．超硬材料与装备． 毕克勇等J H Y 一Ⅲ( 6 1 8 M N ) 超硬材料六面顶液压机的研制2 0 0 帮芹月 l 前言 日前，金刚石行业正在进行一场巨大的变 革，一批拥有百台压机规模厂家的涌现，伴随着 市场的重新调整，空前激烈的市场竞争已经开 始，技术、管理、规模正成为这场变革中各厂家 制胜的条件显然，市场走势促进了大吨位、高 性能金刚石合成压机的出现我们对六面顶液 压机有着近3 0 年的使用经验，并于1 9 9 2 年开 始陆续推出了J H Y ～1 ( 6 8 M N ) 、J H Y 一Ⅱ( 6 1 2 M N ) 压机在此基础上，针对市场需求， 我们又设计制造了J H Y 一Ⅲ( 6 1 8 M N ) 六面 顶液压机 2 设计原理 J H Y 系列六面顶压机最大的特点是主机 铰链梁采用有底式结构，如图1 示与其它结 构形式的铰链梁相比，该结构具有整体受力更 合理，安全性更高的优点J H Y 一Ⅲ在继承此 传统优点的基础上，针对金刚石合成工艺，特别 是0 3 5 —4 0 腔体合成工艺的特点，在满足合成 吨位及电加热功率的同时，着重在控温、控压性 能和动作的准确性、重复性上进行了创新设计， 即引入新的控制元器件，增加新的控制功能。
2 ．1 主要技术参数 ( 1 ) 工作缸活塞推力1 8 M N ； 5 4 ( 2 ) 额定系统压力1 4 M P a ； ( 3 ) 额定超高压力1 0 8 M P a ； ( 4 ) 开口高度≥2 2 0 r a m ； ( 5 ) 活塞最大行程≥8 0 m m ； ( 6 ) 增压器增压比1 ：8 ．2 6 ； ( 7 ) 电加热功率4 0 K V A ； ( 8 ) 压力测控精度0 ．1 M P a ； ( 9 ) 活塞位移控制精度士0 ．1 r a m 图1 铰链梁 2 ．2 主要部分的设计 2 ．2 ．1 主机 如图2 所示，采用有底式铰链梁结构，关键 部件铰链梁采用3 5 C r M o 材质制造，制造过程 中使用专门设计制作的工装保证其形位公差 工作缸直径设计为0 4 6 0 m m ，在系统压力为 1 3 M P a 时增压器输出油压1 0 8 M P a ，使活塞产 生推力1 8 M N ，由于此超高压远低于传统设计 的1 5 0 M P a ，因此显著提高系统的安全性铰 超硬材料与装备《工业金刚石》第6 期 链梁销孔中心距设计为1 0 6 0 m m ，开口高度 2 2 0 m m ，活塞行程8 0 m m 。
这些设计保证了充 分的操作空间，并且由于同时优化设计了活塞 在最大行程状态时的杠杆系支点位置，从而使 活塞运动稳定性及重复性更好，提高压机的同 步性能 么 山lJ 睑 黼鞯榷嗡 避器链剐 ＼ 孺蒸 矿 图2 主机 2 ．2 ．2 增压器 设计仍采用传统的单缸增压器结构，具有 结构简单，稳定耐用的特点设计容量为8 升， 可实现六缸活塞超高压下行程8 m m ，充分满足 合成时间要求 2 ．2 ．3 液压系统 如图3 所示，系统采用两个柱塞泵供油，排 油量连续可调，实现了不同动作程序下活塞不 同的移动速度：空程前进和回程时采用双泵供 油，使活塞快速移动；超压时采用主油泵供油， 保压期间的补压采用副油泵供油这些设计可 合理调节合成腔内的压力梯度，为石墨——金 刚石转化提供压力场条件针对合成车间的工 作噪音问题，J H Y 一Ⅲ型压机重新设计了卸压 系统，该系统采用电磁球阙控制液控单向阀控 制油路的通断，以增压器低压腔的压力油推开 液控单向阀实现卸压与传统的以油泵输出压 力油推开液控单向阀卸压方式相比，该设计显 著降低噪音，并节约能源 2 ．2 ．4 电控系统 采用优化配置的P L C 控制系统，以动作准 确、故障率低的E 一6 4 H RP C 机为系统的控制 中心，辅助配置智能压力测控仪和压力传感器 控制压力，以调功器和程序给定仪控制直流变 加热量加热，并采用接近传感器控制活塞的位 移。
图3 液压系统 ( 1 ) 递增补压功能 递增补压功能是指压机在保压期间系统掉 压后自动补压，通过程序设定使补压结束时的 压力值高于原保压设定值，J H Y —I H 压机具有 此功能众所周知，高温高压下以叶蜡石为传 压介质的石墨转化为金刚石过程中包含一系列 的相变过程，叶蜡石矿物相变产生蓝晶石和柯 石英，石墨相变产生金刚石，由于这些相变的产 物比重大，产生相变前后的体积收缩，造成合成 腔内部压力下降，同时，由于叶蜡石在相变后因 摩擦系数和强度均增大而呈刚性，影响了传压 和补压的效果，造成腔体内较大的压力梯度，影 响了优质晶体的生长递增补压功能使压机可 以通过对补压增量的设定弥补合成腔体内的压 力降，减小压力梯度 ( 2 ) 可编程变加热量输出功能 5 5 第6 期 超硬材料与装备毕克勇等J H Y 一Ⅲ( 6 X 1 8 M N ) 超硬材料六面顶液压机的研制2 0 0 2 年1 1 月 J H Y —I ] I 压机具有人为设定加热量的功 能，即可编程变加热量输出功能传统压机电 加热采用调功器手动控制，其功率曲线为一直 线，如图4 ，手动仅调整其倾斜角a ，这种加热控 制方式使合成腔体内始终处于加热状态。
通过 系统加热量与散热量达到相对平衡来实现保 温，因此合成温度场实际上处于一种失控状态 变加热量输出功能则完全改变了这种状况，其 功率曲线如图5 示，通过程序设定多阶段曲线 而构成近似曲线，实现真正意义上的升温、保温 状态，J H Y 一Ⅲ压机可提供1 5 段曲线设定，完 全满足了控制合成腔内温度场的工艺要求 图4传统压机电加热功率蛆线图5J H Y 一Ⅲ压机电加热功率曲线 ( 3 ) 使用接近传感器控制活塞位置 传统压机均采用机械式行程开关系统来控 制活塞的暂停、超程位置，由于机械式行程开 关自身原因，不可避免的存在电接点烧损、撞块 与开关顶杆因频繁摩擦而导致的磨损等问题， 从而使该系统控制精度低，重复性差J H Y 一 Ⅲ压机采用接近传感器代替了机械式行程开 关，该元件基于自感应原理，通过控制与撞块接 近过程中的磁场变化来控制电路的通断，并且 不存在与撞块间的接触，因此控制精度明显提 高，并且重复性好，达到0 ．0 5 m m ( 机械式行 程开关仅达到0 ．3 r a m ) 3 使用情况 自2 0 0 0 年2 月J H Y —I l l 六面顶压机首次 研制成功以来，目前已累计销售近8 0 台，贵阳 第六砂轮厂，河南富耐克超硬材料公司，长沙矿 山研究院等单位正在使用此压机满足@ 3 5 —3 8 腔体的合成工艺。
4 结论 ( 1 ) 大吨位六面顶压机的设计制造应首先 体现控制系统的先进性； ( 2 ) J H Y 一Ⅲ( 6 1 8 M N ) 六面顶液压机可 以满足@ 3 5 —3 8 腔体的合成工艺要求 参考文献 [ 1 ] 超硬材料制造( 上) ．郑州机械专科学校． 1 9 8 7 [ 2 ] 机械工程手册．第3 、5 、6 卷．机械工业出 版社．1 9 8 2 。