一种压制人工岩心样品的模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种压制人工岩心样品的模具。
【背景技术】
[0002]目前石油、矿产、地质研宄实验需要大量岩心，但从地下取出的真实岩心数量极其稀少，并且十分昂贵；由于人工岩心的孔隙度、渗透率可以控制，因此常用人工岩心替代地下岩心进行各种实验；目前人工岩心通常通过成型模具和压力机进行压制，具体方式如下:首先将含有胶结剂的人工岩心颗粒灌入岩心模具中铺展平整，再将硬质板如厚钢板压头放置于其表面，通过压力机对压头加压，使人工岩心颗粒压缩并固结成型。
[0003]现有技术中的压制人工岩心样品的模具通常是使用普通碳钢制造而成，这主要是因为普通碳钢脆性小，具有一定的塑性，能够承受压制过程中的极大压力，不易发生崩裂。然而，在实际压制岩心的过程中发现这种材质的模具磨损很严重，这导致模具使用周期短，所得到的人工岩心表面粗糙，均一性差等。宄其原因，很有可能是用于制备人工岩心的石英材料的莫氏硬度(Mohs’ scale of hardness)大于用于制造压制人工岩心样品的模具的普通碳钢的莫氏硬度。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的一个目的在于提供一种压制人工岩心样品的模具，提升其抗磨损性能及承压性能，保障压制过程的安全。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了一种压制人工岩心样品的模具，该压制人工岩心样品的模具包括双层模具本体以及模具压头；其中，
[0006]所述双层模具本体具有用于容置人工岩心样品的空腔，空腔的底部为淬火钢基板，空腔的侧壁为双层嵌套结构:内层为淬火钢耐磨层、外层为钢材质承压层，淬火钢耐磨层与钢材质承压层之间完全紧密接触，淬火钢耐磨层的底部及钢材质承压层的底部均与淬火钢基板紧密接触并固定连接；
[0007]所述模具压头为淬火钢材质的模具压头，该压头的前端面为与双层模具本体的空腔横截面形状一致的平面。可以理解，模具压头通常为与空腔腔体相匹配的柱体形状。
[0008]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，空腔的横截面可以为矩形、圆形、椭圆形、三角形或平行四边形等形状，本领域技术人员可根据所想压制的人工岩心样品的具体形状可将空腔设置成相应的形状。通常，空腔的横截面积为25?400cm2，空腔的深度为7?40cm。根据本实用新型的一具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，空腔的横截面为5?20cmX5?20cm的矩形。其中，若是空腔的横截面为带有夹角的形状例如三角形或者平行四边形等，可能夹角处在加压过程中会引起受力不均，影响最终模型效果，但此时只需在模型成型后，按照需要的形状进行切割即可。可以理解，空腔的深度要大于所要压制的人工岩心样品的高度，以便于将人工岩心样品压实。优选的，空腔的深度通常是按照人工岩心样品的长、宽或高度的1.5?2倍的比例设计。
[0009]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，所述双层嵌套结构的外层为一体成型的45#普通钢承压层，内层为一体成型的淬火钢耐磨层或由多块淬火钢板围成的耐磨层。至于淬火钢板的数量可由本领域技术人员根据空腔的具体形状进行设计，例如，当空腔横截面为矩形时，内层可为四块淬火钢板围成的耐磨层；当空腔横截面为圆形时，内层可为两块半圆淬火钢板围成的耐磨层进行拼接即可。
[0010]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，淬火钢耐磨层的厚度为1.5?4cm，钢材质承压层的厚度为5?12cm，所述淬火钢基板的厚度为L 5?4cm。
[0011]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，模具压头的侧壁面设有多条贯通上下的导气凹槽。优选地，所述导气凹槽的深度为0.3?1mm。通常柱体形状的模具压头可无缝嵌入到双层模具本体的空腔中，模具压头侧面与双层模具本体的空腔侧壁的贴合度高，加压过程中，压头下压，排出腔体内空气，在腔体内部产生负压，很难将压头再次取出，因此，在压头的侧壁面设置导气凹槽，导气凹槽的设置可以在不影响样品压结成型的前提下，使腔体内外压力平衡，便于粉末材料的填装及加压制作。
[0012]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，钢材质承压层的底部与淬火钢基板之间可通过螺丝固定连接。通过螺丝固定连接，可以方便人工岩心样品压制后的脱模过程。当压制过程结束后，采用工具将淬火钢基板取下，在模具本体的双层嵌套结构的壁层下方加入垫块，垫块高度大于所压制的人工岩心样品的高度，继续在压头上方缓慢加压，即可将人工岩心样品顶出。
[0013]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，钢材质承压层的外侧表面可对称设置有把手。
[0014]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的压制人工岩心样品的模具中，所述的淬火钢基板的底部可设置有支撑脚。
[0015]本实用新型中所述的淬火钢、45#普通钢均为现有技术钢材。
[0016]为了提高人工岩心的均质性，可利用本实用新型的压制人工岩心样品的模具按照如下操作压制人工岩心样品:
[0017]在人工岩心样品制作过程中采用分层填装加压的方式，即每次量取定量混合粉末倒入模具中，铺装平整后松散粉末至一定高度，如约为I?5cm，装载到压力设备下，通过压头加载至目标压力进行冲压，保持压力水平一定时间，如约3?1min后卸载压力及装备。重复上述填装及加压过程，直至所有材料装填完毕。完成材料装填后，再次将模具装载至压力设备，加载至目标压力并保持压力水平48?72小时，待样品固化成型后，将样品从模具内取出，放入60°C恒温箱内48?72小时以上，以保证样品充分固化。
[0018]本实用新型的有益技术效果:
[0019]本实用新型的压制人工岩心样品的模具，淬火钢的硬度与压制人工岩心所使用的石英材料的莫氏硬度相当，本实用新型中与石英材料直接接触的内层耐磨层、基板以及模具压头均为淬火钢材质，能够很好的能够耐受在压制过程中石英材料对模具的磨损，有效保护了模具。空腔的侧壁为双层嵌套结构，在内层耐磨层外周设置的承压层，耐磨层与承压层完全紧密接触，在施加定向压力的过程中，所使用的人工岩心材料对模具侧壁产生的压力通过耐磨层传导至承压层，确保了实验过程的安全，有效弥补了淬火钢材脆性大、几乎没有塑性、在压制过程中容易发生崩裂破碎而导致实验发生危险等缺陷。因此，本实用新型所述的压制人工岩心样品的模具具有良好的耐磨性和抗压性能，能确保实验过程的安全。
【附图说明】
[0020]图1为实施例1所述的人工岩心压制模具的结构示意图；
[0021]图2为实施例1所述的人工岩心压制模具的双层模具本体的横截面示意图；<