CN103028348B - 垂直与旋转复合加压式多砧压机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直与旋转复合加压式多砧压机，属于高压物理学领域。该机顶砧装置的砧面对置，且同轴布置；侧向支撑装置布置在顶砧装置中间，加压装置同轴布置在顶砧装置的后端，用于对顶砧装置进行垂直、旋转或同时加压，所述顶砧装置由砧头、预紧钢环和垫块组成，所述侧向支撑装置采用整体或分体结构，位于顶砧装置轴线中心并固定在机架上，所述冷却装置由通水环和水箱组成，用于压机的散热；所述控制系统用于对多砧压机的顶砧运动轨迹的控制实现传压介质块内样品获得高压。本发明可实现传压介质块内样品获得几十万个大气压，从而解决现有高压装置不具有旋转加压功能的难题，实现材料在高剪切力作用下合成。
Description
技术领域
本发明公开了一种垂直与旋转复合加压式多砧压机，涉及金刚石和立方氮化硼等超硬材料及其制品高压制备装置，属于高压物理学领域。
背景技术
高压装置作为研究“高压”对物质的晶体结构、相变、状态方程及物理性质等影响的必备工具，其研究是探索金刚石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常压”下无法制备的新材料的基础，其广泛被应用于高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学等基础科学研究领域。传统的高压装置均不具备旋转加压功能，不能够实现材料在高剪切力作用下合成，这造成极具观赏和研究价值的粉色钻石(金刚石)一直以来难以人工合成；此外，旋转加压功能的缺失，限制了新材料和新现象的发现。为解决现有高压装置不具有旋转加压功能的难题，实现材料在高剪切力作用下合成，一定程度上与传统高压装置优势互补，满足高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学对旋转加压下物质体系研究需求，发明人设计了垂直与旋转复合加压式多砧压机，此方面工作未见报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有高压装置不具有旋转加压功能的难题，从而满足高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学对旋转加压下物质体系研究需求问题。本发明的垂直与旋转复合加压式多砧压机能够实现垂直加压、旋转加压以及垂直与旋转复合加压功能，能够使传压介质块内样品获得几十万个大气压，一定程度上与传统高压装置优势互补，促进高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学等基础科学的发展。
本发明的上述目的提供以下技术方案实现，结合附图说明如下：
一种垂直与旋转复合加压式多砧压机，由顶砧装置、加压装置、侧向支撑装置、冷却装置、控制系统及机架组成，所述顶砧装置1为2个，砧面对置，且同轴布置，所述侧向支撑装置4布置在顶砧装置1中间，所述加压装置同轴布置在顶砧装置1的后端，用于对顶砧装置1进行垂直、旋转或同时加压，所述顶砧装置1由砧头、预紧钢环和垫块组成，砧头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方；所述侧向支撑装置采用整体或分体结构，位于顶砧装置1轴线中心并固定在机架5上，所述冷却装置由通水环和水箱组成，用于压机的散热；所述控制系统用于对多砧压机的顶砧运动轨迹的控制实现传压介质块内样品获得高压。
所述加压装置采用垂直加压装置2，所述垂直加压装置2由液压缸、活塞和液压泵站组成，通过提供的液压力对顶砧装置1垂直加压。
所述加压装置采用旋转加压装置3，旋转加压装置3由电机、螺杆和齿轮组成，通过电机连接齿轮带动螺杆转动对顶砧装置1旋转加压。
所述整体式的侧向支撑装置4由多级变内径的过盈或滑配合组装的钢环组成，通过四个支撑住6固定，传压介质块个数为1个，位于侧向支撑装置4的多级钢环腔体内；
所述侧向支撑装置4的内部钢环在轴向内径由大变小，中心为一恒定值。
所述分体式的侧向支撑装置4有四个支撑体7组成，支撑体7底部与活塞和液压缸相联接，活塞和液压缸固定在机架5上。
所述支撑体7由支撑头、预紧钢环和垫块组成，支撑头顶部为带有凹形支撑面的棱台结构，底部为带倒角的圆柱体，顶部和底部之间由对称的扇形大斜面过度，支撑头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方。
所述冷却装置的通水环位于外围预紧钢环9外表面，为单通道或多通道的冷却水通道10。
所述控制系统由工控计算机和控制软件组成。
所述机架5采用四柱式或龙门式结构。
本发明的技术效果：
本发明的垂直与旋转复合加压式多砧压机，通过垂直加压装置提供的液压力可以实现垂直加压；通过旋转加压装置的电机连接齿轮带动螺杆转动实现顶砧装置旋转加压；通过冷却装置实现压机的散热；通过控制系统对多砧压机的顶砧装置运动轨迹控制实现传压介质块内样品获得几十万个大气压；从而解决现有高压装置不具有旋转加压功能的难题，实现材料在高剪切力作用下合成，一定程度上与传统高压装置优势互补，满足高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学对旋转加压下物质体系研究需求，促进高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学等基础科学的发展。本发明的垂直与旋转复合加压式多砧压机投入较少，操作比较简单，压力传递快且效率高。
附图说明
图1是侧向支撑装置固定在机架上的垂直与旋转复合加压式多砧压机结构示意图。
图2是侧向支撑装置由四个支撑住固定的旋转加压式多砧压机结构示意图，其中：
图2(a)是压机结构三维视图；
图2(b)是压机结构前视图。
图3是顶砧装置各部件结构示意图，其中：
图3(a)是多级圆台式砧头结构三维视图；
图3(b)是垫块结构三维视图，3(c)是预紧钢环结构三维视图。
图4是侧向支撑装置结构示意图，其中；
图4(a)是整体结构三维视图；
图4(b)是整体结构剖面图。
图5是侧向支撑装置由四个支撑体组成的多砧压机结构示意图，其中：
图5(a)是四柱式机架的垂直与旋转复合加压式压机结构三维视图；
图5(b)是龙门式机架的旋转加压式压机结构三维视图。
图6是支撑体各部件结构示意图，其中：
图6(a)是凹形支撑面的支撑头结构三维视图；
图6(b)是垫块结构三维视图；
图6(c)是预紧钢环结构三维视图。
图7是冷却装置结构示意图。
图中：1.顶砧装置；2.垂直加压装置；3.旋转加压装置；4.侧向支撑装置；5.机架；6.支撑柱；7.支撑体；8.龙门式机架(机架5的一种结构)；9.外围预紧钢环；10.冷却水通道。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例进一步说明本发明的具体内容和工作过程。
传统的高压装置均不具备旋转加压功能，不能够实现材料在高剪切力作用下合成，这造成极具观赏和研究价值的粉色钻石(金刚石)一直以来难以人工合成；此外，旋转加压功能的缺失，限制了新材料和新现象的发现。为解决现有高压装置不具有旋转加压功能的难题，实现材料在高剪切力作用下合成，一定程度上与传统高压装置优势互补，满足高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学对旋转加压下物质体系研究需求，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明提供了一种垂直与旋转复合加压式多砧压机，主要由顶砧装置1、垂直加压装置2、旋转加压装置3、侧向支撑装置4、冷却装置、控制系统及机架5组成，其中顶砧装置1由砧头、预紧钢环、垫块组成，砧头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方；垂直加压装置2由液压缸、活塞、液压泵站组成，其提供的液压力可以实现垂直加压；旋转加压装置3由电机、螺杆、齿轮组成，通过电机连接齿轮带动螺杆转动实现顶砧装置1旋转加压；侧向支撑装置4由多级钢环组成；冷却装置由通水环和水箱组成，实现压机的散热；控制系统由工控计算机和控制软件组成，通过控制系统对多砧压机的顶砧运动轨迹的控制实现传压介质块内样品获得几十万个大气压。所述顶砧装置1个数为2个，砧面对置，且同轴布置；传压介质块个数为1个，位于侧向支撑装置4的多级钢环腔体内。所述砧头顶部为面积减小的多级圆台结构，底部为圆柱体，圆柱体可以添加倒角。所述侧向支撑装置4由变内径的过盈或滑配合组装的多级钢环组成，内部钢环在轴向内径由大变下，中心为一恒定值，侧向支撑装置4位于顶砧轴线中心，可以固定在机架5上也可以由四个支撑住6固定。当然，所述侧向支撑装置4也可以由四个支撑体7组成，支撑体7底部与活塞和液压缸相联接，活塞和液压缸固定在四柱式或龙门式机架8上。所述支撑体7由支撑头、预紧钢环和垫块组成，支撑头顶部为带有凹形支撑面的棱台结构，底部为带倒角的圆柱体，顶部和底部之间由对称的扇形大斜面过度，支撑头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方。所述冷却装置位于外围预紧钢环9外表面，安装有单通道或多通道的冷却水通道10，通过控制冷却水流量实现压机散热速率的调整。所述垂直加压装置2与旋转加压装置3可以同时安装，获得垂直与旋转复合加压功能，也可以分别单独安装，从而根据研究需求，分别获得垂直加压功能或旋转加压功能。
图1是侧向支撑装置固定在机架上的垂直与旋转复合加压式多砧压机结构示意图，主要由顶砧装置1、垂直加压装置2、旋转加压装置3、侧向支撑装置4、冷却装置、控制系统及机架5组成，其中顶砧装置1由砧头、预紧钢环、垫块组成，砧头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方；垂直加压装置2由液压缸、活塞、液压泵站组成，其提供的液压力可以实现垂直加压；旋转加压装置3由电机、螺杆、齿轮组成，通过电机连接齿轮带动螺杆转动实现顶砧装置1旋转加压；侧向支撑装置4由多级钢环组成，位于顶砧轴线中心并固定在机架5上；冷却装置由通水环和水箱组成，实现压机的散热；控制系统由工控计算机和控制软件组成，通过控制系统对多砧压机的顶砧运动轨迹的控制，获得垂直与旋转复合加压功能，实现传压介质块内样品获得几十万个大气压。当然，垂直加压装置2与旋转加压装置3可以单独控制，从而根据研究需求，分别获得垂直加压功能或旋转加压功能。
图2是侧向支撑装置由四个支撑住固定的旋转加压式多砧压机结构示意图，主要由顶砧装置1、旋转加压装置3、侧向支撑装置4、冷却装置、控制系统及机架5组成，所述顶砧装置1个数为2个，砧面对置，且同轴布置；多级变内径的过盈或滑配合组装的钢环组成的侧向支撑装置4位于顶砧轴线中心，由四个支撑住6固定；传压介质块个数为1个，位于侧向支撑装置4的多级钢环腔体内。旋转加压式多砧压机通过电机连接齿轮带动螺杆转动实现顶砧装置1旋转加压，获得旋转加压功能，实现传压介质块内样品获得几十万个大气压。
图3是顶砧装置各部件结构示意图，所述砧头顶部为面积减小的多级圆台结构，底部为圆柱体，圆柱体可以添加倒角。根据顶砧设计原理大质量支撑原理，砧头顶部面积缩小的多级圆台面将获得几十万个大气压，从而满足高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学对旋转加压下物质体系研究需求，促进高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学等基础科学的发展。
图4是侧向支撑装置结构示意图，所述侧向支撑装置4由变内径的过盈或滑配合组装的多级钢环组成，内部钢环在轴向内径由大变小，中心为一恒定值。内部钢环轴向大内径取值与顶砧装置1的砧头锥角相符，保证顶砧装置1在产生超高压力时顺利进给和叶蜡石等传压介质形成密封边，实现传压介质块内样品几十万个大气压的获得。
图5是侧向支撑装置由四个支撑体组成的多砧压机结构示意图，其中，图5(a)是四柱式机架的垂直与旋转复合加压式压机结构三维视图，图5(b)是龙门式机架的旋转加压式压机结构三维视图。所述侧向支撑装置4由四个支撑体7组成，支撑体7底部与活塞和液压缸相联接，活塞和液压缸固定在四柱式或龙门式机架8上。当固定在四柱式机架时，多砧压机主要由顶砧装置1、垂直加压装置2、旋转加压装置3、侧向支撑装置4、冷却装置、控制系统及机架5组成，可以获得垂直与旋转复合加压功能。当固定在龙门式机架8时，多砧压机主要由顶砧装置1、旋转加压装置3、侧向支撑装置4、冷却装置、控制系统及机架组成，可以获得旋转复合加压功能。当然，采用龙门式机架时，压机也可以同时安装垂直加压装置2和旋转加压装置3，从而获得垂直与旋转复合加压功能。
图6是支撑体各部件结构示意图，所述支撑体7由支撑头、预紧钢环和垫块组成，支撑头顶部为带有凹形支撑面的棱台结构，底部为带倒角的圆柱体，顶部和底部之间由对称的扇形大斜面过度，支撑头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方。支撑体7可以提供围压，从而在顶砧装置1加压时，形成密闭高压腔体，使传压介质块内样品获得几十万个大气压。支撑体7可以有效的解决侧向支撑装置因加压和泄压等周期载荷导致的寿命过短的问题。
图7是冷却装置结构示意图，所述冷却装置的通水环位于外围预紧钢环9外表面，为单通道或多通道的冷却水通道10。冷却装置能够在多砧压机的高压腔体电加热时，降低温度在顶砧装置1和侧向支撑装置4产生的热应力值，从而保证顶砧装置1和侧向支撑装置4的性能，提高多砧压机的稳定性和使用寿命。
Claims (7)
1.一种垂直与旋转复合加压式多砧压机，由顶砧装置、加压装置、侧向支撑装置、冷却装置、控制系统及机架组成，其特征在于：
所述顶砧装置（1）为2个，砧面对置，且同轴布置，所述侧向支撑装置（4）布置在顶砧装置（1）中间，所述加压装置同轴布置在顶砧装置（1）的后端，用于对顶砧装置（1）进行垂直、旋转或同时加压，所述顶砧装置（1）由砧头、预紧钢环和垫块组成，砧头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方；所述侧向支撑装置采用整体或分体结构，位于顶砧装置（1）轴线中心并固定在机架（5）上，所述冷却装置由通水环和水箱组成，用于压机的散热；所述控制系统用于对多砧压机的顶砧运动轨迹的控制实现传压介质块内样品获得高压；
所述加压装置采用垂直加压装置（2），所述垂直加压装置（2）由液压缸、活塞和液压泵站组成，通过提供的液压力对顶砧装置（1）垂直加压；
所述加压装置采用旋转加压装置（3），旋转加压装置（3）由电机、螺杆和齿轮组成，通过电机连接齿轮带动螺杆转动对顶砧装置（1）旋转加压。
2.根据权利要求1所述的垂直与旋转复合加压式多砧压机，其特征在于：
所述整体式的侧向支撑装置（4）由多级变内径的过盈或滑配合组装的钢环组成，通过四个支撑柱（6）固定，传压介质块个数为1个，位于侧向支撑装置（4）的多级钢环腔体内；
所述侧向支撑装置（4）的内部钢环在轴向内径由大变小，中心为一恒定值。
3.根据权利要求1所述的垂直与旋转复合加压式多砧压机，其特征在于；
所述分体式的侧向支撑装置（4）有四个支撑体（7）组成，支撑体（7）底部与活塞和液压缸相联接，活塞和液压缸固定在机架（5）上。
4.根据权利要求3所述的垂直与旋转复合加压式多砧压机，其特征在于；
所述支撑体（7）由支撑头、预紧钢环和垫块组成，支撑头顶部为带有凹形支撑面的棱台结构，底部为带倒角的圆柱体，顶部和底部之间由对称的扇形大斜面过度，支撑头与预紧钢环过盈配合，垫块滑配合装入预紧钢环内部并位于砧头正下方。
5.根据权利要求1所述的垂直与旋转复合加压式多砧压机，其特征在于；
所述冷却装置的通水环位于外围预紧钢环（9）外表面，为单通道或多通道的冷却水通道（10）。
6.根据权利要求1所述的垂直与旋转复合加压式多砧压机，其特征在于；
所述控制系统由工控计算机和控制软件组成。
7.根据权利要求1所述的垂直与旋转复合加压式多砧压机，其特征在于；所述机架（5）采用四柱式或龙门式结构。
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