Устройство гидровзрывного прессования

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Шмурадко Валерий Трофимович Петюшик Евгений Евгеньевич Киршина Наталья Васильевна Шевченок Александр Аркадьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Устройство гидровзрывного прессования, включающее крышку контейнера, контейнер с порошком и заряд бризантного взрывчатого вещества с детонатором, отличающееся тем, что контейнер выполнен в виде кольцевой диафрагмы, имеющей различную толщину стенки, крышка контейнера состоит из эластичного конуса, центрирующего кольца, сердечник требуемого диаметра с покрытием установлен по оси ампулы между эластичным конусом и диском центрирующим, причем ампула установлена на опорную плиту в жидкой передающей среде, а заряд бризантного взрывчатого вещества состоит из двух частей, представляющих полые конус и цилиндр. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что эластичный конус, центрирующий диск и кольцо изготовлены из полимеров. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что защитное покрытие сердечника выполнено из органического или минерального материала. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина стенки разделительной диафрагмы и диаметр сердечника с покрытием выбраны в зависимости от технологических режимов прессования. Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для прессования порошковых материалов взрывным нагружением, и может быть использована для производства порошковых материалов. Известно устройство прессования порошков контактным зарядом бризантного взрывчатого вещества (БВВ) 1, недостатками которого являеются невысокая плотность спрессованного материала при малых по массе зарядах БВВ и присутствие трещин в прессовках при высоких по массе зарядах БВВ. Причем устройство сложно по конструкции, громоздко и нетехнологично. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является ампульное устройство, включающее крышку контейнера, контейнер, порошок,заряд БВВ, инертный материал, детонатор. Однако данная конструкция не обеспечивает исключения сильной волны разгрузки в материале и трещин в прессовках, даже при проведении процесса прессования под слоем песка в 1,2 м 2. Задачей настоящей полезной модели является повышение качества прессовок, коэффициента полезного действия взрыва и технологических возможностей процесса прессования. Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, включающем крышку контейнера, контейнер с порошком и зарядом бризантного взрывчатого вещества с детонатором, контейнер выполнен в виде кольцевой диафрагмы, имеющей различную толщину стенки, крышка контейнера состоит из эластичного конуса, центрирующего кольца, сердечник требуемого диаметра с покрытием установлен по оси ампулы между эластичным конусом и диском центрирующим, причем ампула установлена на опорную плиту в жидкой передающей среде, а заряд бризантного взрывчатого вещества состоит из двух частей, представляющих полые конус и цилиндр. Эластичный конус, центрирующий диск и кольцо могут быть изготовлены из полимеров. Защитное покрытие сердечника может быть выполнено из органического или минерального материала. Толщина стенки разделительной диафрагмы и диаметр сердечника с покрытием могут быть выбраны в зависимости от технологических режимов прессования. На фигуре представлено устройство для гидровзрывного прессования порошковых материалов в жидкой передающей среде (ПС) - воде, которое состоит из диафрагмы кольцевой 1 с различной толщиной стенки, эластичного конуса 2, диска центрирующего 3,сердечника 4 с покрытием 5, центрирующего кольца 6, жидкой передающей среды 7, заряда БВВ 8, состоящего из двух полых частей - конусной и цилиндрической, электродетонатора 9, плиты 10 и порошка 11. Применение в устройстве кольцевых диафрагм из металла с различной толщиной стенки обеспечивает получение качественных прессовок (без трещинообразований) при прессовании плотных и особо плотных (без пор) заготовок при помощи зарядов БВВ с увеличивающейся массой. При этом толстостенные диафрагмы после взрывного (ударноволнового - УВ) обжатия ампулы исключают деформацию разгрузки в виде растягивающих напряжений в прессовках, вызывающих разрушение. Экспериментально установлены минимальные толщины стенки диафрагм для керамических (непластичных) порошков 3-10 мм, для метллических (пластичных) и малопластичных , Мо - 1-5 мм. Функциональное назначение конструкционных элементов устройства эластичный конус 2 и центрирующее кольцо 6 рассеивают в верхней части ампулы (снижают) ударно 2 91702013.04.30 волновую нагрузку на заготовку в осевом направлении от конусной части заряда БВВ 8. Исключают при этом возникновение волны разгрузки и осевых растягивающих напряжений в прессовке. Диск центрирующий 3 в нижней части ампулы гасит осевую отраженную УВ от плиты 10. Кроме того, сниженное осевое УВ-нагружение от конусной части заряда БВВ 8 выполняет подпрессовку порошка в этом же направлении, обеспечивая в дальнейшем оптимальные условия окончательного (радиального) уплотнения подпрессованного порошка за счет УВ-нагружения в радиальном направлении от сдетонировавшей цилиндрической части заряда БВВ 8. Для прессования заготовок трубчатой формы с различным внутренним диаметром в конструкции устройства предусмотрен сердечник переменного диаметра с покрытием 0,51,0 мм, способный выполнять свободное отделение спрессованной заготовки от металла без разрушения при нагревании до 100-200 С. Для повышения КПД взрыва и, следовательно, снижения массы заряда БВВ перед прессованием устройство погружают в жидкую передающую среду - воду, которая является важным структурным элементом данного устройства. В связи с тем что плотность воды в 215 раз выше плотности воздуха и согласно имеющейся научной информации о эффективности УВ-обработки порошковых материалов зарядами, размещенными в стесненных условиях (воздух, металл, вода и т.д.), достигнуты следующие КПД взрыва для разработанного устройства на воздухе - 3-4 , в воде - до 33 . Устройство работает следующим образом. Перед взрывным циклом (прессованием) устройство погружается в ПС - воду. После детонации заряда БВВ 8 при помощи электродетонатора 9 вначале в конусной, а затем в цилиндрических частях заряда образуются соответственно конусная и цилиндрическая детонационные волны. На границах раздела эластичный конус 2 - центрирующее кольцо 6 - диафрагма кольцевая 1- заряд БВВ 8 детонационные волны трансформируются в ударные волны. Из конусной части заряда БВВ 8 образуется в эластичном конусе 2 УВ с плоским фронтом, который, распространяясь через центрирующее кольцо 6 в осевом направлении, выполняет предварительную подпрессовку порошка 11, повышая его плотность. На втором (условном разделительном) этапе сходящаяся цилиндрическая детонационная волна преломляется на границе раздела кольцевая диафрагма 1 - продукты детонации(ПД) в УВ, распространяющуюся в стенке диафрагмы, а из нее преломляется в порошок в виде УВ-нагружения порошка. Эта волна имеет скользящий цилиндрический фронт, сходящийся на оси симметрии прессовки. Двигаясь в радиальном направлении к оси заготовки, она выполняет ее окончательное уплотнение после предварительного осевого подуплотнения за счет сформировавшегося плоского фронта УВ от волны детонации конусной части заряда БВВ 8. Задержку и разделение во времени механизмов УВ-нагружения и уплотнения порошка при помощи данного устройства обеспечивают его конструкционные элементы. Эластичный конус 2 и центрирующее кольцо 6 обеспечивают плоский осевой фронт нагружения и предварительную подпрессовку порошка в металлической кольцевой диафрагме 1. Задержка последующего радиального УВ-нагружения подпрессованного порошка выполняется металлической кольцевой диафрагмой 1. Такая задержка во времени зависит от толщины стенки кольцевой диафрагмы и подбирается расчетным и экспериментальным путем. Диск центрирующий 3 гасит отраженную волну от плиты 10. Пример. Прессование порошка 2 с моноклинно-тетрагональным кристаллическим строением выполнялось в устройстве следующих размеров внутренний диаметр кольцевой диафрагмы 1 из стали 3 имел вн.15 мм, наружный нар.25 мм, высота 100 мм эластичный конус выполнен из полиэтилена (25 мм,25 мм, угол при вершине 90) диск центрирующий 3 из стали 3 (нар.15 мм,5 мм) кольцо центрирующее 6 из стали 3 сердечник 4 выполнен из стали 40 Х, покрытие 5 - из полиуретана плита 10 выполнена 3 91702013.04.30 из стали 45 с размерами 15015050 мм заряды БВВ 8 массой 0,4 и 1,2 кг изготавливались из порошкового аммонита марки 6 ЖВ. Прессование, согласно расчетным данным, выполнялось в воде при давлениях 5 и 11 ГПа. При этом были получены образцы трубчатой формы со следующими свойствами относительная плотность - 73 и 98 прочность при сжатии сырых - 70 и 120 МПа, при изгибе 21 и 33 МПа, а спеченных при 1600 плотность относительная - 94-96 и 97-99 прочность при сжатии - 527 и 621 МПа при изгибе - 199 и 220 МПа. Полученные изделия трубчатой формы могут быть использованы в качестве высокотемпературных нагревателей в электропечах сопротивления, работающих при 1800 . Таким образом, предлагаемое устройство за счет своих конструктивных особенностей по сравнению с прототипом обеспечивает следующие технико-экономические преимущества повышают КПД схемы прессования до 33 , снизив при этом массу заряда БВВ выполняют предварительную осевую подпрессовку порошка в кольцевой диафрагме плоским фронтом от конусной части заряда БВВ и окончательное радиальное уплотнение сходящимся к оси прессовки цилиндрическим фронтом при помощи цилиндрической части заряда, достигая при этом высоких плотностей в материале исключают возникновение сильных разрушающих напряжений в материале прессовки, сохранив при этом целостность изделий экспериментально и расчетным путем позволяет разрабатывать технологические режимы (давление-плотность, скорость и время нагружения) при прессовании непластичных(керамических и огнеупорных) порошков появляется возможность формовать изделия трубчатой формы, обеспечивая сохранение целостности такой прессовки при прессовании и ее отделении от сердечника во время удаления покрытия при 100-200 С устройство может быть эффективно использовано при изучении структурных изменений в кристаллическом строении тугоплавких соединений при УВ-нагружении различной динамической интенсивности, вплоть до 50-90 ГПа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4