Устройство для непрерывного прессования изделий из порошков

 

Использование: для непрерывного прессования изделий из порошков, преимущественно коксопековых композиций. Цель - повышение однородности распределения плотности по объему изделий. После включения пуансона и систем обеспечения автономности устройство работает в автоматическом режиме. В блоке подачи массы наполнитель начинает поступать из дозатора в зигзагообразную полость цилиндров, захватывается шнеком, перемещается и смешивается со связующим. На верхнем горизонтальном участке полости происходит перемешивание компонентов, на среднем участке - усреднение полученной массы, на нижнем - охлаждение массы и ее принудительное выдавливание через отверстие в полость матрицы. Масса захватывается витками экструдера и продавливается в полость мундштука, в котором происходят уплотнение массы и последующее выдавливание готового изделия. Применение устройства позволяет снизить разброс плотности по объему изделия до 0,51-0,52%. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для непрерывного прессования изделий из порошков, преимущественно коксопековых композиций.

Цель изобретения повышение однородности распределения плотности по объему изделия.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид по стрелке В на фиг. 1; на фиг. 4 разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 5 вид по стрелке Д на фиг. 4; на фиг. 6 разрез Б-Б на фиг. 2.

Устройство для непрерывного прессования изделий из порошков содержит матрицу 1 с мундштуком 2, пуансон 3, торец которого выполнен в виде клиновой поверхности 4 с началом 5, концом 6 и зазором 7 между ними. Между мундштуком 2 и матрицей 1 установлена дополнительная секция 8. Матрица 1 выполнена с отверстием 9 и снабжена герметично выполненным блоком 10 подачи массы. Пуансон 3 выполнен с возможностью вращательного движения в корпусе подшипников 11, закрепленном в матрице 1, и снабжен зубчатым колесом 12. Конец 6 торца пуансона 3 имеет скос 13, который образует камеру 14, примыкающую к зазору 7. На боковой поверхности пуансон 3 снабжен экструдером 15, выход которого соединен зазором 7 с камерой 14. Мундштук 2 снабжен исполнительным органом 16, выполненным в виде затвора-отсекателя (ножа), который расположен в направляющих фланца 17 с возможностью осевого перемещения перпендикулярно оси устройства. Фланец 17 закреплен в торце мундштука 2 в конце его калибрующей зоны и снабжен приемным лотком 18.

Устройство снабжено персональным компьютером 19, системами: 20 вакуумирования, подачи эмульсии (жидкости) 21 и связующего 22, регулируемым приводом 23 и гидроприводом 24, датчиками фиксации давления 25, контроля температуры 26, содержания связующего 27 и степени герметизации 28, установленными на матрице 1, пуансоне 3, мундштуке 2 и блоке 10 подачи массы. Выход компьютера 19 соединен с системами 20, 21, 22, 23, и 24, а выход с датчиками 25, 26, 27 и 28. Датчики 25, 26, 27 выполнены в виде рабочих элементов с электронными ячейками. Рабочий элемент датчика 25 фиксации давления закреплен на боковой поверхности матрицы 1 (в нижней ее части) соосно пуансону 3 через кронштейн 29 и выполнен в виде гидрокамеры 30 с эластичной мембраной 31. Гидрокамера 30 через эластичную мембрану 31 соединена с пуансоном 3 сферой 32 противоположно клиновой поверхности 4. Гидрокамера 30 снабжена манометром (на чертеже не показано).

Рабочий элемент датчика 26 контроля температуры закреплен в теле пуансона 3 (в его торце) и выполнен в виде гильзы 33 с термопарой 34 внутри. Гильза 33 расположена параллельно оси пуансона 3 в термоизоляционном кожухе 35. Основание гильзы 33 повторяет плоскость клиновой поверхности 4. Датчик 26 соединен с входом компьютера 19 через токосъемное приспособление 36.

Рабочий элемент датчика 27 контроля содержания связующего выполнен в виде двух одинаковых параллельно расположенных друг к другу в зоне пластической деформации (в мундштуке 2) пластин 37 с изолированными электродами 38, закрепленными радиально в его теле.

Герметичный блок 10 подачи массы выполнен в виде соединенных между собой полых цилиндров с вертикальным 39 и горизонтальным 40 участками. Блок 10 закреплен на боковой поверхности матрицы 1 и снабжен герметично выполненным дозатором 41, соединенным с началом его зигзагообразной полости. Конец полости цилиндров блока 10 через отверстие 9 в матрице 1 соединен с ее полостью. На вертикальном участке 39 полость блока снабжена вакуумными патрубками 42, соединенными с системой 20 вакуумирования и установленным там же датчиком 28 контроля степени герметизации. На горизонтальном участке 40 полость блока 10 снабжена форсунками 43, соединенными с системой 21 подачи эмульсии каналами 44, соединенными с системой 22 подачи связующего нагревателями 45 и соосно расположенными с возможностью вращательного движения в подшипниках 46, закрепленных в крышках 47, валами 48 с лопастями 49 и шнеками 50. Крышки 47 закреплены в блоке 10 и по отношению к валам 48 выполнены герметично. Валы 48 связаны между собой шестеренчатой передачей 51, соединенной с шестерней 52 дозатора 41 и шестерней 53 привода 54. Привод 54 подсоединен к системе регулируемого привода 23.

В устройстве могут быть предусмотрены автоматический отвод и подвод мундштуков 2 с разным сечением калибрующей зоны. На каждом мундштуке 2 устанавливается исполнительный орган 16, соединенный с системой гидропривода 24, и датчик 27.

Устройство работает следующим образом.

Вначале устройство подготавливается к длительной автономной работе. Загружаются бункеры дозатора 41 наполнителем и проверяется работа систем 20, 21, 22, 23, 24 обеспечения автономности и всех остальных узлов и механизмов. После окончания подготовки в компьютер 19 закладывается составленная программа. В программу входят основные технологические параметры: давление формования, температура массы, содержание количества связующего, степень герметизации, скорость выдавливания изделий из калибрующей зоны мундштука и вспомогательные параметры: сечение калибрующей зоны, плотность изделий, длина изделий, количество изделий и т.д.

Компьютер 19 выдает команду на включение привода (на чертеже не показано) создания крутящего момента на пуансоне 3 через колесо 12 и команды к системам 20, 21, 22, 23 и 24, после чего устройство начинает работать в автоматическом режиме. В блоке 10 подачи массы наполнитель начинает поступать из дозатора 41 в зигзагообразную полость цилиндров, захватывается шнеком 5, перемещается и смешивается с поступающим по каналу 44 связующим от системы 22 подачи связующего. На верхнем горизонтальном участке 40 полости происходит высокоскоростное перемешивание перечисленных компонентов лопастями 49 вала 48. На среднем происходит усреднение полученной массы в среднескоростном режиме. На нижнем происходит охлаждение массы впрыскиванием эмульсии через форсунки 43 и принудительное выдавливание ее через отверстие 9 в полость матрицы 1. Масса захватывается витками экструдера 15 (пуансона 3) и продавливается в полость мундштука 2. При этом по команде из компьютера 19 исполнительным органом 16 выход из мундштука 2 перекрыт (замкнут). После заполнения массой полости мундштука 2 образуется формуемая поверхность объема масса, находящейся в его полости, и начинается уплотнение ее формующей клиновой поверхностью 4 пуансона 3.

В мундштуке 2 происходит уплотнение массы за счет непрерывного вдавливания в формуемую поверхность бесконечно малых ее объемов, поступающих под клиновую поверхность 4 из камеры 14. При этом увеличивается плотность массы в объеме зон деформации и калибра и создается давление этого объема массы на клиновую поверхность 4 пуансона 3. Давление массы передается через пуансон 3, сферу 32, эластичную мембрану 31 и воспринимается жидкость гидрокамеры 30, т. е. воспринимается датчиком 25 и фиксируется компьютером 19. При достижении заданного программой давления компьютер 19 дает команду системе гидропривода 24.

Открывается выход мундштука 2, и масса начинает выдавливаться из зоны калибра мундштука 2 в виде готового изделия на приемный лоток 18. Начинается устойчивая работа устройства, которая контролируется и при необходимости оперативно перестраивается компьютером 19.

При увеличении или уменьшении связующего в массе по отношению к наполнителю изменяется емкость между пластинами 37 датчика 27, т.к. связующее (каменноугольный пек, в данном случае) является диэлектриком, количественное изменение которого приводит к изменению емкости и компьютер 19 дает соответствующую команду системе 22 на уменьшение или увеличение, соответственно, подачи связующего.

Контролируется и регулируется количественное и качественное (гранулометрический состав) изменение наполнителя путем увеличения или уменьшения подачи связующего, соответственно. При увеличении или уменьшении от заданного уровня температуры формуемой массы уменьшается или увеличивается, соответственно, подача эмульсии через форсунку 43 в полость блока 10. При изменении степени герметизации устройства или увеличения газовыделения массы, соответственно, изменяется производительность системы 21. При увеличении давления формования от заданного уменьшается производительность блока 10, при уменьшении наоборот. Скорость выпрессовки массы неизменна.

В процессе работы устройства исполнительный орган 16 по команде из компьютера 19 отрезает изделия определенной длины.

После формования заданного количества изделий определенного диаметра и длины устройство автоматически перестраивается на другой размер изделий. Происходит автоматическая смена мундштуков 2. Скорости выпрессовки массы компьютер 19 перестраивает только производительность блока 10 подачи массы и производит контроль и оперативное управление аналогично вышеописанному.

П р и м е р. Прокаленный нефтяной пиролизный кокс типа КНПС фракции 0,093 мм, предварительно отвакуумированный в герметичном дозаторе, непрерывно поступает через входное отверстие блока в верхний цилиндр и шнеком подается под лопасти вала. Расход кокса составляет 0,075 т/ч (75%). Частота вращения валов всех цилиндров 700 об/мин, 500 об/мин и 300 об/мин соответственно, начиная с верхнего. Внутренний диаметр цилиндров 200 мм. Через каналы в верхний цилиндр также подается расплавленный до температуры 130^оС среднетемпературный каменноугольный пек с расходом 0,025 т/ч (25%). Происходит перемешивание этих компонентов лопастями и перемещение смешанной массы по полости верхнего цилиндра под действием веса (слева направо на фиг. 1 с углом наклона 1,5^о к оси устройства). В точке наклона масса через отверстие перетекает в средний цилиндр и аналогично перемещается по наклонному цилиндру с углом наклона 1,5^о к нижнему цилиндру (справа налево). Аналогично масса перегружается из среднего цилиндра в нижний и шнеком принудительно выдавливается в полость матрицы. В блоке создается вакуум порядка 200 мм рт. ст. через патрубки и поддерживается температура 120^оС. Через форсунки в блок также подается пластификатор (эмульсия) в количестве 1-1,5% от общей массы. Из матрицы масса поступает в мундштук и выдавливается клиновой поверхностью из него. В начальный момент формования затвором-отсекателем выход из мундштука перекрыт. После достижения заданной плотности затвор открывает выход из мундштука и изделия диаметром 150 мм выходят из него на лоток. Работа устройства контролируется и оперативно управляется компьютером согласно описанию работы устройства. При каждом отрезании изделия затвором он удерживается в нижнем положении 3-3,5 с.

Полученные данные по неоднородности распределения плотности по сечению и длине изделий при идентичном формовании коксо-пековой массы известным и описанным предлагаемым устройствами приведены в таблице, где d_п плотность образца, взятого на периферии изделия; d_ц плотность образца взятого в центре изделия; d_ц1, d_ц2 плотность образцов, взятых в центре изделий на расстоянии 600 мм друг от друга; λ₁ λ₂ коэффициенты неравномерности распределения плотности по сечению изделия и по его длине, соответственно.

Таким образом, выполнение загрузочного бункера матрицы в виде герметичного блока подачи позволяет равномерно перемешивать кокс и пек, исключить неравномерное распределение пека в частицах кокса и принудительно равномерно подавать массу под клиновую поверхность, исключив тем самым пульсации подаваемой массы, что снижает коэффициент неравноплотности по сечению и длине изделия.

Применение затвора-отсекателя снижает коэффициент неоднородности по плотности по длине изделий за счет выдержки после каждого из отрезания, что повышает однородность как по длине, так и по сечению.

Применение описанного устройства позволяет по сравнению с известным снизить коэффициент неравноплотности по сечению изделий в 10 раз (в известном устройстве среднеарифметический коэффициент неравноплотности составляет 5,9% в описанном 0,58% а по длине снизить коэффициент неравноплотности в 4,8 раза (5,9 и 1,2% соответственно), что повышает однородность распределения плотности в объеме изделий.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ, преимущественно коксопековых композиций, содержащее матрицу с мундштуком, пуансон и загрузочный бункер, отличающееся тем, что, с целью повышения однородности распределения плотности по объему изделия, оно снабжено нагревателями и системами вакуумирования и подачи эмульсии и связующего, причем загрузочный бункер выполнен в виде герметичного блока подачи, герметичного дозатора и валов с лопастями, а мундштук выполнен с затвором-отсекателем и приемным лотком, при этом блок подачи выполнен в виде полых цилиндров, соединенных между собой, с полостью матрицы, нагревателями и системами вакуумирования и подачи эмульсии и связующего, дозатор закреплен на верхнем цилиндре, а валы соединены друг с другом, с дозатором и приводом шестеренчатой передачей и выполнены со шнеками в зоне входного отверстия верхнего цилиндра и выходного отверстия нижнего цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7