Устройство для создания сверхвысоких давлений

 

Использование: для синтеза сверхтвердых материалов, изучения фазовых превращений , спрессовывания порошковых материалов и т.п. Камера 10 выполнена в виде эластичного шланга, укладываемого спирально в промежутке между контейнером 1 и наружной поверхностью секторов 5. В крышках 2 и 3 выполнены сквозные отверстия с цилиндрическими и коническим участками ограничивающей их поверхности. В этих отверстиях установлены штуцеры 14 с уплотнениями 15 и резьбовыми пробками 16 для закрепления концов шланга. Конструкция позволяет упростить сборку контейнера и сократить его габариты. 5 ил.

союз советских

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7 16

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4829279/27 (22) 28.05.90 (46) 07.06.92. Бюл. hL 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения (72) Г.С.Бобровничий, О.А,Никулин, М.Х. Горфинкель и В,С. Беловол (53) 621.777.06(088.8) (56) Патент США М 3179979, кл. 425 — 77, 1965. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ

СВЕРХВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ

„,5LI 1738322 А1

s В 01 J 3/02, В 30 B 11/30 (57) Использование: для синтеза сверхтвердых материалов, изучения фазовых превращений, спрессовывания порошковых материалов и т.п. Камера 10 выполнена в виде эластичного шланга, укладываемого спирально в промежутке между контейнером 1 и наружной поверхностью секторов 5.

В крышках 2 и 3 выполнены сквозные отверстия с цилиндрическими и коническим участками ограничивающей их поверхности. В этих отверстиях установлены штуцеры 14 с уплотнениями .15 и резьбовыми пробками

16 для закрепления концов шланга. Конструкция позволяет упростить сборку контейнера и сократить его габариты. 5 ил.

1738322

Изобретение относится к обработке материалов сверхвысоким давлением. Более конкретно, это устройство такого типа, в котором создается квазигидростатическое давление свыше 3000 МПа, и может быть использовано для синтеза сверхтвердых материалов, изучения фазовых превращений, спрессовывания порошковых материалов, создания новых сплавов и т.п. целей.

Известны устройства для создания сверхвысоких давлений, содержащее цилиндрический с вертикальной продольной осью контейнер с крышками, расположенный внутри контейнера держатель образца, смонтированные в контейнере с охватом держателя и возможностью горизонтального перемещения по меньшей мере три сектора с закрепленными на них пуансонами, щитки-сегменты, установленные в зазорах между секторами, расположенные в центральных отверстиях крышек оппозитно одни другому два вертикальных неподвижных пуансона и тонкостенную в виде цилиндрической обечайки эластичную оболочку, расположенную между контейнером и секторами, концы которой защемлены на крышках с помощью фланцев, Жидкость высокого давления подается через одну из крышек и воздействует на внешнюю поверхность оболочки, заставляя секторы равномерно сходиться к центру, вызывая при этом сжатие образца.

Недостатком известного технического решения является то, что сборка и изготовление такого вида оболочки затруднены, приходится иметь уплотнения не только крышек, но и самой оболочки, что уменьшает их надежность и увеличивает габариты контейнера. Кроме того, при применении в качестве источника высокого давления мультипликатора для достижения необходимого давления требуется достаточно большое время и увеличенные габариты самого мультипликатора (источника высокого давления), так как объем закачиваемой жидкости определяется размерами уплотнения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для создания сверхвысоких давлений, содержащее цилиндрический с вертикальной продольной осью контейнер с крышками, расположенный внутри контейнера держатель образца, смонтированные в контейнере с охватом держателя и возможностью горизонтального перемещения по меньшей мере три сектора с закрепленными на них пуансонами, щитки-сегменты, установленные в зазорах между секторами, расположенные в центральных отверстиях крышек оппозитно один другому два вертикальных

55 неподвижных пуансона и оболочку в виде кольцевой тонкостенной камеры. Давление, генерируемое в камере, подается через специальный ввод в стенках камеры и контейнера. Габариты контейнера зависят, таким образом, от толщины стенок оболочки-камеры, расстояния между внешней и внутренней стенками камеры, которое зависит от габаритов ввода и возможностей обеспечения устойчивости камеры при изготовлении.

Недостатком этого технического решения является то, что прочную и надежную камеру, работающую при высоких давлениях до 200 МПа, достаточно трудно изготовить, не увеличивая толщину стенки и расстояния между. стенками. Например, при изготовлении сферической камеры одинакового диаметра по а.с. СССР N 353503, кл.

В 30 В 11/32, толщина стенки составляла 16 мм, а расстояние между стенками 21 мм.

Таким образом, если изготовить камеру для устройства под пресс силой 20 МН, то толщина кольцевой поверхности, на которую воздействует давление жидкости, составит

53 мм, что при высоком давлении не только увеличивает габариты контейнера, а также и габариты рамы, но и уменьшает величину силы, идущей непосредственно на создание сверхвысокого давления. Кроме этого, разработка надежного ввода в такую камеру через стенки контейнера практически неосуществима, а подвод через крышку увеличивает расстояние между стенками, Далее, увеличенный объем для жидкости в камере влечет за собой и увеличенный расход источника высокого давления (мультипликатора). При этом стоимость оболочки достаточно велика, Целью изобретения является повышение технологичности устройства за счет упрощения сборки контейнера и обеспечение возможности сокращения его габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для создания сверхвысоких давлений, содержащем цилиндрический с вертикальной продольной осью контейнер с крышками, расположенный внутри контейнера держатель образца, смонтированные в контейнере с охватом держателя и возможностью горизонтального перемещения по меньшей мере три сектора с закрепленными на них пуансонами, щитки-сегменты, установленные в зазорах между секторами, расположен н ые в центральных отверстиях крышек оппозитно один другому два вертикальных неподвижных пуансона, эластичную камеру, размещенную между контейнером и секторами и связанную посредством канала в крышке с

1738322

55 источником давления, а также связи камеры с контейнером, камеры выполнены в виде изогнутого по спирали шланга, в крышках параллельно продольной оси контейнера выполнены сквозные отверстия с цилиндрическим и коническим участками ограничивающей их поверхности, полость одного из отверстий сообщена с упомянутым каналом, а средства связи камеры с. контейнером выполнены в виде размещенных в сквозных отверстиях штуцеров с цилиндрическим и коническим участками наружной поверхности, сопряженными с соответствующими участками отверстий каждый, уплотнительных элементов, расположенных между цилиндрическими участками штуцера и отверстия, и резьбовых пробок, установленных в этих отверстиях, причем концы шлангов закреплены между коническими поверхностями штуцера и отверстия в одной из крышек каждый.

Анализируя признаки известного и предлагаемого устройств, можно установить, что выполнение камеры в виде изогнутого по спирали шланга обуславливает получение при использовании предлагаемого решения положительного эффекта, состоящего в повышении технологичности устройства за счет упрощения сборки контейнера и обеспечении возможности сокращения его габаритов.

Таким образом, у предлагаемого технического решения имеются свойства, не совпадающие со свойствами известного технического решения, а это значит, что решение обладает существенными отличиями.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2— узел! на фиг.1 при работе устройства(нагружении давлением контейнера); на фиг.3— разрез А — А на фиг.1; на фиг.4 — то же, укрупненное изображение центральной части; на фиг.5 — то же, укрупненное изображение центральной части при работе.

Устройство для создания сверхвысоких давлений содержит цилиндрический с вертикальной продольной осью контейнер 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, расположенный внутри контейнера 1 держатель 4 образца, смонтированные в контейнере 1 с охватом держателя 4 и возможностью горизонтального перемещения четыре сектора 5 с закрепленными на них пуансонами 6 с направлением по шпонкам 7, щитки-сегменты 8, установленные в зазорах между секторами, расположенные в центральных отверстиях крышек оппозитно друг другу два вертикальных пуансона 9, эластичную камеру 10, выполненную в виде изогнутого по спирали шланга, размещенную между контейнером 1 и секторами 5 и связанную посредством канала 11 в крышке 3 с источником 12 давления, сквозные отверстия 13 с цилиндрическим и коническим участками ограничивающей их поверхности, выполненные в крышках 2 и 3 параллельно продольной оси контейнера 1, полость одного иэ отверстий сообщена с упомянутым каналом 11, средства связи камеры 10 с контейнером 1, выполненные в виде размещенных в сквозных отверстиях 13 штуцеров 14 с цилиндрическим и коническим участками наружной поверхности, сопряженными с соответствующими участками отверстий 13 каждый, уплотнительные элементы 15, расположенные между цилиндрическими участками штуцера 14 и отверстия 13, и резьбовые пробки 16, установленные в отверстиях 13, причем концы шлангов эластичной камеры 10 закреплены между коническими. поверхностями штуцера 14 и отверстия 13 в одной из крышек каждый.

Источник 12 давления имеет всю аппаратуру управления. Для спуска воздуха в верхней кры ш ке 2 предусмотрен воздухоспускной клапан 17. В пространстве между шпонками 7 и вертикальными пуансонами 9 снаружи держателя 4 образца помещены дополнительные. пуансоны 18, которые представляют собой параллелепипеды с одним скошенным ребром. Площадь скоса контактирует с держателем 4, между малыми боковыми поверхностями помещены прокладки 19, а между большими поверхностями дополнительных пуансонов 18 расположены прокладки 20. В зазоры между пуансонами 6 около ребра пуансона 18 помещены прокладки 21. По центрудержателя

4 проходит канал с обрабатываемым материалом 22, торцы пуансонов 18 отделены от вертикальных пуансонов 9 прокладками 23.

Все вышеупомянутые прокладки выполнены из материала, подобного материалу держателя 4.

Для компенсации незаполненного из-за спиральности пространства между секторами 5 и контейнером 1 в нижней и верхней частях проложены клиновидные прокладки

24. Все устройство для создания сверхвысоких давлений помещается между верхней 25 и нижней 26 плитами пресса или любого другого устройства, способного воспринимать осевые нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

Вне устройства собирают держатель 4 с материалом 22, пуансоны 18 с прокладками

19, затем монтируют пуансоны 6 с прокладками 20, 21, 23, Указанную сборку помеща1738322

15 ют на торец нижнего пуансона 9 и снизу вводят в пространство между разведенными секторами 5. Пуансон 9 фиксируют в нижней крышке 3. Затем сверху устанавливают верхний пуансон 9. Собранный таким образом контейнер 1 вдвигают в пресс (или раму) и с помощью нижней плиты 26 сжимают в осевом направлении так, чтобы при работе устройства между контейнером 1 и крышками 2 и 3 создавалось контактное давление, равное давлению в эластичной камере 10, а также сжимались пуансоны 6;

Далее включают в работу источник 12 давления (мультипликатор или насос) и подают давление через канал 11 внутрь камеры 10.

Благодаря пробкам 16, штуцерам 14 и уплотнениям не происходит утечки жидкости и давление в камере 10 начинает расти. Поперечная форма камеры 10 приобретает форму прямоугольника (фиг,2) и оказывает силовое воздействие на секторы 5 и щиткисегменты 8, перемещая их к центру. Синхронизация перемещения происходит за счет щитков- сегментов 8 и направляющих шпонок

7. Секторы 5 воздействуют на пуансон 6, которые через прокладки 20 передают давление на пуансоны 18. Все пуансоны, сходясь к центру, деформируют прокладки 19

20 и 21 и уменьшают объем, занимаемый держателем 4. Таким образом в пространстве между пуансонами 18 и вертикальными пуансонами 9 генерируется сверхвысокое давление (3000...6000 МПа). Все прокладки служат при этом уплотнениями.

Обработка сверхвысокими давлениями происходит в течение времени выдержки.

Затем снижают постепенно давление с помощью пробки или специального устройства, подключенного к ней. Далее нижняя плита 26 совершает возвратный ход. Контейнер 1 с крышками 2 и 3 выводится из пресса на позицию разборки. Снимают верхний пуансон 9. Опускают нижний пуансон с шпонкой 7 и пуансоном 18 и сдеформированными прокладками 19, 20, 21 и держателем

4. Далее происходят их разборка и удаление обработанного материала 22, Все демонтированные части очищают от остатков деформированных прокладок и подготавливают устройство к новому циклу. В устройстве возможен нагрев обрабатываемого материала 22 прямым пропусканием тока через пуансоны 9 и охлаждение пуансонов.

Использование предложенного технического решения позволяет по сравнению с прототипом повысить технологичность за счет упрощения сборки контейнера, а также обеспечивает возможность сокращения его

55 габаритов, Кроме этого предложение может иметь и другие преимущества, например, спроектированное устройство с оболочкой в виде шланга под пресс усилием 20 MH модели Д0043 имело поперечный начальный размер держателя 4 40х40 мм и его высота составляла 100 мм.

При создании устройства с камерой прямоугольного сечения или же с защемленной по краям цилиндрической оболочкой этот размер снижается до 30,5х30,5 мм, а высота до 90,8 мм. А это значит, что на одном и том же прессе можно получать более крупные образцы.

Формула изобретения

Устройство для создания сверхвысоких давлений, содержащее цилиндрический с вертикальной продольной осью контейнер с крышками, расположенный внутри контейнера держатель образца, смонтированные в контейн ре с охватом держателя и возможностью горизонтального перемещения по меньшей мере три сектора с закрепленными на них пуансонами, щитки-сегменты, установленные в зазорах между секторами, расположенные в центральных отверстиях крышек оппозитно один другому два вертикальных неподвижных пуансона, эластичную камеру, размещенную между контейнером и секторами и связанную посредством канала в крышке с источником давления, а также средства связи камеры с контейнером,отл ичаю щееся тем,что, с целью повышения технологичности за счет упрощения сборки контейнера и обеспечения возможности сокращения его габаритов, камера выполнена в виде изогнутого по спирали шланга, в крышках параллельно продольной оси контейнера выполнены сквозные отверстия с цилиндрическим и коническим участками ограничивающей их поверхности, полость одного из отверстий сообщена с упомянутым каналом, а средства связи камеры с контейнером выполнены в виде размещенных в сквозных отверстиях штуцеров с цилиндрическим и коническим участками наружной поверхности, сопряженными с соответствующими участками отверстий каждый, уплотнительных элементов, расположенных между цилиндрическими участками штуцера и отверстия, и резьбовых пробок, установленных в этих отверстиях, причем концы шлангов закреплены между коническими поверхностями штуцера и отверстия в одной из крышек каждый, 1738322

f0

20

Составитель Г.Бобровничий иг 5

Техред М.Моргентал Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор С.Кулакова

Заказ 1951 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101