RU2460642C1

RU2460642C1 - Powder compaction device

Info

Publication number: RU2460642C1
Application number: RU2011125289/05A
Authority: RU
Inventors: Алмаз Муллаянович Ханов (RU); Алмаз Муллаянович Ханов; Дмитрий Михайлович Караваев (RU); Дмитрий Михайлович Караваев; Александр Александрович Нестеров (RU); Александр Александрович Нестеров; Луиза Евгеньевна Макарова (RU); Луиза Евгеньевна Макарова; Дмитрий Вениаминович Смирнов (RU); Дмитрий Вениаминович Смирнов; Олег Юрьевич Исаев (RU); Олег Юрьевич Исаев; Владимир Алексеевич Москалев (RU); Владимир Алексеевич Москалев; Александр Иванович Дегтярев (RU); Александр Иванович Дегтярев; Дмитрий Алексеевич Петров (RU); Дмитрий Алексеевич Петров
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-09-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed device comprises pressure chamber 1 accommodating polymer sleeve 2 with length equal to that of pressure chamber 1, male die 3, and detachable support 6. Powder to be compacted is filled in between male die 3 and detachable support 6. Support 6 features cross-section shaped to thick-wall E-type element with lateral vertical components and central vertical component.

EFFECT: higher pressure, efficiency and reliability.

7 dwg

Description

Устройство относится к технике прессования, в частности к пресс-формам, и может быть использовано в качестве пресс-формы для получения изделий из смеси порошков терморасширенного графита (ТРГ) с реактопластом в качестве связующего, а именно прутков.The device relates to pressing techniques, in particular to molds, and can be used as a mold to obtain products from a mixture of powders of thermally expanded graphite (TEG) with thermosetting as a binder, namely rods.

Известна пресс-форма, содержащая камеру давления цилиндрической формы, сборную высокоэластичную оболочку, размещенную в камере давления, пуансон и подставку-пробку. (Порошковая металлургия и напыление покрытия: Учебник для вузов. В.Н.Анциферов, Г.В.Бобров. Л.К.Дружинин и др. М.: Металлургия, 1987. с.217.)A known mold containing a pressure chamber of cylindrical shape, a prefabricated highly elastic shell placed in the pressure chamber, a punch and a stand plug. (Powder metallurgy and coating spraying: Textbook for universities. V.N. Antsiferov, G.V. Bobrov. L.K. Druzhinin and others. M: Metallurgy, 1987. p.217.)

Устройство не универсально, оно обеспечивает только одностроннее прессование, которое не обеспечивает получения качественного длинномерного изделия с равномерной по его длине плотностью и прочностью. Прессование порошка в устройстве происходит за счет деформации высокоэластичной оболочки. В этой пресс-форме можно сформировать лишь небольшие изделия, так как оболочка имеет недостаточную прочность, чтобы выдержать большие нагрузки, необходимые для прессования длинномерных изделий. Для прессования длинномерных изделий требуется увеличение толщины эластичной оболочки, что приведет к удорожанию пресс-формы. Кроме того, использование сборной конструкции оболочки не гарантирует ее герметичности. Под воздействием больших нагрузок эластичная оболочка размягчается и проникает в зазоры между камерой давления и пуансоном, что приводит к ухудшению качества получаемых изделий. Неравномерное распределение давления по высоте изделия при изготовлении длинномерных изделий также не позволит получить качественное изделие.The device is not universal, it provides only one-sided pressing, which does not provide a high-quality long product with a uniform density and strength along its length. The pressing of the powder in the device occurs due to the deformation of the highly elastic shell. Only small articles can be formed in this mold, since the shell has insufficient strength to withstand the heavy loads necessary for pressing long products. For pressing long products, an increase in the thickness of the elastic shell is required, which will increase the cost of the mold. In addition, the use of prefabricated shell design does not guarantee its tightness. Under the influence of large loads, the elastic shell softens and penetrates into the gaps between the pressure chamber and the punch, which leads to a deterioration in the quality of the products obtained. The uneven distribution of pressure along the height of the product in the manufacture of long products will also not allow to obtain a high-quality product.

Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - устройство для прессования порошков, содержащее камеру давления цилиндрической формы, оболочку, размещенную в камере давления, и пуансон.Signs of an analogue that coincide with the essential features of the claimed invention is a device for pressing powders containing a pressure chamber of cylindrical shape, a shell placed in the pressure chamber, and a punch.

В качестве прототипа выбрана пресс-форма (Порошковая металлургия и напыление покрытия: Учебник для вузов. В.Н.Анциферов, Г.В.Бобров. Л.К.Дружинин и др. М.: Металлургия, 1987. с.217), содержащая камеру давления цилиндрической формы, сборную высокоэластичную оболочку, размещенную в камере давления, и пуансоны.The mold was chosen as a prototype (Powder metallurgy and coating spraying: Textbook for universities. V.N. Antsiferov, G.V. Bobrov. L.K. Druzhinin et al. M .: Metallurgy, 1987. p.217), containing a pressure chamber of cylindrical shape, a prefabricated highly elastic shell placed in the pressure chamber, and punches.

Устройство не универсально, оно обеспечивает только двухстороннее прессование. Использование такого устройства ограничено конструктивными особенностями конкретного пресса. Прессование порошка в устройстве происходит за счет деформации высокоэластичной оболочки. В этой пресс-форме можно сформировать лишь небольшие изделия, так как оболочка имеет недостаточную прочность, чтобы выдержать большие нагрузки, необходимые для прессования длинномерных изделий. Для прессования длинномерных изделий требуется увеличение толщины эластичной оболочки, что приведет к удорожанию пресс-формы. Кроме того, использование сборной конструкции оболочки не гарантирует ее герметичности. Под воздействием больших нагрузок эластичная оболочка размягчается и проникает в зазоры между камерой давления и пуансоном, что приводит к ухудшению качества получаемых изделий. Неравномерное распределение давления по высоте при изготовлении длинномерных изделий также не позволит получить качественное изделие.The device is not universal, it provides only two-sided pressing. The use of such a device is limited by the design features of a particular press. The pressing of the powder in the device occurs due to the deformation of the highly elastic shell. Only small articles can be formed in this mold, since the shell has insufficient strength to withstand the heavy loads necessary for pressing long products. For pressing long products, an increase in the thickness of the elastic shell is required, which will increase the cost of the mold. In addition, the use of prefabricated shell design does not guarantee its tightness. Under the influence of large loads, the elastic shell softens and penetrates into the gaps between the pressure chamber and the punch, which leads to a deterioration in the quality of the products obtained. The uneven distribution of pressure over height in the manufacture of long products will also not allow to obtain a high-quality product.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - устройство для прессования порошков, содержащее камеру давления цилиндрической формы, оболочку, размещенную в камере давления, и пуансоны.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed invention, is a device for pressing powders containing a pressure chamber of cylindrical shape, a shell placed in the pressure chamber, and punches.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создание универсального устройства, обеспечивающего одно- и двухстороннее прессование качественных длинномерных изделий.The problem to which the invention is directed is the creation of a universal device that provides one- and two-sided pressing of high-quality long products.

Задача была решена за счет того, что известное устройство для прессования порошков, содержащее камеру давления цилиндрической формы, оболочку, размещенную в камере давления, и пуансоны (верхний и нижний), дополнительно содержит съемную подставку, используемую при одностороннем прессовании вместо нижнего пуансона, выполненную в сечении в виде толстостенного Ш-образного элемента, жестко охватывающего нижнюю торцевую часть камеры давления и одновременно входящего своей центральной вертикальной составляющей в полость оболочки. В качестве оболочки используют полимерную втулку, имеющую толщину и жесткость, обеспечивающую постоянство ее исходной формы в процессе прессования порошка, и гладкую внутреннюю поверхность, например силиконовую втулку, высота втулки равна высоте камеры давления. Пуансоны имеют цилиндрическую форму и диаметр, равный внутреннему диаметру втулки.The problem was solved due to the fact that the known device for pressing powders containing a pressure chamber of cylindrical shape, a shell placed in a pressure chamber, and punches (upper and lower), further comprises a removable stand used in single-sided pressing instead of the lower puncheon, made in a section in the form of a thick-walled Ш-shaped element rigidly covering the lower end part of the pressure chamber and at the same time entering its central vertical component into the cavity of the shell. As the shell, a polymer sleeve is used, having a thickness and rigidity, ensuring the constancy of its initial shape during powder pressing, and a smooth inner surface, for example, a silicone sleeve, the height of the sleeve is equal to the height of the pressure chamber. The punches have a cylindrical shape and a diameter equal to the inner diameter of the sleeve.

Признаки заявляемого изобретения, отличительные от прототипа, - устройство дополнительно содержит съемную подставку, используемую при одностороннем прессовании вместо нижнего пуансона, выполненную в сечении в виде толстостенного Ш-образного элемента, жестко охватывающего нижнюю торцевую часть камеры давления и одновременно входящего своей центральной вертикальной составляющей в полость оболочки. В качестве оболочки используют полимерную втулку, имеющую толщину и жесткость, обеспечивающие постоянство ее исходной формы в процессе прессования порошка, и гладкую внутреннюю поверхность. Пуансоны имеют цилиндрическую форму и диаметр, равный внутреннему диаметру втулки.Signs of the claimed invention, distinctive from the prototype, the device further comprises a removable stand used for unilateral pressing instead of the lower punch, made in cross section in the form of a thick-walled U-shaped element, rigidly covering the lower end part of the pressure chamber and simultaneously entering its central vertical component into the cavity shell. As the shell using a polymer sleeve having a thickness and rigidity, ensuring the constancy of its original form in the process of pressing the powder, and a smooth inner surface. The punches have a cylindrical shape and a diameter equal to the inner diameter of the sleeve.

Выполнение оболочки в виде жесткой полимерной втулки и выполнение пуансонов диаметром, равным внутреннему диаметру полимерной втулки, позволяет осуществлять одноосное сжатие порошка, легкое скольжение массы порошка вдоль стенок втулки при перемещении пуансонов и избежать пристенного торможения частиц порошка (особенно важно, если прессуется смесь порошков), улучшить прессуемость слоистых систем и, тем самым, избежать расслаивания изделия, обеспечить равномерность распределения давления по высоте изделия, что позволит получать качественные длинномерные изделия.The execution of the shell in the form of a rigid polymer sleeve and the execution of punches with a diameter equal to the inner diameter of the polymer sleeve allows uniaxial compression of the powder, easy sliding of the powder mass along the walls of the sleeve when moving the punches and avoid wall braking of the powder particles (especially important if the powder mixture is pressed), to improve the compressibility of layered systems and, thereby, to avoid delamination of the product, to ensure uniform distribution of pressure along the height of the product, which will allow to obtain high-quality Tween long products.

При одностороннем прессовании (одним пуансоном) нижний торец камеры давления надежно и просто изолируется от внешней среды Ш-образным съемным элементом-подставкой. Полая камера давления с полимерной втулкой внутри вставляется в Ш-образный элемент-подставку, таким образом, боковые составляющие этого элемента охватывают внешнюю поверхность камеры давления, а центральная вертикальная составляющая входит без зазора в виде пробки внутрь полимерной втулки. Такое соединение дополнительно гарантирует недеформируемость полимерной втулки, герметичность соединения камера-давления - полимерная втулка - подставка, обеспечивает возможность использования больших нагрузок на прессуемый порошок без просачивания через неплотности нижней части устройства.With one-sided pressing (with one punch), the lower end of the pressure chamber is reliably and simply isolated from the external environment by a W-shaped removable stand element. A hollow pressure chamber with a polymer sleeve inside is inserted into a U-shaped stand element, thus, the side components of this element cover the outer surface of the pressure chamber, and the central vertical component enters without a gap in the form of a tube inside the polymer sleeve. Such a connection additionally guarantees the non-deformability of the polymer sleeve, the tightness of the chamber-pressure connection - the polymer sleeve - stand, makes it possible to use large loads on the pressed powder without seeping through the leaks of the lower part of the device.

На фиг.1 схематично показано устройство с использованием двух пуансонов (при одностороннем прессовании), в разрезе.Figure 1 schematically shows a device using two punches (with unilateral pressing), in section.

На фиг.2 схематично показано устройство с использованием одного пуансона (при двухстороннем прессовании), в разрезе.Figure 2 schematically shows a device using one punch (with two-sided pressing), in section.

На фиг.3 схематично показан Ш-образный элемент-подставка в разрезе.Figure 3 schematically shows a W-shaped element-stand in section.

На фиг.4 показан момент прессования порошка двухсторонним воздействием на него пуансонами с получением изделия в виде таблетки, разрез.Figure 4 shows the moment of pressing the powder by double-acting on it with punches to obtain the product in the form of a tablet, section.

На фиг.5 показано устройство в момент прессования порошка односторонним воздействием на него пуансоном с получением изделия в виде таблетки.Figure 5 shows the device at the time of pressing the powder by unilateral impact on it with a punch to obtain the product in the form of a tablet.

На фиг.6 показано устройство в момент двухстороннего воздействия пуансонами на порошок и получение длинномерного изделия, разрез.Figure 6 shows the device at the time of double-sided impact by the punches on the powder and obtaining a long product, section.

На фиг.7 показано устройство в момент прессования с получением длинномерного изделия односторонним прессованием порошка, разрез.Figure 7 shows the device at the time of pressing to obtain a lengthy product by unilateral pressing of the powder, section.

Устройство содержит камеру давления 1, размещенную в ней полимерную втулку 2, имеющую длину, равную длине камеры давления 1, верхний 3 и нижний 4 пуансоны, между которыми насыпается прессуемый материал 5, Ш-образный элемент-подставку 6 с боковыми вертикальными составляющими 7 и 8 и центральной вертикальной составляющей 9. Крепление подставки 6 к камере давления 1 выполняется таким, чтобы можно было производить замену подставки на пуансон и может быть, например, в виде резьбового соединения.The device comprises a pressure chamber 1, a polymer sleeve 2 located in it, having a length equal to the length of the pressure chamber 1, upper 3 and lower 4 punches, between which the pressed material 5 is poured, a W-shaped support element 6 with lateral vertical components 7 and 8 and the central vertical component 9. The mounting of the stand 6 to the pressure chamber 1 is such that it can be replaced by a punch and can be, for example, in the form of a threaded connection.

Полимерная втулка нейтральна к агрессивным порошкам и служит экраном для металлической камеры давления. В случае необходимости ее легче и дешевле заменить, чем металлическую камеру давления. Втулка снижает коэффициент трения между контактными поверхностями, выдерживает большие контактные нагрузки (порошок - втулка, пуансон - втулка). Она термостойка, что позволяет вести прессование с нагревом.The polymer sleeve is neutral to aggressive powders and serves as a shield for the metal pressure chamber. If necessary, it is easier and cheaper to replace than a metal pressure chamber. The sleeve reduces the coefficient of friction between contact surfaces, can withstand large contact loads (powder - sleeve, punch - sleeve). It is heat resistant, which allows pressing with heating.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При двухстороннем прессовании порошка в полую камеру давления 1, выполненную из металла (сталь 3Х2138), вставляют плотной посадкой полимерную втулку 2. Снизу в полость втулки 2 вставляют пуансон 4 диаметром, равным внутреннему диаметру втулки 2. Затем в полость втулки 2 насыпают порошок 5 (или смесь порошков, например, содержащую наполнитель - графит терморасширенный и связующее - реактопласт на силиконовой основе). Сверху в ручном режиме или с использованием пресса подпрессовывают порошок, вводя во втулку 2 пуансон 3. Заполнив порошком 5 полость втулки 2, порошок прессуют под прессом при заданном давлении. Таким образом получают плотную заготовку или готовое изделие в виде длинномерного прутка или таблетки (фиг.4, 6), в зависимости от длины камеры давления 1 и полимерной втулки 2.When two-sided pressing of the powder, a polymer sleeve 2 is inserted into the hollow pressure chamber 1 made of metal (steel 3X2138) by tight fit. From the bottom, a punch 4 is inserted into the cavity of the sleeve 2 with a diameter equal to the inner diameter of the sleeve 2. Then powder 5 is poured into the cavity of the sleeve 2 ( or a mixture of powders, for example, containing a filler - thermally expanded graphite and a binder - silicone-based thermoset). From above, in manual mode or using a press, the powder is pressed in by introducing the punch 3 into the sleeve 2. By filling with the powder 5 the cavity of the sleeve 2, the powder is pressed under the press at a given pressure. Thus, a dense blank or finished product is obtained in the form of a long rod or tablet (Figs. 4, 6), depending on the length of the pressure chamber 1 and the polymer sleeve 2.

При одностороннем прессовании нижний пуансон 4 заменяют Ш-образным элементом-подставкой 6 (фиг.5). Для этого вставляют камеру давления 1 в Ш-образный элемент-подставку 6. Внутренний диаметр толстостенного элемента 6 равен внешнему диаметру камеры давления 1±1 мм. Диаметр центральной вертикальной составляющей 9 Ш-образного элемента-подставки равен внутреннему диаметру полимерной втулки 2. Ш-образный элемент 6 охватывает внешнюю поверхность камеры давления 1 и входит своей центральной составляющей 9 в полость втулки 2, образуя подставку под камеру давления 1. При этом обеспечивается плотная, без зазоров, посадка полимерной втулки 2, хорошее скольжение, без задержек, пуансона 3 вдоль полимерной втулки 2 (фиг.5, 7), которые опасны тем, что способствуют расслоению массы порошка в процессе и после прессования (в этот период слои релаксируют). Далее в полость втулки 2 насыпают порошок 5 и действуют таким же образом, как и при двухстороннем прессовании. В результате получают заготовку или готовое изделие в виде длинномерного прутка или таблетки (фиг.5, 7) в зависимости от длины камеры давления 1 и полимерной втулки 2.When unilateral pressing the lower punch 4 is replaced by a W-shaped element-stand 6 (figure 5). To do this, insert the pressure chamber 1 into the W-shaped stand element 6. The inner diameter of the thick-walled element 6 is equal to the outer diameter of the pressure chamber 1 ± 1 mm. The diameter of the Central vertical component 9 of the W-shaped element of the stand is equal to the inner diameter of the polymer sleeve 2. The W-shaped element 6 covers the outer surface of the pressure chamber 1 and enters its central component 9 into the cavity of the sleeve 2, forming a stand under the pressure chamber 1. This ensures dense, without gaps, the fit of the polymer sleeve 2, good sliding, without delay, the punch 3 along the polymer sleeve 2 (Fig.5, 7), which are dangerous because they contribute to the separation of the mass of powder during and after pressing (layers relax during this period). Next, powder 5 is poured into the cavity of the sleeve 2 and act in the same manner as with double-sided pressing. The result is a workpiece or finished product in the form of a long rod or tablet (figure 5, 7) depending on the length of the pressure chamber 1 and the polymer sleeve 2.

Двухстороннее прессование порошка заявленным устройством позволяет получить изделия с более равномерным распределением плотности по всей длине, чем одностороннее (особенно это относится к изготовлению длинномерных изделий).Bilateral powder pressing by the claimed device allows to obtain products with a more uniform density distribution over the entire length than single-sided (this is especially true for the manufacture of long products).

Заявляемое устройство универсально: его можно эксплуатировать и при одностороннем, и при двухстороннем прессовании (в зависимости от конструктивных особенностей используемого пресса).The inventive device is universal: it can be operated with one-sided and two-sided pressing (depending on the design features of the press used).

Благодаря использованию полимерной втулки и подставки предлагаемое устройство проще и надежней, чем устройство по прототипу (т.к. их использование позволяет реализовать большие давления на порошок в камере давления без размягчения втулки и без выхода прессуемого порошка за пределы камеры давления). А получаемые изделия имеют заданные параметры, качественную поверхность, без расслоений.Due to the use of a polymer sleeve and stand, the proposed device is simpler and more reliable than the device of the prototype (since their use allows realizing large pressures on the powder in the pressure chamber without softening the sleeve and without leaving the pressed powder outside the pressure chamber). And the products obtained have the specified parameters, high-quality surface, without delamination.

Заявляемое устройство готово к эксплуатации в лабораторном исполнении. Предполагается его внедрение в «Новомет-Силуре» г.Перми и других организациях, занимающихся изготовлением изделий в виде преимущественно длинномерных прутков.The inventive device is ready for use in laboratory design. It is supposed to be introduced in Novomet-Silur Perm and other organizations involved in the manufacture of products in the form of predominantly long bars.

Claims

A device for pressing powders containing a pressure chamber of cylindrical shape, a shell placed in the pressure chamber, and punches, characterized in that it further comprises a removable stand used for unilateral pressing, made in cross section in the form of a thick-walled U-shaped element, rigidly covering the lower the end part of the pressure chamber and at the same time entering its central vertical component into the cavity of the shell, a polymer sleeve having a thickness and a gesture is used as a shell bone, ensuring the constancy of its original form during the pressing of the powder, and a smooth inner surface, for example a silicone sleeve, and the punches have a cylindrical shape and a diameter equal to the inner diameter of the polymer shell.