Ізостат для обробляння матеріалів у рідині

Винахід відноситься до порошкової металургії, зокрема до устаткування для обробляння матеріалів у рідині при високих тиску і температурі, і може бути найбільше ефективно використаний при вулканізації, полімеризації та компактуванні дискретних або суцільних матеріалів під тиском рідини більш 100МПа та температурах більш 100°С. Технологія ізостатичного пресування відноситься до числа "високих технологій" та інтенсивно розвивається у світі. Аналогом технічного рішення, що заявляється, є ізостат, описаний у проспекті ВНИИ-метмаш "Машины для порошковой металургии".-М.:Внешторгиздат, 1990, изд. №763 МВ,с.5. Ізостат-аналог містить силовий контейнер з робочою камерою. Робоча камера герметично закривається верхньою і нижньою пробками, що утворюють замкнутий герметичний робочий простір, у якому розміщено оброблюваний виріб. Обробляння виробу проводять шляхом подачі в робочий простір (робочу камеру) робочої рідини під необхідним для здійснення процесу тиском. Недоліком такого ізостата є те, що процес у ньому відбувається при температурі навколишнього середовища, тому що через свою конструктивну особливість він не може бути обладнаний нагрівачем. Причиною цього є те, що робоча камера заповнюється рідиною. Це знижує технологічні можливості такого ізостата. Крім того, сама робоча рідина, впливаючи на оброблюваний виріб, безпосередньо контактує з внутрішніми стінками робочої камери силового контейнера, піддаючи їх ерозії. Усе це негативно позначається як на якості обробленого виробу, так і на стійкості внутрішніх стінок силового контейнера (робочої камери) через агресивний вплив застосовуваної рідини на внутрішню поверхню робочої камери силового контейнера. Такий вплив у ряді випадків приведе до просочування і далі до прориву рідини в навколишнє робоче середовище і його забруднення. Найближчим аналогом (прототипом) ізостата. що заявляється, є ізостат, описаний у проспекті фірми ASEA, Швеція, (А08-4007Е, 1990 р., с.3). Ізостат-прототип містить силовий контейнер, виконаний багатокорпусним зі співвісним розташуванням щільно прилягаючих один до одного суцільнометалевих циліндрів, зовнішній з яких виконаний із щільно намотаною на його поверхню сталевою стрічкою, а внутрішній утворює робочу камеру, що герметично закрита верхньою і нижньою пробками з ущільненнями. Робочу рідину під тиском подають без посередньо в робочу камеру, у якій розташовують оброблюваний виріб. Ізостат-прототип має ті ж недоліки, що і ізостат-аналог. Крім того, витік рідини з робочої камери пов'язаний зі швидкою втратою тиску в робочій камері (через малу стисливість рідини), що призводить до порушення нормального ходу технологічного процесу. Запропонований винахід вирішує задачу розширення технологічних можливостей ізотатичного пресування в ізостатах шляхом використання в якості робочого середовища як газу (переважно інертного), так і спеціально підібраної рідини. При цьому робочий (формуючий) вплив на виріб здійснюється рідиною, а тиск рідини передається через газове середовище. Технічний ефект винаходу, що заявляється, полягає в розширенні технологічних можливостей процесу ізостатичного пресування в ізостатах. Так, за рахунок високої стисливості газового середовища тиск у робочому просторі при витоках газу падає не настільки інтенсивно, як у випадку використання як джерела тиску рідкого середовища. Знижуються загальні енерговитрати, поліпшується екологія навколишнього середовища, знижуються матеріалоємність і габарити пристрою в цілому. Запропонований ізостат для обробляння матеріалів у рідині усуває недоліки ізостатів аналога і прототипу тим, що в ньому силовий контейнер виконаний багатокорпусним зі співвісним розташуванням щільно прилягаючих один до одного суцільнометалевих циліндрів, зовні-ній з яких виконаний із щільно намотаною на нього сталевою стрічкою, а внутрішній утворює робочу камеру, яку герметично закривають верхня та нижня пробки з ущільненнями і з'єднану через одну з пробок із джерелом, що створює тиск у робочій камері, а в самій робочій камері встановлена робоча посудина для рідини, при цьому робоча посудина для рідини виконана з відкритим верхом і герметичним дном з струмопровідного матеріалу та встановлена на електроізольваному нагрівачі, який встановлений на захисному магнітопрововід, що базується на верхньому торці нижньої пробки, при цьому робоча судина для рідини встановлена стосовно внутрішньої поверхні робочої камери таким чином, що вона утворює зазор іж внутрішньою поверхнею силового контейнера та зовнішньою стінкою робочої посудини для рідини, причому на поверхні одного з прилягаючих один до одного суцільнометалевих циліндрів, що утворюють силовий контейнер, виконані канавки для підведення-відведення охолоджуючої води, а на торці нижньої пробки виконана по всій окружності кільцева канавка для збору конденсату, при цьому робочий простір силового контейнера герметично з'єднаний з газовим компресором. Нагрівам у запропонованому ізостаті може бути виконаний у вигляді плоского індуктора секцій із суцільних струмопровідних. наприклад мідних пластин, а також з сушільної мідної пластини у вигляді спіралі. Захисний же магнітопровід може бути виконаний з радіально розташованих і не дотичних одна до одної секцій з листової електротехнічної сталі. Ізостат, що заявляється для обробляння матеріалів у рідині, зображений на фіг.1-3: на фіг.1 - поздовжній розріз ізостата в робочому стані з підведеним джерелом газу високого тиску (компресором); на фіг.2 - збільшений вид нагрівача (вид зверху); на фіг.3 - збільшений вид захисного "магнітопровода (вид зверху). Ізостат для обробляння матеріалів у рідині містить багатокорпусний силовий контейнер, виконаний із співвісно розташованих циліндрів - зовнішнього корпуса 1, виконаного з щільно намотаної на поверхню прилягаючою до нього зсередини корпуса 2 сталевою стрічкою. Корпуса 2, 3 і 4 силові контейнери виконані у вигляді суцільнометалевих циліндрів. У середньому корпусі 3 виконані отвори 5 для підведення-відвведення охолоджуючої води. Центральний корпус 4 утворює робочий простір 6 силового циліндра, що герметизований верхньою пробкою 7 і нижньою пробкою 8. Пробки мають ущільнення 9. У робочому просторі 6 розміщена робоча посудина 10 з відкритим верхом і герметичним дном 11 з струмопровідного матеріалу. У робочій судині 10 розміщений оброблюваний матеріал 12, залитий робочою рідиною 13. Робоча посудина 10 своїм струмопровідним дном 11 спирається на електроізольований нагрівай 14, а останній спирається на захисний магнітопровід 15, що базується на верхньому торці нижньої пробки 8. Між зовнішньою поверхнею робочої судини 10 і внутрішньою поверхнею центрального корпуса 4 внаслідок їхнього співвісного розташування утворений простір, що виконує роль теплоізолюючої оболонки після наповнення робочого простору 6 газом, що перешкоджає передачі тепла від стінок робочої посудини 10 стінкам циліндра 4 силового контейнера. Газ у робочий простір 6 силового контейнера надходить по трубопроводу 16 від компресора 17. У торці нижньої пробки по всій окружності виконана кільцева канавка 18 для збору конденсату. Ізостат для обробляння матеріалів у рідині працює в такий спосіб. На торець нижньої пробки на спеціальному пристрої (не показане) послідовно встановлюють захисний магнітопровід, електроізольований нагрівач та робочу судину з розміщеною в ньому заготівлею і залитий робочою рідиною. Характер рідини вибирають виходячи з розв'язуваної задачі. Усе це розміщують у робочому просторі силового контейнера на нижній пробці і герметизують робочий простір за допомогою верхньої і нижньої пробок. Газом (або газовою сумішшю) за допомогою компресора заповнюють робочий простір. Після цього включають елсктроізольований нагрівам і розігрівають дію робочої посудини, передаючи тепло заготовки і робочій рідині. При експлуатації ізостата тиск газу (або газової суміші) вибирають, як правило, рівними або більш 100МПа, а конкретну величину тиску газу встановлюють виходячи з параметрів обраної рідини для розв'язуваної задачі, дотримуючи необхідної умови: гарантоване перевищення тиску газу над тиском критичної точки рідини, обраної для здійснення процесу. Для води, наприклад, критичними є наступні параметри: тиск 22,1МПа, температура 547,3 ДО (374°С). Під тиском газу в робочій судині з рідиною відбувається один з обраних процесів: компактування дискретних або суцільних матеріалів, вулканізація і т.п. Після здійснення процесу тиск газу скидають, витягають готовий виріб із судини з рідиною і процес повторюють знову.