[实用新型]阶梯式预应力环合成金刚石模具

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种阶梯式预应力环合成金刚石模具，属精密成形与模具结构设计技术领域。

背景技术：

在金刚石合成工作环境中，模具型腔表面承受着的压力高达6～10GPa，温度高达1500～2000℃，对于模具的承载能力要求非常高。由于模具材料的抗拉强度有限，普通的整体式结构模具难以承受工作过程中的巨大切向拉应力，易出现裂纹导致破坏，或者型腔过度变形致使产品尺寸精度超差等问题。因此，工程中常用预应力环组合模具，通过作用在模具外表面上的径向预应力，改变模具内部的应力分布，减小危险点应力的大小，提高模具的强度和寿命。

现有的两面顶人造金刚石模具常存在模具寿命短、生产效率低、大尺寸制品材质不均等缺点。如美国GE公司H.T.Hall提出的两面顶模具高压冲程适中、压力稳定性好，能够获得高档的人造金刚石，但外层预应力环常出现断裂失效，模具寿命低；日本人研究提出的石琢型人造金刚石合成模具外侧设置有多层预应力圈，压缸置于预应力圈的中间部位，金刚石合成腔体较小，生产效率低，不符合合成腔体大型化的要求。

因此，针对金刚石合成模具易出现开裂失效，寿命低，生产成本高、产品档次低等问题，如何能够在模具材料抗拉强度有限的条件下，改进模具结构，提高合成金刚石的品质和生产效率，延长金刚石合成模具的使用寿命，成为亟待解决的重要问题。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种阶梯式预应力环合成金刚石模具，具有增强模具的承载能力，延长模具的使用寿命，提高合成金刚石的品质和生产效率的特点。

本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的。

在阶梯式预应力环合成金刚石模具的结构中，设置有：压缸、预应力环、保护圈；各层预应力环的轴向高度为阶梯状，内层低、外层高，且各层预应力环的上、下两端面为内低外高的倾斜面，倾角为2°～15°；预应力环安装在保护圈内；压缸、预应力环和保护圈之间利用过盈配合紧套在一起；根据模具内压大小的不同，预应力环的层数可分别取3～6层。

本实用新型与现有的技术相比具有如下有益效果：

本实用新型提供的阶梯式预应力环合成金刚石模具通过层间过盈量预紧，结构上具有预应力环呈阶梯状、各预应力两端面有一定倾角，有利于多层预应力结构的形成，能够保证良好的过盈效果，有利于改善模具的工作应力情况，增强模具的承载能力，延长模具的使用寿命，提高合成金刚石的品质和生产效率。

附图说明：

图1为阶梯式预应力环合成金刚石模具的总体结构示意图。

图2为阶梯式预应力环合成金刚石模具的剖面结构示意图。

在图中：1.压缸、2.预应力环、3.保护圈。

具体实施方式：

本实用新型阶梯式预应力环合成金刚石模具由压缸1、预应力环2、保护圈3组成，压缸1与阶梯式预应力环模具配套，各层预应力环2的轴向高度为阶梯状，内层低、外层高，且各层预应力环2的上、下两端面为内低外高的倾斜面，倾角为2°～15°；保护圈3起安全防护作用。

在实际应用中，可首先根据金刚石合成要求的不同，选择确定压缸1、预应力环2以及保护圈3的材料；再根据金刚石合成要求的不同以及内压的大小，选择确定预应力环2的层数，预应力环2的层数一般可分别取3～6层。

阶梯式预应力环合成金刚石模具装配时，利用过盈配合，把压缸1、多层预应力环2以及保护圈3紧套起来，形成一个多层的预应力结构，即在模具各层之间产生了相互作用的预紧力，也称装配压力。在装配压力作用下，压缸上产生切向预压应力，预应力的大小取决于配合的过盈量以及模具的结构参数，其参数包括：阶梯式预应力环2的轴向尺寸、阶梯式预应力环2的端面倾角以及各环直径。挤压时，工作内压在压缸表面产生的切向拉应力与预应力相叠加，使切向拉应力大大减小，甚至被完全抵消。因此，由于阶梯式预应力环合成金刚石模具本身的结构特点和预压配合的作用结果，使得模具工作应力得以改善，模具材料得到充分的应用，模具强度和使用寿命大大提高。