兩面頂預(yù)應(yīng)力模具輔助支撐裝置設(shè)計(jì)

劉志衛(wèi) 童明俊

(安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)

一、前言

1954年，美國GE公司的Hall最早提出兩面頂BELT裝置，并用該裝置成功合成了金剛石[1]。2001年，丹麥Danfoss公司提出了鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力兩面頂模具，經(jīng)過多年發(fā)展與完善，已經(jīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了商品化[2]。

圖1為兩面頂裝置結(jié)構(gòu)，裝置由上、下頂錘和預(yù)應(yīng)力模具兩部分組成[3]，預(yù)應(yīng)力模具腔體內(nèi)為傳壓介質(zhì)葉臘石。上頂錘固定在液壓機(jī)活動(dòng)橫梁或活塞輸出桿上，下頂錘固定在液壓機(jī)工作臺上，通過上、下頂錘擠壓葉臘石來產(chǎn)生超高壓環(huán)境。預(yù)應(yīng)力模具按預(yù)緊方式可以分為組合式的多層預(yù)應(yīng)力環(huán)(年輪式)結(jié)構(gòu)和纏繞預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。兩面頂BELT模具采用的是組合式的多層預(yù)應(yīng)力環(huán)結(jié)構(gòu)，通過外部多層過盈配合的預(yù)應(yīng)力環(huán)使壓缸產(chǎn)生周向壓應(yīng)力，從而提高壓缸的承壓能力。改變預(yù)應(yīng)力環(huán)的尺寸、層數(shù)和過盈量等參數(shù)達(dá)到調(diào)節(jié)預(yù)緊力大小的作用[4-5]。纏繞式預(yù)應(yīng)力模具采用高強(qiáng)度薄鋼帶或鋼絲纏繞在壓缸上，通過改變鋼帶或鋼絲的張力大小來調(diào)節(jié)壓缸預(yù)應(yīng)力的大小。纏繞預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)模具避免了在裝配過程中外層預(yù)緊環(huán)斷裂及加工安裝過程困難等問題，結(jié)構(gòu)比較緊湊，但鋼帶或鋼絲纏繞需要專門的纏繞裝置。

圖1 兩面頂裝置結(jié)構(gòu)1.頂錘;2.葉臘石;3.壓缸;4.支撐環(huán);5.鋼絲纏繞層

一、預(yù)應(yīng)力模具輔助支撐裝置設(shè)計(jì)

在產(chǎn)生超高壓過程中，需要保證上、下頂錘和預(yù)應(yīng)力模具對中，現(xiàn)有工裝的尺寸基本上是固定的，一種工裝僅適用于與其相匹配尺寸的預(yù)應(yīng)力模具，并且比較難實(shí)現(xiàn)中間預(yù)應(yīng)力模具的對中度。為此，本文提出了一種不僅能夠適應(yīng)不同尺寸的預(yù)應(yīng)力模具，還可以提高上、下頂錘與預(yù)應(yīng)力模具腔體的對中精度的輔助支撐裝置。

(一)裝置結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力模具輔助支撐裝置包括上頂錘、擋板、下頂錘、夾持裝置、緩沖器、滑塊、墊塊(圖2)。預(yù)應(yīng)力模具置于輔助支撐裝置的上下?lián)醢彘g，擋板上設(shè)有夾持裝置，夾持裝置包括固定板、導(dǎo)向桿、螺紋柱、滑動(dòng)板。夾持裝置的固定板下連接有緩沖器，緩沖器下安裝有連接滑塊，滑塊下設(shè)有帶有三條導(dǎo)軌的工作臺，三條導(dǎo)軌呈正三角形分布，并采用壓鐵使其與工作臺連接。滑塊可以在導(dǎo)軌中自由移動(dòng)，對于不同直徑尺寸的模具，滑塊移動(dòng)至與模具尺寸適應(yīng)位置對模具進(jìn)行支撐，另外，通過鎖緊螺釘對滑塊位置進(jìn)行固定。

圖2 預(yù)應(yīng)力模具輔助裝置1.上頂錘;2.擋板;3.模具;4.下頂錘;5.墊塊;6.工作臺;7.導(dǎo)軌;8.滑塊;9.緩沖器;10.固定板;11.導(dǎo)向桿;12.螺紋柱;13.滑動(dòng)板;14.螺母

(二)裝置工作原理

首先，將預(yù)應(yīng)力模具置于輔助支撐裝置的上下?lián)醢彘g，移動(dòng)三條導(dǎo)軌中的滑塊至適當(dāng)位置，用緊固螺釘對滑塊進(jìn)行固定，該過程應(yīng)保證三個(gè)滑塊移動(dòng)距離的均勻?qū)ΨQ，以保證對模具的穩(wěn)定夾持。然后，根據(jù)模具高度，上下調(diào)整夾持裝置的滑動(dòng)板至適當(dāng)位置并擰緊螺母，使滑動(dòng)板與固定板可以夾持住上下?lián)醢濉Ｍㄟ^固定板下面的緩沖器對模具進(jìn)行浮動(dòng)支撐，由于預(yù)應(yīng)力模具處于浮動(dòng)支撐狀態(tài)，并在上、下頂錘作用下通過緩沖器可以在水平方向進(jìn)行自適應(yīng)微調(diào)，從而使上、下頂錘與預(yù)應(yīng)力模具之間能夠自動(dòng)對中。最后，將整個(gè)輔助支撐裝置安裝在壓力機(jī)下，壓力機(jī)帶動(dòng)上頂錘下行對預(yù)應(yīng)力模具腔體內(nèi)的葉臘石加載，從而產(chǎn)生超高壓環(huán)境。

二、結(jié)語

本文所提出的預(yù)應(yīng)力模具輔助支撐裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且可以調(diào)整夾持裝置中滑動(dòng)板和導(dǎo)軌上滑塊的位置及通過緩沖器對不同尺寸模具進(jìn)行浮動(dòng)支撐和實(shí)現(xiàn)其水平方向自適應(yīng)微調(diào)，從而提高上、下頂錘和預(yù)應(yīng)力模具之間的對中精度。