CN112791668B - 一种铰链梁总成以及新型六面顶压机 - Google Patents

Abstract

本发明属于超硬材料合成加工设备技术领域，提供了一种铰链梁总成以及新型六面顶压机，其中，铰链梁总成包括：铰链梁，铰链梁包括缸体以及环设于缸体外侧壁上的梁耳，缸体具有第一内孔；球形柱塞，设于第一内孔内，球形柱塞呈半球形状，第一内孔的底壁与球形柱塞之间形成加压腔，在第一内孔的底壁上设有贯穿缸体的进油孔，缸体通过球形柱塞向合成块传递压力。本发明提出的技术方案具有加工制造成本低、结构强度大、密封性能优秀、压力输出稳定、系统能耗较低，设备可靠性高等优势。

Description

一种铰链梁总成以及新型六面顶压机

技术领域

本发明属于超硬材料合成加工设备技术领域，特别涉及一种铰链梁总成以及新型六面顶压机。

背景技术

人造金刚石是在高温高压环境下，使石墨晶体的晶格结构发生了改变而形成的，是一种在航空航天、高端医疗、电力电子等尖端领域广泛应用的功能材料。据统计，中国金刚石产量已占世界的90%以上，但其品质在国际上仍为低中端，与国外的人造金刚石品级相比还存在一定的差距。铰链式六面顶压机是我国自主知识产权的超硬材料合成金刚石主体设备，具有设备造价低、操作简单、生产成本低等优势，是国内人造金刚石制造的主流设备，目前中国已有约10000台制造工业级合成金刚石磨料的六面顶压机。

在人造金刚石的生产过程中，六面顶压机的压力稳定性问题，往往是限制人造金刚石的品级的主要因素。尽管近年来，对液压系统，压机结构、布置和制造方式等方面有所改进，但合成金刚石品级仍未达到国际高水平行列。近年来，为提高人造金刚石的品级、降低人造金刚石的生产成本、提高六面顶压机的使用寿命、降低六面顶压机的制造成本，六面顶压机正在逐步升级换代。如申请号为201910057189.0的文献主要集中在提高六面顶压机的压力水平、改善六面顶压机的压力稳定性、延长铰链梁部件寿命、设备轻量化等几个方面进行改进。

在提高六面顶压机压力水平方面，主要采取的是方法是增大铰链梁缸径、提高系统压力水平的方法，目前国内最大的六面顶压机直径已达到1000mm，系统压力已达到100Mpa，但受限于六面顶压机的铰链梁结构及油缸密封特点，此方向的发展已接近极限，发展改进空间已极小；例如申请号为201820039281.5和201520967742.1的文献在改善六面顶压机的压力稳定性方面，主要采取的措施是改善液压系统、增强系统的同步控制精度，但因六面顶压机油缸的密封效果和油缸内液压油流量较大的特点，对压力控制的改进难度很大且效果不理想；在延长铰链梁部件寿命及系统轻量化方面，例如申请号为201811153837.4和201220640880.5的文献主要的发展方向在于用锻造铰链梁替代传统铸造铰链梁的同时，优化铰链梁的结构。但是随着六面顶压机的缸径不断变大、压机承受压力逐步提升，铰链梁的设备单重必然变大，这给铰链梁的锻造及加工带来了很大的难度，由此减轻压机重量的改进空间也已经很小。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种铰链梁总成。

本发明的另一个目的在于提供一种新型六面顶压机。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种铰链梁总成，包括：铰链梁，铰链梁包括缸体以及环设于缸体外侧壁上的梁耳，缸体具有第一内孔；球形柱塞，设于第一内孔内，球形柱塞呈半球形状或球缺形状，第一内孔的底壁与球形柱塞之间形成加压腔，在第一内孔的底壁上设有贯穿缸体的进油孔，缸体通过球形柱塞向六面顶压机的合成块传递压力。

进一步地，铰链梁总成还包括：薄膜，设于加压腔内，薄膜呈半球形结构并与所述球形柱塞贴合；第一内孔的底壁为凹陷的球形面， 在第一内孔的底壁和第一内孔的侧壁之间设有呈环状的凹槽，薄膜的端部固定于凹槽内。

进一步地，薄膜采用弹性材料制成，薄膜的厚度取值范围为5~20mm。

薄膜的端部沿薄膜的外周面向外凸起形成密封部，密封部的轮廓与凹槽的轮廓相贴合。

进一步地，铰链梁总成还包括：导向套，与铰链梁固定连接，导向套具有导向孔，导向孔与缸体同轴；导向块，导向块可滑动的设于导向孔内，导向块的一端与球形柱塞连接、另一端设有用于向合成块施压的顶锤。

进一步地，导向套呈管状，导向套的外壁具有凸起的轴肩，轴肩设有若干通孔，缸体的端面设有若干与通孔配合的螺纹孔，导向套与缸体通过螺栓连接。

进一步地，第一内孔与缸体的开口之间还设有第二内孔，第二内孔的直径大于第一内孔的直径，第一内孔与第二内孔同轴；导向套朝向缸体的一侧设有定位部，定位部的外侧壁与第二内孔的内壁配合用于导向套的定位。

进一步地，若干螺纹孔绕第一内孔的轴线均匀的设于缸体的端面上。

进一步地，缸体的外侧壁面为凸起的弧面，铰链梁为锻造铰链梁。

本发明的另一个技术方案提供了一种新型六面顶压机， 包括相互铰接的六个铰链梁总成；六个铰链梁总成通过梁耳相互铰接在一起，构成新型六面顶压机。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明的六面顶压机较之传统设备具有加工制造成本低、结构强度大、密封性能优秀、压力输出稳定、系统能耗较低，设备可靠性高等优势。

1.本发明较传统设备重量减少，便于加工，降低设备制造成本，提高经济效益。铰链梁受力更加合理，避免了传统设备铰链梁缸底应力集中的缺陷，而且采用锻件制造，使产品使用可靠性增加，使用寿命更长。

2.本发明采用弹性密封薄膜，起到传递压力、缓冲、密封等作用，大幅提高了六面顶压机合成金刚石过程中的压力稳定性，使利用六面顶压机高效生产高品质金刚石产品成为可能。

3.本发明密封效果较好，系统泄漏微乎其微，大大降低了液压系统的能耗，同时半球形弹性薄膜传压结构大幅度降低系统的耗油量，降低液压系统油耗，降低了合成成本。

4.本发明通过提升铰链梁的承压能力与密封性能，可大大提升了六面顶压机的合成压力，为探索更高合成压力下的金刚石合成工艺探索提供可能。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施例的铰链梁总成的结构示意图；

图2示出了图1中A部分的局部放大示意图；

图3示出了本发明的一个实施例俯视视角的铰链梁的结构示意图；

图4示出了本发明的一个实施例的铰链梁的剖面结构示意图；

图5示出了本发明的一个实施例的球形柱塞的结构示意图；

图6示出了本发明的一个实施例的薄膜的结构示意图；

图7示出了本发明的一个实施例的新型六面顶压机的结构示意图。

图中符号说明如下：

10铰链梁、11缸体、111第一内孔、112凹槽、113底壁、114侧壁、12梁耳、13进油孔、14第二内孔、20球形柱塞、21导向块、22顶锤、23垫块、30薄膜、31密封部、40导向套、41导向孔、42轴肩、43定位部。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式及其有益效果作进一步地详细描述。

如图1、图4和图5所示，本发明的一个实施例提供了一种铰链梁总成。

具体地，铰链梁总成包括：铰链梁10、球形柱塞20、薄膜30、导向套40、导向块21、顶锤22、垫块23，铰链梁10包括缸体11以及环设于缸体11外侧壁上的梁耳12，缸体11具有第一内孔111；球形柱塞20设于第一内孔111内，球形柱塞20呈半球形状，第一内孔111的底壁113与球形柱塞20之间形成加压腔，在第一内孔111的底壁113上设有贯穿缸体11的进油孔13，从而通过进油孔13向加压腔内输送液压油，从而通过液压驱动球形柱塞20向合成块传递压力。需要说明的是，通过将球形柱塞20设置为半球形，球形柱塞20的球面朝向底壁113，使液压油进入缸体11后液压缸全方向承压，减小并分散铰链梁10的局部受力，解决了原有铰链梁10油缸的应力集中问题，增强了六面顶压机的安全性，使设备寿命明显延长；并且液压油的液压传递方向延球形半径指向球心，压力均匀稳定，增强六面顶压机的高压稳定性，由此可提升人造金刚石产品的品级。

如图1和图6所示，薄膜30设于加压腔内，薄膜30呈半球形结构，具体地，薄膜30为一端具有开口的类似于“碗”状的半球形结构，薄膜30的形状与球形柱塞20的形状相匹配，以使薄膜30的内壁能够贴合在球形柱塞20的底面；底壁113为凹陷的球形面，使得传统意义中缸壁和缸底的交汇连接，变成半球形结构平滑过渡，增大了缸体11的承压能力与使用寿命，使得液压压力成球状全方向均匀承载于缸体11的底壁113，消除了液压缸底的应力集中，大大延长了液压缸的使用寿命，同时可大幅减小液压缸底部厚度，从而减轻设备重量。沿第一内孔111的径向，在第一内孔111的内壁上设有呈环状的凹槽112，凹槽112位于第一内孔111的底壁113和第一内孔111的侧壁114之间，凹槽112的两侧分别与第一内孔111的底壁113和侧壁114连接，凹槽112主要用于容纳薄膜30的端部，使薄膜30的端部固定于凹槽112内，从而在薄膜30和第一内孔111的底壁113之间形成密封的加压腔，在通过进油孔13向加压腔内供油时，液压油首先将压力作用在薄膜30上，经薄膜30缓冲后才作用于球形柱塞20，以推动球形柱塞20移动。进一步地，薄膜30采用弹性材料制成，加入半球形弹性薄膜30，通过弹性薄膜30起到传递压力、缓冲、密封等作用，具体地，半球形的薄膜30使得液压油与柱塞分离，压力作用于薄膜30之上，并由薄膜30传递给球形柱塞20，在增强密封效果的同时，达到了缓冲的效果，有利于液压压力的稳定，此外在加压过程中，液压油仅需填充薄膜30与缸底间的间隙。还需说明的是，所述铰链梁10通过锻造工艺制成，在锻造铰链梁10增加可承受压力、弹性薄膜30传压提升系统密封性的基础上，使得提高系统压力，即提高六面顶压机的合成压力，降低六面顶压机设备重量，降低设备投入与运行能耗。

进一步地，如图2所示，薄膜30的端部沿薄膜30的外周面向外凸起形成密封部31，密封部31的轮廓与凹槽112的轮廓相贴合，以在薄膜30的端部和缸体11之间形成比较稳定的密封结构，在缸体11与球形柱塞20的工作过程中，薄膜30与第一内孔111的底壁113之间形成液压油腔，液压油推动薄膜30，使薄膜30贴合在球形柱塞20上进而推动球形柱塞20移动，在薄膜30的膜壁随球形柱塞20移动时，薄膜30的密封部31固定在凹槽112内，使薄膜30的密封部31相对于缸体11始终保持静止，因此薄膜30与缸体11之间的密封结构是始终保持相对静止的静密封，使得整体的油缸结构具有更好的密封性能，大幅度减小了系统泄漏量，进一步提高了顶压机合成金刚石过程中的压力稳定性。

进一步地，球形柱塞20与第一内孔111的侧壁114之间呈间隙配合，且球形柱塞20的直径小于第一内孔111的底壁113直径，第一内孔111的底壁113的半径与球形柱塞20的半径差值为薄膜30的壁厚尺寸，以避免在球形柱塞20完全缩回缸体11时，球形柱塞20与薄膜30之间发生干涉。

其中，薄膜30的厚度为5~20mm，例如5mm、8mm、10mm、13mm、15mm、18mm、20mm，其材质包括但不限于丁晴橡胶，聚四氟乙烯、PVC。

进一步地，导向套40与铰链梁10固定连接，导向套40具有导向孔41，导向孔41与缸体11同轴；导向块21可滑动的设于导向孔41内，通过导向套40限定了导向块21的移动方向，使导向块21只能沿缸体11内孔的轴向方向做往复移动，具体地，导向块21的一端与球形柱塞20连接、另一端设有用于向合成块施压的顶锤22，顶锤22通过垫块23实现与导向块21的固定连接，设置垫块23的目的在于，定位顶锤22与导向块21之间的位置，以保证装配精度，球形柱塞20在液压油的驱动下带动导向块21沿缸体11内孔的轴向方向做往复移动，进而带动顶锤22靠近或远离合成块，以实现通过顶锤22向合成块施加压力。其中，导向块21呈圆柱形，导向块21的直径小于球形柱塞20的直径，导向块21的外周面与导向孔41的内壁配合，尽量减小导向块21在径向方向上的摆动，从而进一步提高了铰链梁总成的压力稳定性，提高铰链梁总成出力性能的稳定性。

如图1、图3和图4所示，进一步地，导向套40呈管状，导向套40的外壁具有凸起的轴肩42，轴肩42设有若干通孔，缸体11的端面设有若干与通孔配合的螺纹孔，若干螺纹孔绕第一内孔111的轴线均匀的设于缸体11的端面上，导向套40与缸体11通过螺栓连接，以提高导向套40与缸体11连接的牢固程度。第一内孔111与缸体11的开口之间还设有第二内孔14，第二内孔14的直径大于第一内孔111的直径，第一内孔111与第二内孔14同轴；导向套40朝向缸体11的一侧设有定位部43，定位部43呈管状，且定位部43的内径与导向套40的内径重合，定位部43的外侧壁与第二内孔14的内壁配合用于导向套40的定位，以提高导向套40与缸体11的装配精度，减小导向套40与缸体11的同轴度偏差，使导向块21与顶锤22的移动轨迹更加精确。

进一步地，缸体11的外侧壁面为凸起的弧面，在六面顶压机的运行过程中，增加缸体11受力处的壁厚，提高缸体11的机械强度，使铰链梁10的具有更高的承压能力。

如图7所示，本发明的另一个技术方案提出了一种新型六面顶压机， 包括相互铰接的六个的铰链梁总成；六个铰链梁10总通过梁耳12相互铰接在一起，构成新型六面顶压机。

合成块具体为由合成金刚石原材料制成的块状结构，放置在新型六面顶压机的内部，由六个铰链梁总成上的顶锤分别从上、下、前、后、左、右六个方向施加压力，以获取金刚石。

其中，工作缸的尺寸可达到φ650mm-φ1000mm。

详细地，球形柱塞20的半球形底面与薄膜30贴合，通过薄膜30获得压力，使用过程中，球形柱塞20不与液压油接触。

薄膜30采用弹性半球形结构，端部固定于球形油缸上。薄膜30球形外表面与铰链梁10球形缸底之间形成加压空间，加载液压后，薄膜30朝向柱塞方向发生弹性变形及位移，将压力传递给薄膜30球形内表面相贴合的球形柱塞20上，并推动球塞沿导向套40的轴向方向运动。整个加压过程中，液压油仅存在于缸底和半球形薄膜30间的加压腔内，大大减少了液压油的使用量。

上述发明，大大增加了铰链梁10的使用寿命，并通过趋于扁平，体积减少的锻造结构，使新型六面顶压机较同等能力传统压机整机重量减少约30%；半球形弹性薄膜30的引入，提高了油缸的密封效果及压力的稳定，使电机功率较传统设备降低约20%；较高的承压能力与密封效果，大大提高了压力，可使六面顶压机的整体系统压力提升30%。

同时，本发明的操作使用模式与传统六面顶压机基本一致，同时未改变金刚石合成工艺。使得本发明的六面顶压机，可与传统设备无缝对接，便于用户升级换代。

其主要技术参数对比如下表所示：

	传统850六面顶压机	薄膜加压850六面顶压机
			单杠推力	62000KN	64000KN
液压系统最高压力	110MPa	145MPa
			液压系统油量	约250L	约40L
电机功率	32KW	25KW
			设备重量	63000Kg	44000Kg

通过上述技术参数对比，可以看出新型薄膜加压六面顶比传统设备更有优势而且压力更稳定，适宜生产更高品质的金刚石产品。

本发明的有益效果如下：本发明的六面顶压机较之传统设备具有加工制造成本低、结构强度大、密封性能优秀、压力输出稳定、系统能耗较低，设备可靠性高等优势。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铰链梁总成，其特征在于，包括：

铰链梁，所述铰链梁包括缸体以及环设于所述缸体外侧壁上的梁耳，所述缸体具有第一内孔；

球形柱塞，设于所述第一内孔内，所述球形柱塞呈半球形状或球缺形状，所述第一内孔的底壁与所述球形柱塞之间形成加压腔，在所述第一内孔的底壁上设有贯穿所述缸体的进油孔，所述缸体通过所述球形柱塞向六面顶压机的合成块传递压力；

还包括：

薄膜，设于所述加压腔内，所述薄膜呈半球形结构并与所述球形柱塞贴合；

所述第一内孔的底壁为凹陷的球形面， 在所述第一内孔的底壁和所述第一内孔的侧壁之间设有呈环状的凹槽，所述薄膜的端部固定于所述凹槽内。

2.根据权利要求1所述的铰链梁总成，其特征在于，

所述薄膜采用弹性材料制成，所述薄膜的厚度取值范围为5~20mm。

3.根据权利要求1所述的铰链梁总成，其特征在于，

所述薄膜的端部沿所述薄膜的外周面向外凸起形成密封部，所述密封部的轮廓与所述凹槽的轮廓相贴合。

4.根据权利要求1所述的铰链梁总成，其特征在于，还包括：

导向套，与所述铰链梁固定连接，所述导向套具有导向孔，所述导向孔与所述缸体同轴；

导向块，所述导向块可滑动的设于所述导向孔内，所述导向块的一端与所述球形柱塞连接、另一端设有用于向合成块施压的顶锤。

5.根据权利要求4所述的铰链梁总成，其特征在于，

所述导向套呈管状，所述导向套的外壁具有凸起的轴肩，所述轴肩设有若干通孔，所述缸体的端面设有若干与所述通孔配合的螺纹孔，所述导向套与所述缸体通过螺栓连接。

6.根据权利要求5所述的铰链梁总成，其特征在于，

所述第一内孔与所述缸体的开口之间还设有第二内孔，所述第二内孔的直径大于所述第一内孔的直径，所述第一内孔与所述第二内孔同轴；

所述导向套朝向所述缸体的一侧设有定位部，所述定位部的外侧壁与所述第二内孔的内壁配合用于所述导向套的定位。

7.根据权利要求5所述的铰链梁总成，其特征在于，

若干所述螺纹孔绕所述第一内孔的轴线均匀的设于所述缸体的端面上。

8.根据权利要求1所述的铰链梁总成，其特征在于，

所述缸体的外侧壁面为凸起的弧面，所述铰链梁为锻造铰链梁。

9.一种六面顶压机，其特征在于：

包括相互铰接的六个如权利要求1-8中任一项所述的铰链梁总成；

六个所述铰链梁总成通过梁耳相互铰接在一起，构成六面顶压机。

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