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          鄭州華晶金剛石股份有限公司

          六面頂壓機——三心合一

          關鍵詞 六面頂壓機|2022-06-02 09:51:38|來源 超硬材料網
          摘要 所謂超高壓技術是指在同一空間領域同時獲得所需要的高溫高壓,并持續所需要持續的時間的技術或手段。20世紀高溫高壓技術發展最輝煌的成果,就是世界上硬度最高且極其稀有的物質——金剛石可以...

                 所謂超高壓技術是指在同一空間領域同時獲得所需要的高溫高壓,并持續所需要持續的時間的技術或手段。20世紀高溫高壓技術發展最輝煌的成果,就是世界上硬度最高且極其稀有的物質——金剛石可以用人工的方法合成了。

                 超高壓高溫裝置的研制成功實現了人工合成金剛石的美好愿望,這需要提及的是美國著名的高壓研究者Bridgman在超高壓技術方面做出的杰出貢獻。以美國通用電氣公司的Hall為首的試驗小組,根據Bridgman提出的大質量支撐原理所設計的Belt兩面頂裝置,解決了用金屬催化劑來實現石墨轉變為金剛石的關鍵技術,為后來人造金剛石的發展做出了開創性的貢獻。

                 上世紀九十年代,國際金剛石行業經過四十年的發展,以超高壓技術為背景形成三足鼎立的局面,即美國GE公司、英國DeBeers、日本東名、住友、德國Winter等公司使用的年輪式兩面頂超高壓技術與裝置,前蘇聯使用的凹模兩面頂超高壓技術與裝置,以及我國自行研制的具有中國特色的六面頂超高壓技術與設備。

                 在我國自主研發的六面頂壓機發展初期,一度受到“只要能合成出金剛石的壓機就是好壓機”思想的影響,對壓機質量在金剛石合成中重要性認知嚴重不足,導致在行業發展初期,各種結構、各種缸徑、各種材質的六面頂壓機品種繁多,質量參差不齊,看似蓬勃發展,實際導致給行業發展帶來了很大的不利影響,例如壓機在使用過程中的斷梁、掉底等嚴重事故。

                 工欲善其事必先利其器,伴隨著超硬材料行業發展,人們對六面頂壓機的運行穩定性要求越來越高,尤其是在高溫高壓合成培育鉆石領域,對合成腔體內的溫度、壓力必須保持長時間的精準控制,對整機控制精度提出了非常高的要求,但更深層次是鉸鏈梁材質、內在質量、加工精度得到保證——在高溫高壓作用下,六面頂壓機各個鉸鏈梁的彈性變形必須保持一致,從而保證高低壓狀態下對中性不發生變化,否則所謂的控制精度就是空中樓閣、鏡花水月。

                 為了保證六面頂壓機使用過程中良好的對中性,“三心合一”的概念逐步為行業認可、接受。六面頂壓機的“三心”是指六個鉸鏈梁裝配后的結構中心,硬質合金頂錘的匯力中心及合成腔體的質量對稱中心,這三個中心在理論上是可以重合為一點,此時設備的對中性是完美的。

                 三心合一概念的提出,為壓機制造廠家提出了具體的加工精度要求、鉸鏈梁內在質量要求,也為實際合成中壓機對中、同步的調整指明了方向。
                 1、不論是鑄造壓機還是鍛造壓機,六面頂壓機鉸鏈梁的結構中心,都可以認為是六個活塞沿其移動方向的中心線的匯聚點,六條中心線匯聚為一點,這就要求單個鉸鏈梁的加工精度、多個鉸鏈梁的加工精度一致性必須得到保證。更重要的是對鉸鏈梁本身的內在質量提出了非常高的要求。六面頂壓機在實際使用過程中,鉸鏈梁受到循環張力和循環熱應力的雙重作用,不僅要求保證鉸鏈梁在常溫常壓調試狀態下的精度,更要保證在承受高溫高壓雙重作用時,各個鉸鏈梁的變形保持一致。

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                 2、硬質合金頂錘的匯力中心是指六條相對于硬質合金頂錘錘面中心的垂直線相交形成的點。
                 硬質合金頂錘匯力中心的位置,與鉸鏈梁結構中心的相對位置沒有任何直接聯系,需要我們通過調整鋼環相對于大墊塊的相對位置來保證六只硬質合金頂錘的匯力中心在一個點上,并且使這個點與鉸鏈梁結構中心的點盡可能重合。

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                 3、合成腔體的質量對稱中心是指合成塊的重心。合成塊的結構采用加熱方向對稱組裝,即四個非加熱錘方向完全對稱,兩個加熱錘方向對稱,合成塊的重心在其體積中心點。
                 如果六面頂壓機的鉸鏈梁在高溫高壓下的變形不同步,那么在高壓狀態下,六面頂壓機的結構中心發生變化,由于硬質合金頂錘是與鉸鏈梁連接在一起的,隨之而來的是硬質合金頂錘的匯力中心發生變化,使合成塊的受力狀態發生變化,勢必影響相應密封邊的密封效果,在達到某一臨界值以后,就會出現裂錘或者卸壓放炮的情況。而鉸鏈梁調機時正常,高溫高壓下變形不同步導致的裂錘、放炮,是屬于鉸鏈梁鑄造(鍛造)時材料性能不均勻導致的,無法通過調整設備來解決的。
                 高溫高壓法合成人造金剛石過程中,裂錘、放炮是人們一直想徹底解決的難點,拋開硬質合金頂錘本身質量與合成塊的結構設計可能存在的缺陷,如果我們在六面頂壓機的設計、制造,以及整機的調整環節滿足了三心合一的要求,那么整機各個部位的變形、受力是均衡的,就不可能出現放炮問題。

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