專利名稱：一種多層交錯剖分式高壓裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多層交錯剖分式高壓裝置，具體而言，涉及一種合成金剛石、立方碳化硼及其制品等超硬材料和“常壓”下無法制備的新材料的合成制備裝置，屬于高壓技術領域。
背景技術：
目前的超高壓裝置主要有六面頂裝置和兩面頂裝置。六面頂裝置的多缸同步性較差，行程短，腔體小，不易獲得較高腔體壓力；兩面頂裝置能夠準確地對壓力與溫度進行控制，主要生產(chǎn)寶石級金剛石等制品。根據(jù)施加預緊力的對象不同，兩面頂裝置可分為年輪式、纏繞式和楔形塊式，其中年輪式是通過多層鋼環(huán)的過盈配合產(chǎn)生預應力以增加裝置的強度和剛度，但所產(chǎn)生的預緊力有限；纏繞式是通過高強度薄鋼帶或鋼絲按一定的張力進行纏繞，其預緊力大，結構緊湊，但其預緊力仍有一定限度。楔形塊式兩面頂裝置利用“未裂先分”原則，僅對內部壓缸進行剖分，以減小壓缸在周向上的拉應力，但是會相應增加外層鋼環(huán)的負擔，并且外部鋼環(huán)受力不均勻，在剖分面處容易產(chǎn)生應力集中。采用多層交錯剖分式高壓裝置可以逐漸減小各層的周向應力，特別是能降低固定環(huán)上的周向應力，使裝置受力更加均勻，同時，還可以增加腔體體積。另外，對剖分塊的結合面進行適當處理后還能降低應力集中問題，進一步增加裝置的使用壽命。此外，所述多層交錯剖分式高壓裝置還可以用于需要較大內壓力的塑性加工中。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、腔體大、承壓能力強、壽命高的超高壓裝置，可廣泛應用于高溫高壓條件下的新型材料的合成與塑性加工中。本實用新型的技術方案結合附圖說明如下本實用新型提供一種多層交錯剖分式高壓裝置，其包括剖分塊2、固定環(huán)3以及壓頭、液壓缸和機架，所述剖分塊2分為多層，各層剖分塊2之間交錯布置。所述剖分塊2的剖分面是平面或曲面，所述固定環(huán)3與所述剖分塊2之間以及所述剖分塊2的層與層之間的接合面緊密配合。根據(jù)所述構成方式，能夠顯著減小內層的環(huán)向受力，腔體I內的徑向壓力通過剖分塊2傳遞給外部固定環(huán)3，由于內部各層剖分塊2之間逐層限制，使載荷在傳遞的過程中逐漸衰減，避免外層固定環(huán)3承受壓力過大而產(chǎn)生破壞失效。所述剖分塊的剖分面為曲面時，可以增加同一層剖分塊2之間的相互限制，進一步衰減徑向力的傳遞，增加外部固定環(huán)3的承載能力。此外，所述各層剖分塊2的徑向厚度相同或不同。根據(jù)所述構成方式，各層剖分塊2在傳遞和衰減腔體I內壓力時可以根據(jù)剖分塊2位置不同設計適當厚度，使各層剖分塊2具有相近的承載能力，從而使裝置受力更加均勻合理。[0009]此外，所述剖分塊2內層的數(shù)目等于或多于外層的數(shù)目。根據(jù)所述構成方式，使內層剖分塊2數(shù)目等于或多于外層剖分塊2數(shù)目，腔體I內的壓力在經(jīng)過各層剖分塊2傳遞過程中能夠適當?shù)厮p，進一步減小外層固定環(huán)3的環(huán)向應力，有利于承受更高的壓力。增加最內層剖分塊2數(shù)目有利于降低腔體I內壁的環(huán)向應力，減少外層剖分塊2數(shù)目有利于降低固定環(huán)3的周向應力。此外，所述固定環(huán)3與所述剖分塊2之間以及所述剖分塊2的層與層之間的接合面為圓柱面、雙曲面、拋物面或其它組合曲面。根據(jù)所述構成方式，使應力集中區(qū)域增加厚度，并鈍化銳角，避免其在外層剖分塊2內壁或固定環(huán)3內壁產(chǎn)生過渡的應力集中。此外，所述固定環(huán)3為單層或多層筒體式，所述固定環(huán)3為多層筒體式時層與層之間過盈配合。根據(jù)所述構成方式，使固定環(huán)3內壁出現(xiàn)裝配壓應力，使壓力在傳遞過程中首先克服固定環(huán)3內壁的壓應力，增大裝置的承載能力，并減少固定環(huán)3內壁應力。此外，所述剖分塊2最外層或固定環(huán)3使用鋼帶或鋼絲纏繞固定并預緊。根據(jù)所述構成方式，對固定環(huán)3施加更大的預緊力，增大裝置的承壓能力，并減少固定環(huán)3內壁應力。此外，所述各層剖分塊2的高度從內到外階梯式逐層增加，或連續(xù)過渡式增加。根據(jù)所述構成方式，各層高度從內到外逐漸增加，不但可以避免內層剖分塊2軸向應力的增加，還可以增大固定環(huán)3的支撐面積，從而相應地增加裝置的承載能力。此外，所述壓頭是整體式錐體或組合式錐體。根據(jù)所述構成方式，所述壓頭在軸向對腔體I施壓，也可以對腔體I和剖分塊2同時施壓，使剖分塊2組合體處于三向受壓狀態(tài)，減小剖分塊2的周向拉力，提高剖分塊2組合體的承壓能力，同時還能保證在腔體I內產(chǎn)生高壓。此外，所述各層剖分塊2的材質不同，靠近腔體的內層剖分塊2為高硬度材料(硬質合金、立方氮化硼、金剛石或陶瓷材料)，靠近固定環(huán)的外層剖分塊2為合金鋼或普通碳鋼，所述固定環(huán)3材質為合金鋼或普通碳鋼。根據(jù)所述構成方式，使內層采用高硬度和高熔點的材料，能夠避免裝置在施壓過程中破壞；并且根據(jù)裝置受力情況，外層采用較廉價的材料，節(jié)約成本。本實用新型的技術效果所述多層交錯剖分式高壓裝置，由于所述剖分塊2為多層交錯配合，能夠降低內層的環(huán)向應力，而且由于各層剖分塊2之間逐層限制可以衰減徑向壓力的傳遞，使外層固定環(huán)3不至于承受太大的環(huán)向應力，從而使裝置各層受力均勻合理。各層剖分塊2外不同層之間的接合面采用合適的圓柱面、雙曲面或者拋物面，使剖分塊2在接合面處增加厚度，并鈍化銳角，避免在傳遞力的下一層相應位置產(chǎn)生過度的應力集中，從而使剖分塊2或固定環(huán)3內壁受力均勻，進而使裝置能夠承受更大的壓力。另外，當剖分塊2體積較小時，可以顯著提高硬質合金材料的燒結質量，同時，可以顯著增加腔體I的體積。

圖I是本實用新型的一個實施方式所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置10的俯視圖。圖2是本實用新型的另一實施方式所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置20的俯視圖。圖3是本實用新型的另一實施方式所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置30的俯視圖。圖4是本實用新型的另一實施方式所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置40的俯視圖。圖5是本實用新型的另一實施方式所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置50的俯視圖。圖6是本實用新型的另一實施方式所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置60的俯視圖。圖7是本實用新型的多層交錯剖分式高壓裝置10的縱截面圖70。圖8是本實用新型的多層交錯剖分式高壓裝置10的另一種縱截面圖80。其中I....腔體2. · · ·剖分塊3.....固定環(huán)10...多層交錯剖分式高壓裝置1020...多層交錯剖分式高壓裝置2030...多層交錯剖分式高壓裝置3040...多層交錯剖分式高壓裝置4050...多層交錯剖分式高壓裝置5060...多層交錯剖分式高壓裝置6070...多層交錯剖分式高壓裝置10的縱截面圖7080...多層交錯剖分式高壓裝置10的另一種縱截面圖70
具體實施方式
以下結合附圖進一步對本實用新型所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置進行說明。圖I是本實用新型的一個實施方式所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置10的示意圖。多層交錯剖分式高壓裝置10包括剖分塊2、固定環(huán)3以及壓頭、液壓缸、機架等(未圖示)，剖分塊2共分為5層(不限于5層)，且各層剖分塊2交錯組合，腔體I由剖分塊2圍成；同一層剖分塊2是由通過軸線的平面按照相同的間隔切割圓環(huán)而成，剖分塊2組合體嵌在固定環(huán)3內，剖分塊2與固定環(huán)3緊密配合；在多層交錯剖分式高壓裝置10中，內部剖分塊2組合體兩端可以是錐面(參考圖7)，利用大質量支撐原理提高內部剖分塊2和壓頭的強度；各層剖分塊2的端面還可以類似拋物線式(或雙曲線式)連續(xù)逐漸增加(參考圖8)，當然也可以階梯式逐層增加，由此可以增加外部固定環(huán)3的支撐面積，降低固定環(huán)3的周向應力?？拷惑wI的內層剖分塊2材質采用硬質合金等高硬度和耐高溫材料，外部剖分塊2和固定環(huán)3材質采用合金鋼或普通碳鋼。另外，可以采用鋼帶或鋼絲直接對剖分塊2組合體進行緊固，還可以采用鋼帶或鋼絲對固定環(huán)3施加預緊力，進一步提高裝置的承載能力。腔體I內裝有傳壓介質(如葉臘石)和合成物質(如石墨)，由對頂?shù)膬蓚€壓頭擠壓腔體I產(chǎn)生超高壓，壓頭可以是整體式錐體或組合式錐體，壓頭還可以對腔體I施加壓力，也可以對腔體I和剖分塊2組合體同時施加壓力，壓頭由液壓缸控制。圖2是本實用新型的另一個實施方式中所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置20的示意圖。為了便于敘述，這里僅就多層交錯剖分式高壓裝置20與多層交錯剖分式高壓裝置10的不同之處進行說明。在多層交錯剖分式高壓裝置20中，剖分塊2共有4層，各層剖分塊2的剖分面不經(jīng)過剖分塊2組合體的軸線，且剖分面為圓柱面，當然也可以為其他曲面。每一層剖分塊2都是具有歪曲角的扇形，使同一層剖分塊2之間相互限制，增大壓力的衰減程度，且相鄰兩層之間扇形偏向相反，抵消各層剖分塊2之間的轉矩，提高裝置的可控性和穩(wěn)定性。圖3是本實用新型的另一個實施方式中所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置30的示意圖。為了便于敘述，這里僅就多層交錯剖分式高壓裝置30與多層交錯剖分式高壓裝置10的不同之處進行說明。在多層交錯剖分式高壓裝置30中，各層剖分塊2厚度不同，從內到外厚度逐漸減小，剖分塊2在徑向壓力的作用下會產(chǎn)生彎矩，且靠近腔體I的剖分塊2徑向壓力較大,彎矩也大,而外層剖分塊2所受徑向壓力隨著半徑的增大而減小,其彎矩也隨著減小，因此靠近腔體I的剖分塊2的厚度較大，有助于減小剖分塊2的彎曲應力。圖4是本實用新型的另一個實施方式中所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置40的示意圖。為了便于敘述，這里僅就多層交錯剖分式高壓裝置40與多層交錯剖分式高壓裝置10的不同之處進行說明。在多層交錯剖分式高壓裝置40中，各層剖分塊2數(shù)目由內到外依次減少(即24-12-12-6-3)，并且各層剖分塊2之間交錯配合，當然其數(shù)目的變化也不僅限于此。另外，各層剖分塊2的大小也可以不同，如在第一層中，扇角為15°的剖分塊2與扇角為45°的剖分塊2可以交錯組合。圖5是本實用新型的另一個實施方式中所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置50的示意圖。為了便于敘述，這里僅就多層交錯剖分式高壓裝置50與多層交錯剖分式高壓裝置10的不同之處進行說明。各層剖分塊2的接合面為圓柱面，且曲率大于其組合體外切面的曲率，從而避免應力集中的產(chǎn)生，進而增加剖分塊2和固定環(huán)3的承壓能力，提高裝置使用壽命。剖分塊2的接合面并不限于圓柱面，也可以是雙曲面、拋物面、橢圓面等其它曲面。圖6是本實用新型的另一個實施方式中所涉及的多層交錯剖分式高壓裝置60的示意圖。為了便于敘述，這里僅就多層交錯剖分式高壓裝置60與多層交錯剖分式高壓裝置10的不同之處進行說明。在多層交錯剖分式高壓裝置60中，固定環(huán)3分為兩層，兩層固定環(huán)3之間過盈配合。當然也不限于兩層固定環(huán)3之間的過盈配合，如采用三層固定環(huán)3，并且環(huán)與環(huán)之間都采用過盈配合。另外也可以采用鋼帶或鋼絲對剖分塊2組合體或外層的固定環(huán)3進行纏繞，使固定環(huán)3產(chǎn)生預緊力，進一步提高裝置的承壓能力。[0057]圖7是本實用新型的多層交錯剖分式高壓裝置10的縱截面圖70。在多層交錯剖分式高壓裝置10的縱截面圖70中，內層剖分塊2上下端面各形成圓錐面，其余外層各剖分塊2上下兩端面為平面，且高度相等。當圓錐面的圓錐角為鈍角時，則根據(jù)大質量支撐原理可以顯著增大壓頭的強度；當圓錐面的錐角為銳角時，則有利于迅速提高腔體I壓力。當然，所切割出的圓錐面的錐角也可以是直角。另外，外部各層剖分塊2的高度也可以不同，從內到外呈階梯式增加，由此可以增大固定環(huán)3的支撐面積，減小固定環(huán)3的拉應力，增加裝置安全系數(shù)。此外，所述截面70所具有的特性也適應于以上所述的各種多層交錯剖分式高壓裝置。圖8是本實用新型的多層交錯剖分式高壓裝置10的另一種縱截面圖80。在多層交錯剖分式高壓裝置10的縱截面圖80中，各層剖分塊2上下端面分別為不同錐角的圓錐面，也可以是雙曲面或拋物面等形狀，剖分塊2高度從內至外連續(xù)增加。因此可以增大固定環(huán)3的支撐面積，減小固定環(huán)3的拉應力，增加裝置安全系數(shù)。此外，所述截面80所具有的特性也適應于以上所述的各種多層交錯剖分式高壓裝置。本實用新型所提供的多層交錯剖分式高壓裝置，每層能夠適當?shù)販p小裝置在施壓過程中的周向應力，設置多層后能夠顯著提高其承壓能力和使用壽命，且裝配簡單，當接近腔體I的剖分塊2所采用硬質合金或金剛石時，由于剖分塊體2積較小，還能夠提高燒結體的質量，而且能夠增大腔體I的體積，還可以提高裝置的承壓能力和使用壽命。
權利要求1.一種多層交錯剖分式高壓裝置，包括剖分塊、固定環(huán)、壓頭、液壓缸和機架，其特征在于所述剖分塊分為多層，各層剖分塊之間交錯布置，所述剖分塊的剖分面是平面或曲面， 所述固定環(huán)與所述剖分塊之間以及所述剖分塊的層與層之間的接合面緊密配合。
2.根據(jù)權利要求I所述的多層交錯剖分式高壓裝置，其特征在于所述各層剖分塊的徑向厚度相同或不同。
3.根據(jù)權利要求I所述的多層交錯剖分式高壓裝置，其特征在于所述剖分塊內層的數(shù)目等于或多于外層的數(shù)目。
4.根據(jù)權利要求I所述的多層交錯剖分式高壓裝置，其特征在于所述固定環(huán)與所述剖分塊之間以及所述剖分塊的層與層之間的接合面為圓柱面、雙曲面、拋物面或其它組合曲面。
5.根據(jù)權利要求I所述的多層交錯剖分式高壓裝置，其特征在于所述固定環(huán)為單層或多層筒體式，所述固定環(huán)為多層筒體式時，層與層之間過盈配合。
6.根據(jù)權利要求I所述的多層交錯剖分式高壓裝置，其特征在于所述剖分塊最外層或固定環(huán)使用鋼帶或鋼絲纏繞固定并預緊。
7.根據(jù)權利要求I所述的多層交錯剖分式高壓裝置，其特征在于所述各層剖分塊的高度從內到外階梯式逐層增加，或連續(xù)過渡式增加。
8.根據(jù)權利要求I至7任一項所述的多層交錯剖分式高壓裝置，其特征在于所述壓頭是整體式錐體或組合式錐體。
專利摘要本實用新型公開了一種多層交錯剖分式高壓裝置，涉及人造金剛石等材料的合成制備裝置，屬于高壓技術領域。多層交錯剖分式高壓裝置包括剖分塊(2)、固定環(huán)(3)以及壓頭、液壓缸和機架，所述剖分塊(2)分為多層，各層剖分塊(2)之間交錯布置，所述剖分塊(2)的剖分面是平面或曲面，所述固定環(huán)(3)與所述剖分塊(2)之間以及所述剖分塊(2)的層與層之間的接合面緊密配合。本實用新型能夠顯著提高高壓裝置承壓能力和使用壽命。
文檔編號B01J3/06GK202803207SQ201220511149
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月30日 優(yōu)先權日2012年9月30日
發(fā)明者李明哲, 劉志衛(wèi), 韓奇鋼, 付文智 申請人:吉林大學