一种弧形顶锤式四面顶超高压装置的制作方法

本发明涉及超高压和机械制造技术领域，尤其涉及一种弧形顶锤式四面顶超高压装置。

背景技术：

两面顶超高压装置，最初由美国g.e公司h.t.hall发明,可产生5～20gpa的高压,并且两面顶超高压模具是合成金刚石的关键部件之一，并且由于保压性能好、压力稳定、压力大被广泛应用于生产宝石级金刚石，其中压缸因为由硬质合金制成价格昂贵，并且压缸是最主要的承压元件，模具使用寿命和承压能力是衡量模具水平的主要指标，因此压缸的安全使用和减小应力直接影响金刚石的生产成本和质量，现在的两面顶装置主要采用压缸外壁套上几层预应力支撑环产生预应力来减小压缸受力，但是这种结构在使用一段时间以后外层支撑环会出现应力松弛和蠕变等现象，导致预应力减小，压缸的承压能力下降，并且最外层的支撑环由于预应力的作用承受较大的拉应力，极容易造成破坏，造成爆炸的严重后果。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用弧形顶锤对外层支撑环进行加压，并固定住径向位移的方式来解决易出现应力松弛和蠕变等不良现象，以及装置尺寸较大、极限压力较低、支撑坏易破坏导致爆炸等问题的一种弧形顶锤式四面顶超高压装置。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种弧形顶锤式四面顶超高压装置，所述装置包括类圆筒型结构的压缸和通过过盈配合安装在压缸外侧的支撑环，以及通过过盈配合安装在支撑环外侧的对中支撑环，所述压缸的上下两端的中部分别设置有相互对称的顶锤，且所述对中支撑环的两侧分别设置径向且相互对称环抱的弧形顶锤。

优选的，所述对中支撑环外壁中部区域设置有径向的环形槽，所述弧形顶锤分别对称的环抱在环形槽内。

优选的，所述压缸由硬质合金材料构成，所述支撑环由高合金钢材料构成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明所提出的一种弧形顶锤式四面顶超高压装置，使用上下及左右两侧的四个顶锤对压缸加压，这样压缸的受力更加接近“静水压力”，使压缸能够承受更大的压力，具有更好的保压性能并且保持了两面顶压缸的保温性能。因为普通两面顶超高压装置使用“预压缩原理”经过一定时间和在温度较高的情况下会发生应力松弛和蠕变现象，导致压缸失效，而侧面使用弧形顶锤加压，不会存在预应力松弛和蠕变的现象，使压缸在工作时一直处在稳定压力作用下，压缸保压性能好，疲劳强度高，不容易破坏，同时由于对中支撑环的作用使侧面的两个顶锤能够对中，使加压的稳定性更高。

附图说明

图1是本发明所提出的一种弧形顶锤式四面顶超高压装置一个实施例的整体装配结构示意图；

图2是本发明的爆炸轴测图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见图1和图2，给出了本发明所提出的一种弧形顶锤式四面顶超高压装置的一个实施例的具体结构。本实施例中，所述装置包括一个压缸1、一个支撑环2、一个对中支撑环3、两个顶锤4和两个弧形顶锤5。

所述压缸1为类圆筒型结构，由硬质合金构成，所述支撑环2通过过盈装配安装在压缸1的外壁，由高合金钢构成，所述支撑环2主要通过过盈产生的预应力来减小压缸1在工作状态下的拉应力；所述两个顶锤4分别对称的安装在压缸1上下两端的中心处，所述两个顶锤4是压力产生的主要结构；所述对中支撑环3通过过盈配合安装在所述支撑环2的外壁，且所述对中支撑环3外壁的中部区域设置有径向的环形槽，所述两个弧形顶锤5分别对称的抱紧在环形槽31内部的左右两侧，且所述弧形顶锤5中部的外侧设置有径向向外延伸一定距离的杆状顶锤座51，所述两个弧型顶锤5利用其对中性向对中支撑环3施加恒定预紧力，并限制对中支撑环3的径向位移，通过这种结构可以使压缸1承受恒定的压力，不受时间和温度的影响，这种条件下能够更好的保护压缸1，使压缸1不容易破坏，且径向位移小，使得压缸1的保压性能较佳，更加有利于生成宝石级金刚石，能够减小花费，并且提高生产金刚石的质量。

并且对中支撑环3利用侧面两个弧形顶锤5的对中性，对超高压装置施加预应力，能够限制超高压装置的径向位移，使压缸1能够承受更大的压力，并且由于是顶锤提供预应力，因此不会出现由过盈而产生预应力的应力松弛和蠕变等现象，由于加压稳定，可以提高超高压装置的疲劳寿命

所述支撑环2主要通过过盈产生的预应力来减小压缸1在工作状态下的拉应力，起到保护压缸1的作用，设置在压缸1上下两端圆锥面中心处的两个顶锤4是产生压力的主要结构，两个顶锤4通过挤压压缸1上下两端的圆锥面上的传压介质来产生超高压，而且由于是顶锤4提供预应力，因此不会出现由过盈而产生预应力的应力松弛和蠕变等现象；支撑环2外层套着通过过盈配合的方式安装的对中支撑环3，对中支撑环3的作用是对支撑环2进行预紧，防止支撑环2破坏，并且能够很好的对中侧面的两个弧形顶锤5，使弧形顶锤5的加载更加均匀，有利于稳定压力的形成，使能够合成品质更好的金刚石，同时由于加压稳定，可有效提高超高压装置的疲劳寿命；所述弧形顶锤5采用了圆弧形结构贴合对中支撑环3，使顶锤4结构对正，防止加载不平衡导致压缸1被破坏等问题，该种结构充分利用了“大质量支撑原理”和“预压缩原理”，使压缸1和支撑环2应力分布更加的合理。

本发明的工作过程和原理如下：首先利用两个弧形顶锤5同时等速对外层的对中支撑环3进行加压产生稳定的预应力，在通过两个顶锤4同时等速对压缸1进行上下加压，顶锤4的行程达到产生6000mpa压力时停止加压，由于外部对中支撑环3的预紧，因此对压缸1产生预压力，压缸1内部产生6000mpa的压力首先克服预压力在产生拉应力，因此使压缸1的承压能力得到提高，达到预设压力后顶锤4和弧形顶锤5保持固定，对压缸1进行保压，等保压达到时间时，两个顶锤4对压缸进行卸压，恢复原来状态，等两个顶锤4卸压完成后，对弧形顶锤5进行一定得卸压，使对中支撑环3径向应力几乎为零，保护顶锤的安全。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种弧形顶锤式四面顶超高压装置，其特征在于：所述装置包括类圆筒型结构的压缸和通过过盈配合安装在压缸外侧的支撑环，以及通过过盈配合安装在支撑环外侧的对中支撑环，所述压缸的上下两端的中部分别设置有相互对称的顶锤，且所述对中支撑环的两侧分别设置径向且相互对称环抱的弧形顶锤。

2.根据权利要求1所讲的一种弧形顶锤式四面顶超高压装置，其特征在于：所述对中支撑环外壁中部区域设置有径向的环形槽，所述弧形顶锤分别对称的环抱在环形槽内。

3.根据权利要求1或2所讲的一种弧形顶锤式四面顶超高压装置，其特征在于：所述压缸由硬质合金材料构成，所述支撑环由高合金钢材料构成。

技术总结
一种弧形顶锤式四面顶超高压装置，所述装置包括类圆筒型结构的压缸和通过过盈配合安装在压缸外侧的支撑环，以及通过过盈配合安装在支撑环外侧的对中支撑环，所述压缸的上下两端的中部分别设置有相互对称的顶锤，且所述对中支撑环的两侧分别设置径向且相互对称环抱的弧形顶锤。本发明使用上下及左右两侧的四个顶锤对压缸加压，压受力更加接近“静水压力”，使压缸能够承受更大的压力，具有更好的保压性能的同时，还保持了两面顶压缸的保温性能，而且侧面使用弧形顶锤加压，不会存在预应力松弛和蠕变的现象，使压缸在工作时一直处在稳定压力作用下，疲劳强度高，不容易破坏，加压的稳定性更高，具有非常理想的技术效果。

技术研发人员：李金良;李胜华;王旭之;戈剑章;高翔
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2020.01.14
技术公布日：2020.05.19