гидроцилиндр, установленный над подвижной траверсой, позволяет совместно с основным силовым гидроцилиндром плавно и независимо нагружать и разгружать как снизу, так и сверху эластичный формующий элемент, что снижает влияние трения, а, следовательно, позволяет прессовать изделия из порошков с более равномерным распределением плотности по высоте (в общем случае по объему). Двустороннее нагружение позволяет использовать более сложные схемы прессования порошковых материалов и за счет использования многосоставных формующих элементов получать изделия более широкой номенклатуры, например, ступенчатые стержни и втулки, стержни с фланцами или поперечными ребрами, фигурные втулки с поперечными ребрами.
Разноплотность получаемых на предлагаемой установке изделий не превышает 2-3% по высоте и 1,5-2% по диаметру. Габариты изделий зависят в основном, от рабочего пространства между нижней плитой и подвижной траверсой. На опытно-промышленной установке, сделанной на основе гидравлического пресса ПСУ-250, возможно получение порошковых изделий высотой до 600 мм и размерами в плане до 300 мм.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
Фиг. - принципиальная схема установки для изостатического прессования изделий из порошковых материалов (левая часть схемы - установка в исходном состоянии при засыпке порошка, правая часть - установка в состоянии окончания прессования).
Установка содержит жесткое основание 1 с установленными на нем колоннами 2, скрепленными верхней неподвижной плитой 3, силовой гидроцилиндр 4, закрепленный в жестком основании 1 и подключенный к насосу установки. На колоннах 2 установлена подвижная траверса 5 (возможный механизм перемещения - червячный редуктор и электродвигатель на чертеже не показаны). Неподвижная нижняя плита 6 с центральным сквозным отверстием установлена над основанием 1 с зазором с помощью промежуточных опор 7, обеспечивающим требуемый ход плунжера силового гидроцилиндра 4 и, соответственно, рабочий ход штока 8. В контейнер 9 помещен составной формующий эластичный элемент, включающий верхнюю часть 10 и нижнюю часть 11. Контейнер установлен на нижней неподвижной плите 6 посредством опорной подвижной плиты 12, служащей для перемещения контейнера с позиции загрузки порошка на позицию прессования. Нижняя часть 11 формующего эластичного элемента, помещенного в контейнер 9, опирается на пуансон 13, закрепленный на пуансонодержателе 14. Верхняя часть 10 составного эластичного формующего элемента замкнута в контейнере 9 дополнительным пуансоном 15, который жестко соединен с пуансонодержателем 16. Пуансоны 13 и 15 центрируются друг относительно друга как по внутренней поверхности контейнера 9, так и, например, с помощью оправки 17, установленной в пуансоне 13 и имеющей возможность перемещаться относительно дополнительного пуансона 15.
Дополнительный силовой гидроцилиндр 18 установлен на подвижной траверсе 5 с помощью промежуточной опоры 19 соосно силовому гидроцилиндру 4 таким образом, чтобы его шток 20 проходил через центральное отверстие в подвижной траверсе 5. Прижим 21, закрепленный снизу на траверсе 5, служит для фиксации и центрирования контейнера 9. Объем и форма камеры 22 засыпки порошка образованы, в основном, верхней 10 и нижней 11 частями составного эластичного формующего элемента. Для изготовления порошковых изделий широкой номенклатуры можно использовать составные эластичные элементы самой разнообразной формы, например, в виде фигурных втулок с внутренней ступенчатой поверхностью. Для прессования нового изделия требуется замена только составного эластичного формующего элемента. Для повышения производительности установка может быть снабжена дополнительным аналогичным контейнером, установленным на подвижной плите симметрично основному контейнеру 9 таким образом, чтобы в момент нахождения одного из контейнеров на позиции прессования, другой находился на позиции соответствующей загрузки - выгрузки.
Установка работает следующим образом. В контейнер 9, находящийся на позиции загрузки-выгрузки, помещают составной формующий элемент и в камеру 22 засыпки засыпают дозированное количество прессуемого порошкового материала. Засыпку осуществляют, например, с помощью бункерно-загрузочного устройства, снабженного дозатором (на чертеже не показан). Контейнер 9 с порошком на подвижной плите 12 перемещают на позицию прессования к центру нижней плиты 6 таким образом, чтобы ось контейнера 9 и ось пуансонов 13 и 15 совпали. Подвижную траверсу 5 с прижимом 21 опускают вниз и прижимают к контейнеру 9 с некоторым усилием, замыкая, таким образом, камеру засыпки 22 с прессуемым порошком. При включении насоса установки и создании давления в силовом гидрогидроцилиндре 4 шток 8 передает рабочее усилие через пуансон 13 на нижнюю часть 11 составного эластичного формующего элемента. Одновременно подключается дополнительный силовой гидроцилиндр 18, который через шток 20 и дополнительный пуансон 15 начинает сжимать с противоположной стороны верхнюю часть 10 эластичного формующего элемента. Давление в силовых гидроцилиндрах 4, 18 плавно повышается до требуемого, и, таким образом, осуществляется двусторонняя осадка составного эластичного формующего элемента и, соответственно, двустороннее прессование порошкового материала. По окончании процесса прессования усилие плавно снижают, пуансоны 13, 15 возвращают в первоначальное положение. При этом как верхняя часть 10, так и нижняя часть 11 эластичного элемента независимо друг от друга плавно возвращаются в исходное состояние. Например, при прессовании изделий с поперечными ребрами ребро формуется между торцевыми поверхностями нижней 11 и верхней 10 частей составного элемента, а, следовательно, при разгрузке ребро остается на границе между частями и не подвергается с их стороны никакому воздействию. Указанный характер разгрузки исключает возможность разрушения спрессованного изделия. После окончания процесса разгрузки спрессованное порошковое изделие остается на оправке 17. Подвижную траверсу 5 приподнимают на зазор, обеспечивающий свободное перемещение контейнера 9, который возвращают на позицию загрузки-выгрузки. Готовое изделие извлекают посредством выталкивателя (на чертеже не показан). Оснастку подготавливают для последующего прессования, новую дозу порошка засыпают в камеру засыпки 22, и цикл повторяется. При необходимости используют дополнительный контейнер, в который осуществляют засыпку порошкового материала и извлечение готового изделия во время прессования в контейнере 9 и наоборот.
1. Установка для изостатического прессования изделий из порошковых материалов, содержащая силовую раму в виде колонн, установленных на основании, верхнюю и нижнюю неподвижные плиты, пуансон, силовой гидроцилиндр, жесткий контейнер, составной эластичный формующий элемент, подвижную траверсу, установленную на колоннах между верхней и нижней плитами, нижняя плита выполнена со сквозным центральным отверстием и установлена над основанием с зазором с помощью промежуточных опор, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительным силовым гидроцилиндром, установленным на подвижной траверсе, и дополнительным пуансоном, траверса выполнена со сквозным центральным отверстием для штока дополнительного силового гидроцилиндра, а шток дополнительного силового гидроцилиндра жестко соединен с дополнительным пуансоном.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный силовой гидроцилиндр закреплен на подвижной траверсе с зазором с помощью промежуточной опоры.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что снизу траверсы закреплен жесткий кольцевой прижим.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что составной формующий элемент включает верхнюю и нижнюю части, выполненные в виде фигурных втулок.
