CS210872B1

CS210872B1 - High-pressure equipment

Info

Publication number: CS210872B1
Application number: CS663779A
Authority: CS
Inventors: Josef Drexler
Original assignee: Josef Drexler
Priority date: 1979-10-01
Filing date: 1979-10-01
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Vynález se týká vysokotlakého zařízení na výrobu supertvrdých materiálů, pro tlakovou oblast 7,5 až 12 GPa, které sestává z jádra ze slinutého karbidu o pevnosti v tlaku 4 200 až 5 200 MPa, lisovníků a plastického laminovaného těsnění, přičemž na sestavu 'zpevněnou ocelovými objímkami dosedá podložka lisovníku. Podstata vynálezu spočívá v tom, že tlakové napětí mezi poslední ocelovou vysoce pevnou objímkou a jádrem dosahuje 45 až 75% pevnosti slinutého karbidu v tlaku, poměr průměru jádra (2) k jeho dutině je 2,5:1 až 6:1, vnější průměr laminovaného těsnění (3) k průměru dutiny vysokotlakého zařízení je 2:1 až 4,5:1, rozměry lisovníku (1) jsou určeny poměrem tlouětky laminovaného těsnění (3) k průměru špičky lisovníku (1) v rozmezí 0,12 až 0,35, vrcholový úhel lisovníku (1) a jádra (2) je v rozsahu 95 až 110°, přičemž opěrná podložka lisovníku (9) že slinutého karbidu je ustavena v předepínací objímce (i 0)The invention relates to a high pressure apparatus for the production of super hard materials, for a pressure range of 7.5 to 12 GPa that consists from a cemented carbide core of strength at a pressure of 4,200 to 5,200 MPa; a plastic laminated seal, wherein on the assembly 'reinforced with steel sleeves the punch washer rests. The essence of the invention is that pressure stress between the last steel high with a fixed sleeve and core reaching 45 to 75% of sintered carbide compressive strength the ratio of the diameter of the core (2) to its cavity is 2.5: 1 to 6: 1, outer diameter laminated seal (3) to high pressure cavity diameter the device is 2: 1 to 4.5: 1, punch dimensions (1) are determined by the ratio of the laminated thickness seal (3) to tip diameter punch (1) ranging from 0.12 to 0.35, punch point angle (1) and core (2) is in the range of 95 to 110 °, while retaining a punch washer (9) of cemented carbide it is set in the biasing sleeve (i 0)

Description

Vynález se týká vysokotlakého zařízení na výrobu supertvrdýeh materiálů, pro tlakovou oblast 7,5 až 12 GPa.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-pressure apparatus for producing superhard materials for a pressure range of 7.5 to 12 GPa.

Ve vysokotlakých zařízeních, kde je stlačována nápln v matrici pomocí kuželových lisovníků známých z literatury a patentů je prostor matrice těsněn soustavou kuželovitých těsnění z pyrofylitu, katlinitu a jiných vhodných materiálů proložených kuželovými vložkami.In high-pressure devices, where the fill in the matrix is compressed using conical punches known from literature and patents, the matrix space is sealed with a set of conical seals of pyrophyllite, katlinite and other suitable materials interspersed with conical inserts.

Zdvih nutný ke stlačení je závislý na počtu kuželovitých těsněni a vrcholovém úhlu lisovníku. Počet je dán nutností zachovat homogenitu při stlačení. Případně bývá mezi vnitřní a vnější těsnění umístěna plasticky deformovatelná kovová vložka. Razníky mají vrcholový úhel 70 až 120°.The stroke required for compression depends on the number of conical seals and the punch angle. The number is determined by the need to maintain homogeneity when compressed. Optionally, a plastically deformable metal liner is positioned between the inner and outer seals. The punches have an angle of 70 to 120 °.

U těchto zařízení se případné nepřesnosti ve výrobě součástí nebo náhodné materiálové poruchy v deformovatelné kovové vložce projevují poruchami těsnicí schopnosti zařízení a úniku média z prostoru matrice. Tyto nevýhody se podstatnou měrou zvyšují při teplotním zatížení těsnění od vnitřního zdroje tepla v prostoru matrice.In these devices, possible inaccuracies in the manufacture of components or accidental material defects in the deformable metal liner are manifested by defects in the sealing capability of the device and leakage of medium from the matrix space. These disadvantages are substantially increased by the temperature load of the gasket from the internal heat source in the matrix space.

Nevýhodou dosud používaných vysokotlakých zařízení je, že mají malý využitelný objem vysokotlakého prostoru, nízkou životnost základních dílců, omezenou stabilitu těsnicích prvků zejména za zvýšených teplot. Vyznačují se velmi složitou konstrukci, neoperativností obsluhy a tudíž jsou málo vhodné pro průmyslové použití při výrobě supertvrdýeh materiálů.The disadvantages of the high-pressure devices used hitherto are that they have a low usable volume of the high-pressure space, low service life of the base parts, limited stability of the sealing elements, especially at elevated temperatures. They are characterized by a very complicated construction, inoperative operation and are therefore not suitable for industrial use in the production of superhard materials.

Uvedené nevýhody odstraňuje vysokotlaké zařízení na výrobu supertvrdýeh materiálů, pro tlakovou oblast 7,5 až 12 GPa, které sestává ze slinutého karbidu o pevnosti v tlaku 4 200 až 5 200 MPa, lisovníků a plastického laminovaného těsnění, přičemž na sestavu zpevněnou ocelovými prstenci dosedá podložka, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že •tlakové napětí mezi poslední ocelovou vysoce pevnou objímkou a jédrem dosahuje 45 až 75% pevnosti slinutého karbidu v tlaku, poměr průměru jádra k jeho dutině je 2,5:1 až 6:1, vnější průměr laminovaného těsnění k průměru dutiny vysokotlakého zařízení je 2:1 až 4,5:1, rozměry lisovníku jsou určeny poměrem tlouštky laminovaného těsnění k průměru špičky lisovní ku v rozmezí 0,12 až 0,35, vrcholový úhel lisovníků a jádra je v rozsahu 95 až 110°, přičemž opěrná podložka lisovníku ze slinutého karbidu je ustavena v přepínací ocelové objímce.The above-mentioned disadvantages are overcome by a high-pressure apparatus for producing super-hard materials for a pressure range of 7.5 to 12 GPa, which consists of a cemented carbide with a compressive strength of 4,200 to 5,200 MPa, punches and plastic laminated gaskets. according to the present invention, wherein the compressive stress between the last high-strength steel sleeve and the core reaches 45 to 75% of the compressive strength of the cemented carbide, the ratio of the core diameter to its cavity is 2.5: 1 to 6: 1 , the outer diameter of the laminated seal to the cavity diameter of the high-pressure device is 2: 1 to 4.5: 1, the punch dimensions are determined by the ratio of the thickness of the laminated seal to the diameter of the press tip to 0.12 to 0.35; in the range of 95 to 110 °, with the cemented carbide punch support washer in a toggle steel ímce.

Hlavní výhodou je skutečnost, že využitelný prostor je poměrně velký a skýtá objem až několika cm\ Konstrukce vysokotlakého zařízení chrání funkční části vysokotlakého nástroje, což podstatně zvyšuje jeho životnost. Rovněž těsnění je lépe provedeno, což se projevuje zejména při zvýšených teplotách.The main advantage is the fact that the usable space is relatively large and offers a volume of up to several centimeters. The design of the high-pressure device protects the functional parts of the high-pressure tool, which significantly increases its tool life. The gasket is also better made, which is particularly evident at elevated temperatures.

Na přiloženém obrázku je příklad provedeni vysokotlakého zařízení podle vynálezu.The attached figure shows an example of an embodiment of a high-pressure device according to the invention.

Zařízení sestává z lisovníků _1_, jádra 2.· laminovaného těsnění g, válcového tělesa g, kovové vložky g, držáku náplně 6, náplně 2, ocelových vysoce pevných objímek 8, podložky lisovníku g, ze slinutého karbidu v předepínaci ocelové objímce 10 a měkké upínací části 11.The device consists of punches 7, core 2. laminated gasket g, cylindrical body g, metal insert g, cartridge holder 6, cartridge 2, high-strength steel sleeves 8, punch washer g, cemented carbide in steel sleeve 10 and soft clamping part 11.

Vysokotlaké zařízení podle vynálezu sestává z jádra 2 ze slinutého karbidu o pevnosti v tlaku 4 200 až 5 200 MPa o poměru vnějšího průměru jádra k vnitřnímu průměru vlastní vysokotlaké dutiny 2,5:1 až 6:1, které je vloženo s předpětím do soustavy například čtyř nebo pěti ocelových vysoce pevných objímek 8. Přesahy mezi jednotlivými objímkami jsou výpočtem stanoveny tak, že mezivrstvové tlakové napětí ve vysokotlakém zařízení při stavu zatížení pracovní dutiny vnitřním tlakem vyvozují na vnitřním průměru vysokotlaké dutiny v jádře 2. ze slinutého karbidu tečná tlaková napětí, která superponovaná k tahových tečným napětím od namáhání vnitřním pracovním tlakem eliminují tato tečná tlaková napětí buá zcela nebo je snižují pod hodnoty pevnosti v tahu používaného slinutého karbidu.The high-pressure device according to the invention consists of a cemented carbide core 2 having a compressive strength of 4,200 to 5,200 MPa with a ratio of the outer diameter of the core to the inner diameter of the actual high pressure cavity of 2.5: 1 to 6: 1. The overlaps between the individual sleeves are calculated by calculating that the interlayer compressive stress in the high-pressure device generates tangential compressive stresses on the inside diameter of the high-pressure cavity in the cemented carbide at the internal cavity loading state of the working cavity. Superposed to tensile stresses from internal working stress, these tangential compressive stresses either completely or reduce them below the tensile strength values of the cemented carbide used.

Výpočtem jsou určeny skutečné montážní přesahy, přičemž jsou eliminovány deformace jednotlivých vrstev vysokotlakého zařízení vznikající při postupné montáži. Výsledkem jeThe calculation determines the actual assembly overlaps, eliminating deformations of individual layers of the high-pressure equipment resulting from the gradual assembly. The result is

2,0872 podstatné zlepšení ve využití pevnostních charakteristik jednotlivých použitých materiálů. Tlakové napětí mezi poslední ocelovou vysoce pevnou objímkou 8 a jádrem 2 slinutého karbidu se pohybuje přitom v rozmezí 40 až 75% pevnosti tlaku slinutého karbidu.2.0872 substantial improvement in the use of strength characteristics of the individual materials used. The compressive stress between the last high-strength steel sleeve 8 and the cemented carbide core 2 is in the range of 40 to 75% of the cemented carbide pressure strength.

Utěsnění pohyblivých části vysokotlakého zařízení proti úniku vysokotlakého média z prostoru zařízení zaručuje dostatečný zdvih lisovníků 1 pro dosaženi potřebného vnitřního tlaku ve vysokotlakém zařízení. Současně se vytvoří tlak boční podpory kuželových částí lisovníků a laminované těsnění J je odolné proti vytlačení z mezery mezi kuželovou plochou lisovníků J. a jádrem 2 ze slinutého karbidu i za zvýšených teplot náplně vysokotlakého za-, řízení.The sealing of the movable parts of the high-pressure device against leakage of the high-pressure medium from the space of the device guarantees a sufficient stroke of the punches 1 to achieve the necessary internal pressure in the high-pressure device. At the same time, the lateral support pressure of the conical die parts is created and the laminated gasket J is resistant to being pushed out of the gap between the conical surface of the punches J and the cemented carbide core 2 even at elevated filling pressures of the high pressure device.

Těsnění je charakterizováno tím, že poměr vnějšího průměru laminovaného těsnění J k průměru dutiny vysokotlakého zařízení je v rozmezí 2 až 4,5 a nejvýhodnější vrcholový úhel kuželovitých ploch lisovníků a jádra 2 ze slinutého karbidu je v rozmezí 95 až 1,0°. Špička lisovníků 1 je prodloužena zvléětním válcovitým tělesem, které zaručuje dosažení pracovního tlaku ve vysokotlakém prostoru a zároveň chrání špičku lisovníků χ před poškozením pracovního tlaku.The seal is characterized in that the ratio of the outer diameter of the laminated seal J to the diameter of the cavity of the high-pressure device is in the range of 2 to 4.5 and the most preferred peak angle of the conical surfaces of the punches and the cemented carbide core 2 is in the range of 95 to 1.0 °. The tip of the punches 1 is extended by a corrugated cylindrical body which guarantees the achievement of the working pressure in the high-pressure space and at the same time protects the punch tip χ from damage to the working pressure.

Těleso má rozměry dané poměrem tlouštky k průměru špičky lisovníků χ v rozsahu 0,12 až 0,35. Těleso vytváří při pracovním tlaku kuželovitou vrstvu obalující nejvíce namáhanou část špičky lisovníků χ. Zároveň toto těleso převádí elektrický proud k topnému elementu ve vysokotlakém prostoru. Pro vrcholový úhel lisovníků χ 60 až 90° je možno dát uvedené těleso do kontaktu s lisovníkem χ.The body has dimensions given by the ratio of the thickness to the diameter of the punch tip χ in the range of 0.12 to 0.35. The body forms a conical layer at the working pressure, covering the most stressed part of the punch tip χ. At the same time, this body transfers electrical current to the heating element in the high-pressure space. For a punch angle χ 60 to 90 °, said body can be contacted with the punch χ.

Pro vrcholový úhel lisovníků χ 95 až ,10° je mezi těleso a špičku lisovníků X vloženo ocelové válcové těleso X o vyšší tvrdosti. Přenos síly z pístu na soustavu lisovníků χ se děje s využitím podložky lisovníků % tvořené s výhodou válcovitým jádrem ze slinutého karbidu ustaveného do předepinací ocelové objímky 10 ze zušlechtěné oceli a měkké upínací části χχ. Tento způsob přenosu lisovací síly eliminuje deformace dříve užívané opěrky z kalené oceli a tím i možné posuvy lisovníků oproti soustavně předepínacích objímek.For a punch angle χ of 95 to 10 °, a higher hardness steel cylindrical body X is inserted between the body and the tip of the punches X. The force transmission from the piston to the plunger assembly χ is effected by using a plunger washer 10 formed preferably of a cylindrical cemented carbide core fitted into the bias steel sleeve 10 and the soft clamping portion χχ. This method of transferring the pressing force eliminates the deformation of the previously used hardened steel support and thus the possible displacements of the punches compared to the systematic pre-tensioning sleeves.

Claims

High-pressure equipment for the production of super-hard materials for a pressure range of 7.5 to 12 GPa, consisting of a cemented carbide core with a compressive strength of 4,200 to 5,200 MPa, punches and a plastic laminated seal, bearing the assembly reinforced with steel sleeves punch pad characterized in that the ratio of the core diameter (2) to its cavity is 2.5: 1 to 6: 1, the outer diameter of the laminated gasket (3) to the cavity diameter of the high pressure device is 2: 1 to 4.5: 1, the punches (1) are determined by the ratio of the thickness of the laminated seal (3) to the diameter of the punches (1) in the range 0.12 to 0.35, the apex angle of the punches (1) and the core (2) is in the range 95-110 °; the carbide support punch (9) is positioned in the pre-tensioning of the steel sleeve (10).