六面顶超硬材料合成设备6x18

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1、第 七 章 六 面 顶 超 硬 材 料 合 成 设 备第 一 节 概 述自 从 美 国 和 瑞 典 分 别 于 1953 年 和 1954 年 在 超 高 压 高 温 条 件 下 成 功 地 用 石 墨 合 成 人造 金 刚 石 以 来 ， 应 用 静 态 超 高 压 高 温 技 术 工 业 化 合 成 超 硬 材 料 也 已 经 有 了 四 十 多 年 的 历史 。 应 用 这 种 原 理 合 成 超 硬 材 料 的 设 备 按 照 其 超 高 压 模 具 （ 又 称 超 高 压 合 成 容 器 ） 的 结构 形 式 不 同 有 两 面 顶 式 、 四 面 顶 式 和 六 面 顶 式 三 种

2、 ， 而 每 一 种 又 有 几 种 不 同 的 形 式 ， 具体 见 表 7-1。目 前 ， 国 外 的 超 硬 材 料 合 成 设 备 主 要 是 两 面 顶 年 轮 式 压 机 。 这 是 由 于 年 轮 式 压 机 具有 腔 体 大 、 产 量 高 、 合 成 产 品 性 价 比 高 等 优 点 ， 在 压 机 缸 体 和 顶 锤 能 承 受 的 压 力 范 围 内压 机 吨 位 和 合 成 腔 体 可 不 受 限 制 的 扩 大 。 但 其 缺 点 是 控 制 技 术 要 求 高 、 超 高 压 模 具 制 造困 难 、 合 成 时 辅 助 时 间 长 、 生 产 节 拍 慢 。截

3、止 1998 年 底 我 国 生 产 金 刚 石 的 压 机 有 4000 台 左 右 ， 包 括 两 面 顶 和 六 面 顶 两 种 。其 中 以 铰 链 式 六 面 顶 压 机 最 多 ， 约 占 总 数 的 98%左 右 。 这 是 由 于 铰 链 式 六 面 顶 压 机 具 有超 高 压 模 具 结 构 简 单 、 价 廉 、 生 产 操 作 简 单 、 压 机 工 艺 参 数 容 易 控 制 、 生 产 节 拍 快 等 优点 ， 比 较 适 合 我 国 国 情 ， 因 此 得 以 广 泛 应 用 。单 压 源 和 多 压 源 四 面 顶 压 机 和 六 面 顶 压 机 的 区 别 在

4、 于 压 机 工 作 时 加 压 油 缸 的 数 量 。多 于 一 个 加 压 油 缸 的 称 为 多 压 源 压 机 ， 否 则为 单 压 源 压 机 。 紧 装 式 、 滑 块 式 、 铰 链 式 、立 体 式 、 皮 囊 式 、 切 球 式 、 拉 杆 式 是指压机超高压模具的安装框架结构的不同形式。单压源紧装式六 面 顶 压 机 根 据 结 构 不 同 又 可 分为 ： 45倾 斜 紧 装 式 、 5544倾 斜 紧 装 式 、紧 装 铰 链 式 六 面 顶 压 机 等 。本 章 介 绍 六 面 顶 超 硬 材 料 合 成 设 备 。六 面 顶 压 机 的 超 高 压 合 成 模 具

5、由 三 维 轴线 互 相 垂 直 的 六 个 顶 锤 组 成 的 ， 工 作 时 顶 锤 向 正 六面 体 合 成 块 的 六 个 面 加 压 ， 通 过 合 成 块 的 材 料 流 动形 成 的 十 二 个 密 封 边 和 顶 锤 的 六 个 面 形 成 超 高 压 合成 腔 体 ， 如 图 7-1 所 示 。 国 内 普 遍 应 用 的 是 多 压 源铰 链 式 六 面 顶 压 机 。 也 有 部 分 单 压 源 紧 装 式 六 面 顶压 机 。 多 压 源 铰 链 式 压 机 对 顶 锤 的 驱 动 是 通 过 六 个油 缸 的 活 塞 实 现 的 ， 而 单 压 源 紧 装 式 压 机

6、 对 顶 锤 的驱 动 则 是 通 过 具 有 斜 面 机 构 的 滑 座 进 行 的 ， 因 此 后者 又 称 为 单 压 源 滑 座 式 六 面 顶 压 机 。图 7-2 所 式 为 单 压 源 滑 座 式 六 面 顶 压 机 超 高 压模 具 结 构 图 。 由 上 下 两 部 分 组 成 ， 上 下 两 部 分 是 对称 的 ， 各 由 基 体 1、 顶 锤 2（ 三 个 ） 、 垫 块 3、 副 滑 动 板 导 向 柱 6、 主 滑 座 7、 顶 锤 座 8、表 7-1 超高压模具不同的压机种类两 面 顶 式 四 面 顶 式 六 面 顶 式双 面 凹 式年 轮 式活 塞 缸 式单 压

7、 源 紧 装 式单 压 源 滑 块 式多 压 源 铰 链 式多 压 源 拉 杆 式单 压 源 紧 装 式单 压 源 铰 链 式单 压 源 滑 块 式单 压 源 立 体 式单 压 源 皮 囊 式多 压 源 铰 链 式多 压 源 切 球 式图 7-1 六面顶超高压模具返 回 柱 塞 9、 底 板 10 组 成 。 环 形 基 体 1 固 定 在 底 板 10 上 ， 上 底 板 安 装 在 上 工 作 台 上 ，下 底 板 安 装 在 工 作 缸 的 滑 台 上 。 每 个 基 体 1 上 有 三 个 互 为 120并 与 基 体 底 面 倾 斜 的 滑 槽 ，分 别 在 滑 槽 内 装 主 滑

8、座 7， 在 滑 座 7 上 安 装 有 顶 锤 座 8、 垫 块 3、 顶 锺 2 等 。 顶 锤 轴 心 线在 垂 直 于 压 机 轴 线 的 平面 内 ， 其 投 影 相 差 60。当 工 作 缸 通 过 底 板 10 向上 加 压 时 ， 压 机 的 压 力由 下 基 体 滑 槽 斜 面 施 加于 顶 锤 上 ， 为 了 保 证 各顶 锤 的 同 步 精 度 ， 六 个滑 座 的 尾 部 均 有 辅 助 斜面 ， 与 副 滑 座 斜 面 相 配合 ， 推 动 主 滑 座 从 六 个方 面 同 步 对 叶 腊 石 加 压 。主 滑 座 的 滑 动 面 及 副 滑座 的 滑 动 面 上 均

9、 垫 有0.1mm 厚 的 聚 四 氟 乙 烯薄 膜 ， 作 为 润 滑 材 料 。当 工 作 缸 活 塞 返 回 时 ，上 下 两 部 分 分 开 ， 六 只主 滑 座 由 六 个 小 柱 塞 9项 出 ， 使 超 高 压 腔 敞 开 ， 装 卸 叶 腊 石 块 。 此 超 高 压 装 置 的 同 步 精 度 是 由 副 滑 动 面 安 装 的准 确 程 度 来 保 证 的 。 正 因 为 有 主 滑 动 面 和 副 滑 动 面 的 作 用 ， 所 以 六 只 顶 锤 是 强 制 性 同 步运 动 ， 同 步 精 度 比 较 高 。 压 机 的 加 热 电 源 由 导 电 环 4 经 过 导

10、 线 而 通 至 顶 锤 、 基 体 和 底 板之 间 ， 顶 锤 和 滑 座 之 间 均 应 绝 缘 。第 二 节 铰 链 式 多 压 源 六 面 顶 压 机铰 链 式 多 压 源 六 顶 顶 液 压 机 具 有 六 个 工 作 缸 ， 能 从 六 个 方 面 向 主 机 中 心 加 压 ， 形 成一 个 正 方 体 的 超 高 压 腔 ， 腔 内 的 压 力 均 匀 ， 有 利 于 金 刚 石 的 成 长 。 它 是 专 门 用 于 合 成 人造 金 刚 石 和 立 方 氮 化 硼 等 超 硬 材 料 的 专 用 压 机 。铰 链 式 六 面 顶 液 压 机 的 规 格 有66MN、 61

11、0MN、 612MN、 613MN、 615MN、 618MN、 620MN、 625MN、 650MN 等 。这 种 压 机 的 传 动 采 用 电 气 控 制 的 液 压 传 动 ， 可 进 行 调 整 、 分 段 、 自 动 或 半 自 动 循 环 。其 优 点 是 结 构 简 单 、 操 作 使 用 方 便 、 生 产 效 率 较 高 ， 压 力 使 用 合 理 、 超 高 压 腔 体 相 对 较大 （ 为 边 长 相 等 的 四 面 顶 超 高 压 腔 体 的 8.3 倍 ） ， 适 用 于 工 业 性 生 产 的 需 要 。本 章 以 618MN 规 格 的 铰 链 式 多 压 源

12、 压 机 为 例 ， 对 其 结 构 、 原 理 、 性 能 及 使 用 维 护进 行 介 绍 。图 7-2 单 压 源 滑 座 式 六 面 顶 压 机 超 高 压 模 具 一 、 压 机 总 体 结 构 、 工 作 油 缸 和 增 压 器整 台 设 备 由 主 机 、 增 压 器 、 液 压 系 统 、 电气控制系统和 电 加 热 装 置 等 几 部 分 组 成 。压 机 的 总 体 布 局 和 主 机 结 构 如 图 7-3、 7-4 所 示 。 它 由 六 个 铰 链 、 十 二 根 销 子 、 六 个工 作 油 缸 和 机 座 以及防护装置 等 组 成 。 六 个 工 作 缸 分 别

13、装 在 六 个 铰 链 梁 上 ， 六 个 铰 链 梁用 十 二 根 销 子 铰 接 而 成 六 面 体 的 刚 性 机 架 ， 整 个 机 架 装 在 机 座 上 。 机 座 通 过 地 脚 螺 钉 与混 凝 土图 7-3 铰 链 式 多 压 源 六 面 顶 压 机 总 体 结 构地 基 刚 性 联 接 。 主机和增压器安装在以混凝土为基础的机坑里。液压系统及电气控制系统的主要管路也安置在机坑内，它们的手动控制部分（液压站和电控柜）置于机坑上方，机坑表面必须铺盖木板封闭坑下以便行走。当 工 作 缸 通 入 110MPa 的 超 高 压 油 时 ， 每 个 油 缸都 产 生 18MN 的 工

14、作 压 力 ， 通 过 活 塞 传 到 硬 质 合 金 顶 锤 上 。 因 此 从 上 、 下 、 左 、 右 、 前 、后 六 个 方 向 向 叶 蜡 石 加 压 。 其 中 上 、 右 、 前 三 个 工 作 缸 的 活 塞 具 有 空 程 行 程 ， 借 此 敞 开工 作 腔 ， 以 便 装 卸 工 件 。 下 、 左 、 后 三 个 工 作 缸 的 活 塞 不 作 空 行 程 而 停 止 在 工 作 位 置 上 ，因 而 下 、 左 、 后 三 个 工 作 缸 所 对 应 的 硬 质 合 金 顶 锤 的 端 面 便 是 叶 腊 石 块 的 定 位 基 准 。 该压 机 六 只 工 作

15、缸 的 结 构 如 图 7-5 所 示 ， 超 高 压 工 作 腔 和 高 压 回 程 腔 是 用 双 向 保 护 环 的 密封 圈 3 隔 开 。 高 压 回 程 腔 是 用 V 形 密 封 圈 4 密 封 ， 其 通 过 导 向 套 6 支 承 在 法 兰 盘 上 。 导向 套 6 保 持 活 塞 2 的 运 动 精 度 。 为 了 防 止 活 塞 在 缸 体 中 转 动 ， 法 兰 盘 上 镶 有 导 向 键 8，导 向 键 装 在 活 塞 键 槽 之 中 ， 能 限 制 活 塞 转 动 。 活 塞 端 部 的 螺 母 9 用 以 调 整 活 塞 的 回 程 位置 。 对 下 、 左 、

16、 后 三 个 工 作 缸 ， 在 螺 母 9 的 后 面 还 装 一 个 对 开 的 限 位 环 ， 保 证 下 、 左 、后 三 个 缸 的 活 塞 只 能 返 回 到 工 作 位 置 。 作 为 叶 腊 石 的 定 位 基 准 ， 拆 去 对 开 的 限 位 环 后 ，此 三 缸 的 活 塞 也 能 退 到 底 ， 空 出 较 大 的 空 间 以 便 更 换 顶 锤 。缸 体 装 在 铰 链 梁上 ， 活 塞 2 装 有 绝 缘垫 11、 垫 块 13， 垫块 前 端 安 装 顶 锤 。 因而 活 塞 最 大 18MN 的压 力 可 以 通 过 顶 锤 作用 在 叶 腊 石 上 。 活 塞运 动 的 距 离 可 以 通 过杆 、 撞 块 、 行 程 开 关控 制 。液压系统按其外观来分，可以分为外部管路、内部管路、动力装置和液压站部分。它通过对油路的控制，使机器各零部件完成预定动作。液压站由 56个液压元件和电机组成，具体简液压原理图 7-8。增 压 器 将 油 泵 输 出 的 高 压 油 ，