两面顶预应力模具辅助支撑装置设计

刘志卫 童明俊

(安徽理工大学机械工程学院 安徽 淮南 232001)

一、前言

1954年，美国GE公司的Hall最早提出两面顶BELT装置，并用该装置成功合成了金刚石[1]。2001年，丹麦Danfoss公司提出了钢带缠绕预应力两面顶模具，经过多年发展与完善，已经用于工业生产，实现了商品化[2]。

图1为两面顶装置结构，装置由上、下顶锤和预应力模具两部分组成[3]，预应力模具腔体内为传压介质叶腊石。上顶锤固定在液压机活动横梁或活塞输出杆上，下顶锤固定在液压机工作台上，通过上、下顶锤挤压叶腊石来产生超高压环境。预应力模具按预紧方式可以分为组合式的多层预应力环(年轮式)结构和缠绕预应力结构。两面顶BELT模具采用的是组合式的多层预应力环结构，通过外部多层过盈配合的预应力环使压缸产生周向压应力，从而提高压缸的承压能力。改变预应力环的尺寸、层数和过盈量等参数达到调节预紧力大小的作用[4-5]。缠绕式预应力模具采用高强度薄钢带或钢丝缠绕在压缸上，通过改变钢带或钢丝的张力大小来调节压缸预应力的大小。缠绕预应力结构模具避免了在装配过程中外层预紧环断裂及加工安装过程困难等问题，结构比较紧凑，但钢带或钢丝缠绕需要专门的缠绕装置。

图1 两面顶装置结构1.顶锤;2.叶腊石;3.压缸;4.支撑环;5.钢丝缠绕层

一、预应力模具辅助支撑装置设计

在产生超高压过程中，需要保证上、下顶锤和预应力模具对中，现有工装的尺寸基本上是固定的，一种工装仅适用于与其相匹配尺寸的预应力模具，并且比较难实现中间预应力模具的对中度。为此，本文提出了一种不仅能够适应不同尺寸的预应力模具，还可以提高上、下顶锤与预应力模具腔体的对中精度的辅助支撑装置。

(一)装置结构

预应力模具辅助支撑装置包括上顶锤、挡板、下顶锤、夹持装置、缓冲器、滑块、垫块(图2)。预应力模具置于辅助支撑装置的上下挡板间，挡板上设有夹持装置，夹持装置包括固定板、导向杆、螺纹柱、滑动板。夹持装置的固定板下连接有缓冲器，缓冲器下安装有连接滑块，滑块下设有带有三条导轨的工作台，三条导轨呈正三角形分布，并采用压铁使其与工作台连接。滑块可以在导轨中自由移动，对于不同直径尺寸的模具，滑块移动至与模具尺寸适应位置对模具进行支撑，另外，通过锁紧螺钉对滑块位置进行固定。

图2 预应力模具辅助装置1.上顶锤;2.挡板;3.模具;4.下顶锤;5.垫块;6.工作台;7.导轨;8.滑块;9.缓冲器;10.固定板;11.导向杆;12.螺纹柱;13.滑动板;14.螺母

(二)装置工作原理

首先，将预应力模具置于辅助支撑装置的上下挡板间，移动三条导轨中的滑块至适当位置，用紧固螺钉对滑块进行固定，该过程应保证三个滑块移动距离的均匀对称，以保证对模具的稳定夹持。然后，根据模具高度，上下调整夹持装置的滑动板至适当位置并拧紧螺母，使滑动板与固定板可以夹持住上下挡板。通过固定板下面的缓冲器对模具进行浮动支撑，由于预应力模具处于浮动支撑状态，并在上、下顶锤作用下通过缓冲器可以在水平方向进行自适应微调，从而使上、下顶锤与预应力模具之间能够自动对中。最后，将整个辅助支撑装置安装在压力机下，压力机带动上顶锤下行对预应力模具腔体内的叶腊石加载，从而产生超高压环境。

二、结语

本文所提出的预应力模具辅助支撑装置结构简单，操作方便，而且可以调整夹持装置中滑动板和导轨上滑块的位置及通过缓冲器对不同尺寸模具进行浮动支撑和实现其水平方向自适应微调，从而提高上、下顶锤和预应力模具之间的对中精度。