Устройство для уплотнения изделий в жидкой среде

Устройство для уплотнения изделий в жидкой среде, содержит поршень с уплотнениями, матрицу, состоящую из стакана, имеющего на его наружной поверхности винтовое углубление с нагревателем и промежуточной гильзы, размещенной между стаканом и бандажом. На внутренней поверхности бандажа выполнен воздухоохлаждающий канал в виде винтового углубления и противолежащий винтовому углублению стакана с нагревателем, при этом расстояние между витками углубления бандажа связано с расстоянием между витками углубления стакана с нагревателем соотношением:

где h - расстояние между соседними витками винтового углубления бандажа; Н - расстояние между соседними витками винтового углубления стакана с нагревателем; ₁ - контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей стакана и гильзы; ₂- контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей бандажа и гильзы.

Полезная модель относится к области литейного производства и порошковой металлургии, более конкретно к устройствам для уплотнения изделий, таких как металлические и интерметаллидные отливки, посредством горячего изостатического прессования (ГИП) в жидкой фазе (ЖГИП). Полезная модель может быть использована, в частности, для устранения пористости в алюминиевых деталях, полученных литьем в песчаную форму, что обеспечивает существенное улучшение их служебных механических свойств.

Известно устройство для уплотнения изделия (RU 2114717, публ. 10.07.1998 г), содержащее первый контейнер для первой передающей давление среды, которая представляет собой расплавленную соль с повышенной температурой и в которую помещают изделие, второй контейнер для второй передающей давление среды, в которой помещают первый контейнер, и устройство для создания во второй среде давления, достаточного для уплотнения изделия, находящегося в первой среде. В качестве второй среды используется расплавленная соль, которая гидравлически сообщается с первой средой так, что давление, приложенное ко второй среде, непосредственно передается первой среде.

Недостатком данного устройства является низкая технологичность процесса обработки изделия.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для уплотнения изделия (RU 2278766, публ. 27.06.2006), содержащее полость для размещения жидкой среды и размещения изделия в этой среде, подвижное приспособление для передачи давления типа поршня, имеющее несколько металлических частей, в том числе металлический уплотняющий элемент. Приспособление для передачи давления типа поршня состоит, по крайней мере, из трех частей, между двумя из которых расположен металлический уплотняющий элемент в виде шайбы, торцевые поверхности которой сопряжены с торцевыми поверхностями частей поршня, при этом металлический уплотняющий элемент изготовлен из материала, обеспечивающего возможность его деформации в процессе уплотнения изделия под воздействием на него других частей поршня, изготовленных из материала с более высоким модулем упругости и с более высоким сопротивлением пластической деформации, чем у материала уплотняющего элемента.

Недостатком данной конструкции является изменение размеров сосуда в процессе эксплуатации. Это связано с тем, что для обеспечения прогрева соляной ванны до 520°С приходится тыльную часть бандажа и матрицы нагревать до более высокой температуры. Соответственно, материал, как бандажа, так и матрицы деформируется в режиме ползучести. Это делает невозможным достижение ресурса работоспособности выше 10000 рабочих циклов.

Задачей полезной модели является создание устройства для уплотнения изделий в жидкой среде, обеспечивающего увеличение прочности резервуара - матрицы, при уменьшении ее стоимости, что особенно важно при больших размерах уплотняемых изделий размещенных в стакане матрицы совместно с расплавом соли.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого технического решения, содержащего поршень с уплотнениями, резервуар - матрицу, причем матрица состоит из стакана имеющего на его наружной поверхности винтовое углубление с нагревателем и промежуточной гильзы, размещенной между стаканом и бандажом, а на внутренней поверхности бандажа выполнен воздухоохлаждающий канал в виде винтового углубления и противолежащий винтовому углублению стакана с нагревателем, при этом расстояние между витками углубления бандажа связано с расстоянием между витками углубления стакана с нагревателем соотношением:

где h - расстояние между соседними витками винтового углубления бандажа;

Н - расстояние между соседними витками винтового углубления стакана с нагревателем;

₁ - контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей стакана и гильзы;

₂ - контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей бандажа и гильзы.

Отличительными признаками являются:

- матрица состоит из стакана с размещенным на его наружной поверхности винтового углубления с нагревателем и промежуточной гильзы, размещенной между стаканом и бандажом, т.е. нагревательный элемент размещен в теле матрицы, за счет этого конструктивного решения градиент температуры снижается до 2°С;

- на внутренней поверхности бандажа выполнено винтовое углубление воздухоохлаждающего канала, воспринимающего основные нагрузки матрицы. При понижении температуры бандажа до 400420°С, прочностные свойства используемой стали обеспечат долговечность всего оборудования в целом и геометрические размеры матрицы в частности;

- винтовое углубление на внутренней поверхности бандажа выполнено в противоположном направлении винтовому углублению стакана с нагревателем, при этом расстояние между витками углубления бандажа связано с расстоянием между витками углубления стакана с нагревателем соотношением:

Физическая суть этой зависимости такова:

Усилие, с которым наружная поверхность стакана воздействует на ответную поверхность гильзы можно выразить зависимостью:

где F₁=H×L,

L - длинна винтовой линии перемычки между соседними витками углубления стакана.

В то же время общее усилие контактное на бандаж со стороны гильзы можно выразить зависимостью:

гдеF₂=h×L,

L - длинна винтовой линии перемычки межу соседними витками углубления бандажа.

Так как по конструкции и особенности работы резервуара - матрицы гильза имеет относительно небольшую толщину в пределах от 2 до 10 мм, то в обоих случаях можно с достаточной точностью считать, что величина L одна и та же. Следовательно, можно записать при условии работы конструкции без разрушения

откуда:

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечит повышение ресурса устройства ЖГИП, что уменьшит себестоимость ЖГИП процесса.

Устройство представлено чертежом, на котором изображено:

Фиг.1 - продольный разрез устройства.

Устройство для уплотнения изделий в жидкой среде включает полость 1 цилиндрической формы, заполненную расплавом солей, выполненную в матрице состоящей из стакана 2 и гильзы 3. Изотермический блок состоящий из нагревательного элемента 4 встроенного в тело матрицы (стакан 2 и гильза 3), бандажа 5 с воздухоохлаждающим каналом 6. Пуансон штампа состоит из корпуса 7, шайбы 8, опоры 9 и снабжен уплотнительными элементами 10 в виде шайб, торцевые поверхности которых сопряжены с торцевыми поверхностями частей пуансона. Штамп имеет присоединительные опорные нижнюю плиту 11 и верхнюю плиту 12.

Устройство работает следующим образом.

Штамповый блок, состоящий из стакана 2, гильзы 3 и бандажа 5, в сборе посредством опорных нижней плиты 11 и верхней плиты 12 устанавливают на гидравлический пресс, усилием необходимым для создания нужного давления. С помощью нагревательного элемента 4 осуществляют нагрев жидкой среды в полости 1 до температуры равной температуре гомогенизации материала изделия 13. Одновременно с нагревом начинает функционировать принудительное охлаждение бандажа 5 посредством воздухоохлаждающего канала 6. После чего производят загрузку изделия 13 в полость 1 с жидкой средой. С помощью пуансона состоящего из деталей 7, 8, 9 с уплотнительными элементами 10 передают давление необходимое для уплотнения изделия, выдерживают не менее 1 минуты, после чего начинается процесс выгрузки обработанного изделия.

Устройство для уплотнения изделий в жидкой среде, содержащее поршень с уплотнениями, резервуар - матрицу, отличающееся тем, что матрица состоит из стакана, имеющего на его наружной поверхности винтовое углубление с нагревателем, и промежуточной гильзы, размещенной между стаканом и бандажом, причем на внутренней поверхности бандажа выполнен воздухоохлаждающий канал в виде винтового углубления, противолежащий винтовому углублению стакана с нагревателем, при этом расстояние между витками углубления бандажа связано с расстоянием между витками углубления стакана с нагревателем соотношением:

,

где h - расстояние между соседними витками винтового углубления бандажа;

Н - расстояние между соседними витками винтового углубления стакана с нагревателем;

₁ - контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей стакана и гильзы;

₂ - контактные напряжения по месту сопряжения поверхностей бандажа и гильзы.