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独具风格的铰链式六面顶压机(一)

admin 人造钻石 2021年08月28日

  超高压高温技术包括超高压高温的产生及其控制技术两大部分。国内外实践业已证明,人造金刚石科研、生产技术水平的高与低,和超高压高温技术的先进性是密切相关的。因此,人们一直将超高压高温技术的进步视为提高人造金刚石科研、生产技术水平的一项基础性任务。

  虽然产生超高压高温装置的种类很多,但是用于人造金刚石生产的装置有三种,即:

  1.1 以西方工业发达为代表的年轮式两面砧(Belt)装置。主要特点是:

  (4)采用两向轴向压缩,减少压力梯度的影响,增加了试样的尺寸,使装置稳定达到10GPa,2000℃工作数小时。

  1954年和1957年,美国通用电气公司用这种装置合成出金刚石和立方氮化硼,开创了超硬材料发展的新纪元。

  双面凹砧装置是根据双面对顶砧装置的工作原理发展而成的,它吸收了多砧压缸式等高压装置优点。

  该装置的简单工作原理是,当用压机对凹砧施加压力时,两砧相对运动逐渐闭合成一腔体,同时凹窝中的叶蜡石容器受压后产生塑性变形,部分流出凹窝,进入两砧间的间隙。与此同时密封圈受到塑性变形,形成密封垫阻止叶蜡石容器从高压腔中挤出,随着压机负荷的升高,凹砧继续闭合,进一步压缩叶蜡石容器而产生高压。

  上述装置虽然各有各的特点,但最为超硬材料工业生产所关注的装置是年轮式两面砧装置和铰链式六面砧装置。我国第一颗人造金刚石就是在年轮式两面砧装置上研发出的。在我国人造金刚石工业发展的初期,曾从国外引进过年轮式两面砧装置,初步形成了两种类型装置在我国同时发展的格局。其结果是,无论是国产的还是引进的年轮式两面砧装置,都没有发展起来,而铰链式六面压砧装置如今在国内统一天下。虽然年轮式两面砧装置在我国没有发展起来,但客观地讲,这种类型装置对我国人造金刚石工业的发展还是有一定的借鉴和促进作用的。

  笫一颗人造金刚石研发成功后,机械工业部领导将我们攻关小组一分为二,通用机械研究所的科研人员承担“两面顶”的推广和开发大型“两面顶”压机的工作,并相继在北京、长春、上海、沈阳、哈尔滨、西安等地协作建立车间和实验基地,但后因技术不成熟而没有发展起来。尽管如此,我们应充分肯定,61型“两面顶”为拉开我国人造金刚石科研与生产的序幕是立下了汗马功劳的!应永载中国超硬材料发展史册!

  根据机械工业部的安排,郑州磨料磨具磨削研究所的科研工作者转战济南并安营扎寨,与济南铸造锻压机械研究所密切合作于1964年4月开始DS-023型铃铰链式六面顶压机的设计工作。我所参与攻关的有:王光祖、余征民、余志超、李进保、邵德厚、闫聚武、孔令春。济南铸造锻压机械研究所有:闵学熊、陆乃琨、王留德、温效康等。

  1964年6月,胡恩良根据上级的指示,将他设计的6×6MN图纸转交了济南铸造锻压机械研究所,接待他的有该所范宏才总工程师、闵学熊主任和课题负责人陆乃琨。这里我想说明的是,胡恩良所提供图纸是个不具备施工要求的示意图。因此,不能简单地认为陆乃琨、王留德等人对所提供的图纸只是做了大量修改,客观地讲,铸造锻压机械研究所的设计者们,不仅做了大量新的设计,而且解决了加工及安装过程中所出现的许多难题。笫一台铰链式六面顶压机的问世,凝聚着他们的智慧和辛劳,是毋庸置疑的。

  6×6MN六面顶压机制造安装投入运行后,压机的同步问题、对中问题、管接头的漏油问题、工作缸的密封问题、液压系统中各种阀件不正常运行问题、硬质合金顶锤由于受力不符大质量支撑原理而严重的破损问题、放炮问题等技术难题一一摆到了我们的面前。其中“放炮”是令人最头痛的。真是困难重重,通途崎岖,不身其临境是体会不到的。面对如此多的技术难题,谁来解决?显然,就落到了铸造锻压机械研究所和磨料磨具磨削研究所联合攻关成员的肩上了!

  这里仅就解决最令人头痛的“放炮”问题做些鲜为人知的叙述。“放炮”只是个现象,其实质是个超高压密封问题。在实践中我们发现,放炮的产生不仅与装置的同步精度、对中精度、铰链梁的配合间隙精度而导致的主机形变的不规律有关,更重要的是与六面砧超高压装置中两个相邻的硬质合金压砧间的夹角结构息息相关。于是,我们集中精力以变更原夹角结构为突破口,试图搬掉这只“拦路虎”。我们深知“拦路虎”一天搬不掉,震耳欲聋的频繁“爆炸”将声声不息,几乎顿时可以使试验陷入“黄区”。因为,爆炸硬质合金压砧惨遭崩裂是在所难免的!因此,我们就不仅会因更换硬质合金压砧天天受累,而且神经紧张,担心受怕,一天不得安宁!为了操作者们的人身安全,而不得不将压机用钢板团团围起来,以防不测!我所说的这些绝对不是什么耸人听闻!

  于是,我们对叶蜡石密封边的形成与密封压力的关系、压砧大钭面们角度怎样确定等关键技术进行科学而缜密的分析研究。

  实践告诉我们,相邻压砧向前压缩作为压力的可塑性介质只有形成如图1所示的“楔形”溢流体。并使压砧的几何形状适应“楔形”ABC的形式,同时,ABC较小,才能阻挡塑性介质向更远处溢流,从而达到保持较大的密封压力。我们的实践证明,当ABC100时可以满足上述要求,如图1(b)所示。

  当ABC==10时,压砧小斜面与压砧面的夹角只能是40,即压砧端部侧面必须倒40,以随塑性介质的溢流形成密封边。

  每个压砧占有90的位置,在座标XOY区间,相邻压砧各占45位置,可见图中若XOM45就会造成相邻压砧在前进时可能相碰现象,因此XOM应小于45,即大钭面与顶角组成的夹角必须大于45,根据大质量支撑原理,AOˊB越小越有利,即如图(b)中的AOˊB=45或大于45,大质量支撑效果越明显,故选AOˊB=46。

  根据所做的大量的试验,为提高硬质合金的使用寿命,我们对合理地选择压砧的几何尺寸,提出了以下应关注的技术依据:

  3.1 为了解决放炮难题,一次中午我与邵德厚、李进保、余征民4人,在从实验现场去食堂的途中,李进保有灵感啦!于是我们4人顾不上去用餐了,不约而同地蹲在通往食堂的土路旁,由李进保讲想法,余征民捡起个小石头画开了。这一场面被铸锻所机加工车间习主任看见,他来到我们身边,对我们的痴迷敬业精神竖起大指姆夸奖我们说,年轻人好样的!但又亲切地对我们讲,该吃饭的时侯吃饭,要劳逸结合哦!要注意身体哦!

  3.2 三磨所卞建芳书记专程从郑州到济南第一台铰链式六面顶压机攻关现场来看望几个远离单位的“全体官兵”。当他知道我们用智慧和辛劳在攻战“放炮”技术难关取得初步成效时,他非常高兴地给我们颁发一个“大奖”。你知道这一“大奖”是什么吗?我告诉大家是一碗烩面呀。在那个物质很不宽裕的年代里,就是这么一碗烩面,让我们几个受宠若惊,心潮澎湃,感慨万千,时至今日,记忆犹新呀!多么美好的往事呀!

  3.3 记得我们几个在郑州纺织医院体检时,有一小段与耳鼻喉科医生的对话讲给大家共享。

  医生:在检查耳膜时发现,你们几个人的耳膜均有不同程度的下陷,你们是干什么的?

  医生最后给我们的结论是,对听力尚未产生不良影响。为了第一台铰链式六面顶压机的正常运转,我们乐观地对医生说做点小小的付出,值得呀!

  三磨所在发展生产过程中,拟将老六面顶压机退役并要卖掉。当耳闻第一台压六面顶也在其中时,我跑到所某领导的办公室,情绪激动,慷慨激昂地说,如果磨料所缺少资金的话,那就回去把XX卖了吧!明智的领导虽然觉得我个别话语中有用词不当,但理解我对这台压机的特殊感情。后来不但没有把她“嫁出去”,还把她作为“文物”保留下来,安放在所办公大楼的后院,还为她专门垒了一个用黑花岗石镶边的基台,黑花岗石上还刻有机械工业部科技司范宏才司长题写的“中国笫一台六面顶压机”字样!三磨所侨迁郑州高新开发区,她也随之迁到了新址!(待续)(文/王光祖 郑州磨料磨具磨削研究所)


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