Устройство для непрерывного прессования изделий горячих пластифицированных порошков

 

Изобретение относится к устройствам для непрерывного прессования изделий из горячих пластифицированных порошков. Цель - повышение эффективности прессования изделий. Формующему элементу 4 сообщают крутящий момент M_кр и в загрузочный патрубок подают горячую массу, которая проталкивается гильзой 19 вдоль оси цилиндра узла 18 и центрального патрубка 17, распределяясь во все остальные патрубки 17. Поочередно происходит загрузка всех узлов 10, после чего масса захватывается витками экструдера 23 и подается через зазор 8 в камеру 24, откуда масса перемещается параллельно клиновой поверхности 5 по радиусу и при закрытом выходе мундштука 2 заполняет объем зоны деформации и калибра в мундштуке 2, где происходит уплотнение массы. Далее уплотненная масса охлаждается и разрезается на заготовки. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для непрерывного прессования изделий из горячих пластифицированных порошков.

Цель изобретения повышение эффективности прессования изделий.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 сечение по А-А на фиг.1; на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг.1; на фиг.4 схема выполнения шарового пояса выпуклым; на фиг.5 вид по стрелке В на фиг.1; на фиг.6 - сечение по Г-Г на фиг.5; на фиг.7 сечение по Д-Д на фиг.6.

Устройство для непрерывного прессования порошков содержит матрицу 1 с мундштуком 2, дополнительную секцию 3 с внутренней полостью в виде шарового пояса, размещенную между матрицей 1 и мундштуком 2 и формующий элемент (пуансон) 4, торец которого выполнен в виде клиновой поверхности 5 с началом 6, и концом 7 и зазором 8 между ними.

Диаметр калибра мундштука 2 по отношению к внутреннему диаметру матрицы 1 выполнен с соотношением D_калиб./D_вн.мат.=0,5 1,2.

Матрица 1 выполнена с отверстиями 9 и снабжена узлами 10 периодической подачи порошковой массы, размещенными по ее боковой поверхности радиально в вертикальной плоскости.

Узлы 10 выполнены в виде цилиндров с пуасонами внутри. Пуансоны выполнены в виде гильз 11 и закреплены основанием к гидроцилиндрам 12. Гидроцилиндры 12 расположены в полости гильз 11 и закреплены штоками 13 в вершине цилиндров узлов 10 (в гайках 14 с отверстиями 15). На боковой поверхности узлы 10 выполнены с отверстиями 16. К отверстиям 16 присоединены патрубки 17. Одним концом патрубки 17 закреплены к цилиндрам узлов 10, другим друг к другу. Центральный патрубок 17 снабжен дополнительным узлом 18 подачи массы. Узел 18 состоит также из цилиндра, гильзы 19, гидроцилиндра 20 и загрузочного патрубка 21.

Формующий элемент (пуансон) 4 выполнен с возможностью вращательного движения в корпусе подшипников (крышка 22) и снабжен на боковой поверхности экструдером 23, выход которого соединен зазором 8 с камерой 24, образованной скосом 25. Для создания крутящего момента M_кр. на формующем элементе 4 последний снабжен зубчатым колесом (не показано).

Дополнительная секция 3 снабжена прорезями 26, расположенными радиально и параллельно оси устройства. В эти прорези 26 установлены направляющие ножи 27, которые закреплены к секции 3 шпильками 28 и гайками 29 через пружины 30 с возможностью поступательного перемещения в этих шпильках 28 и прорезях 26. Шаровой пояс секции 3 может быть выполнен вогнутым 31 (фиг.1) при D _калиб./D_вн.мат. <1 или выпуклым 32 (фиг.4) при D_калиб./D_вн.мат. >1.

Мундштук 2 на выходе калибра в торце выполнен с цилиндрической полостью 33 и платформой 34. Платформа 34 своей ступицей 35 расположена в полости 33 с возможностью поступательного перемещения вдоль калибра (по скользящей). Платформа зафиксирована к мундштуку 2 винтами 36 через пружины 37 и снабжена масловыделяющим уплотнением 38 на ступице 35 и центральным отверстием 39, соосным калибру. В центре противоположно ступице 35 платформа 34 снабжена полыми фланцами: внутренним 40 и внешним 41, закрепленными к телу платформы 34, а в верхней части выступом 42, соединенным с внешним 41 фланцем карманом 43. Внутренний 40 и внешний фланец 41 выполнены с проточками (не показаны) в сторону кармана 43 (фиг. 6 и 7) и отверстиями 44 и 45 соответственно соосными с центральным отверстием 39. Между фланцами 40 и 41 и платформой 34 расположена овальная плита 46 с зубчатым хвостовиком 47, установленным на валу 48 с возможностью углового перемещения плиты 46 в сторону проточек фланцев 40 и 41 и кармана 43 относительно вала 48, закрепленного в платформе 34. Зубчатый хвостовик 47 овальной плиты 46 соединен с шестерней 49, установленной с возможностью поворота на платформе 34, посредством вала 50 фланцами 40 и 41.

Внешний 41 фланец снабжен трубкой 51 с штуцерами 52, установленными на боковой поверхности. Труба 51 соосна внешнему 41 фланцу, закреплена к нему через кольцо (не показано) и снабжена на выходе другим кольцом 53, установленным внутри трубы 51. К этому кольцу 53 с обеих сторон установлены эластичные мембраны 54, имеющие центральные отверстия 55. Сечение этих отверстий 55 выполнено меньшим сечением калибра в 1,11-1,15 раза. Внутренний 40 фланец снабжен станиной 56, закрепленной в нижней его части противоположно проточке, к отверстию 44. Станина 56 размещена внутри трубы 51 и выполнена в поперечном сечении на 0,55-0,65 части меньше сечения отверстия 39 платформы 34 (фиг. 7). При этом внутренняя боковая поверхность станины 56 совпадает с аналогичной поверхностью этого отверстия 39. Овальная плита 46 выполнена с режущей кромкой 57, выполненной на ней в сторону станины 56 по ее форме, и скошена под углом Ψ, равным 5-15^o. Кроме этого для фиксации винтов 36 в платформе 34 последние снабжены шайбами 58 и шплинтами 59. Матрица 1, мундштук 2, дополнительная секция 3, цилиндры узлов 10, патрубки 17, цилиндр дополнительного узла 18 и загрузочный патрубок 21 снабжены термоэлектрическими нагревателями (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

От привода (не показано) формующему элементу 4 сообщают крутящий момент M_кр. и в загрузочный патрубок подают горячую массу. Пластифицированная порошковая масса, поступая в цилиндр узла 18, проталкивается возвратно-поступательным движением гильзы 19 вдоль оси цилиндра узла 18 и центрального патрубка 17, распределяясь и во все остальные патрубки 17. Как показано на фиг.2, в центральном узле 10 гильза 11 находится в крайнем верхнем положении и отверстие 16 открыто, поэтому масса из центрального патрубка 17 поступает в полость цилиндра центрального узла 10, загружая его. В левом узле 10 происходит выдавливание массы из полости цилиндра в матрицу 1 через левое отверстие 9, при этом отверстие 16 левого узла 10 перекрыто гильзой 11. В правом узле 10 гильза движется вверх, но отверстие 16 также перекрыто гильзой 11. Поэтому масса из патрубков 17 выдавливается только через центральный патрубок 17 в полость центрального узла 10. После окончания загрузки центрального узла 10 гильза 11 этого узла начинает двигаться из верхнего крайнего положения вниз, перекрывая отверстие 16, при этом одновременно гильза 11 правого узла 10 начинает открывать отверстие 16 правого узла 10 и масса из дополнительного узла 18 выдавливается через правый патрубок 17, отверстие 16 в полость правого узла 10. Перекрыв отверстие 16, гильза 11 центрального узла 10 начинает выдавливать массу из полости центрального цилиндра в матрицу 1 через центральное отверстие 9, при этом в левом узле 10 гильза 11, достигнув крайнего нижнего положения, начинает двигаться вверх, а в это время в правом узле 10 гильза 11 достигла крайнего верхнего положения.

После загрузки правого узла 10 станет загружаться левый узел 10, а правый будет выдавливать массу в матрицу 1 и так далее.

Поочередно выдавливаемая масса из узлов 10 захватывается витками экструдера 23 и подается через зазор 8 в камеру 24. Из камеры 24 масса перемещается параллельно клиновой поверхности 5 по радиусу и при закрытом выходе мундштука 2 овальной плитой 46 (фиг. 6 и 7) заполняет объем зоны деформации и калибра в мундштуке 2, образуя сплошную массу с формуемой поверхностью. Происходит уплотнение массы за счет непрерывного вдавливания в формуемую поверхность малых объемов массы, поступающих под клиновую (формующую) поверхность 5 из камеры 24.

Непрерывно вдавливаемая масса формующей клиновой поверхностью 5 в объеме массы, находящейся в зоне деформации и калибра мундштука, увеличивает плотность массы (исходная плотность) в объеме зон деформации и калибра, создавая давление А на клиновую поверхность 5 формующего элемента 4.

Клиновая поверхность 5 с таким же давлением P давит на объем массы, находящейся в зоне деформации и калибра, и при достижении давления подпора равного A= (0,8-0,95)P, выход мундштука 2 открывает, т.е. от привода (не показано) через вал 50 шестерне 49 сообщают крутящий момент. Шестерня 49, поворачиваясь вокруг своей оси, поворачивает овальную плиту 46 через зубчатый хвостовик 47. Плита 46 перемещается через прорези фланца 40 и 41 в полость кармана 43 и открывает отверстие 39 платформы 34 (выход мундштука). Уплотненная масса непрерывно выходит по станине 56. Достигнув эластичных мембран 54 она выдавливается через их отверстия 55. В закрытую полость трубы 51 подается через один из штуцеров 52 охлаждающая жидкость (вода) или газ. Из другого штуцера 52 вода (газ) выходит. Уплотненная масса одновременно охлаждается и разрезается на заготовки. Разрезание уплотненной массы, имеющей форму калибра, осуществляется также овальной плитой 46 аналогично вышеописанному, только в обратной последовательности. В момент отрезания заготовки, когда плита 46 перекрывает и открывает отверстие 39, платформа 34 перемещается влево. После этого она возвращается вправо под действием усилия пружин 37. Этим достигается стабилизация плотности уплотненной массы (A=0,8-0,95 P) и непрерывность.

При необходимости, например, при увеличении исходной плотности в зоне деформации и калибра, что соответствует повышению плотности изделий, после разрезания уплотненной массы на заготовку (фиг.6) овальной плитой 46, ее удерживают в этом положении с заданной выдержкой времени. В свою очередь при уменьшении исходной плотности в зоне деформации или, например, при регулировании в момент наладки изменяют длину отверстия 39 (длина калибра) путем поворота винтов 36. В первом случае винты 36 вкручивают в тело мундштука 2. Во втором случае путем поворота их в ту или иную сторону выбирают необходимую длину отверстия 39 (длина калибра). При уменьшении длины калибра уменьшается сопротивление выдавливанию уплотненной массы и уменьшается исходная плотность, а значит и плотность изделий и так далее.

Кроме этого, при увеличении или уменьшении диаметра калибра мундштука 2, как и при формировании различной плотности заготовок, регулируется глубина ввода направляющих ножей 27 на секции 3 в прорезях 26, путем соответственного поворота гаек 29 на шпильках 28.

Таким образом, применение в описанном устройстве конструктивных элементов в торце мундштука и их взаимосвязь и расположение между собой позволяет повысить эффективность формования крупногабаритных изделий из горячих пластифицированных порошков за счет одновременного охлаждения, отрезания заготовок и перекрывания мундштука, не изменяя режима формования, т.е. достигается стабилизация плотности уплотненной массы (A=0,8-0,95P) и непрерывность. При этом выполнение станины в поперечном сечении на 0,55-0,65 части меньше сечения отверстия платформы позволяет исключить деформацию горячей заготовки крупного размера и стабилизировать режим формования. Так, выполнение станины в поперечном сечении большей 0,65 части сечения отверстий платформы приводит к уменьшению ее площади внутренней боковой поверхности и соответственно к деформации под собственным весом горячей заготовки крупного габарита, так как она имеет большую массу и не успевает остыть в охлаждающей жидкости или пропускаемом газе на достаточную глубину, что снижает эффективность. В свою очередь выполнение станины в поперечном сечении меньшей 0,55 части сечения отверстия платформы увеличивает эту площадь и соответственно сопротивление выдавливанию уплотненной массы, при этом растет ее плотность, т. е. ухудшается стабилизация плотности (A=0,8-0,5P), что приводит к тому же эффекту. Кроме этого, выполнение режущей кромки овальной плиты, скошенной под углом j= 5-15^o, позволяет исключить сопротивление резанию, деформацию заготовок по месту резания и выход плиты из строя. Так, выполнение режущей кромки, скошенной меньше, чем угол j=5^o, увеличивает сопротивление резанию заготовки и приводит к ее деформации по месту резания, а при большей, чем угол j=15^o к выходу из строя плиты за счет уменьшения прочности тела режущей кромки, что приводит как в первом так и во втором случае к снижению эффективности. Что касается выполнения сечений отверстий эластичных мембран, выполненных меньшим сечения калибра в 1,11-1,15 раза, то это позволяет герметизировать выход из трубы, исключить влияние сопротивления выдавливанию заготовок на режим уплотнения массы в зоне деформации и калибра и исключить деформацию еще не остывших заготовок и самих эластичных мембран. Так, при выполнении сечений этих отверстий, меньшим, чем сечение калибра в 1,11 раза, ухудшается герметизация полости внутри трубы и вода начинает выходить не только через штуцер, но и по месту стыка эластичных мембран с заготовками, что ухудшает интенсивность и равномерность отвода тепла от заготовки, а наоборот т.е. при большей, чем в 1,15 раза увеличивает сопротивление выдавливанию массы из мундштука, приводит к деформации еще не остывших заготовок, а также к деформации самих эластичных мембран, что способствует в том и другом случае также снижению эффективности.

Выполнение направляющих ножей с возможностью поступательного перемещения и расположение их на дополнительной секции в прорезях позволяет регулировать их глубину ввода, устранив проворачивание центральной части уплотняемой массы в зоне деформации при увеличении диаметра калибра или при увеличении диаметра калибра или при формировании заготовок, например, пониженной плотности. В свою очередь расположение направляющих на дополнительной секции позволит при смене мундштуков уменьшить время наладки устройства, использовав для этой цели одни и те же направляющие, что в первом и во второй случае повышает эффективность при формовании крупных изделий.

Кроме этого, выполнение диаметра калибра мундштука по отношению к внутреннему диаметру матрицы с соотношением, равным 0,5-1,2, позволяет значительно уменьшить градиент скорости между частицами движущейся массы в центре и на периферии калибра и формовать заготовки, диаметр которых больше внутреннего диаметра матрицы, а применяя различную конфигурацию шарового пояса дополнительной секции уменьшить сопротивление и использовать в совокупности с вышеизложенным одну и ту же секцию, изменив лишь конфигурацию шарового пояса при D_калиб./D_вн.мат. <1 на вогнутость, при D_калиб./D_вн.мат. >1 на выпуклость, что уменьшает время переналадки при смене мундштуков, не изменяя габариты и конфигурацию формующих инструментов (матрица, формующий элемент) и соответственно повышает эффективность формования крупногабаритных заготовок. При этом выполнение диаметра калибра по отношению к внутреннему диаметру матрицы с соотношением, меньшим 0,5, увеличивает сопротивление движения массы и градиент скорости между центральной частью уплотненной массы и периферийной, что приводит к необходимости снижения скорости выхода массы для уменьшения этого сопротивления и градиента, а это снижает производительность, т. е. эффективность. В свою очередь с соотношением большим 1,2 приводит к разрыву сплошности уплотненной массы, т.е. центральная часть массы в калибре движется, а на периферии стоит, при этом необходимо увеличивать диаметры формующих инструментов ( D_вн.мат. ≠Const), что значительно снижает эффективность.

Перечисленные преимущества описанного устройства в совокупности позволяют повысить эффективность формования крупногабаритных изделий из горячих пластифицированных порошков.

Формула изобретения

1. Устройство для непрерывного прессования изделий из горячих пластифицированных порошков, преимущественно крупногабаритных, содержащее матрицу с мундштуком, дополнительную секцию, размещенную между ними и выполненную с внутренней полостью в виде шарового пояса с диаметрами оснований, соответствующими внутреннему диаметру матрицы и максимальному диаметру мундштука, пуансон, торец которого выполнен с клиновой поверхностью, узлы периодической подачи порошка, расположенные на боковой поверхности матрицы и выполненные в виде цилиндров с пуансонами, дополнительный узел подачи порошка и направляющие в виде ножей, размещенных параллельно оси устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности прессования изделий, оно снабжено платформой с валом, со ступицей и с выступом в верхней части, полыми внешним и внутренним фланцами, соосными с калибром мундштука, овальной плитой с зубчатым хвостовиком и приводной шестерней, мундштук на выходе калибра в торце выполнен с центральным отверстием, платформа размещена своей ступицей в отверстии мундштука с возможностью поступательного перемещения вдоль калибра мундштука, зафиксирована относительно него винтами через пружины и выполнена с отверстием, соосным с калибром, причем выступ платформы соединен с внешним фланцем карманом, фланцы прикреплены к платформе со стороны, противоположной ступице, и выполнены с проточками в сторону кармана, овальная плита установлена между платформой и фланцами с возможностью углового перемещения в сторону проточек и кармана и выполнена с режущей кромкой, а хвостовик плиты установлен на валу платформы и соединен с приводной шестерней, установленной на платформе между фланцами с возможностью углового перемещения, при этом внешний фланец выполнен с трубой, установленной соосно с ним и имеющей на выходе закрепленное внутри нее кольцо, на боковой поверхности штуцеры, и с эластичными мембранами с центральными отверстиями, установленными на обеих сторонах кольца, внутренний фланец выполнен со станиной, закрепленной в его отверстии противоположно проточкам и выполненной в поперечном сечении на 0,55 0,65 ч. меньше сечения отверстия платформы, дополнительная секция выполнена с прорезями, параллельными оси устройства, а ножи закреплены шпильками и гайками через пружины и установлены с возможностью поступательного перемещения в прорезях.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр калибра мундштука выбирается из условия D_к (0,5 ^oC 1,2)D_вн.м., где D_к диаметр калибра мундштука; D_вн.м. const внутренний диаметр матрицы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол скоса режущей кромки плиты равен 5 15^o.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр отверстий эластичных мембран меньше диаметра калибра в 1,1 1,15 раза.

РИСУНКИ

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