[發明專利]階梯式預應力環合成金剛石模具

無效

• 申請號: 200910093621.8
• 申請日: 2009-10-14
• 公開（公告）號: CN102039101A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 周思柱;袁新梅
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: B01J3/06
• 分類號: B01J3/06
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 熊成香

技術領域：

本發明涉及一種階梯式預應力環合成金剛石模具，屬精密成形與模具結構設計技術領域。

背景技術：

在金剛石合成工作環境中，模具型腔表面承受著的壓力高達6～10GPa，溫度高達1500～2000℃，對于模具的承載能力要求非常高。由于模具材料的抗拉強度有限，普通的整體式結構模具難以承受工作過程中的巨大切向拉應力，易出現裂紋導致破壞，或者型腔過度變形致使產品尺寸精度超差等問題。因此，工程中常用預應力環組合模具，通過作用在模具外表面上的徑向預應力，改變模具內部的應力分布，減小危險點應力的大小，提高模具的強度和壽命。

現有的兩面頂人造金剛石模具常存在模具壽命短、生產效率低、大尺寸制品材質不均等缺點。如美國GE公司H.T.Hall提出的兩面頂模具高壓沖程適中、壓力穩定性好，能夠獲得高檔的人造金剛石，但外層預應力環常出現斷裂失效，模具壽命低；日本人研究提出的石塚型人造金剛石合成模具外側設置有多層預應力圈，壓缸置于預應力圈的中間部位，金剛石合成腔體較小，生產效率低，不符合合成腔體大型化的要求。

因此，針對金剛石合成模具易出現開裂失效，壽命低，生產成本高、產品檔次低等問題，如何能夠在模具材料抗拉強度有限的條件下，改進模具結構，提高合成金剛石的品質和生產效率，延長金剛石合成模具的使用壽命，成為亟待解決的重要問題。

發明內容：

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種階梯式預應力環合成金剛石模具，具有增強模具的承載能力，延長模具的使用壽命，提高合成金剛石的品質和生產效率的特點。

本發明是通過如下技術方案來實現上述目的的。

在階梯式預應力環合成金剛石模具的結構中，設置有：壓缸、預應力環、保護圈；各層預應力環的軸向高度為階梯狀，內層低、外層高，且各層預應力環的上、下兩端面為內低外高的傾斜面，傾角為2°～15°；預應力環安裝在保護圈內；壓缸、預應力環和保護圈之間利用過盈配合緊套在一起；根據模具內壓大小的不同，預應力環的層數可分別取3～6層。

本發明與現有的技術相比具有如下有益效果：

本發明提供的階梯式預應力環合成金剛石模具通過層間過盈量預緊，結構上具有預應力環呈階梯狀、各預應力兩端面有一定傾角，有利于多層預應力結構的形成，能夠保證良好的過盈效果，有利于改善模具的工作應力情況，增強模具的承載能力，延長模具的使用壽命，提高合成金剛石的品質和生產效率。

附圖說明：

圖1為階梯式預應力環合成金剛石模具的總體結構示意圖。

圖2為階梯式預應力環合成金剛石模具的剖面結構示意圖。

在圖中：1.壓缸、2.預應力環、3.保護圈。

具體實施方式：

本發明階梯式預應力環合成金剛石模具由壓缸1、預應力環2、保護圈3組成，壓缸1與階梯式預應力環模具配套，各層預應力環2的軸向高度為階梯狀，內層低、外層高，且各層預應力環2的上、下兩端面為內低外高的傾斜面，傾角為2°～15°；保護圈3起安全防護作用。

在實際應用中，可首先根據金剛石合成要求的不同，選擇確定壓缸1、預應力環2以及保護圈3的材料；再根據金剛石合成要求的不同以及內壓的大小，選擇確定預應力環2的層數，預應力環2的層數一般可分別取3～6層。

階梯式預應力環合成金剛石模具裝配時，利用過盈配合，把壓缸1、多層預應力環2以及保護圈3緊套起來，形成一個多層的預應力結構，即在模具各層之間產生了相互作用的預緊力，也稱裝配壓力。在裝配壓力作用下，壓缸上產生切向預壓應力，預應力的大小取決于配合的過盈量以及模具的結構參數，其參數包括：階梯式預應力環2的軸向尺寸、階梯式預應力環2的端面傾角以及各環直徑。擠壓時，工作內壓在壓缸表面產生的切向拉應力與預應力相疊加，使切向拉應力大大減小，甚至被完全抵消。因此，由于階梯式預應力環合成金剛石模具本身的結構特點和預壓配合的作用結果，使得模具工作應力得以改善，模具材料得到充分的應用，模具強度和使用壽命大大提高。