專利名稱：階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具，屬精密成形與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在金剛石合成工作環(huán)境中，模具型腔表面承受著的壓力高達(dá)6 lOGPa，溫度高達(dá) 1500 2000°C，對(duì)于模具的承載能力要求非常高。由于模具材料的抗拉強(qiáng)度有限，普通的 整體式結(jié)構(gòu)模具難以承受工作過(guò)程中的巨大切向拉應(yīng)力，易出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致破壞，或者型腔 過(guò)度變形致使產(chǎn)品尺寸精度超差等問(wèn)題。因此，工程中常用預(yù)應(yīng)力環(huán)組合模具，通過(guò)作用在 模具外表面上的徑向預(yù)應(yīng)力，改變模具內(nèi)部的應(yīng)力分布，減小危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力的大小，提高模具 的強(qiáng)度和壽命?，F(xiàn)有的兩面頂人造金剛石模具常存在模具壽命短、生產(chǎn)效率低、大尺寸制品材質(zhì) 不均等缺點(diǎn)。如美國(guó)GE公司H. T. Hall提出的兩面頂模具高壓沖程適中、壓力穩(wěn)定性好，能 夠獲得高檔的人造金剛石，但外層預(yù)應(yīng)力環(huán)常出現(xiàn)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(cè)設(shè)置有多層預(yù)應(yīng)力圈，壓缸置于預(yù)應(yīng)力圈的中間部位， 金剛石合成腔體較小，生產(chǎn)效率低，不符合合成腔體大型化的要求。因此，針對(duì)金剛石合成模具易出現(xiàn)開(kāi)裂失效，壽命低，生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品檔次低等 問(wèn)題，如何能夠在模具材料抗拉強(qiáng)度有限的條件下，改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，提高合成金剛石的品質(zhì) 和生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)金剛石合成模具的使用壽命，成為亟待解決的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛 石模具，具有增強(qiáng)模具的承載能力，延長(zhǎng)模具的使用壽命，提高合成金剛石的品質(zhì)和生產(chǎn)效 率的特點(diǎn)。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的。在階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有壓缸、預(yù)應(yīng)力環(huán)、保護(hù)圈； 各層預(yù)應(yīng)力環(huán)的軸向高度為階梯狀，內(nèi)層低、外層高，且各層預(yù)應(yīng)力環(huán)的上、下兩端面為內(nèi) 低外高的傾斜面，傾角為2° 15° ；預(yù)應(yīng)力環(huán)安裝在保護(hù)圈內(nèi)；壓缸、預(yù)應(yīng)力環(huán)和保護(hù)圈 之間利用過(guò)盈配合緊套在一起；根據(jù)模具內(nèi)壓大小的不同，預(yù)應(yīng)力環(huán)的層數(shù)可分別取3 6層。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有如下有益效果本發(fā)明提供的階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具通過(guò)層間過(guò)盈量預(yù)緊，結(jié)構(gòu)上具有 預(yù)應(yīng)力環(huán)呈階梯狀、各預(yù)應(yīng)力兩端面有一定傾角，有利于多層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形成，能夠保證 良好的過(guò)盈效果，有利于改善模具的工作應(yīng)力情況，增強(qiáng)模具的承載能力，延長(zhǎng)模具的使用 壽命，提高合成金剛石的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。


圖1為階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中1·壓缸、2.預(yù)應(yīng)力環(huán)、3.保護(hù)圈。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具由壓缸1、預(yù)應(yīng)力環(huán)2、保護(hù)圈3組成，壓缸 1與階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)模具配套，各層預(yù)應(yīng)力環(huán)2的軸向高度為階梯狀，內(nèi)層低、外層高，且各 層預(yù)應(yīng)力環(huán)2的上、下兩端面為內(nèi)低外高的傾斜面，傾角為2° 15° ；保護(hù)圈3起安全防 護(hù)作用。在實(shí)際應(yīng)用中，可首先根據(jù)金剛石合成要求的不同，選擇確定壓缸1、預(yù)應(yīng)力環(huán)2 以及保護(hù)圈3的材料；再根據(jù)金剛石合成要求的不同以及內(nèi)壓的大小，選擇確定預(yù)應(yīng)力環(huán)2 的層數(shù)，預(yù)應(yīng)力環(huán)2的層數(shù)一般可分別取3 6層。階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具裝配時(shí)，利用過(guò)盈配合，把壓缸1、多層預(yù)應(yīng)力環(huán) 2以及保護(hù)圈3緊套起來(lái)，形成一個(gè)多層的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，即在模具各層之間產(chǎn)生了相互作用 的預(yù)緊力，也稱裝配壓力。在裝配壓力作用下，壓缸上產(chǎn)生切向預(yù)壓應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的大小取 決于配合的過(guò)盈量以及模具的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其參數(shù)包括階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)2的軸向尺寸、階梯 式預(yù)應(yīng)力環(huán)2的端面傾角以及各環(huán)直徑。擠壓時(shí)，工作內(nèi)壓在壓缸表面產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力 與預(yù)應(yīng)力相疊加，使切向拉應(yīng)力大大減小，甚至被完全抵消。因此，由于階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合 成金剛石模具本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和預(yù)壓配合的作用結(jié)果，使得模具工作應(yīng)力得以改善，模具 材料得到充分的應(yīng)用，模具強(qiáng)度和使用壽命大大提高。權(quán)利要求
1.階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具，包括壓缸(1)、預(yù)應(yīng)力環(huán)O)、保護(hù)圈(3)，其特征 在于各層預(yù)應(yīng)力環(huán)( 的軸向高度為階梯狀，內(nèi)層低、外層高，且各層預(yù)應(yīng)力環(huán)( 的上、下 兩端面為內(nèi)低外高的傾斜面，預(yù)應(yīng)力環(huán)( 安裝在保護(hù)圈C3)內(nèi)；壓缸(1)、預(yù)應(yīng)力環(huán)(2)和 保護(hù)圈( 之間利用過(guò)盈配合緊套在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具，其特征在于預(yù)應(yīng)力環(huán)(2) 的上、下兩端面內(nèi)低外高的傾斜面的傾角為2° 15°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具，其特征在于根據(jù)模具內(nèi)壓 大小的不同，預(yù)應(yīng)力環(huán)O)的層數(shù)可分別取3 6層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具，其特征在于設(shè)置有壓缸(1)、預(yù)應(yīng)力環(huán)(2)、保護(hù)圈(3)；各層預(yù)應(yīng)力環(huán)(2)的軸向高度為階梯狀，且各層預(yù)應(yīng)力環(huán)(2)的上、下兩端面為內(nèi)低外高的傾斜面，傾角為2°～15°；預(yù)應(yīng)力環(huán)(2)安裝在保護(hù)圈(3)內(nèi)；壓缸(1)、預(yù)應(yīng)力環(huán)(2)和保護(hù)圈(3)之間利用過(guò)盈配合緊套在一起；根據(jù)模具內(nèi)壓大小的不同，預(yù)應(yīng)力環(huán)(2)的層數(shù)可分別取3～6層。本階梯式預(yù)應(yīng)力環(huán)合成金剛石模具各預(yù)應(yīng)力環(huán)呈階梯狀、且上、下兩端面有一定傾角，有利于多層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形成，能夠保證良好的過(guò)盈效果，有利于增強(qiáng)模具的承載能力，延長(zhǎng)模具的使用壽命，提高合成金剛石的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B01J3/06GK102039101SQ20091009362
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者周思柱, 袁新梅 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江大學(xué)