инструмент для компактирования шихтовых материалов

Формула изобретения

Инструмент для компактирования шихтовых материалов, содержащий неподвижно закрепленный на пресс-штемпеле корпус с соосно размещенным со стороны рабочего торца конусным выступом с рабочей поверхностью, на котором с возможностью осевого перемещения установлена втулка с рабочей поверхностью, отличающийся тем, что внутренняя поверхность втулки выполнена с коническим и цилиндрическим участками, уступом между ними и расположенными на цилиндрическом участке ограничителями осевого перемещения втулки, рабочие поверхности конусного выступа и подвижной втулки выполнены фигурными из условия обеспечения сопряжения друг с другом при крайнем верхнем положении подвижной втулки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано при производстве расходуемых электродов для плавки высокореакционных металлов и сплавов, в частности для выплавки слитков из титана и его сплавов.

Известен способ полунепрерывного прессования через конусную матрицу в компаундированный электрод для вакуумной дуговой плавки титановых сплавов (Плавка и литье титановых сплавов. Под ред. В.И.Добаткина. М., Металлургия, 1978, с.265-271, рис. 107, 108).

Известный способ прессования позволяет получить достаточно длинный и однородный в поперечном сечении электрод с хорошей поверхностью и допустимой кривизной из сыпучих материалов, отличающихся друг от друга по форме, плотности, массе, размерам, коэффициенту трения между собой и стенками матрицы. Рабочая матрица подогревается до 100-200°С с целью получения оптимального коэффициента трения между электродом и стенками матрицы. Известно, что титановые сплавы независимо от их типа и геометрических размеров склонны к контактному схватыванию (повышенной адгезии как между собой, так и с другими металлами). Мелкие фракции шихты, в основном титановая губка, составляющая 60-95% всего объема прессуемого электрода, достаточно легко проникают в зазор, образованный пресс-шайбой и стенкой матрицы, где накапливаются и прилипают к их поверхностям, образуя перемычки, затрудняющие движение пресс-штемпеля. Электрод проталкивается через матрицу рывками. Это приводит к снижению плотности и прочности электрода, увеличивается вероятность его ломки при правке и транспортировке. Подобный процесс особенно характерен для сплавов с малым количеством лигатуры и отходов.

Прочность перемычек, образующихся в процессе прессования, может достичь критических величин. Наблюдались случаи заклинивания пресс-шайбы в контейнере и обрыва хвостовика пресс-штемпеля при обратном ходе пресса.

Известен способ изготовления расходуемого электрода для выплавки слитков высоколегированных титановых сплавов (патент РФ 2015845, МПК B 22 F 3/02, опубл. 15.07.1994.), включающий смешивание сыпучих шихтовых материалов, подачу их в конусную матрицу, прессование шихты с одновременным продавливанием порций через матрицу за один ход пуансона, при этом пресс-шайба пуансона снабжена фигурной рабочей поверхностью. Последняя порция шихты запрессовывается пресс-шайбой, имеющей плоскую рабочую поверхность, которая формирует аналогичную поверхность на торце электрода.

Прессование происходит вследствие сопротивления обжатия прессуемого электрода при его проталкивании через матрицу. Недостаток данного способа заключается в том, что удельное давление около стенок пресс-формы в несколько раз больше, чем в центральной части электрода. В связи с этим движение губки в средней части электрода опережает движение губки в его наружных слоях, в результате чего возникают растягивающие напряжения в его наружных слоях, приводящие к образованию трещин; прочность электрода снижается, что может привести к его поломке или обрыву в печи. Фигурная поверхность пресс-шайбы перераспределяет эпюру напряжений, возникающих в электроде, но не устраняет их.

Известна составная пресс-шайба, выполненная в виде корпуса с соосно размещенным со стороны рабочего торца конусным выступом для установки на нем съемного кольца с конусным отверстием, при этом угол конуса выполнен больше угла трения, а диаметр меньшего основания конусного отверстия кольца выполнен меньше диаметра верхнего основания конусного выступа (патент РФ 2238812, МПК В 21 С 25/00) - прототип.

Данная конструкция используется при обработке металлов давлением в производстве профильных изделий, преимущественно труб повышенной точности. Может быть использована при циклической технологии, т.к. требует установки на пресс-штемпеле при начале каждого рабочего хода. Кроме того, не препятствует образованию перемычек между боковыми поверхностями пресс-штемпеля и матрицы.

Задачи, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются:

- обеспечение стабильности усилий прессования путем недопущения образований перемычек из шихтового материала в зазорах между подвижными и неподвижными узлами прессового инструмента;

- повышение прочностных характеристик прессуемого электрода;

- предотвращение аварийных ситуаций при прессовании, ведущих к поломке прессового инструмента.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в:

- устранении зазоров между пресс-шайбой и матрицей в процессе рабочего хода пресса;

- уменьшении усилий при извлечении пресс-шайбы из матрицы за счет образования зазора между их поверхностями при обратном ходе пресса;

- выравнивании удельного давления при прессовании между наружными слоями и средней частью электрода.

Указанный технический результат достигается тем, что инструмент для компактирования шихтовых материалов, содержащий неподвижно закрепленный на пресс-штемпеле корпус с соосно размещенным со стороны рабочего торца конусным выступом с рабочей поверхностью, на котором с возможностью осевого перемещения установлена втулка с рабочей поверхностью, внутренняя поверхность втулки выполнена с коническим и цилиндрическим участками, уступом между ними и расположенными на цилиндрическом участке ограничителями осевого перемещения втулки, рабочие поверхности конусного выступа и подвижной втулки выполнены фигурными из условия обеспечения сопряжения друг с другом при крайнем верхнем положении подвижной втулки.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема работы пресс-шайбы (в левой половине - начало рабочего хода, в правой - окончание). Сборная пресс-шайба содержит корпус 1 с поверхностями: конической 2 и рабочей 3, подвижной втулкой 4 с поверхностями: конической 5, цилиндрической 6, рабочей 7 и уступом 8, фиксаторов осевого перемещения 9, состоящих из штифтов 10, которые перемещаются в пазах 11, расположенных в пресс-штемпеле 12, втулка и центрирующее кольцо сопряжены по конической поверхности с углом конуса .

Пресс-шайба работает следующим образом: перед началом прессования конусную матрицу заглушают прокладкой. После получения первоначального брикета прокладку из нее удаляют. Дальнейшее прессование происходит вследствие сопротивления обжатия прессуемого электрода при его проталкивании через матрицу.

В начальный момент при подаче пресс-шайбы в контейнер втулка свободно подвешена на фиксаторах осевого перемещения 9, затем рабочая поверхность втулки 7 упирается в шихту и напрессовывается на корпус 1 по коническим поверхностям 2, 5. За счет деформации происходит увеличение наружного диаметра втулки, при этом сохраняется упругое состояние ее материала. Максимальное увеличение наружного диаметра кольца может ориентировочно достигать до 0,02% от номинального размера и ограничивается стенками контейнера. При этом происходит практический выбор зазора между наружной поверхностью втулки и внутренней поверхностью матрицы, что полностью исключает попадание между ними частиц шихты и образования перемычек. Подвижная втулка при этом самоцентрируется по внутренней стенке матрицы, а корпус пресс-штемпеля по оси втулки, что обеспечивает точность приложения усилий прессований электрода, а как следствие этого его минимальную кривизну. В начальный момент давление на шихту осуществляется около стенок матрицы рабочей поверхностью 7 подвижной втулки 4, вызывая перемещение шихты в среднею часть электрода и ее активное перемешивание. Постепенно рабочая поверхность конического выступа 3 перемещается за рабочую поверхность втулки 7 и сопрягается с ней, образуя общую рабочую поверхность. Происходит перераспределение удельных давлений прессования между наружными слоями и средней частью электрода. Сначала они выравниваются, затем в средней части электрода удельное давление становится больше. Шихта перемещается к наружной поверхности электрода и дополнительно перемещается под давлением. В результате происходит сварка трением и устраняются объемные напряжения. Перемещение подвижной втулки 4 ограничивается уступом 8, который упирается в торец пресс-штемпеля 12. При обратном ходе пресса корпус 1 и подвижная втулка 4 легко перемещаются относительно друг друга, т.к. угол конуса сопряжения выполнен больше угла трения. Образуется зазор между матрицей и прессовым инструментом, что гарантирует прессовый инструмент от заклинивания и обрыва хвостовика пресс-штемпеля. Перемещение подвижной втулки 4 при обратном ходе пресса ограничивается фиксаторами 9 с помощью штифтов 10 и пазов 11, выполненных в пресс-штемпеле 12. Торец цилиндрической части 6 втулки при прессовании всегда находится выше уровня шихты, что гарантирует непопадание шихты в полость, образованную поверхностями пресс-штемпеля и втулки.

Инструмент для компактирования шихтовых материалов может также использоваться для прессования брикетов.

Таким образом, прелагаемый инструмент для компактирования шихтовых материалов позволяет:

- иметь повышенную механическую прочность электрода (в сравнении с известными технологиями), исключающую возможность поломки при транспортировке и его обрыва в процессе плавки за счет минимизации внутренних напряжений прессуемых изделий;

- повысить точность прессования изделий (геометрические размеры) посредством самоцентрирования инструмента относительно оси контейнера;

- повысить плотность электрода для уменьшения его длины и соответственно высоты печи в результате хорошего перемешивания шихтового материала в процессе прессования;

- повысить надежность работы прессового инструмента, обеспечив легкость извлечения прессового инструмента при обратном ходе пресса;

- повысить ремонтопригодность прессового инструмента, компенсируя износ внутренней поверхности матрицы путем подбора наружного диаметра подвижной втулки.