Апарат високого тиску

1. Аппарат высокого давления трехосного сжатия, включающий главные пуансоны, с рабочими частями в виде трехгранных пирамид образующие в сборе замкнутую полость в виде многогранника для помещения в нее контейнера с реакционной шихтой, стенки которой являются продолжением смежных граней пуансонов, и устройство для перемещения пуансонов к центру полости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в нем применены вспомогательные пуансоны (пуансон), установленные в свободные трехгранные углы, образованные главнымы пуансонами, и что устройство для перемещения пуансонов к центру полости выполнено в виде двух обойм с внутренними гранями, сопряженными с наружными гранями пуансонов. 2. Аппарат высокого давления по пп. 1 или 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что одна из обойм представляет собой плоскую плиту. Изобретение относится к области производства синтетических алмазов и других сверхтвердых материалов. Наиболее простым в изготовлении и в обслуживании является аппарат высокого давления (аппарат) в виде двух наковален с углублениями [Патент Канады № 938414, кл. 18-44]. Однако развиваемое в нем давление значительно отклоняется от гидростатичности, что является недостатком аппарата. Свободным от указанных недостатков, наиболее близким к заявляемому, принятым нами за прототип, является аппарат трехосного сжатия, включающий корпус и сопряженные с ним пуансоны с вершинами в виде трехгранных пирамид, установленные таким образом, что в сборе образуют в центре полость в виде многогранника каждая стенка которой совпадает по направлению со смежными гранями двух пуансонов [Патент США №3271502]. Однако этот аппарат не лишен недостатков. В нем имеется по меньшей мере один свободный трехгранный угол, вершина которого совпадает с вершиной полости, а гранями являются примыкающие к полости грани пуансонов. Поэтому при создании давления одна из граней каждого пуансона примыкающая к полости не скреплена. Следовательно в полости аппарата не может быть создано давление, превышающее прочность материала пуансона при одноосном сжатии. Другим недостатком аппарата является то, что устройство для привода аппарата в действие является весьма сложным, т.к. кроме корпуса содержит несколько гидравлических цилиндров. С > о 20310 Поэтому задачей данного изобретения является повышение давления и упрощение привода аппарата в действие. Эта задача решается тем, что в аппарате высокого давления включающем главные 5 пуансоны с рабочей частью в виде трехгранных пирамид, образующие в сборе замкнутую полость в виде многогранника для помещения в нее контейнера с реакционной шихтой, стенки которой являются продолже- 10 нием смежных граней пуансонов, и устройство для перемещения пуансонов к центру полости, применены вспомогательные пуансоны (пуансон) установленные в свободные трехгранные углы, образованные главными 15 пуансонами, и что устройство для перемещения пуансонов к центру полости выполнено в виде двух обойм с внутренними гранями сопряженными с наружными гранями пуансонов. Кроме того, в случае формы полости 20 в виде тетраэдра для упрощения устройства. Одна из обойм выполнена в виде плоской плиты. Причинно-следственная связь между указанными способами решения задачи и 25 достигнутым результатом состоит в следующем. Вспомогательные пуансоны закрывают свободные трехгранные углы примыкающие к полости, что позволяет скрепить с помощью образующегося при со- 30 здании давления заусенца все примыкающие к полости поверхности (грани) пуансонов и тем самым достигнуть давление в полости, превышающее прочность материала пуансона при одноосном сжатии. При- 35 менение приводного устройства в виде обойм, сопряженных с наружными гранями пуансонов, исключает применение нескольких гидравлических цилиндров и позволяет приводить аппарат в действие от обычного 40 одноцилиндрового пресса, т.е. значительно упрощает приводное устройство. На фиг.1 представлен осевой разрез предлагаемого аппарата с полостью в форме тетраэдра; на фиг.2 - поперечный разрез 45 аппарата, представленного на фиг.1, выполненный на уровне В-В; на фиг.З - попереч- ный разрез аппарата представленного на фиг.1, выполненный на уровне С-С; нафиг.4 - разрез Д-Д на фиг.2; на фиг.5 - увеличен- 50 ное изображение центрального участка фиг.З; на фиг.6 - увеличенное изображение центрального участка фиг.2; на фиг.7 - осевой разрез аппарата с кубической полостью; на фиг.8 - поперечный разрез Е-Е аппарата, 55 представленного на фиг.7; на фиг.9 - разрез L-L на фиг.8; на фиг. 10 - увеличенное изображение центральной части аппарата, представленного на фиг.8. Как видим из фиг. 1,2, три одинаковых главных пуансона 1, покоятся на плите 2, образуя в сборе полость 3 в форме тетраэдра. Причем смежные грани пуансонов 1 и плиты 2 является продолжением поверхностей этого тетраэдра. Каждый из пуансонов 1 сопряжен с обоймой 4 одной наклонной к плите 2 гранью 5 (фиг.4) и одной, перпендикулярной к ней гранью 6. В корпусе установлен с возможностью движения вспомогательный пуансон 7 (фиг. 1,3,4,5), сопрягающийся со свободным трехгранным углом, образованным главными пуансонами при вершине тетраэдрической полости. Угол а равен углу между гранями тетраэдра, т.е. а = 70°34\ Угол р определяется кинематическим условием одновременного перемещения главного и вспомогательных пуансонов и по величине совпадает с углом между гранью и ребром тетраэдра, т.е. /? = 54°44\ Для осуществления нагрева плита 2 изолируется от пуансонов 1 изоляционной прокладкой (не показано). Аппарат приводится в действие от одноцилиндрового пресса и действует следующим образом. На плиту устанавливают контейнер из пластичного электроизоляционного материала в форме тетраэдра, заполненный сжимаемым материалом и придвигают к нему вплотную главные пуансоны 1. Затем на полученную сборку надевают корпус 4 и полученную сборку помещают под пресс. При сближении под воздействием пресса плиты 2 и корпуса 4 главные пуансоны 1 начинают перемещаться по поверхности плиты 2 в направлениях к центру основания тетраэдрической полости 3, уменьшая ее объем. При этом ширина зазоров 8 (фиг.5,6) между ними остается постоянной. Одновременно вспомогательный пуансон 7 перемещаясь вместе с корпусом следует за все расширяющимся трехгранным углом между главными пуансонами. При этом ширина зазоров 9 (фиг.5) между вспомогательным и главными пуансонами также остается постоянной. После достижения в теле контейнера давления, равного пределу текучести его материала при одноосном сжатии часть материала контейнер начинает экструдироваться в зазоры 8 и 9, образуя заусенец, который одновременно уплотняет полость аппарата, способствуя дальнейшему повышению давления в ней, и скрепляет примыкающие к полости грани пуансонов, тем самым повышая их прочность. Экструзия контейнера в зазоры продолжается по мере повышения силы пресса, сжимающего плиту 2 и корпус 4. Более того, она продолжается, 20310 замедляясь по экспоненте, в течение неколиваются из инструментальной стали, закаторого времени и после прекращения увелиленной на максимальную твердость (быстрочения силы пресса. режущей или штамповой глубокой При снижении силы пресса все пуансопрокаливаемости) или из твердого сплава. ны под действием сил упругости материала, 5 Вспомогательные пуансоны 7 и 7' изготавлизаключенного в полости начинают смещатьваются из инструментальной стали (опоры ся в обратном направлении, что приводит к 10, 10', 12, 12' изготавливаются из высокоснижению давления в полости. Почти однопрочного чугуна или из легированной инствременно начинается обратная экструзия рументальной стали с покрытием заусенца в полость. Это выгодно отличает 10 подвижных контактных поверхностей бронпредлагаемый аппарат от аппаратов со ежи- . зой. Материал обойм 4, 4' - легированная маемым уплотнением, так как в них при сниконструкционная сталь. жении силы пресса снижение давления в Аппарат с кубической полостью также заусенце резко опережает снижение давлеприводится в действие с одноцилиндрового ния в полости, что приводит к тому, что при 15 пресса и действует следующим образом. В снятии нагрузки эквивалентные напряжепирамидальное углубление, образованное ния в пуансонах больше, чем при полной установленными в обойму 4 пуансонами 1 и нагрузке. Однако в предлагаемом аппарате 7 устанавливают контейнер из теплостойкопри уменьшении силы пресса до нулевого го электроизоляционного материала, снарязначения в заусенце остается значительное 20 женный реакционной шихтой. Затем остаточное давление. Поэтому разборка апполученную сборку закрывают верхней анапарата производится под прессом меньшей логической сборкой из пуансонов Г, 7' и силы путем нажатия на вспомогательный пуобоймы 4* и помещают аппарат в пресс. ансон 7 при опоре на нижний торец корпуса При сжатии аппарата главные пуансоны 4. 25 1 перемещаются попарно навстречу к пуанАппарат с кубической полостью (фиг.7сонам 1' так, что их вершины, примыкающие 10) содержит шесть одинаковых главных пук полости двигаются по направлению трех ансонов 1 и Г с вершинами в виде диагоналей полости 3, вдоль четвертой диатрехгранных пирамид, собранных так, что гонали сближаются вспомогательные пуанони образуют полость 8 в форме куба, стенки 30 соны 7 и 7'. Таким образом объем полости которой являются продолжением смежных уменьшается. Образование заусенцев из граней пуансонов. Кроме главных пуансоматериала контейнера и повышение давленов аппарат содержит два вспомогательных ния в полости происходит также, как и в пуансона 7 и 7', установленных в свободные описанном выше тетраэдрическом аппаратрехгранные углы, образованные главными 35 те. Снижение давления в полости и в уплотпуансонами. Указанные пуансоны размещеняющем ее заусенце также происходит ны в двух противоположно расположенных аналогично описанному выше. Однако при обоймах каждая из которых содержит собстснижении силы пресса до нуля давление в венно обойму 4 и 4' и по две опоры для заусенцах кубического аппарата снижается каждого пуансона, 10, 10' и 11, 11', одна из 40 до нуля. Поэтому разборка этого аппарата которых параллельна диагонали полости, после нагружения не требует использовавдоль которой установлены вспомогательния силы обратного хода пресса. ные пуансоны, а другая - наклонена к ней под углом 54°44\ В свободном пространстве Как видно из приведенного описания между главными пуансонами и их опорами 45 действия обоих вариантов предлагаемого 10 и 10' установлены резиновые прокладки аппарата применением вспомогательных 12 и 12', заполняющие часть этого пространпуансонов обеспечивается скрепление давства и сцепленные с указанными деталями лением заусенца всех примыкающих к половыступами 13. Вспомогательные пуансоны 7 сти граней главных пуансонов. Поэтому и 7' закреплены в обоймах 4 и 4' неподвиж- 50 примыкающая к полости вершина пуансоно. нов находится в состоянии всестороннего сжатия и, следовательно, может противостоВокруг полости 3 между всеми смежныять давлению в полости, превышающему ми гранями пуансонов имеются зазоры 8 прочность материала пуансона при одноос(фиг.4), предназначенные для экструдирования в них материала контейнера. По мень- 55 ном сжатии. Упрощение приводного устройства апшей мере один из главных пуансонов парата очевидно, т.к. вместо устройства с электрически изолирован от остальных денесколькими гидравлическими цилиндрами талей (изоляция не показана). Главные пуанпредлагаемый аппарат приводится в дейстсоны 1 и 1' в обоих разновидностях вие одноцилиндровым прессом. предлагаемого аппарата и плита 2 изготав 20310 Отметим еще одну полезную особенность предлагаемого аппарата. Для этого примем во внимание то, что в зависимости от механических характеристик материала контейнера отношение между длиной ребра полости в ее исходном положении и шириной зазора 8 для заусенца контейнера меняется от 10 до 50. Ввиду того, что при максимальном ходе пуансонов длина ребра полости в обоих аппаратах равна ширине 10 указанного зазора, максимальная степень сжатия предлагаемого аппарата находится в пределах от 103 до 2,5 • 10 . Это позволяет подвергать сжатию до высоких давлений не только твердые материалы и жидкости, но и 15 газы. Кроме того, по мере увеличения степени сжатия, т.е. при применении шихты с высокой сжимаемостью, или же по мере уменьшения исходного размера контейнера асимметрия давлений на вершинах главных 20 пуансонов уменьшается. И при минимальном объеме полости (равном кубу ширины зазора в кубическом аппарате и 0,118 куба этой ширины в тетраэдрическом) эти давле 8 ния становятся симметричными, т.е. вершины главных пунасонов находятся в условиях гидростатического сжатия. Следовательно, максимально достижимый уровень давлений в предлагаемом аппарате определяется напряжением сжатия на границе скрепленной заусенцем части пуансона. А это напряжение зависит от формы кривой распределения давления заусенца вдоль зазора и от величины внутреннего трения материала заусенца. Результаты расчетов максимального давления в предлагаемом аппарате с кубической полостью представлены в нижеследующей таблице. Как видим предельно достижимые давления в предлагаемом аппарате со стальными пуансонами находятся в пределах 8,6-63 ГПа, а с твердосплавными - в пределах 1490 ГПа. Таким образом, в одном и том же аппарате путем применения контейнеров из различных материалов и различных размеров можно достигать давления, отличающиеся в 6-7 раз. 25 Максимальное давление в полости, ГПА Материал пуансона наименование прочность при линейном распределе- при распределении давлепри одноос- нии давления вдоль заусенца ния вдоль заусенца по кривой ном сжатии, ГПА коэф. внутреннего трения материала заусенца ц - 0,08 Быстрорежущая /г = 0,25 fi - 0,08 /i = 0,2 3 10,4 8,6 54 45 35 12 10 63 52 5 17 14 90 75 сталь или штамповая сталь глубокой прокаливаемости(Х12М, Х12Ф) Твердый сплав с 6% кобальта C2-CZ OIGOZ 20310 Фиг 8 20310 L-L 8 Упорядник Замовлення 4378 Техред М.Келемеш Коректор М. Куль Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101