УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B22F3/03 

Изобретение относится к производству изделий из жестких бетонных смесей и может быть использовано в порошковой металлургии, строительной, керамической и огнеупорной промышленности при изготовлении крупногабаритных изделий вибрационным формованием из порошковых материалов.

Известно устройство для формования, содержащее станину, выполненную из основания и закрепленных с ним посредством колонн стационарной и подвижной поперечных балок, установленные на станине вибростол с амортизаторами, каркас с приводом вертикального перемещения, верхний и нижний пуансоны и матрицу с упорами.

Отформованные на этом устройстве трубчатые изделия, отношение высоты которых к гидравлическому радиусу достигает 30, имеют большую разноплотность по высоте, возникающую при засыпке порошка в матрицу, внутри которой размещен закрепленный на вибростоле неподвижный сердечник.

Другим существенным недостатком упомянутого устройства является то, что после окончания формования трубчатого изделия между сердечником и внутренней поверхностью изделия действуют силы трения, для преодоления которых, при извлечении сердечника, необходимо прикладывать значительные усилия. Это является причиной возникновения в изделиях поверхностных и внутренних дефектов, образующих при извлечении сердечника.

Еще одним недостатком упомянутого устройства является то, что устойчивый характер колебаний, гарантирующий наибольшую эффективность процесса виброформования, обеспечивается в весьма ограниченном диапазоне силовых параметров, весовых и геометрических характеристик формуемых изделий.

На практике, при формовании широкого ассортимента изделий, это является причиной значительной нестабильности качественных показателей отформованных изделий.

Расширение функциональных возможностей и повышение качества изделий достигается тем, что устройство для формования содержит станину, выполненную из основания и закрепленных с ним посредством колонн стационарной и подвижной поперечных балок, вибростол с амортизаторами, установленные на станине каркас с приводом вертикального перемещения, верхний и нижний пуансоны и матрицу с упорами, снабжено механизмом прижима матрицы и нижнего пуансона к вибростолу, дополнительными вибровозбудителями, упругими прокладками, дополнительной поперечной балкой с приводом и сердечником; основание станины, вибростол и нижний пуансон выполнены с центральными отверстиями, дополнительные вибровозбудители закреплены на матрице, упругие прокладки размещены на каркасе, дополнительная балка установлена под основанием с возможностью вертикального перемещения посредством гидроцилиндров, размещенных на основании, а сердечник закреплен на дополнительной балке соосно центральным отверстиям основания, вибростола и нижнего пуансона; снабжено вибраторами и подпружиненными кулачками, при этом сердечник выполнен с кольцевым пазом, вибраторы размещены на раме, жестко закрепленной на сердечнике в нижней его части, а кулачки установлены в пазу с возможностью перемещения в направляющей втулке, закрепленной в основании.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 узел 1, на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство содержит станину, выполненную из основания 1, на котором закреплены колонны 2, гидроцилиндры 3 вертикального перемещения подвижного каркаса 4 и матрицы 5, гидроцилиндры 6 прижима матрицы и нижнего пуансона 7 к вибростолу 8. Матрица 5 представляет собой тонкостенную (толщиной 20-25 мм) металлическую оболочку с ребрами жесткости, а вибростол 8 стальную литую конструкцию с закрепленными на ней кронштейнами 9. Колонны 2 вверху соединены стационарной поперечной балкой 10, на которой установлены гидравлические и пневматические цилиндры 11, соединенные своими штоками с подвижной балкой 12 с закрепленным на ней верхним пуансоном 13. Штоки гидроцилиндров 3 соединены с подвижным каркасом 4, на котором установлены упругие прокладки 14. Штоки гидроцилиндров 6 упираются в нижние плечи захватов 15, верхние плечи которых прижимают матрицу 5 и нижний пуансон 7 к вибростолу 8, контактирующему с основанием 1 через нижние 16 и верхние 17 амортизаторы, выполненные в виде упругих прокладок. В вибростоле 8 установлены два возбудителя колебаний (дебалансы) 18, передающие вибростолу вертикальные виброударные колебания. Вращение возбудителей колебаний осуществляется от электродвигателей (на чертеже не показаны). На матрице 5 закреплены верхний упор 19, выполненный в виде рамы, и вибровозбудители 20. Нижний пуансон 7 выполнен с возможностью скользящего контакта между своей наружной боковой поверхностью и внутренней поверхностью матрицы 5, а также своей внутренней поверхностью и наружной боковой поверхностью сердечника 21.

Сердечник 21 снабжен вибраторами 22 и закреплен на поперечной балке 23 вертикального перемещения сердечника, которая приводится в движение гидроцилиндрами 24, закрепленными на основании 1.

Конструкция крепления вибраторов 22 и поперечной балки 23 с закрепленными на ней штоками гидроцилиндров 24 к сердечнику 21 показана на фиг. 2.

Вибраторы 22 смонтированы на раме 25, которая жестко закреплена на сердечнике 21. Поперечная балка 23 прикреплена к сердечнику 21 через упругую прокладку 26, а штоки гидроцилиндров 24 прикреплены к поперечной балке 23 через упругие прокладки 27.

На фиг. 3 показана конструкция устройства, позволяющего сердечнику 21 воздействовать на вибростол 8.

В пазах сердечника 21 смонтированы подпружиненные кулачки 28, убирающиеся внутрь сердечника с помощью направляющей втулки 29, закрепленной в основании 1.

Устройство работает следующим образом. Матрица 5, с зафиксированным в ней нижним пуансоном 7, устанавливается на вибростол 8 и прижимается к нему захватами 15. Сердечник 21 поднимается до уровня верхней плоскости нижнего пуансона 7, предотвращая попадание порошка в центральное отверстие нижнего пуансона 7. Производится засыпка порошка в матрицу 5. Включаются вибраторы 22, сообщающие колебательные движения сердечнику 21 с частотой 50 Гц и амплитудой 0,1-0,2 мм, который одновременно начинает подниматься гидроцилиндрами 24. Вибрирующий сердечник 21, проходя через порошковую смесь, достигающую 1400 мм высоты, подобно глубинному вибратору, производит предварительное уплотнение порошковой смеси, обеспечивая при этом равномерную, равноплотную осадку порошка. После завершения подъема сердечника 21, верхний пуансон 13 опускается в матрицу 5 и касается порошка. Затем включается привод возбудителей колебаний 18 вибростола 8 и последнему, вместе с прижатой к нему матрицей 5 с порошком и нижним пуансоном 7, сообщаются виброударные вертикальные колебания с частотой 50 Гц, и амплитудой 1-1,2 мм. Одновременно перемещается вниз верхний пуансон 13. Происходит начальная стадия вибрационного формования порошка с давлением ≈ 0,5 МПа и длительностью 10 с. По прошествии этого времени захваты 15 отжимаются гидроцилиндрами 6, матрица 5 с помощью каркаса 4, за счет хода вверх гидроцилиндров 3, поднимается на 10-15 мм над вибростолом 8, скользя внутренней поверхностей по порошку, зажатому между верхним и нижним пуансонами.

Благодаря подъему матрицы, масса тел, колеблющихся вместе с вибростолом, уменьшается.

Для достижения оптимального соотношения сил, воздействующих на вибростол во время завершающей стадии вибрационного формования, в дополнение к подъему матрицы, гидроцилиндры 24, поднимая сердечник 21, из которого под действием пружины 30 выдвигаются кулачки 28, воздействуют последними на нижнюю плоскость вибростола 8. Требуемое давление масла в гидроцилиндрах 24 обеспечивается настройкой предохранительных клапанов гидросистемы. Одновременно матрице 5 за счет включения вибровозбудителей 20 сообщаются автономные вертикальные колебания с амплитудой 0,8.1,0 мм и частотой 50 Гц.

Так, при формовании трубчатых изделий с размерами ⊘_нар290/⊘_вн190, высотой 750 мм и массой 70 кг из металлопорошковых материалов (карборундографитовая смесь с металлическим кремнием) масса колеблющихся вместе с вибростолом тел после поднятия матрицы уменьшается в 1,8 раза, соответственно амплитуда колебаний их увеличивается и становится равной 1,5-2,0 мм. За счет достижения оптимального соотношения силы прижима к вынуждающей силе, составляющего q 0,3, пиковые значения ускорений вибростола возрастают до 600 м.сек^-2. Общая длительность вибрационного формования уменьшается на 20% благодаря его интенсификации. Завершающая стадия вибрационного формования осуществляется с давлением на изделие 5,0 МПа в течение 30 с.

После завершения формования выключается привод возбудителей колебаний 18 и после полного затухания колебаний вибростола 8 осуществляется подъем матрицы 5 на 20 мм для снятия напряжений с наружной поверхности изделия. Затем включают вибраторы 22, уменьшая примерно в 10 раз силы трения и сцепления между сердечником и внутренней поверхностью изделия и, с помощью гидроцилиндров 24, извлекают сердечник 21 из изделия, при этом кулачки 28, сжимая пружину 30, входят внутрь сердечника 21, скользя по направляющей втулке 29.

Таким образом, выполнение основания станины, вибростола и нижнего пуансона с центральными отверстиями, в которых подвижно закреплен сердечник, смонтированный на поперечной балке, имеющей возможность вертикального перемещения посредством гидроцилиндров, закрепленных на основании, расширяет функциональную возможность устройства для формования, позволяя формовать трубчатые изделия. При формовании изделий без центрального отверстия сердечник опускается ниже уровня вибростола.

При формовании изделий без центрального отверстия, достижение оптимальных значений соотношения сил, воздействующих на вибростол, обеспечивается за счет передачи верхней частью сердечника усилия, развиваемого цилиндрами перемещения поперечной балки, нижней поверхности нижнего пуансона.

Снабжение сердечника вибраторами позволяет значительно сократить время подъема стержня и обеспечить равномерную, равноплотную предварительную осадку порошка за счет воздействия вибрирующего сердечника на порошок изнутри во время подъема сердечника. В момент извлечения сердечника из сформованного изделия вибрация сердечника позволяет примерно в 10 раз уменьшить силы трения и сцепления между внутренней поверхностью изделия и сердечником, что позволяет избежать возникновения в изделии кольцевых трещин и разрывов. Извлекаемый вибрирующий сердечник также дополнительно уплотняет внутреннюю поверхность изделия и улучшает ее внешний вид.

Кроме того, снабжение сердечника выдвижными подпружиненными кулачками, позволяющими воздействовать на вибростол цилиндрами вертикального перемещения поперечной балки, и позволяет уменьшить силу прижима вибростола к нижним прокладкам и достигнуть оптимальных значений соотношения сил, воздействующих на вибростол.

Таким образом, за счет приложения дополнительного вибровоздействия на порошок и достижения оптимальных значений соотношения сил, воздействующих на вибростол, повышается плотность и равноплотность изделий, а также исключается возможность разрушения изделий при извлечении сердечника.

Сущность изобретения: устройство состоит из вибростола с амортизаторами, нижнего и верхнего пуансона, каркаса с приводом вертикального перемещения и матрицы с упорами, механизмом прижима матрицы и нижнего пуансона к вибростолу, вибровозбудителями, закрепленными на матрице и упругими прокладками; в центральных отверстиях основания станины вибростола и нижнего пуансона подвижно закреплен сердечник, смонтированный на дополнительной балке, имеющей возможность вертикального перемещения посредством гидроцилиндров, закрепленных на основании, сердечник выполнен с возможностью совершения колебаний посредством вибраторов, расположенных на раме, и в нем выполнены пазы, в которых крепятся подпружиненные кулачки, перемещающиеся посредством направляющей втулки, закрепленной в основании. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для формования крупногабаритных изделий из порошковых смесей, содержащее станину, выполненную из основания и закрепленных с ними посредством колонн стационарной и подвижной поперечных балок, вибростол с амортизаторами, установленные на станине каркас с приводом вертикального перемещения, верхний и нижний пуансоны и матрицу с упорами, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом прижима матрицы и нижнего пуансона к вибростолу, дополнительными вибровозбудителями, упругими прокладками, дополнительной поперечной балкой с приводом и сердечником, основание станины, вибростол и нижний пуансон выполнены с центральными отверстиями, дополнительные вибровозбудители закреплены на матрице, упругие прокладки размещены на каркасе, дополнительная балка установлена под основанием с возможностью вертикального перемещения посредством гидроцилиндров, размещенных на основании, а сердечник закреплен на дополнительной балке соосно центральным отверстиям основания, вибростола и нижнего пуансона. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено вибраторами и подпружиненными кулачками, при этом сердечник выполнен с кольцевым пазом, вибраторы размещены на раме, жестко закрепленной на сердечнике в нижней его части, а кулачки установлены в пазу с возможностью перемещения в направляющей втулке, закрепленной в основании.