Устройство для горячего гидростатического прессования порошковых заготовок

 

Изобретение относится к устройствам для горячего гидростатического прессования порошковых заготовок. Цель - улучшение эксплуатационных характеристик устройства. Полость нижней пробки 6 через каналы 11,12 заполняют маслом, а верхнюю полость камеры высокого давления - шихтой соли или стекла. Затем нагревателем 13 шихту расплавляют и она стекает чзрез отверстие во вставке 15 в нижнюю полость камеры высокого давления, где переходит в вязкое состояние, плотно заполняя зазоры между плунжером 16 и стенками внутренней втулки 4. Поднимают температуру до рабочей, в расплав загружают заготовку, закрывают крышку 9 и нагнетают рабочую жидкость (масло) через канал 12 в полость, образуемую пробкой 6, крышкой 9 и гидромультипликатором 7. Двигаясь вверх, плунжер 16 плотно запирает камеру, создавая в ней нужное давление, которое через расплав передается на заготовку, осуществляя горячее гидростатическое прессование. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э1)5 В 22 F 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Од фа

6д

14

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844545/02 (22) 29,06,90 (46) 07,05.92. Бюл.№17 (71) Институт машиноведения Уральского отделения АН СССР (72) В.Л,Колмогоров, А.Г.Залазинский и

В. Г,Широковских (53) 621.762.4,043 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 900984, кл. В 22 F 3/14, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1284689,,кл. В 22 F 3/04, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ IlOPOLLIКОВЫХ ЗАГОТОВОК (57) Изобретение относится к устройствам для горячего гидростатического прессования порошковых заготовок. Цель — улучшение эксплуатационных характеристик

„„5LI „„1731437 А1 устройства. Полость нижней пробки 6 через каналы 11, 12 заполняют маслом, а верхнюю полость камеры высокого давления — шихтой соли или стекла. Затем нагревателем 13 шихту расплавляют и она стекает чарез отверстие во вставке 15 в нижнюю полость камеры высокого давления, где переходит в вязкое состояние, плотно заполняя зазоры между плунжером 16 и стенками внутренней втулки 4. Поднимают температуру до рабочей, в расплав загружают заготовку, закрывают крышку 9 и нагнетают рабочую жидкость (масло) через канал 12 в полость, образуемую пробкой 6, крышкой 9 и гидромультипликатором 7. Двигаясь вверх, плунжер 16 плотно запирает камеру, создавая в ней нужное давление, которое через расплав передается на заготовку, осуществляя горячее гидростатическое прессование. 1 з.п,ф-лы, 1 ил.

1731437

Изобретение относится к порошковой металлургии, а точнее к устройствам для горячего изостатического прессования жидкостью, и может быть использовано при формовании и уплотнении порошковых заготовок.

Известно устройство для горячего изостатического прессования порошка, включающее контейнер, который выполнен в нижней части с полостью для аккумулирования рабочей жидкости и снабжен тарельчатым и предохранительным клапанами, камеру нагрева, нижнюю пробку, верхний плунжер с уплотHèòåëüíûми элементами, теплоизоляцию и источник высокого давления.

Недостатком данного устройства является трудность поддержания постоянного высокого давления в течение всего цикла изостатического прессования, Это связано с тем, что повышение давления в камере нагрева предусматривается только за счет термического расширения поступающей холодной рабочей жидкости, Кроме того, неизбежны потери давления вследствие просачивания горячей рабочей жидкости через уплотнительные элементы верхнего плунжера. Другой недостаток устройства заключается в том, что в процессе прессования горячая рабочая жидкость после открытия тарельчатого клапана, установленного в нижней части камеры нагрева, поступает в нетеплоизолированную полость контейнера, предназначенную для аккумулирования рабочей жидкости, и нагревает контейнер и нижнюю пробку.. В результате имеют место тепловые потери и, следовательно, увеличение энергетических затрат, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для горячего изостатического прессования жидкостью, включающее корпус, снабженный верхний и нижней пробками с герметичными уплотнениями, образующими камеру высокого давления, нагреватель, теплоизоляцию и гидромультипликатор, встроенный в нижнюю пробку, В камере высокого давления коаксиально один в другом установлены герметичные сильфоны с образованием внутренней полости, заполненной расплавом, не окисляющимся при рабочей температуре на воздухе, промежуточной полости между сильфонами с легкоплавким металлом и внешней полости между внешним сильфоном и стенкой камеры, которая содержит жидкость с температурой кипения, превышающей температуру плавления легкоплавкого металла. Нагрева5

55 тель и теплоизоляция размещены в промежуточной полости.

Недостатком известного устройства является его низкая надежность из-за использования в качестве основных конструктивных элементов двух сильфонов, предназначенных для разделения рабочих сред и передачи давления от одной среды к другой. При тех технологических параметрах (температура до 1800 — 2000 С и давление до 600 МПа), на которые рассчитано известное устройство, резко возрастает вероятность потери упругих свойств материала, 13 которого изготовлены сильфоны. Если применяемые сильфоны достаточно гибкие, то на стадии разгружения они, находясь под высоким внутренним давлением, могут утратить устойчивость, Кроме того, при работе сильфонов в условиях переменных нагрузок пои высоких давлениях происходит интенсивное накопление пластической деформации, ведущее к усталостному разрушению и являющееся главным параметром, определяющим надежность сильфонов. Следует отметить, что сильфоны относятся к невосстанавливаемым элементам, которые после отказа не подлежат ремонту, Так как применяются дорогостоящие сильфоны ответственного назначения, при небольшом количестве циклов нагружения до отказа существенно возрастают эксплуатационные расходы за счет частой смены сильфонов, Другим недостатком устройства является размещение нагревателя и теплоизоляции в промежуточной полости между сильфонами, заполняемой легкоплавким металлом, Это не исключае химического, коррозионного воздействия жидкого металла на нагреватель и изоляцию, ведет к сокращению срока их использования и предъявляет высокие требования к свойствам контактирующих материалов, К недостаткам известного устройства следует отнести также сложность его эксплуатации ввиду применения трех различных рабочих сред(расплав стекла или соли, легкоплавкий металл — натрий, калий, свинец или др., минеральное или синтетическое масло) и, особенно, трудностей, возникающих при их замене, Цель изобретения — улучшение эксплуатационных характеристик устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для горячего прессования порошковых заготовок содержит контейнер с камерой высокого давления, заполненkой рабочим расплавом, не окисляющимся при рабочей температуре на воздухе, с нагревателем и теплоизоляцией, верхнюю и нижнюю пробки и гидромультипликатор, 1731437

45

55 размещенный в полости нижней пробки, соединенной в источником давления, При этом камера высокого давления выполнена в виде двух полостей, расположенных одна над другой, разделенных вставкой с отверстием и заполненных рабочим расплавом, нагреватель и теплоизоляция смонтированы в верхней полости камеры, а в нижней полости установлен плунжер, совмещенный с гидромультипликатором, Кроме того, часть нижней полости камеры, примыкающая к плунжеру, может быть заполнена сыпучей средой, инертной по отношению к рабочему расплаву.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, разрез.

Устройство для горячего гидростатического прессования порошковых заготовок содержит контейнер, который состоит из верхней втулки 1, нижней втулки 2, стакана

3 и внутренней втулки 4 из жаропрочного сплава, верхнюю пробку 5, нижнюю пробку

6 с уплотнениями и гидромультипликатор 7, встроенный в нижнюю пробку. Контейнер имеет составной кожух 8, внутри которого циркулирует охлаждающая жидкость. Пробки снабжены крышками 9, 10 с герметичными уплотнениями. В нижней пробке 6 и

KpblLUKe 10 имеются перепускные каналы 11, 12 для рабочей жидкости. Контейнер и пробки 5, 6 образуют камеру высокого давления из двух полостей. В верхней полости установлены нагреватель 13, теплоизоляция 14 и вставка с отверстием 15 из жаропрочного сплава. В нижнюю полость камеры помещен плунжер 16, совмещенный с гидромультипликатором 7 и снабженный наконечником из жаропрочного сплава.

Высокотемпературная верхняя полость камеры заполнена жидким расплавом соли или стекла и предназначена для размещения и обжатия заготовки, установленной на вставке 15 с отверстием, соединяющим верхнюю полость с нижней. Низкотемпературная нижняя полость камеры заполнена в верхней зоне, примыкающей к вставке 15, жидким расплавом, а в зоне, примыкающей к верхнему торцу плунжера 16, — охладившимся вязким расплавом, заполнившим минимальные зазоры между плунжером и стенками внутренней втулки 4. и стакана 3 и играющим роль герметичного уплотнения плунжера и смазки. Зона нижней полости, примыкающая к верхнему торцу плунжера, может быть заполнена не реагирующей с расплавом сыпучей средой, теплоизолирующей и герметизирующей плунжер. В полости нижней пробки 6, соединенной с источником давления (не показан), находится рабочая жидкость, например минеральное или синтетическое масло.

Устройство работает следующим образом.

Полость нижней пробки 6 через перепускные каналы 11, 12 заполняют маслом при атмосферном давлении, а верхнюю полость камеры высокого давления — шихтой соли или стекла. Затем включают нагреватель 13, постепенно повышая температуру, расплавляют рабочую среду, которая стекает через отверстие во вставке 15 в нижнюю полость камеры высокого давления, Одновременно в кожухе 8 контейнера начинает циркулировать вода, охлаждающая контейнер. Стекающий в нижнюю полость камеры расплав в связи с падением его температуры и соприкосновением с относительно холодными стенками внутренней втулки 4 верхним торцом плунжера 16 переходит в вязкое состояние, плотно заполняя зазоры между плунжером и стенками. В верхней зоне нижней полости камеры, где сказывается близость нагревателя 13, расплав ос-.ается в жидком состоянии. После заполнения камеры высокого давления расплавом поднимают температуру до рабочей, увеличивая мощность нагревателя. В расплав загружают заготовку, закрывают крышку 9 и нагнетают рабочую жидкость через перепускной канал 12 в полость, образуемую нижней пробкой 6, крышкой 10 и гидромультипликатором 7. Плунжер 16 совершает движение вверх, плотно запирая камеру и создавая в ней давление заданной величины. Давление через расплав, обладающий высокой теплопроводностью и обеспечивающий равномерное распределение температуры по заготовке, передается на заготовку, и осуществляется процесс горячего гидростатического прессования. По окончании процесса постепенно сбрасывают давление рабочей жидкости, В результате сброса давления и поступления масла под небольшим давлением в полость нижней пробки 6 через перепускной канал 11 плунжер 16 возвращается в исходное положение. После этого открывают крышку 9, извлекают отпрессованную заготовку, загружают новую заготовку, закрывают крышку 9, и рабочий цикл повторяется, По сравнению с известным заявляемое устройство позволяет улучшить эксплуатационные характеристики (ресурс работы, ремонтопригодность. эксплуатационные расходы) за счет следующим факторов:

Достигается повышение надежности устройства. В устройстве использованы конструктивные элементы (многослойный, водоохлаждаемый контейнер, плунжер, совмещенный с гидромультипликатором, цилиндрическая вставка с отверстием), 1731437

Составитель Г.Загорская

Техред M.Moðãåíòçë Корректор Т,Палий

Редактор В.Данко

Заказ 1538 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 большинство из которых широко используется в прессостроении, отличающиеся значительной износоустойчивостью и долговечностью. Применение двухполостной камеры высокого давления позволяет разделить высокотемпературную (верхнюю) и низкотемпературную (нижнюю) зоны и тем самым существенно снизить термические напряжения в плунжере, перемещающиеся в нижней зоне. Плунжер устройства не требует сложных уплотнений для подвижных соединений, работающих при высоких температурах и давлениях, так как роль уплотнений выполняет расплав в вязком состоянии, одновременно являющийся и эффективной смазкой, Указанные особенности ведут к возрастанию ресурса работы устройства.

Увеличивается ремонтопригодность устройства, Устройство выполнено состав; ным, в основном, из типовых конструктивных элементов, имеет горизонтальные разъемы, обеспечивающие простоту сборки и разборки, а также смены изнашивающихся деталей. Конструктивные элементы устройства (втулки контейнера, гидромультипликатор с плунжером), работающие в наиболее тяжелыхусловиях, являются в случае их выхода из строя легковосстанавливаемыми, что немаловажно для осуществления ремонтов.

Снижаются расходы на содержание и эксплуатацию устройства, Это связано не только с повышением его надежности и ремонтопригодности, очевидной простотой эксплуатации, но и с использованием только двух рабочих сред — рабочего расплава (соли или стекла), заполняющего камеру высокого давления, и жидкости высокого давления (минерального или синтетического масла), заполняющей полость нижней пробки. Исключение промежуточной. достаточно агрессивной среды легкоплавкого металла ведет как к увеличению срока службы устройства, так и к заметному снижению эксплуатационных расходов (на 20 /).

Устройство обеспечивает высокую производительность, поскольку число опера5 ций в цикле горячего изостатического прессования сведено к минимуму и значительна скорость создания рабочего давления в камере устройства с помощью плунжера, совмещенного с гидромультип10 ликатором. Предельные значения технологических параметров (рабочей температуры и давления) определяются мощностью нагревателя, усилие запирания крышки верхней пробки устройства, соотношением

15 размеров гидромультипликатора и плунжера, а также возможностями источника высокого давления, Формула изобретения

1. Устройство для горячего гидростати20 ческого прессования порошковых заготовок, содержащее контейнер с камерой высокого давления, заполненной рабочим

pBcllilBBoM, не окисляющимся при рабочей температуре на воздухе. с нагревателем и

25 теплоизоляцией, верхнюю и нижнюю пробки и гидромультипликатор, размещенный в полости нижней пробки, соединенной с источником давления, отл и ча ю щ ее с ятем, что, с целью улучшения эксплуатационных

30 характеристик устройства, камера высокого давления выполнена в виде двух полостей, расположенных одна над другой, разделенных вставкой с отверстием и заполненных рабочим расплавом, при этом нагреватель и

35 теплоизоляция смонтированы в верхней полости камеры, а в нижней полости установлен плунжер, совмещенный с гидромультипликатором.

40 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что часть нижней полости камеры, примыкающая к плунжеру, заполнена сыпучей средой, инертной по отношению к рабочему расплаву.