DE2349843B2

DE2349843B2 - DEVICE FOR GENERATING HIGH PRESSURE

Info

Publication number: DE2349843B2
Application number: DE19732349843
Authority: DE
Inventors: Leonid Fedorowitsch Moskau; Chwostanzew Lew Grigorewitsch Moskowskaja oblastj; Wereschtschagin (Sowjetunion)
Original assignee: Institut fisiki wysokich dawlenij Akademii Nauk SSSR, Moskowskaja oblastj (Sowjetunion)
Priority date: 1973-10-04
Filing date: 1973-10-04
Publication date: 1976-07-01
Also published as: DE2349843A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Höchstdruck mit zwei gleichen koaxial gegenüberliegenden, durch Pressen-Wempcl angetriebenen rotationssymmetrischen Gelenken, zwischen deren zentralen Arbeitsflächen der einander zugewandten Stirnseiten der unter Höchstdruck zu setzende Preßling angeordnet ist, der von einem festen, unter Arbeitsdruck verformbaren Einbettungsmaterial umgeben ist, welches auf den Preßling den erzeugten Druck überträgt. Eine solche Vorrichtung ist aus den deutschen Offenlegungsschriften 106397 oder 2236451 bekannt bzw. vorgeschlagen Worden.The present invention relates to an apparatus for generating maximum pressure with two same coaxially opposite, rotationally symmetrical joints driven by Wempcl presses, between the central working surfaces of the facing end faces of the under maximum pressure to be set compact is arranged, which is made of a solid, deformable under working pressure embedding material is surrounded, which transmits the pressure generated to the compact. Such a device is known or proposed from German Offenlegungsschrift 106397 or 2236451 Been.

Man verwendet Vorrichtungen dieser Art zur Synthese von Diamanten und von kubischem Bornitrid und auch zur Untersuchung der physikalischen Eigenschaften fester Körper bei hohen und höchsten Drükken. Als Einbettungsmaterial finden Katlinit, Pyrophyliit oder andere steinartige Materialien Verwendung. Die Gesenke werden dadurch zusammengeschoben, daß man auf ihre voneinander abgewandten Außenstirnflächen die Stempel einer Presse wirken läßt.Devices of this type are used for the synthesis of diamonds and of cubic boron nitride and also to study the physical properties of solid bodies at high and extremely high pressures. Katlinite, pyrophyllite or other stone-like materials are used as embedding material. The dies are pushed together by looking at them facing away from each other The outer end faces the stamp of a press can act.

ίο Das Einbettungsmaterial zwischen den Arbeitsflächen der Gesenke ist nur durch die Wirkung der Reibung daran gehindert, allseitig radial nach außen auszutreten. Dabei wirkt sowohl die Reibung des Einbettungsmaterials gegenüber den Gesenkarbeits-ίο The embedding material between the work surfaces the only thing that prevents the dies from exiting radially outwards on all sides is the effect of friction. Both the friction of the embedding material and the die work

flächen, als auch die innere Reibung im Einbettungsmaterial selbst. Auf diese Weise wirkt der größte Druck im Zentrum der Arbeitsfläche und fällt radial nach außen ab, bis er an der radial äußersten Schicht des Einbettungsmaterials den Umgebungsdruck annimrm. surfaces, as well as the internal friction in the embedding material itself. In this way, the greatest pressure acts in the center of the working surface and drops radially outwards until it reaches the ambient pressure on the radially outermost layer of the embedding material.

Beim Zusammenfahren der Gesenke fließt zunächst ein Teil des den Preßling umgebenden Einbettungsmaterials im Raum zwischen dt η Arbeitsflächen radial nach außen. Der verbleibende Teil wird dannWhen the dies are moved together, part of the embedding material surrounding the compact first flows in the space between dt η working surfaces radially outwards. The remaining part will then

»5 zusammen mit dem Preßling einer volumetrischen Kompression ausgesetzt.»5 together with the compact of a volumetric Exposed to compression.

Bei den bekannten Vorrichtungen ergibt sich eine Begrenzung des maximal erzielbaren Drucks durch die Festigkeit der Gesenke. In diesen treten die höch-In the known devices, the maximum achievable pressure is limited the strength of the dies. This is where the highest

sten Spannungen auf, wobei große Spannungsgradienten längs der Symmetrieachse in Richtung von den Arbeitsflächen zu den Außenstirnflächen wirken. Außerdem kommt es bei Drücken von etwa 100 kbar und mehr zu einer Verformung der Gesenke in der Weise, daß ihre Arbeitsflächen nicht eben bleiben, sonoern sich linsenförmig verformen, wobei der zwischen ihnen eingeschlossene Raum sich vergrößert. Wenn bei Raumtemperatur gearbeitet wird, beträgt die optimale Dicke des Einbettungsmaterials für einemost stresses, with large stress gradients along the axis of symmetry in the direction of the work surfaces act on the outer end faces. Also, it comes at pressures of around 100 kbar and more to a deformation of the dies in such a way that their working surfaces do not remain flat, sonoern deform lenticularly, whereby the space enclosed between them increases. When working at room temperature, the optimal thickness of the bedding material for a

Presse mit einem Stempeldurchmesser von 12,7 mm bis zu 0,15 mm. In Versuchen zeigt sich nun aber, daß auch die axiale Verformung des zentralen Teils der Arbeitsfläche der Gesenke die Größenordnung von 0,15 mm erreicht, wobei diese die bleibende Verformung der Gesenke ist. Unter Berücksichtigung der elastischen Verformung ist die axiale Verformung der Arbeitsflächen natürlich noch größer. Wenn Höchstdrücke erreicht werden sollen, so führt ein weiteres Zusammenfahren der Gesenke zur Verformung des Randes der zwischen ihren Arbeitsflächen gebildeten Linsenform. Dies führt in den meisten Fällen bei Drücken von über 100 kbar zu einer Zerstörung der Gesenke. Nur in einigen Fällen ist eine bleibende Verfestigung der Gesenke zu beobachten, die diese für den weiteren Einsatz geeignet bleiben läßt.Press with a punch diameter of 12.7 mm up to 0.15 mm. In experiments it is now shown that also the axial deformation of the central part of the working surface of the dies is of the order of magnitude of 0.15 mm, which is the permanent deformation of the dies. Under consideration of elastic deformation, the axial deformation of the work surfaces is of course even greater. When maximum pressures are to be achieved, a further closing of the dies leads to the deformation of the Edge of the lens shape formed between their work surfaces. In most cases this leads to Pressures of over 100 kbar destroy the dies. Only in a few cases is there permanent hardening to observe the dies, which allows them to remain suitable for further use.

Zur Erhöhung der Festigkeit der Gesenke wurde auch schon vorgeschlagen, daß ihre Arbeitsfläche, aul welche der Hochdruck unmittelbar einwirkt, etwa urr das lOfache geringer sein soll als ihre Außenstirnflä· ehe, an welche die Pressenkraft angelegt ist. Dabe wird eine recht große Höhe des Gesenkes gewählt Die Überlegung geht dabei dahin, daß die Bruchspannungen, welche sich unter der Einwirkung des Drukkes in den Gesenken entwickeln, ihre Seiten- unc Außenstirnfläche nicht erreichen werden. Dadurch werden die Gesenke vor Zerstörung geschützt.To increase the strength of the dies, it has also been suggested that their work surface, aul which the high pressure acts directly, should be about ten times less than its outer face before, to which the press force is applied. A very large height of the die is selected for this The idea is that the breaking stresses, which arise under the action of the pressure develop in the dies, will not reach their lateral and outer face. Through this the dies are protected from destruction.

Diese Lösung führt jedoch auch nicht zu einer Ver minderung der Größe der elastischen Verformung uncHowever, this solution also does not lead to a reduction in the size of the elastic deformation unc

Beseitigung der bleibenden Verformung der Ar-[jeitsflächen der Gesenke, weil sich die Spannung im Kömer der Gesenke nicht gleichmäßig, verteilt. We-_Een der nicht gleichmäßigen Verteilung der Spannung werden die Gesenke durch große elastische und bleibende Verformungen längs ihrer Symmetrielängsachse beansprucht, wobei diese Ungleichmäßigkeit je nach der Vergrößerung der Differenz zwischen der Außenstinifläche und der Arbeitsfläche zunimmt.Elimination of the permanent deformation of the back surfaces of the dies, because the tension in the center of the dies is not distributed evenly. WE _E s of the non-uniform distribution of the stress, the dies are claimed to their longitudinal axis of symmetry by large elastic and permanent deformation along, which unevenness increases depending on the increase in the difference between the Außenstinifläche and the work surface.

Wegen dieser Flächendifferenz wirken an den gegenüberliegenden Stirnflächen eines jeden Gesenkes verschieden große Normalspannungen. Die auf die Arbeitsfläche einwirkenden Normalspannungen übertreffen in einem bedeutenden Maße die Normalspannungen, welche auf die Außenstirnflächen durch die Pressenstempel einwirken.Because of this area difference act on the opposite end faces of each die different normal stresses. The normal stresses acting on the work surface exceed to a significant extent the normal stresses which are applied to the outer end faces the press ram act.

Wenn im Preßling und im diesen umgebenden Einbettungsmaterial ein Hochdruck P erzeugt wird, so wirkt dieser Druck auch auf die Arbeitsfläche des Gesenkes und im Körper des Gesenkes werden große Normalspannungen σ. = -P entstehen, die zur Außenstirnfläche des Gesenkes gerichtet sind. Diese Spannungen sind wesentlich größer als die Normalspannungen O₁, die an der Außenstirnfläche des Gesenkes unter der Einwirkung der Pressung F durch die Pressenstempel entstehen (σ₂ = F). Bei einem sehr hohen Druck (P P- F) können die in der zentralen Arbeitsfläche der Gesenke wirkenden Normalspannungen die zulässigen Grenzspannungen bedeutend übersteigen. Dadurch wird das Gesenk einer bedeutenden elastischen und bleibenden Verformung entlang der Symmetrieachse ausgesetzt und oft zerstört. Auch wenn die Verformung des Gesenkes nur an der Seite seiner Arbeitsfläche in der Weise auftritt, daß diese sich konkav verformt, während die von der Presse beaufschlagte Außenstirnfläche nicht von Verformungen berührt wird, so erschweren doch die auftretenden elastischen Verformungen in bedeutendem Maße die Erzeugung von Drücken über 150 kbar. Bei den aus den beiden eingangs genannten deutschen Offenlegungsschriften bekannten Ausbildungen weisen die Arbeitsflächen der Gesenke konzentrisch zu den Zentralteilen angeordnete Ringnuten auf. Zwischen den Zentralteilen wird der Preßling untergebracht, während das Einbettungsniaterial im Bereich der Nuten angeordnet wird. If a high pressure P is generated in the compact and in the embedding material surrounding it, this pressure also acts on the working surface of the die and large normal stresses σ are created in the body of the die. = -P arise, which are directed towards the outer face of the die. These stresses are significantly greater than the normal stresses O ₁ that arise on the outer face of the die under the action of the pressure F from the press ram (σ ₂ = F). At a very high pressure (P P-F) , the normal stresses acting in the central working surface of the dies can significantly exceed the permissible limit stresses. As a result, the die is subjected to significant elastic and permanent deformation along the axis of symmetry and is often destroyed. Even if the deformation of the die occurs only on the side of its working surface in such a way that it deforms concavely, while the outer end face acted on by the press is not touched by deformations, the elastic deformations that occur make the generation of pressures much more difficult over 150 kbar. In the designs known from the two German laid-open specifications mentioned at the beginning, the working surfaces of the dies have annular grooves arranged concentrically to the central parts. The compact is accommodated between the central parts, while the embedding material is arranged in the area of the grooves.

Unter der Einwirkung des Druckes entstehen in den Gesenken dieser Vorrichtungen Tangential- und Normalspannungen sowohl im Zentralteil als auch in der Zone der Ringnuten. Die Verteilung dieser Spannungen sieht so aus, daß sie eine Verminderung des Schubs sowohl im inneren als auch im äußeren Bereich in bezug auf die Ringnuten ermöglichen.Under the action of pressure, tangential and normal stresses arise in the dies of these devices both in the central part and in the zone of the annular grooves. The distribution of these tensions looks to be a reduction in thrust both inside and outside allow with respect to the annular grooves.

Außerdem wird der Zentralteil des Gesenkes, der maximalen Normal- und Tangentialspannungen ausgesetzt ist, durch den Teil des Gesenkes, in dem die Nuten ausgeführt sind und geringere Spannungen wirken, gewissermaßen gestützt.In addition, the central part of the die is exposed to the maximum normal and tangential stresses is, through the part of the die in which the grooves are made and lower stresses act, somewhat supported.

Die höchsten Normalspannungen im Zentralteil bleiben jedoch nicht ausgeglichen und auch hier kommt es zu axialen Verformungen des Zentralteils. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine Vorrichtung zur Erzeugung von Höchstdruck in der Größenordnung von 150 kbar und mehr zu schaffen, bei der die Verformung der Gesenke wesentlich verringert und ihre Lebensdauer erhöht ist.The highest normal stresses in the central part, however, do not remain balanced and also here there is axial deformation of the central part. The object of the present invention is to under Avoidance of the disadvantages described a device for generating maximum pressure in the order of magnitude of 150 kbar and more, with which the deformation of the dies is significantly reduced and their service life is increased.

Auseehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sich in den Gesenken an den den Presserstempeln zugewandten S*irnflächeneine konzentrische Ringnut befindet, und zwischen den Pressenstempeln und den Stirnflächen ein unter Druck formbarer fester Werkstoff so angeordnet ist, daß er an der von der Nut begrenzten Innenfläche der Matrize anliegt und die Nut auf deren gesamten Länge mindestens teilweise im Querschnitt überdeckt.Starting from a device of the type described at the outset Art is proposed according to the invention to solve this problem that in the dies there is a concentric annular groove on the inner surfaces facing the press rams, and a solid material that can be molded under pressure is thus arranged between the press rams and the end faces is that it rests against the inner surface of the die bounded by the groove and the groove on its entire length at least partially covered in cross section.

Bei einer solchen Ausbildung ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Spannungen entlang und parallel s:u der Symmetrielängsachse der Gesenke. Dies erklärt sich dadurch, daß an den gegenüberliegenden Stirnflächen eines jeden Gesenkes fast gleichgroße und entgegengesetzt wirkende Drücke entstehen, was den Spannungsgradienten verschwinden läßt oder diesen recht wesentlich entlang der Längsachse jedes Gesenkes vermindert, wobei dadurch eine ao gleichmäßige Verteilung der Spannung im Körper der Gesenke entlang der Symmetrieachse gewährleistet wird.Such a design results in a uniform distribution of the stresses along and parallel s: u of the longitudinal axis of symmetry of the dies. This can be explained by the fact that almost equally large and oppositely acting pressures arise on the opposite end faces of each die, which causes the stress gradient to disappear or to reduce it to a considerable extent along the longitudinal axis of each die, which results in an even distribution of the stress in the body of the dies the axis of symmetry is guaranteed.

Es ist zweckmäßig, wenn die zentralen Arbeitsflächen urd die von der Ringnut begrenzten, den Stem^a5 pein zugewandten Flächen einander gleich sind.It is useful if the central working surfaces urd the surfaces delimited by the annular groove and ^{facing the stem a} 5 pein are equal to one another.

Bei einer der Ausführungsformen weist der unter Druck verformbare Werkstoff, der zwischen Pressenstempel und Stirnfläche der Matrize (des Gesenks) angeordnet ist, ungefähr gleiche Kompressions- und innere Reibungskoeffizienten auf, wie das Einbettungsmaterial. In one of the embodiments, the material that is deformable under pressure comprises that between the press ram and face of the die (die) is arranged approximately equal compression and internal coefficient of friction, like the embedding material.

Es kann in einer anderen Ausführungsform auch zweckmäßig sein, wenn der unter Druck verformbare Werkstoff einen geringeren Kompressions- und einen größeren inneren Reibungskoeffizienten aufweist, wie das Einbettungsmaterial.In another embodiment, it can also be expedient if the deformable under pressure Material has a lower compression and a greater internal friction coefficient, such as the embedding material.

Schließlich kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen dem Pressenstempel und dem Werkstoff eine Einlage aus hartem Material angeordnet ist, deren der Matrize zugewandte Stirnfläche eine der Stirnfläche der Matrize entsprechende Form aufweist.Finally, it can be useful if a Insert made of hard material is arranged, whose end face facing the die is one of the end faces has a shape corresponding to the die.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt Fig. 1 den achsrechten Schnitt durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Höchstdruck,In the following the invention is illustrated by the description of exemplary embodiments on the basis of Drawings explained further. It shows Fig. 1 the axial section through a device to generate maximum pressure,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Außenstirnfläche eines Gesenks,Fig. 2 is a plan view of the outer end face of a die,

Fig. 3 den achsrechten Schnitt einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung von Höchstdruck,3 shows the axial section of another embodiment a device for generating maximum pressure,

Fig. 4 ein Diagramm der Abhängigkeit zwischen dem Druck und der Pressenkraft bei einer teilweisen Füllung der Nut,4 shows a diagram of the relationship between the pressure and the press force in the case of a partial Filling of the groove,

Fig. 5 ein Diagramm der Abhängigkeit zwischen dem Druck und der Pressenkraft bei einer vorher durchgeführten vollständigen Füllung der Nut.Fig. 5 is a diagram of the relationship between the pressure and the press force in a previous carried out complete filling of the groove.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält zwei gleiche koaxial angeordnete Gesenke 1. Zwischen der zentralen Arbeitsflächen 2 der zueinander zugewandten Stirnseiten 3 dieser Gesenke 1 wird ein Preßling untergebracht, der mit einem festen Einbettungsmaterial 5 umgeben ist, das unter Druck formbar ist unc auf den Preßling 4 den Druck beim Zusammenfahrer der Gesenke 1 übertragen kann.The device according to the invention contains two identical coaxially arranged dies 1. Between the central work surfaces 2 of the mutually facing end faces 3 of these dies 1 is a compact housed, which is surrounded with a solid embedding material 5, which is moldable under pressure unc can transfer the pressure when the dies 1 are driven together on the compact 4.

Das Zusammenfahren der Gesenke 1 wird mittel: der Pressenstempe! 6 einer nicht dargestellten Pressi verwirklicht.The closing of the dies 1 is medium: the press ram! 6 of a press, not shown realized.

In den Stirnflächen 7 der Gesenke 1, weiche den Pressenstempeln 6 zugewandt sind, ist eine Ringnut 8 ausgebildet. Der Außenrand 9 und der Innenrand 10 der Nut 8 liegen konzentrisch zum Zentrum der Stirnflächen 7 (Fig. 2).In the end faces 7 of the dies 1, which face the press rams 6, there is an annular groove 8 educated. The outer edge 9 and the inner edge 10 of the groove 8 are concentric to the center of the end faces 7 (Fig. 2).

Zwischen den Stirnflächen 7 der Gesenke 1 und den Pressenstempeln 6 der Presse ist ein fester unter Druck formbarer Werkstoff 11, z.B. aus Lithograf ie stein, untergebracht, wobei dieser Werkstofi dem Einbettungsmaterial entsprechen kann, das den seitlichen Druck auf den Preßling überträgt. Dieser Werkstoff 11 liegt dicht an der Stirnfläche 7 in ihrem Zentralteil 12, an, der durch die Nut 8 begrenzt ist, und füllt auch teilweise die Nut 8 auf deren ganzer Länge. Es ist wünschenswert, daß die Fläche des Zentralteils 12 der Stirnfläche 7, die durch die Ringnut 8 begrenzt ist, der zentralen Arbeitsfläche 2 der Stirnseite 3 gleich ist oder diese etwas übersteigt.Between the end faces 7 of the dies 1 and the press rams 6 of the press is a solid under Pressure formable material 11, e.g. made of lithography stone, accommodated, this material being dem Can correspond to embedding material that transfers the lateral pressure to the compact. This material 11 lies close to the end face 7 in its central part 12, which is delimited by the groove 8, and also partially fills the groove 8 over its entire length. It is desirable that the area of the central part 12 of the end face 7 delimited by the annular groove 8 is, the central work surface 2 of the face 3 is the same or slightly exceeds it.

Die im Betrieb der Vorrichtung auftretenden Vorgänge sind wie folgt:The processes involved in the operation of the device are as follows:

Beim Zusammenfahren der Gesenke unter der Einwirkung der Kraft [F) der Pressenstempel 6 erfolgt eine Kompression des Werkstoffs 11. In diesem entstehen Abschnitte mit verschiedenen Drücken P₂ und F₃. Der Druck P₂ entsteht in dem Bereich der unmittelbar am Zentralteil 12 der Außenstirnfläche 7 anliegt. Der Druck P₃ entsteht im Werkstoff weiter pußen, wo dieser die ringförmige Nut 8 füllt. Die Entstehung der Drücke P₂ und P₃ hängt zusammen mit der Kompression und dem teilweisen Fließen des Werkstoffs 11 unter Berücksichtigung von dessen innerer Reibung.When the dies move together under the action of the force [F) of the press ram 6, the material 11 is compressed. In this, sections with different pressures P ₂ and F _{3 are created} . The pressure P ₂ arises in the area which is applied directly to the central part 12 of the outer end face 7. The pressure P ₃ is created in the material where it fills the annular groove 8. The creation of the pressures P ₂ and P ₃ is related to the compression and the partial flow of the material 11, taking into account its internal friction.

Der Druck P₂ übersteigt in einem bedeutenden Maße den Druck P₃. Erstens ist die Dicke des Werkstoffs, in dem der Druck P₂ erzeugt wird, kleiner als die Dicke des Werkstoffs in der Ringnut 8, und zwar um die Tiefe der Nut 8. Zweitens verhindert der Druck P₃ das Ausfließen des Werkstoffs, der der Einwirkung des Druckes P₂ ausgesetzt ist, und trägt dadurch aktiv zu einer schnellen Steigerung des Druckes P₂ bei.The pressure P ₂ significantly exceeds the pressure P ₃ . First, the thickness of the material in which the pressure P _{2 is} generated is smaller than the thickness of the material in the annular groove 8, namely by the depth of the groove 8. Second, the pressure P ₃ prevents the outflow of the material under the action of pressure P ₂ , and thereby actively contributes to a rapid increase in pressure P ₂ .

Auf diese Weise befindet sich der Werkstoff, der einer aktiven Einwirkung des Druckes P₂ ausgesetzt ist. in einer Art von geschlossenem Volumen; beim Zusammendrücken nimmt deshalb der Druck P₂ schnell zu. Die Größe des Druckes P₂ kann im Laufe eines Kompressionszyklus mit der Größe des Druckes P₁, welcher im Preßling 4 und im diesen umgebenden Einbettungsmaterial S erzeugt wird, gleich oder vergleichbar sein oder diesen übersteigen.This is where the material is located which is exposed to the active action of the pressure P ₂ . in a kind of closed volume; when the pressure is compressed, the pressure P _{2 increases} rapidly. In the course of a compression cycle, the magnitude of the pressure P ₂ can be equal to or comparable to or exceed the magnitude of the pressure P ₁ which is generated in the compact 4 and in the embedding material S surrounding it.

Es ist zu sehen, daß beim Vorhandensein einer Ringnut und eines festen Werkstoffs an der Außenstirnfläche 7/12, an welche die Pressenkraft angelegt wird, eine differenzierte Druckverteilung auftritt. Dies ist im Gegensatzzu den gewöhnlichen Techniken zu sehen, wo die Außenstirnfläche des Gesenks unmittelbar vom Pressenstempel beaufschlagt wird und eine gleichmäßig verteilte Pressung entsteht.It can be seen that in the presence of an annular groove and a solid material on the outer end face 7/12, to which the press force is applied, a differentiated pressure distribution occurs. This is seen in contrast to the common techniques where the outer face of the die is immediate is acted upon by the press ram and an evenly distributed pressure is created.

Unter der Einwirkung der Drücke P₂ und P₃ entstehen im Körper des Gesenkes Normalspannungen O₂= -P₂ und σ₃ = — P₃ sowie Tangentialspannungen τ₃.Under the action of the pressures P ₂ and P ₃ , normal stresses O ₂ = -P ₂ and σ ₃ = _{-P 3} as well as tangential stresses τ ₃ arise in the body of the die.

Die Normalspannungen a₂ entsprechen größenmäßig etwa den Normalspannungen σ,, die im Körper der Gesenke unter der Einwirkung des Druckes P₁ entstehen. Es kommt daher nicht zu einem entlang der Symmetrieachse der Gesenke wirkenden großen Spannungsgradienten. Die Gesenke sind einer Kompression entlang der Symmetrieachse von beiden Seiten unter der Einwirkung von fast gleichgroßen Drükken ausgesetzt.In terms of size, the normal stresses a ₂ correspond approximately to the normal stresses σ ,, which arise in the body of the dies under the action of the pressure P _1. There is therefore no large stress gradient acting along the axis of symmetry of the dies. The dies are subjected to compression along the axis of symmetry from both sides under the action of almost equally large pressures.

Die Arbeitsfläche des Gesenkes wird mithin einer bedeutend geringeren Verformung ausgesetzt sein. Da dies so ist, wird das beim Zusammenfahren der Gesenke sich ändernde Volumen zum größten Teil die Kompression des Preßlings und des diesen umgebenden Einbettungsmaterials bewirken. Auf dieseThe working surface of the die will therefore be subject to significantly less deformation. Since this is so, the volume that changes as the dies are closed becomes most of the time cause the compression of the compact and the surrounding embedding material. To this

ίο Weise werden sehr hohe Drücke erzeugt, wobei die Beanspruchung der Gesenke im Bereich der elastischen Verformungen bleibt.ίο In this way, very high pressures are generated, with the The stress on the dies remains in the area of elastic deformations.

Als fester Werkstoff 11 werden vorzugsweise in der Hochdrucktechnik weitgehend bekannte Materialien verwendet. Zu diesen gehören beispielsweise Katlinit, Pyrophyllit und andere ähnliche steinartige Materialien. As a solid material 11 are preferably in the High-pressure technology widely used known materials. These include, for example, katlinite, Pyrophyllite and other similar stone-like materials.

Die Wahl des Werkstoffs 11 richtet sich nach der Notwendigkeit, eine bestimmte Verteilung der Span-The choice of material 11 depends on the need to have a certain distribution of the chip

ao nungen im Körper der Gesenke 1 entlang der Symmetrieachse derselben zu schaffen.ao openings in the body of the dies 1 along the axis of symmetry of the same to create.

Das Einbettungsmaterial 5 und der Werkstoff 11 können ungefähr gleiche Koeffizienten der Kompression und der inneren Reibung haben. In diesem FallThe embedding material 5 and the material 11 can have approximately the same coefficients of compression and internal friction. In this case

as werden bei gleichen geometrischen Größen von Einbettungsmaterial 5 und Werkstoff 11 an den Zentralflächen 2 und 12 im Körper des Gesenkes gleiche Spannungen entlang der Symmetrieachse entwickelt. Um die Verformung der zentralen Arbeitsfläche 2 der Stirnseite 3 maximal zu verhindern, können die im Zentralteil 12 der Außenstirnfläche 7 entstehenden Spannungen ihrer Größe nach die Spannungen übertreffen, welche im Zentralteil 2 der Arbeitsfläche 3 der Gesenke auftreten. Dies kann nur durch eine schnellere Steigerung des Druckes P₂ im Vergleich zu dem Druck P, erreicht werden. Zu diesem Zweck muß der Werkstoff 11 im Vergleich zu dem Einbettungsmaterial 5 eine geringere Zusammendrückbarkeit aufweisen. Als Material des Werkstoffs 11 kann hierzu ein Metall, z.^T3. Kupfer oder niedriggekohlter Stahl verwendet werden.As with the same geometric sizes of embedding material 5 and material 11 on the central surfaces 2 and 12 in the body of the die, the same stresses are developed along the axis of symmetry. In order to maximally prevent the deformation of the central work surface 2 of the face 3, the stresses occurring in the central part 12 of the outer face 7 can exceed the size of the stresses which occur in the central part 2 of the work face 3 of the dies. This can only be achieved by a more rapid increase in the pressure P ₂ compared to the pressure P 1. For this purpose, the material 11 must have a lower compressibility compared to the embedding material 5. The material of the material 11 can be a metal, for. ^T 3. Copper or low carbon steel can be used.

In der vorstehend beschriebenen Vorrichtung überdeckt der Werkstoff 11 die Nut 8 nur teilweise. Dabei beginnen beim Zusammenfahren der Gesenke die Drücke P₂ und P₃, wie in Fig. 4 gezeigt, nicht gleichzeitig zu steigen, was sich bei der Verwendung von Gesenken größerer Abmessungen als recht zweckmäßig erweisen kann.In the device described above, the material 11 only partially covers the groove 8. When the dies are closed, the pressures P ₂ and P ₃ , as shown in FIG. 4, do not begin to rise at the same time, which can prove to be quite expedient when using dies of larger dimensions.

In einigen Fällen, beispielsweise bei der Verwendung von kleineren Gesenken, ist es zweckmäßig, wenn der Druck P₃ gleichzeitig mit dem Druck P₂ zu steigen anfängt. In diesem Fall soll der feste Werkstoff 11 die Nut 8 schon vor dem Anlegen der Pressenkraft vollständig überdecken. Ein Beispiel hierfürIn some cases, for example when using smaller dies, it is useful if the pressure P ₃ begins to rise at the same time as the pressure P _2. In this case, the solid material 11 should completely cover the groove 8 before the press force is applied. An example of this

ist in Fig. 3 dargestellt, wobei hier auch Ringnuten an der Arbeitsfläche der Gesenke vorhanden sind. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Höchstdruck hat zwei gleiche koaxial gegenüberliegend angeordnete Gesenke 13, wobei zwischen den zentralen Arbeitsflächen 14 dieser Gesenke der Preßling 4 untergebracht wird, der mit einem Einbettungsmaterial S umgeben ist, das auf den Preßling den im Einbettungsmaterial beim Zusammenfahren der Gesenke 13 auftretenden Druck von der Seite her übertragen kann.is shown in Fig. 3, here also ring grooves are present on the working surface of the dies. This device according to the invention for generating maximum pressure has two identical coaxially opposite one another arranged dies 13, between the central work surfaces 14 of these dies Compact 4 is housed, which is surrounded with an embedding material S, which is on the compact pressure occurring from the side in the embedding material when the dies 13 are moved together can transfer.

In den Gesenken 13 sind an den zueinander zugewandten Stirnseiten 151 äJial außerhalb der zcmraien Arbeitsflächen 14 und konzentrisch zu diesen Ring-In the dies 13 are on the mutually facing end faces 15 1 aJially outside of the zcmraien working surfaces 14 and concentric to these ring

nuten 16 zur Aufnahme des Einbettungsmaterials 5 ausgeführt. Diese Nuten 16 bilden beim Zusammenfahren der Gesenke 13 einen Raum, der mit dem Einbettungsmaterial 5 gefüllt wird.Grooves 16 for receiving the embedding material 5 carried out. These grooves 16 form when moving together of the dies 13 a space which is filled with the embedding material 5.

In den Gesenken 13 ist an den den Pressenstempein 6 zugewandten Stirnflächen 17 eine ringförmige Nut 18 ausgeführt. Die Außen- und Innenränder der Nut 18 liegen konzentrisch zum Zentrum der Stirnfläche 17. Der Durchmesser des Zentralteils 19, der durch den Innenrand der Nut 18 begrenzt ist, soll zweckmäßigerweise nicht kleiner als der Innendurchmesser der Nuten 16 sein, die in der Arbeitsfläche der Gesenke 13 angeordnet sind. An der Stirnfläche 17 liegt auf deren ganzer Fläche der feste Werkstoff 11 an, der denselben Forderungen entsprechen soll. 'S wie in dem oben beschriebenen Fall.In the dies 13 is on the press ram 6 facing end faces 17 an annular groove 18 executed. The outer and inner margins of the Grooves 18 are concentric to the center of the end face 17. The diameter of the central part 19, the is limited by the inner edge of the groove 18 should expediently not be smaller than the inner diameter of the grooves 16 arranged in the working surface of the dies 13. On the face 17 is on the entire surface of the solid material 11, which should meet the same requirements. 'S as in the case described above.

Zwischen dem Pressenstempel 6 und dem festen Werkstoff 11 wird eine massive Einlage 20, z.B. aus Wolframkarbid oder aus Hartstahl untergebracht. Die Stirnfläche 21 der Einlage 20, welche dem Gesenk *o 13 zugewandt ist, kann entweder flach sein oder eine der Stirnfläche 17 des Gesenkes entsprechende Oberfläche, d.h. eine ähnliche Nut aufweisen, wie das in Fig. 3 dargestellt ist.Between the press ram 6 and the solid material 11 there is a solid insert 20, e.g. Tungsten carbide or high carbon steel. The end face 21 of the insert 20, which the die * o 13 facing can either be flat or a surface corresponding to the end face 17 of the die, i.e., have a groove similar to that shown in FIG.

Beim Zusammenfahren der Gesenke entstehen im Einbettungsmaterial Drücke P₁ und /V, unter der Einwirkung dieser Drücke treten im Körper der Gesenke Normalspannungen (7, = — P₁ und o_: = - /', auf, die in der Richtung der Außenstirnfläehen der Gesenke 13 gerichtet sind.When the dies move together, pressures P ₁ and / V arise in the embedding material; under the action of these pressures, normal stresses (7, = - P ₁ and o _: = - / ', occur in the body of the dies, in the direction of the outer face of the dies 13 are directed.

Bei der Steigerung der Pressenkraft F, die auf den festen Werkstoff 11 übertragen wird, entsieht in dessem zentralen Bereich ein Druck P,; im durch die Ringnuten 18 und 22 gebildeten Raum entsteht der Druck P₄, der kleiner als der Druck P, ist. Als Folge treten im Körper der Gesenke Normalspannungen O₁ = — P₃ und (T₄ = — P₄ sowie Tangentialspannungen r₄ auf. Die Normalspannungen O₃ und σ₄ sind entgegen den Spannungen U₁ und o\ gerichtet und gleichen diese aus. Dadurch werden die Gesenke allseitig einer Kompression unter der Einwirkung von hohen Drükken ausgesetzt, was sowohl zu einer sprunghaften Erhöhung der Beanspruchbarkeit der Gesenke führt als auch den Spannungsgradienten verschwinden läßt.dei parallel zu der vertikalen Symmetrieachse der Gesenke gerichtet ist.When the press force F, which is transmitted to the solid material 11, increases, a pressure P i occurs in its central area; in the space formed by the annular grooves 18 and 22, the pressure P ₄ , which is lower than the pressure P i, arises. As a result, normal stresses O ₁ = - P ₃ and (T ₄ = - P ₄ as well as tangential _{stresses r 4} occur in the body of the dies. The normal stresses O ₃ and σ ₄ are directed against the stresses U ₁ and o \ and balance them out. As a result, the dies are subjected to compression on all sides under the action of high pressures, which both leads to a sudden increase in the load capacity of the dies and also makes the stress gradient disappear.dei is directed parallel to the vertical axis of symmetry of the dies.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen *09 527 24 sheets of drawings * 09 527 2

Claims

Patent claims:

1. Device for generating maximum pressure with two identical coaxially opposite, rotationally symmetrical dies driven by press rams, between their central Working surfaces of the facing end faces that are to be placed under maximum pressure Compact is arranged, of a solid, deformable under working pressure embedding material is surrounded, which transmits the pressure generated to the compact, characterized in that that in the dies (1) on the end faces facing the press rams (6) (7) a concentric annular groove (8) is located, and between the press rams (6) and the End faces (7) a formable under pressure solid material (11) is arranged so that it is on the by the groove (8) bounded inner surface (12) of the die and the groove (8) on its entire Length at least partially covered in cross section.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the central work surfaces (2) and the surfaces (12) facing each other, bounded by the annular groove (8) and facing the punches (6) are the same.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the deformable under pressure Material (11) which is arranged between the press ram (6) and the end face (7) of the die, approximately has the same compression and internal friction coefficients as the embedding material (5).

4. Apparatus according to claim i, characterized in that that the material (11), which is deformable under pressure and which is arranged between the press ram (6) and the end face (7) of the die, has a has a lower coefficient of compression and a greater internal coefficient of friction, such as the embedding material (5).

5. Device according to claims 1 to 3, characterized in that between the press ram (6) and the material (11) an insert (20) made of hard material is arranged, whose end face (21) facing the die corresponds to one of the end face (17) of the die Has shape (Fig. 3).