專利名稱：脈沖加壓粉末供給系統(tǒng)及均勻顆粒材料的輸送方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及粉末供給系統(tǒng)以及輸送方法，用于將細(xì)分散的或顆粒材料供給和沉積至粉末壓機(jī)的模腔內(nèi)以便壓實(shí)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及供給系統(tǒng)及輸送方法，它可以提供沿整個(gè)模腔顆粒密度的均勻分布。本供給系統(tǒng)及輸送方法還可提供預(yù)期的恒定重量的顆粒材料進(jìn)入模腔。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了不使用滑閘為粉末壓機(jī)模腔輸送顆粒材料的設(shè)備及方法。本發(fā)明還制訂了一種供給系統(tǒng)，它具有稱重裝置用于顆粒材料在輸送入模腔之前對(duì)重量的精密測(cè)量。
在粉末冶金中，產(chǎn)品和零件的成形是將最終研磨的或霧化的金屬粉末在粉末壓機(jī)的模腔內(nèi)壓制成規(guī)定的形狀。
通常，金屬粉末在室溫下在模腔內(nèi)壓實(shí)，以及隨后由壓模內(nèi)取出半致密的“濕”壓坯，以及在很高的溫度下(在材料的熔點(diǎn)或接近熔點(diǎn))加熱使粉末結(jié)合為結(jié)合的塊，這種熱結(jié)合工序通常在粉末冶金中稱為燒結(jié)，或在陶瓷和碳化物領(lǐng)域內(nèi)類似于此稱為焙燒。
當(dāng)使用這些和類似工序時(shí)就需要有將一定量的顆粒材料輸送至壓機(jī)模腔的裝置。典型的是使用給料板，在壓制循環(huán)內(nèi)借助重力填充系統(tǒng)將顆粒材料輸送至模腔內(nèi)。該系統(tǒng)包括盛有顆粒材料的給料板在滑閘上的移動(dòng)，而滑閘使給料板沿模壓機(jī)的工作臺(tái)向前滑動(dòng)至一定位置，在此位置給料板的底孔暴露，與模腔重合和對(duì)準(zhǔn)，在重力的作用下供給足夠的松散粉末，按容量填充模腔。此后，滑閘沿模壓機(jī)的工作臺(tái)滑動(dòng)給料板返回至返回位置。這個(gè)動(dòng)作切斷了由給料板底孔流出的由重力導(dǎo)致的顆粒材料流動(dòng)。隨后顆粒材料在模腔內(nèi)壓實(shí)為制件以及制件從壓模中頂出。隨后滑閘沿模壓機(jī)的工作臺(tái)滑動(dòng)給料板向前，移走頂出的制件和重新暴露給料板的底孔，使其與模腔重合和對(duì)準(zhǔn)，因此再一次利用重力使顆粒材料或多或少按容積填充模腔。然而，模腔中很小的凹槽不能均勻地填充。隨后給料板再一次返回去切斷進(jìn)入模腔的顆粒材料的重力流動(dòng)。
上述的給料板的典型實(shí)例是按容積輸送顆粒材料(容積法)。這種容積法給料板取決于所輸送的粉末材料的一致的松裝密度和良好的流動(dòng)特性(低的Hall數(shù))，以便獲得精確的和均勻的供給速率。然而，由于所用的許多粉末材料為重的和致密的，它們具有自壓實(shí)的傾向。而且，制造具有精細(xì)的細(xì)節(jié)的大型零件的模腔特別難以均勻填充。因此，這些和其它容積法給料板和輸送方法一般不適合和不能滿意地沿整個(gè)模腔提供非常精密的均勻分布及粉末密度。從而由這些粉末壓坯制成零件的密度也不會(huì)完全均勻，零件與零件之間也不一致。這些零件隨后易引起應(yīng)力開(kāi)裂，特別是由模腔頂出時(shí)。僅在燒結(jié)時(shí)這些裂紋才變得可以看見(jiàn)使事情更糟。
此外，具有緊密尺寸公差的復(fù)雜形狀零件，例如螺旋齒輪和鏈輪不可能使用普通的粉末供給法和給料板滿意地制成。因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的這些方法和給料板是利用重力使顆粒材料流動(dòng)進(jìn)入模腔，不可能均勻地輸送粉末至復(fù)雜形狀壓模的所有區(qū)域，而這在生產(chǎn)諸如螺旋齒輪和鏈輪這樣的零件時(shí)是要求的。
特別是，粉末直接由給料板落入壓模內(nèi)，沒(méi)有任何特殊的型板或密度調(diào)節(jié)。壓模的某些區(qū)域，特別是復(fù)雜形狀的壓模，接受了比其它區(qū)域更多的顆粒材料。因而最終零件的密度是不規(guī)則的，易受破壞，其結(jié)果是在商業(yè)用途上出現(xiàn)問(wèn)題。
傳統(tǒng)的容量法粉末供給的方法還受到輸送至壓模的材料重量不能控制的阻礙，使其不能保證零件與零件之間一致的重量。因此，這就進(jìn)一步限制了粉末冶金零件的使用。
典型的解決模腔內(nèi)粉末密度不規(guī)則問(wèn)題的方法是，當(dāng)使用鋁粉一類粉末時(shí)，搖動(dòng)或振動(dòng)供給料斗以引起顆粒材料流動(dòng)和使壓模內(nèi)的粉末密度規(guī)則化。然而這樣做不僅消耗時(shí)間，不精確，而且不能達(dá)到零件與零件之間以及整個(gè)零件本身足夠一致的密度。
另外的缺點(diǎn)是振動(dòng)細(xì)粉末會(huì)產(chǎn)生粉塵，然后懸浮于空氣中及污染環(huán)境。粉末冶金中所用制造零件的很多粉末材料十分昂貴，而一些情況下是有毒的。懸浮于空氣中的鋁粉是易爆性的。因此，粉塵問(wèn)題造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失以及健康和安全麻煩。所以，現(xiàn)在采用了精致而昂貴的粉塵回收系統(tǒng)和個(gè)人安全防護(hù)用具，例如過(guò)濾面罩。
授予Munk等人的美國(guó)專利No.3,697,208提供了一種用磨碎纖維材料吹入壓模填充模腔的裝置。吹送材料進(jìn)入模腔使用的空氣由位于壓模頂上的帶孔板或篩網(wǎng)逸出，以防止吹送階段從壓模中損失材料。然而，這種裝置不適合于輸送各種類型的顆粒材料進(jìn)入壓模，特別是金屬，由于它們較重，因而不能在Munk等人提出的開(kāi)式系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)。Munk等人提出的工作過(guò)程與噴砂機(jī)類似，將粉末吸入在粉末箱之前的空氣流中?？諝馀c粉末的比例較大以及裝填的時(shí)間較短。此外，不能滿意地獲得壓制粉末零件均勻的密度，因?yàn)樵趥魉蜁r(shí)粉末飛向帶孔板或篩網(wǎng)，對(duì)篩網(wǎng)的需要也使得不可能制造不帶平頂面的零件。
授予Sanzone的美國(guó)專利No.4,813,818公布了一種帶有料斗的給料板，用于接收來(lái)自供給源的粉末材料，供給源通過(guò)供給管與密閉的填充艙連接。填充艙設(shè)有真空系統(tǒng)。抽真空有助于粉末的重力流動(dòng)，通過(guò)供給管進(jìn)入填充艙。然而，填充艙的抽真空不能保證密度的高度均勻，這點(diǎn)正是生產(chǎn)熱控制用途、嚴(yán)格尺寸控制零件所需。在熱控制材料方面，性能的嚴(yán)格一致(例如，熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)性等)對(duì)于整個(gè)零件及零件與零件之間都是必需的。Sanzone的抽真空法不能保證模腔內(nèi)輸送粉末的精確控制的重量。此外，使用Sanzone的方法，粉末的驅(qū)動(dòng)力永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)大氣壓。
另一方面，現(xiàn)已存在比以往速率更快的控制和移動(dòng)模壓零件的技術(shù)。壓機(jī)生產(chǎn)零件的速率受到模腔被顆粒材料填充速率的限制。使用已知方法輸送顆粒材料和使用重力供給粉末進(jìn)入模腔的速率較低。因此，已知方法不能使模壓機(jī)達(dá)到其生產(chǎn)零件的最大能力。使用振動(dòng)法引起較規(guī)則的粉末流動(dòng)使得模壓機(jī)的生產(chǎn)率更加降低。
此外，在一些情況下還有附加的時(shí)間損失，它是給料板由模腔至返回位置之間前后往復(fù)而引起的，以便避讓在壓制循環(huán)或“沖程”中的模壓機(jī)的上沖頭。沖程時(shí)間被延長(zhǎng)的原因是因?yàn)橐笞銐虻臅r(shí)間使上沖頭升至足夠高，讓給料板由其下面通過(guò)回至返回位置。
在上述和其它已知方法中，以及向模腔輸送顆粒材料的給料板中，必須借助在壓模工作臺(tái)的耐磨平板上表面上牽引給料板來(lái)撤回給料板，以切斷來(lái)自給料板的顆粒材料流。然而，填充模腔后給料板的返回導(dǎo)致壓模內(nèi)粉末在靠近給料板后緣處堆積。這種摩擦引起的“楔入”作用進(jìn)一步加重了在模腔內(nèi)壓實(shí)顆粒材料時(shí)得到不均勻密度零件的問(wèn)題，同時(shí)還有全部上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明解決了上述這些和其它問(wèn)題，提供一種粉末供給系統(tǒng)和粉末輸送方法，它使用壓力或空氣把粉末供至模腔，從而避免了重力供給系統(tǒng)固有的問(wèn)題。在本粉末供給系統(tǒng)和輸送方法中使用壓力或空氣以較快的速率推進(jìn)一定數(shù)量的粉末很好地進(jìn)入模腔，隨后脈沖加壓使粉末在模腔內(nèi)齊平。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法和所用適合的裝置，借助于位于模腔內(nèi)顆粒材料的流態(tài)化獲得在模腔的全部區(qū)域內(nèi)均勻和一致的顆粒材料分布。在模腔全部區(qū)域內(nèi)材料的綜合一致性表現(xiàn)在數(shù)量和密度兩方面。此外，模壓機(jī)壓實(shí)前粉末在模腔內(nèi)的流態(tài)化可使均勻填充具有復(fù)雜幾何外形和生產(chǎn)多級(jí)零件的壓模。另一方面，顆粒材料的這種流態(tài)化還可用于充分混合不同種類和密度的材料，在模具內(nèi)獲得均勻的混合粉末。
應(yīng)該理解，這里為了說(shuō)明目的使用的術(shù)語(yǔ)“粉末”及“顆粒”或“顆粒材料”是可以互換的，它們包括自然界中任何顆粒材料，并不僅局限于粉末金屬。
本發(fā)明還解決了壓制循環(huán)與壓制循環(huán)之間(壓制零件與壓制零件之間)輸送恒定重量顆粒材料至模腔的問(wèn)題，其方法是提供重量法供給系統(tǒng)和輸送顆粒材料的方法。為了本發(fā)明的目的，將用來(lái)生產(chǎn)要求重量的零件而輸送給粉末壓機(jī)模腔所需粉末的重量稱為“預(yù)定重量”。應(yīng)該理解，該重量在用途與用途之間(零件與零件之間)是有所改變的，因此為了本發(fā)明的目的不能夠明確地定量。
因此，上述不能使用已知粉末輸送方法生產(chǎn)的具有復(fù)雜形狀和緊密尺寸公差的零件如螺旋齒輪和鏈輪，采用本發(fā)明的粉末輸送方法和裝置就可以生產(chǎn)。除了保證這種“壓制”尺寸公差之外，本發(fā)明還為粉末冶金零件的設(shè)計(jì)提供了更大的可能性，例如由于濕壓坯和燒結(jié)零件內(nèi)裂紋減少而提高合格率，更快的安裝時(shí)間和更高的生產(chǎn)率。
本發(fā)明還可任選地采用無(wú)滑閘供料系統(tǒng)和粉末輸送方法。由于使用壓力或空氣直接將顆粒材料輸送至模腔，因此就沒(méi)有與伸出和縮回(往復(fù))供料板容器以輸送粉末至粉末壓機(jī)模腔相關(guān)的時(shí)間損失。取消滑閘就消除了由于拉回模腔上方已知給料板容器至返回位置時(shí)引起的粉末楔入。本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)是它可任選地作為完全密閉系統(tǒng)使用，減少或消除了粉末廢料和使用傳統(tǒng)供給方法和裝置時(shí)模腔周圍粉末的遺失和對(duì)環(huán)境的破壞。此外，由于不需要移動(dòng)滑閘零件，損壞或磨損零件的數(shù)量可以降低，從而減少成本。另外由于上沖頭可能遇到障礙產(chǎn)生的安全問(wèn)題也被消除。
下面通過(guò)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1為按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的粉末供給系統(tǒng)的分解透視圖；圖2a為按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的粉末供給系統(tǒng)處于供給(連接)位置的示意側(cè)視圖；圖2b為圖2a所示供給系統(tǒng)處于停止(脫離)位置的示意側(cè)視圖；圖3為示出壓力容器和供給管路的粉末輸送系統(tǒng)的示意側(cè)視圖；圖4為按照本發(fā)明的粉末供給系統(tǒng)內(nèi)使用的環(huán)形供給貯箱的頂視圖，示出反壓過(guò)濾器清理系統(tǒng)；圖5為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的粉末供給系統(tǒng)包括稱重器在內(nèi)的示意圖；圖6為使用本發(fā)明制造的鏈輪的透視圖；圖7為按照本發(fā)明制造的一組30個(gè)零件的同心度值的頻率分布圖；圖8為按照本發(fā)明制造的一組30個(gè)零件的高度值的頻率分布圖；圖9為按照本發(fā)明制造的一組30個(gè)零件的高度值的頻率分布圖；圖10為按照本發(fā)明制造的一組30個(gè)順序零件的高度精確性曲線圖；圖11為按照本發(fā)明粉末供給系統(tǒng)制造的具有目標(biāo)重量500g的零件的重量精確性曲線圖。該曲線圖示出供給循環(huán)30個(gè)重復(fù)點(diǎn)以及說(shuō)明稱重系統(tǒng)的再現(xiàn)性。
圖12為具有目標(biāo)直徑為2.7英寸的30個(gè)順序齒輪的同心度曲線，說(shuō)明其波動(dòng)有限。
按照本發(fā)明的最基本實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種方法和裝置，使用壓力或空氣推進(jìn)一定數(shù)量的粉末至粉末壓機(jī)的模腔，隨后在該模腔內(nèi)使粉末流態(tài)化，以保證在模腔內(nèi)粉末實(shí)質(zhì)上均勻的分布。這種流態(tài)化可以不依賴于加壓輸送獨(dú)立進(jìn)行，換句話說(shuō)，輸送至粉末壓機(jī)(或者任何制造顆粒材料零件的裝置)的模腔的粉末或顆粒材料使用普通方法也可以按照本發(fā)明在模腔內(nèi)借助隨后的流態(tài)化而獲利。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1所示實(shí)施例，示出重量脈沖供給粉末輸送系統(tǒng)的獨(dú)特外觀。圖中所示供給系統(tǒng)可以供給和輸送精確數(shù)量的粉末金屬至模腔。粉末金屬(圖中未示出)被后面來(lái)的壓力均勻輸送，后面來(lái)的壓力推進(jìn)一定數(shù)量的粉末進(jìn)入模腔的全部區(qū)域，并被同時(shí)作用的上模沖頭7和下模沖頭11壓實(shí)。這里用術(shù)語(yǔ)“金屬粉末”僅為了說(shuō)明目的，因此本發(fā)明的教導(dǎo)不僅限于處理金屬粉末，它同樣適合于處理和輸送不同重量和種類的顆粒材料，例如陶瓷、聚合物、碳化物及水泥(與水混合的水泥材料)的片狀物、粉末、纖維或薄板。
本發(fā)明可以在3秒或更短時(shí)間將500g粉末推入壓模。生產(chǎn)一個(gè)零件的總循環(huán)時(shí)間相應(yīng)由使用普通粉末供給方法的約10秒減少至使用本發(fā)明方法和系統(tǒng)的4秒或4秒以下。這些零件的同心度、高度和重量公差也大大提高。
特別是如圖所示本發(fā)明具有粉末供給系統(tǒng)，可將一定數(shù)量的顆粒材料輸送至粉末壓機(jī)的模腔，按圖1所示的粉末供給系統(tǒng)的工作原理如下。粉末壓機(jī)具有帶臺(tái)面2的平臺(tái)1，臺(tái)面2與模腔5齊平并包住它。該壓機(jī)還具有由上錘部9下垂的上沖頭7，和下沖頭11。圖1所示粉末輸送系統(tǒng)具有貯箱13，此處所示為環(huán)形，用于接收和輸送顆粒材料至模腔5。貯箱13可用任何適當(dāng)?shù)倪B接件與模面22連接，此處用螺栓4連接，它延伸通過(guò)貯箱孔24和隨后通過(guò)模面22的螺紋孔6。貯箱13具有入口15，在壓力下被接收的一定數(shù)量的顆粒材料通過(guò)它進(jìn)入，還具有出口17，它與模腔5的內(nèi)壁19對(duì)準(zhǔn)和連接，顆粒材料在壓力下通過(guò)出口17由供給管路21經(jīng)過(guò)內(nèi)孔16進(jìn)入模腔5。供給管路21在第一端23處與貯箱入口15密封連接。
在圖1中，按照本發(fā)明所示的加壓粉末供給系統(tǒng)具有環(huán)形的貯箱13，其環(huán)形箱體14圍繞和限定了內(nèi)孔16。貯箱體14具有頂面18和底面20以及在底面20處與模面22密封連接，模面22與平臺(tái)1的臺(tái)面2鄰接從而使環(huán)形貯箱體14圍繞模腔5的上邊沿3以及內(nèi)孔16與模腔5鄰接。排氣口35延伸通過(guò)貯箱體14用于釋放模腔5內(nèi)部19內(nèi)的壓力。
圖2a和2b為加壓粉末的供給系統(tǒng)的代替實(shí)施例，其貯箱113為環(huán)形的，并具有環(huán)形的貯箱體114圍繞和確定了內(nèi)孔116，上沖頭107移動(dòng)穿過(guò)內(nèi)孔。排氣口135延伸通過(guò)貯箱體114。貯箱體114具有底面120用于與模面122密封連接，模面122被平臺(tái)101圍繞(圖2a示出接合位置)以及具有頂面118，在此處貯箱體114作活動(dòng)連接和用彈簧懸掛器143從上錘部109懸掛下來(lái)，通過(guò)懸掛器143的錨柱146的第一端145與貯箱體114固定，而第二端144滑動(dòng)延伸進(jìn)入上錘部109的凹槽149內(nèi)。工作時(shí)上錘部109向下移動(dòng)，降下環(huán)形貯箱體114至這樣位置，使貯箱體114的底面120與模腔105的頂面122接合。上錘部109繼續(xù)以向下移動(dòng)方式降下上沖頭107通過(guò)內(nèi)孔116，從而在繼續(xù)降下進(jìn)入模腔105之前密封內(nèi)孔116以及對(duì)著下沖頭111壓實(shí)通過(guò)供給管路121進(jìn)入模腔105的顆粒材料。
在一個(gè)代替的實(shí)施例中，雖然沒(méi)有專門繪圖說(shuō)明，其貯箱體可以形成壓模的一部分和“置入”模腔內(nèi)，因而貯箱體的頂面與平臺(tái)的表面齊平，在該實(shí)施例中，按照本發(fā)明的粉末供給系統(tǒng)具有環(huán)形(或其它適宜形狀)的貯箱體，圍繞和限定模腔。貯箱體具有頂面和底面以及處于這樣位置，使貯箱體的頂面與平臺(tái)的臺(tái)面齊平。這種排列形狀對(duì)以下情況有利，其中粉末壓機(jī)使用相對(duì)于靜止的下沖頭降下平臺(tái)的方法從模腔中向上推出零件來(lái)出模。本專業(yè)的技術(shù)人員可以設(shè)想，在本發(fā)明的實(shí)施例中其供給貯箱是栓接在平臺(tái)的頂上，在出模時(shí)零件可以被夾持在貯箱的內(nèi)孔內(nèi)。
在所有上述實(shí)施例中，應(yīng)該理解貯箱的“環(huán)形”形狀僅為舉例的目的，貯箱可以為適當(dāng)圍繞模腔的任何形狀，通過(guò)基本追隨模腔的邊緣形狀貯箱的內(nèi)部確定了模腔的形狀。由此可見(jiàn)，本發(fā)明不應(yīng)解釋為局限于環(huán)形貯箱。
在特殊情況下，貯箱可以是壓機(jī)的上沖頭或下沖頭。這種布局形式特別適合于生產(chǎn)很小型的零件的情況。在此種情況下沖頭的整體性不會(huì)由于要將所需沖頭重量損失轉(zhuǎn)成輸送粉末的貯箱中而降低或犧牲。
在另一代替的實(shí)施例中(圖中未示出)，采用了盒形貯箱，它具有頂部進(jìn)口和底部出口。盒形貯箱可與滑閘任選地協(xié)作，例如通過(guò)氣動(dòng)活塞/氣缸或機(jī)械連接，用于使貯箱沿著高于并與底部出口伸出模腔外的位置橫交的水平面選擇性往復(fù)移動(dòng)以及用于使貯箱向下移動(dòng)以便底部出孔與模腔對(duì)準(zhǔn)，然后使用壓力或空氣推進(jìn)貯箱內(nèi)的粉末進(jìn)入模腔。然后移開(kāi)盒形貯箱從而使上沖頭向下進(jìn)入模腔壓實(shí)零件。
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明具有至少一個(gè)壓力發(fā)生器225，它與壓力容器229的頂端227相連通并成密封連接。壓力容器229以其底端226與供給管路221的第二端231連接。壓力發(fā)生器225用于提供超大氣壓力以推進(jìn)顆粒材料由壓力容器229通過(guò)供給管路221進(jìn)入模腔205以及用于任選地使顆粒材料233在模腔205內(nèi)流態(tài)化，以便產(chǎn)生顆粒材料233在模腔205內(nèi)實(shí)質(zhì)上均勻的密度分布，供給管路221最好用不產(chǎn)生靜電的材料制造。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)內(nèi)部帶有彌散石墨片的導(dǎo)電特氟隆材料管座放在不銹鋼套管的內(nèi)襯用于研磨目的是有用的。但是，任何非靜電材料都適合于制造供給管路。至少一個(gè)排氣口235延伸通過(guò)貯箱體214用于釋放模腔205內(nèi)的壓力。此處所示貯箱體214圍繞及限定內(nèi)孔216。貯箱體214具有頂面218和底面220，并且在底面220處與被平臺(tái)201圍繞的模面222密封連接，這樣使環(huán)形貯箱體204圍繞模腔205的上邊沿203，并且內(nèi)孔216與模腔205鄰接。
在本發(fā)明的粉末輸送系統(tǒng)的任何適當(dāng)點(diǎn)設(shè)置至少一個(gè)排氣口，例如圖3所示，至少一個(gè)排氣口235位于貯箱213上，而它延伸通過(guò)貯箱體214，代替的方案是，至少一個(gè)排氣口位于壓力容器229上，或者兩者都設(shè)置。如使用壓力推進(jìn)粉末進(jìn)入模腔205時(shí)排氣口235可用于釋放模腔205內(nèi)的壓力，排氣口235也與壓力脈沖結(jié)合使用模腔205內(nèi)的粉末流態(tài)化。排氣口235還可進(jìn)一步設(shè)置閥236(例如使提升閥)，用于開(kāi)閉，以釋放模腔205內(nèi)的壓力。
參見(jiàn)圖4，排氣口335的鄰近端部可以補(bǔ)充任選地裝有濾網(wǎng)337，以便在通過(guò)輸送管(圖中未示出)路壓力輸送粉末進(jìn)入模腔305時(shí)防止粉末從模腔305中通過(guò)排氣口335流失。排氣口335還可以在其遠(yuǎn)端補(bǔ)充任選地設(shè)有輔助的壓力發(fā)生器(圖中未示出)，用于吹走濾網(wǎng)337上的粉末進(jìn)行清理。在貯箱313中還任選地設(shè)置了第三輔助管路338用于把任何數(shù)量的有用添加物質(zhì)送至模腔305中。這些添加劑包括溶劑、試劑、模壁潤(rùn)滑劑、催化溶液(粉末冷焊接用的稀酸)以及其它任何生產(chǎn)粉末壓制零件有用的物質(zhì)。
正如上述，本發(fā)明的供給系統(tǒng)可以用重量法，因而可在供給系統(tǒng)的貯箱與顆粒材料來(lái)源之間設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)稱重器。稱重器用于稱重顆粒材料傳送至模腔之前的重量。本發(fā)明的重量法傳送方法和供給裝置可以保證粉末的每次取料預(yù)稱重為約至3000g或更多，稱重精度約0.1g。粉末取料量任選地稱重以及在壓力下推進(jìn)至模腔，并在模腔內(nèi)流態(tài)化(類似于自然界中的流態(tài)化行為)，從而均勻填充模腔的全部區(qū)域以獲得均勻的密度。
參見(jiàn)圖5，按本發(fā)明的稱重器具有從料斗464的下端462接收一定數(shù)量的顆粒材料(圖中未示出)的稱重器容器460。稱重器容器460具有至少一個(gè)底孔466用于釋放顆粒材料進(jìn)入壓力容器429。稱重器容器460具有上邊緣468，其上帶有至少兩個(gè)支承點(diǎn)470。細(xì)長(zhǎng)支承梁472由上述至少兩個(gè)支承點(diǎn)470的近端475垂下和連接在該處，以及在其遠(yuǎn)端476與橫臂478連接。橫臂478架設(shè)在加載傳感器479上面。加載傳感器479具有信號(hào)發(fā)送器(圖中未示出)用于發(fā)送信號(hào)至控制器(圖中未示出)用以開(kāi)、閉與料斗464的出料口462關(guān)聯(lián)的閥480。壓力容器429具有閥482，用于當(dāng)壓力容器429接收來(lái)自壓力發(fā)生器425提供的壓力時(shí)防止壓力由其逸散。壓力容器429用橋架484偏置支承在加載傳感器479的上面。橋架484由水平橋支件485和垂直橋支件486組成，每個(gè)橋支件跨在加載傳感器479上。壓力容器429由懸掛器487懸掛在水平橋支件485上面。壓力發(fā)生器425用于在壓力容器429、供給管路421和模腔405內(nèi)產(chǎn)生超大氣壓力以及通過(guò)壓力管488與壓力容器429連接及與電子控制器(圖中未示出)連接，負(fù)責(zé)壓力容器429開(kāi)始和停止輸送壓力。
重要的是指出，按本發(fā)明的稱重系統(tǒng)的工作獨(dú)立于壓力輸送系統(tǒng)，從而不會(huì)有因該系統(tǒng)增加總時(shí)間的缺點(diǎn)，所以，正確數(shù)量的粉末材料在壓制循環(huán)中已經(jīng)稱重，一旦加壓供給系統(tǒng)貯箱的粉末成分被輸送至模腔，即已做好使用的準(zhǔn)備。
圖5還示出，加壓供給系統(tǒng)一般具有供給系統(tǒng)貯箱體414及與貯箱體414連接用的供給管路421，通過(guò)貯箱體414一定數(shù)量的顆粒材料(圖中未示出)被推進(jìn)至模腔405。此外，可以使用幾個(gè)壓力系統(tǒng)來(lái)輸送不同的材料，例如銅、鋁，以便制造銅鋁基的散熱片用于低熱傳導(dǎo)系數(shù)，或制造多種不同成分合金，制造功能級(jí)合金。
在工作中，供給系統(tǒng)貯箱體414處于這樣位置，即內(nèi)孔416與模腔405對(duì)準(zhǔn)和相鄰。上沖頭407下降至與貯箱體414的內(nèi)邊緣408接合并密封模腔405與外部大氣隔離，使系統(tǒng)加壓。料斗閥454開(kāi)啟，使顆粒材料由料斗464流入具有關(guān)閉插板閥467的稱重容器460內(nèi)。當(dāng)加載傳感器479記錄到稱重器容器460內(nèi)的顆粒材料的重量大約為預(yù)定重量的一半時(shí)，由加載傳感器479發(fā)出一個(gè)信號(hào)，引起料斗閥454部分關(guān)閉，從而降低了顆粒材料由料斗464流入稱重器容器460的速率。當(dāng)加載傳感器479記錄到稱重器容器460內(nèi)的顆粒材料的重量與預(yù)定重量相符時(shí)，閥454完全關(guān)閉，從而停止了顆粒材料由料斗閥454流入稱重器容器460。閥467開(kāi)啟，釋放顆粒材料進(jìn)入壓力容器429。閥482關(guān)閉及壓力發(fā)生器425在壓力容器429內(nèi)產(chǎn)生壓力，從而推進(jìn)顆粒材料通過(guò)粉末供給管路421進(jìn)入貯箱體414的內(nèi)孔416和進(jìn)入模腔405。壓力通過(guò)排氣口435(或圖中未示出的輔助排氣口)排出，它是與推進(jìn)顆粒材料產(chǎn)生的壓力同時(shí)排出或者很快在其后排出。產(chǎn)生的壓力隨后成至少一個(gè)脈沖的系列排出，使模腔405內(nèi)的顆粒材料流態(tài)化及最終使模腔405全部區(qū)域內(nèi)的粉末密度均勻分布。上沖頭407繼續(xù)下降和顆粒材料在模腔405內(nèi)被壓實(shí)成為零件(圖中未示出)。對(duì)生產(chǎn)的每個(gè)零件重復(fù)此循環(huán)。
為了本發(fā)明目的，流態(tài)化步驟是使模腔內(nèi)的粉末均勻，從而在整個(gè)模腔內(nèi)具有均勻的密度。該粉末流態(tài)化步驟可以脫離加壓粉末輸送而獨(dú)立地進(jìn)行，因此可用于傳統(tǒng)的粉末供給方法及給料板，其中滑閘使粉末簡(jiǎn)單地落入模腔。為了本發(fā)明的目的，可用任何數(shù)量的方法進(jìn)行流態(tài)化，它可以包括，但不局限于模腔的加壓和排氣，填充模腔的振動(dòng)(超聲振動(dòng)、聲學(xué)振動(dòng)、沖擊、電場(chǎng)或磁力脈沖等)或者往模腔內(nèi)添加與液體成分混合的粉末，這些液體隨后可以用蒸發(fā)、真空或壓力驅(qū)散方式清除。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了在粉末壓機(jī)的模腔內(nèi)獲得顆粒材料密度均勻分布的方法。這種方法包括輸送一定數(shù)量的顆粒材料至模腔和使顆粒材料在模腔內(nèi)流態(tài)化和均勻分布，從而使沿整個(gè)模腔密度實(shí)質(zhì)上均勻。最好流態(tài)化步驟包括密封模腔與大氣隔離以及隨后在模腔內(nèi)部施加至少一個(gè)壓力脈沖的系列。該壓力脈沖的系列包括約2至約100個(gè)壓力脈沖。每個(gè)脈沖包括輸送超大氣壓至密封的模腔及隨后由模腔內(nèi)排氣。最好，每個(gè)壓力脈沖輸送至模腔的壓力為約1至150psi(磅/英寸2)，時(shí)間期限為約10xs(秒)排氣時(shí)間期限為至少每次是x s中的一部分。典型的是這種壓力脈沖包括輸送至模腔的壓力為約1至150psi，時(shí)間期限為約0.01秒至60秒以及排氣時(shí)間為至少每次約0.01至60秒中的一部分。
在特別優(yōu)選的方法中，壓力脈沖系列包括約2至100壓力脈沖。每個(gè)壓力脈沖包括輸送至模腔的壓力為約1至150psi，時(shí)間期限為約0.01至60秒，以及排氣時(shí)間為至少每次約0.01至60秒中的一部分。
按本發(fā)明方法，施加超大氣壓可以任選地與輸送顆粒材料至模腔的粉末輸送步驟同時(shí)進(jìn)行。在這種情況下，輸送粉末施加的壓力為約1至150psi，時(shí)間期限為約0.01至60秒。按本發(fā)明方法，其中使用壓力推進(jìn)顆粒材料至模腔，流態(tài)化步驟可以代替地包括以至少一個(gè)脈沖的系列由模腔排出用來(lái)把顆粒材料推進(jìn)入模腔的壓力。該系列最好包括約2至100個(gè)脈沖排氣，以及每個(gè)脈沖排氣時(shí)間最好為至少約0.01至60秒。
通常，當(dāng)使用本發(fā)明方法和粉末供給系統(tǒng)時(shí)在模腔內(nèi)產(chǎn)生的適合的專用壓力是方便地優(yōu)選的，但不應(yīng)理解僅局限于上述教導(dǎo)的范圍。這些壓力一般根據(jù)模腔的尺寸和復(fù)雜性，以及均勻填充模腔的難度來(lái)變化。同樣，對(duì)于本專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，加壓(和排氣)的適當(dāng)時(shí)間期限也容易優(yōu)選。上述的優(yōu)選方案也適用于建立正確的輸送和排氣壓力脈沖圖式，以便在模腔內(nèi)形成粉末的流態(tài)化床，從而在粉末壓實(shí)前獲得粉末密度的均勻分布或者用于均勻混合具有不同密度的各種粉末。在模腔內(nèi)粉末的流態(tài)化步驟不應(yīng)局限于在模腔內(nèi)產(chǎn)生壓力和排氣，它應(yīng)理解為包括其它一些引起顆粒材料在模腔內(nèi)象流體一樣的行為，從而在整個(gè)模腔內(nèi)獲得密度的均勻分布的手段。這些手段包括但不局限于振動(dòng)填充模、建立電場(chǎng)、超聲和聲學(xué)振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、磁場(chǎng)以及其綜合方法。代替的方案是流態(tài)化步驟可以用于混合粉末與適當(dāng)?shù)囊后w，隨后用蒸發(fā)、驅(qū)散或抽真空法清除液體。用一種代替的方法也可以實(shí)現(xiàn)粉末在模腔內(nèi)的均勻分布，它是使進(jìn)入模腔的粉末帶有收縮包套，緊緊地包圍住粉末材料，這種包套在壓實(shí)時(shí)可起到使材料在模腔內(nèi)平整的作用。
如同以上所述粉末供給系統(tǒng)，本發(fā)明所用適宜的顆粒材料可以是任何已知的或未知的顆粒，例如制造零件和元件使用的顆粒、片狀物、纖維或其混合物，這些材料包括但不局限于金屬粉末、非金屬粉末、金屬間化合物粉末及復(fù)合粉末。
本發(fā)明的方法可以任選地包括顆粒材料在輸送至模腔之前的稱重。這種方法包括提供一定數(shù)量的顆粒材料及使顆粒材料以第一速率流動(dòng)進(jìn)入放置在稱重器上的稱重貯箱內(nèi)，以記錄顆粒材料的重量。當(dāng)稱重器記錄的重量達(dá)到預(yù)定重量的約1/4至3/4時(shí)，最好是預(yù)定重量的約1/2時(shí)，流動(dòng)速率降低至第二速率。當(dāng)稱重器記錄恒重時(shí)、顆粒材料的流動(dòng)停止。恒重的顆粒材料隨后被輸送至與模腔對(duì)齊的供給貯箱。模腔的頂部被上沖頭密封。與輸送步驟同時(shí)在壓力容器內(nèi)產(chǎn)生壓力和進(jìn)入供給貯箱，從后面推進(jìn)一定數(shù)量的顆粒材料進(jìn)入模腔。由于壓力是從后面產(chǎn)生和施加上，顆粒材料在加壓空氣之前作為整團(tuán)材料運(yùn)動(dòng)。最好，該數(shù)量的顆粒材料由在其下部具有閥的料斗提供。該閥開(kāi)啟使顆粒材料以一定速率流動(dòng)從料斗進(jìn)入放置在稱重器上面的稱重貯箱內(nèi)，以記錄顆粒材料的重量。當(dāng)稱重器記錄的重量達(dá)到恒重的約1/4至3/4時(shí)，最好為恒重的約1/2時(shí)閥部分關(guān)閉。當(dāng)加載傳感器記錄下恒重時(shí)，閥完全關(guān)閉。
當(dāng)然，本方法也可以任選地包括顆粒材料在模腔內(nèi)的流態(tài)化步驟以便在整個(gè)模腔內(nèi)獲得顆粒材料密度的均勻分布。這種流態(tài)化步驟可以使用上述任何一種方法進(jìn)行。
業(yè)已指出，按本發(fā)明的方法特別適合于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀和緊密尺寸公差的粉末冶金零件。在這些方法中提供的模腔的形狀與零件的對(duì)應(yīng)?？墒褂帽景l(fā)明方法制造的零件實(shí)例包括但不局限于表殼、鏈輪、螺旋齒輪、蝸輪、定子芯、散熱片結(jié)構(gòu)、汽車連桿及電動(dòng)機(jī)用電樞。
按本發(fā)明的粉末供給系統(tǒng)可以適用于任何已知的粉末壓機(jī)制造方法中和可是受溫度控制的，例如絕熱、對(duì)流或感應(yīng)加熱、微波系統(tǒng)或熱傳導(dǎo)方法，后者是通過(guò)管道泵送潤(rùn)滑油或熱水。上述供給系統(tǒng)和方法也可用于多路供給情況。
在另一實(shí)施例中，按本發(fā)明的粉末壓機(jī)用于制造顆粒材料零件。按本發(fā)明的該粉末壓機(jī)具有上述的粉末供給系統(tǒng)用于輸送顆粒材料至模腔以及限定粉末壓機(jī)的壓模臺(tái)的耐磨平板。在本發(fā)明的這些實(shí)施例中具有滑閘，供給系統(tǒng)貯箱的滑閘以其底面安裝在耐磨平板的上表面上。在無(wú)滑閘的實(shí)施例中，環(huán)形供給箱連接在壓模臺(tái)的上表面或者放置在內(nèi)部及與模腔齊平并圍繞模腔。代替的方案是環(huán)形供給箱圍繞粉末壓機(jī)的上沖頭升起和懸掛。
下面本發(fā)明結(jié)合實(shí)例較專業(yè)性地說(shuō)明。
實(shí)例1一系列30個(gè)500g(克)的鏈輪零件，其形狀如圖6所示，目標(biāo)高度為1.5英寸，目標(biāo)直徑為2.7英寸，按本發(fā)明生產(chǎn)，使用下列參數(shù)鋼粉末(Hoeganas 1000B與碳混合)通過(guò)夾緊閥供給(Red ValveSeries 2600，1英寸直徑)，用電子調(diào)節(jié)器控制(Norgren ElectronicRegulator)，速率約250g/s，放置在加載傳感器上的稱重器上(TedeHuntleigh Load cell Model#9010)，當(dāng)加載傳感器記錄約250g時(shí)，電子調(diào)節(jié)器引起夾緊閥扼流，以減慢供給加載傳感器的粉末。當(dāng)加載傳感器記錄下目標(biāo)重量(500g)時(shí)，夾緊閥完全關(guān)閉，加載傳感器與電子調(diào)節(jié)器連接，后者本身用模擬信號(hào)控制。粉末開(kāi)始通過(guò)夾緊閥落到具有關(guān)閉的擋板閥的稱重器漏斗中，擋板閥由電磁螺線管閥控制(DormeyerIndustries B 24253-A-7)。稱重器漏斗與加載傳感器連接。加載傳感器的控制器以每個(gè)零件目標(biāo)重量500g以及緩慢供應(yīng)及滴流重量編程序。螺紋管閥的開(kāi)啟引起擋板閥開(kāi)啟放進(jìn)已稱重的粉末和關(guān)閉擋板閥。粉末落在頂上有夾緊閥的壓力容器內(nèi)，該閥可以開(kāi)啟和關(guān)閉壓力容器。夾緊閥的關(guān)閉封住壓力容器的入口。壓力容器的出口與供給管連接(供給管為帶不銹鋼護(hù)套的碳/特氟隆復(fù)合材料管，SC 8-608-608-66)。供給管通過(guò)粉末輸送管路以其遠(yuǎn)端與環(huán)形貯箱連接。加壓空氣由壓力發(fā)生器提供傳送至壓力容器，壓力發(fā)生器由壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)(Norgren ElectronicPressure Regulator R26-200-RMLA)，壓力空氣通過(guò)預(yù)過(guò)濾器可過(guò)濾掉水分和尺寸小至5μm(微米)的物質(zhì)，隨后通過(guò)凝聚過(guò)濾器可過(guò)濾掉尺寸小至1μm(微米)的物質(zhì)?？諝膺M(jìn)入由模擬信號(hào)控制的電子調(diào)節(jié)器(Norgren Air Pressure Regulator 11-018-110，帶Dial PSI指示器)?？諝馔ㄟ^(guò)過(guò)濾器和通過(guò)提升閥排出(Norgren 3-way Poppit ValveD1023H-CCIWA)。在過(guò)濾時(shí)電子調(diào)節(jié)器用由電子控制器(Norgren AirPressure Regulator 11-018-110 W/Dial PSI indicator)控制的適當(dāng)壓力量編程序。粉末壓機(jī)的上沖頭下降密封住環(huán)形供給系統(tǒng)貯箱的頂部，有效地密封該系統(tǒng)和控制器開(kāi)啟和關(guān)閉提升閥使空氣進(jìn)入供給管路及由供給環(huán)排出。粉末落至壓力容器的底部及提升閥開(kāi)啟使空氣進(jìn)入推進(jìn)粉末通過(guò)供給管進(jìn)入供給系統(tǒng)的環(huán)形貯箱和最終進(jìn)入模腔。提升閥處于環(huán)形供給系統(tǒng)貯箱排氣口的關(guān)閉位置，可使空氣由模腔排出。排氣口被擋板蓋住，它可以用與排氣方向相反的強(qiáng)制空氣清理。調(diào)節(jié)器使壓力發(fā)生器內(nèi)的壓力降低至流態(tài)化壓力以及模腔內(nèi)的粉末被快速進(jìn)入和排出模腔的壓力流態(tài)化。這一過(guò)程的相關(guān)處理參數(shù)如下處理供給粉末進(jìn)入模腔—在55 PSI下1秒的3個(gè)脈沖，及排氣0.09秒。
流態(tài)化—在10 PSI下1秒的8個(gè)脈沖及排氣0.09秒。
內(nèi)徑0.37″的供給管。
粉末輸送至模腔后，粉末在220噸的壓機(jī)(Cincinatti press)的上下沖頭之間壓實(shí)至密度為6.9g/cc，制成具有下列要求的零件公差的鏈輪重量+/-0.6g(+/-3sigma)高度+/-0.0009英寸(+/-3sigma)同心度+/-0.0009英寸(+/-3sigma)工具的同心度公差為+/-0.006。
同心度、高度和重量測(cè)量取自這樣制造的30個(gè)零件(同心度使用Mitoyo Bench Center測(cè)量)結(jié)果列于表1。
表1
同心度測(cè)量值標(biāo)注在圖7所示的頻率分布圖上，在圖上標(biāo)注出測(cè)量值與發(fā)生頻率的關(guān)系。在同心度值范圍內(nèi)的樣品數(shù)分組以顯示目標(biāo)值附近同心度的變化。
高度測(cè)量值標(biāo)注在圖8所示的頻率分布圖上，在圖上標(biāo)注出測(cè)量值與發(fā)生頻率的關(guān)系。在高度值范圍內(nèi)的樣品數(shù)分組以顯示目標(biāo)值附近同心度的變化。
重量測(cè)量值標(biāo)注在圖9所示的頻率分布圖上，在圖上標(biāo)注出測(cè)量值與發(fā)生頻率的關(guān)系。在重量值范圍內(nèi)的樣品數(shù)分組以顯示目標(biāo)值附近同心度的變化。
實(shí)例2按照實(shí)例1規(guī)定過(guò)程制造的30個(gè)500g零件，使用下列參數(shù)供給脈沖在25PSI下1秒的3個(gè)脈沖，排氣0.09秒。
流態(tài)化在12PSI下1秒的8個(gè)脈沖，排氣0.09秒。
零件的高度和重量測(cè)量結(jié)果列于表2。
表2
個(gè)零件中每個(gè)零件的高度測(cè)量值(英寸)標(biāo)注在圖10所示的曲線圖上，它示出零件高度的最小變化。
30個(gè)零件中每個(gè)零件的重量測(cè)量值(克)標(biāo)注在圖11所示的曲線圖上，曲線圖上的每個(gè)測(cè)量值用■表示。方括號(hào)之間的面積表示使用最佳工業(yè)實(shí)踐預(yù)期的變化性。
實(shí)例3按實(shí)例1規(guī)定過(guò)程制造的30個(gè)500 g零件，使用下列參數(shù)供給脈沖在40PSI下1秒的3個(gè)脈沖，排氣0.09秒。
流態(tài)化在12PSI下1秒的8個(gè)脈沖，排氣0.09秒。
最終零件的同心度測(cè)量結(jié)果如下
這些同心度值標(biāo)注在圖12所示的曲線圖上。左邊值用·表示，右邊值用■表示，方括號(hào)下面的面積表示使用最佳工業(yè)實(shí)踐獲得的預(yù)期值。
本發(fā)明在不脫離其基本特性的情況下可以有其它特殊形式的實(shí)施例，因此本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)在所有方面作為說(shuō)明性而不是限制性的考慮，本發(fā)明的范圍用權(quán)利要求書而不是前面的說(shuō)明來(lái)指出，以及在權(quán)利要求書等值意義及范圍內(nèi)的全部改變也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種粉末供給系統(tǒng)，用于把一定數(shù)量的顆粒材料輸送至粉末壓機(jī)模腔，所述的粉末壓機(jī)具有臺(tái)式平板表面，它與帶有內(nèi)置模腔的壓模齊平并圍繞它，所述的模腔具有上邊沿、由上錘部下垂的上沖頭及下沖頭，所述的粉末供給系統(tǒng)包括用于接收和輸送顆粒材料至模腔的貯箱，所述的貯箱具有入口，通過(guò)它接收由后面加壓的顆粒材料，以及出口，用于與模腔內(nèi)部對(duì)準(zhǔn)和通過(guò)它將來(lái)自供應(yīng)管路加壓的顆粒材料輸送至模腔，所述的供應(yīng)管路的第一端與貯箱口密封連接；至少一個(gè)壓力發(fā)生器，與壓力容器密封連接并與壓力容器的頂部連通，壓力容器與所述的供給管路的第二端連接，所述的壓力發(fā)生器用于提供超大氣壓力以推進(jìn)顆粒材料由壓力容器通過(guò)供給管路及貯箱進(jìn)入模腔及任選地在模腔內(nèi)使顆粒材料流態(tài)化以獲得在模腔內(nèi)顆粒材料密度的實(shí)質(zhì)均勻分布，以及至少一個(gè)排氣口用于釋放模腔內(nèi)的壓力。
2.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末輸送系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一個(gè)排氣口位于貯箱上。
3.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末輸送系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一個(gè)排氣口位于壓力容器上。
4.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末輸送系統(tǒng)，其特征在于貯箱為環(huán)形的和具有環(huán)形的貯箱體，它圍繞和限定了一內(nèi)孔，所述的貯箱體具有頂面和底面，并以其底面與壓模表面密封連接，這樣使環(huán)形的貯箱體圍繞模腔的上邊沿以及所述的內(nèi)孔與模腔鄰接。
5.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末輸送系統(tǒng)，其特征在于貯箱為環(huán)形的和具有環(huán)形的貯箱體，它圍繞和限定了模腔，所述的貯箱體具有頂面和底面及其位置設(shè)成使貯箱體的頂面與壓模的表面齊平。
6.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末輸送系統(tǒng)，其特征在于貯箱為環(huán)形的和具有環(huán)形的貯箱體，它圍繞和限定了一內(nèi)孔，上沖頭運(yùn)動(dòng)通過(guò)所述的內(nèi)孔，所述的貯箱體具有底面用于與壓模的表面接合，以及頂面與上錘部連接并由其下垂。
7.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末供給系統(tǒng)，其特征在于所述的貯箱為上沖頭。
8.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末供給系統(tǒng)，其特征在于所述的貯箱為下沖頭。
9.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末供給系統(tǒng)，其特征在于所述的貯箱為盒形，其進(jìn)口為頂口及其出口為底口，它還具有與上貯箱活動(dòng)連接的滑閘，用于使所述的貯箱在高于和與底出口伸出所述模腔的一位置橫交的水平面選擇性移動(dòng)以及使所述的供給系統(tǒng)貯箱向下移動(dòng)使底口與模腔對(duì)準(zhǔn)。
10.按照權(quán)利要求1所述的加壓粉末供給系統(tǒng)，其特征在于它還具有設(shè)置在供給系統(tǒng)貯箱與顆粒材料來(lái)源之間的稱重器，所述的稱重器用于在顆粒材料輸送至模腔之前的稱重。
11.按照權(quán)利要求10所述的加壓粉末供給系統(tǒng)，其特征在于所述的稱重器具有稱重器容器，用以接收盛有一定數(shù)量顆粒材料的料斗的下端流出的一定數(shù)量的顆粒材料，所述的稱重器具有至少一個(gè)底出口，用于釋放顆粒材料至所述的壓力容器，所述的稱重器容器具有其上帶有至少兩個(gè)支承點(diǎn)的上邊緣，延伸的支承梁在其近端處由所述的至少兩個(gè)支點(diǎn)下垂和連接在該處，以及其遠(yuǎn)端與橫臂連接；所述的橫臂架設(shè)在其上的加載傳感器，所述的加載傳感器具有信號(hào)發(fā)送器，用于發(fā)送信號(hào)至控制器，用以開(kāi)、閉與料斗的出料口關(guān)聯(lián)的閥。
12.一種加壓粉末輸送系統(tǒng)用來(lái)把一定數(shù)量的顆粒材料輸送至粉末壓機(jī)的模腔，所述的輸送系統(tǒng)具有接收一定數(shù)量顆粒材料的料斗，所述的料斗的下端具有出料口，一個(gè)閥與此出料口關(guān)聯(lián)，所述的閥具有開(kāi)啟和關(guān)閉位置；當(dāng)所述的閥處于所述的開(kāi)啟位置時(shí)稱重器容器用于接收所述的料斗的所述的下端來(lái)的一定數(shù)量的顆粒材料，所述的稱重器容器具有至少一個(gè)出口用于釋放所盛的顆粒材料，所述的稱重器容器具有其上帶有至少兩個(gè)支承點(diǎn)的上邊緣，延伸的支承梁在其近端處由所述的至少兩個(gè)支點(diǎn)下垂和連接在該處，以及其遠(yuǎn)端與橫臂連接；具有可密封頂口的壓力容器，直接位于所述的底出口下面，用以接收來(lái)自它的顆粒材料，壓力容器的底出口與供給管路密封連接，供給管路密封連接至輸送貯箱的內(nèi)部和與之連通，用以輸送粉末；壓力發(fā)生器密封連接至所述的壓力容器用以提供超大氣壓至所述的模腔內(nèi)部；排氣口用于釋放所述的模腔內(nèi)的所述的超大氣壓；所述的橫臂架設(shè)在加載傳感器上，所述的傳感器具有信號(hào)發(fā)送器，用于發(fā)送信號(hào)至控制器，用以開(kāi)、閉與料斗的出料口關(guān)聯(lián)的閥。
13.一種使粉末壓機(jī)模腔內(nèi)一定數(shù)量的顆粒材料獲得均勻的密度分布的方法，它具有下列步驟輸送一定數(shù)量的顆粒材料至所述的模腔，在所述的模腔內(nèi)使顆粒材料流態(tài)化而均勻分布，從而在整個(gè)模腔內(nèi)獲得實(shí)質(zhì)上均勻的密度。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于顆粒材料選自包括金屬粉末、非金屬粉末、金屬間化合物粉末及復(fù)合材料粉末的組中。
15.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于流態(tài)化步驟包括模腔密封與大氣隔離，以及隨后施加至少一個(gè)壓力脈沖的系列至模腔內(nèi)部，每個(gè)所述的至少一個(gè)脈沖包括輸送超大氣壓至模腔及其后由模腔排氣。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于至少一個(gè)壓力脈沖的系列包括約2至100個(gè)壓力脈沖。
17.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述的至少一個(gè)壓力脈沖包括輸送壓力至模腔的量為約1psi至約150psi，時(shí)間期限為約10x秒及排氣時(shí)間為至少約x秒。
18.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述的至少一個(gè)壓力脈沖包括輸送壓力至模腔的量為約1psi至約150psi，時(shí)間期限為約0.01秒至約60秒及排氣時(shí)間為至少約0.01秒至約60秒。
19.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于至少一個(gè)壓力脈沖的系列包括約2至約100個(gè)壓力脈沖以及每個(gè)所述的壓力脈沖包括輸送壓力至模腔的量為約1psi至約150psi，時(shí)間期限為約0.01秒至約60秒以及排氣時(shí)間至少為約0.01秒至約60秒。
20.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于流態(tài)化步驟包括至少一種以下方法電場(chǎng)、磁場(chǎng)、超聲振動(dòng)、聲學(xué)振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、液體流態(tài)化及其綜合的方法。
21.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于在輸送階段也可施加超大氣壓從后面推進(jìn)顆粒材料進(jìn)入模腔以及所述的壓力為約1psi至約150psi，時(shí)間期限為約0.01秒至約60秒。
22.一種輸送一定數(shù)量顆粒材料至粉末壓機(jī)模腔的方法，這樣使所述的顆粒材料在整個(gè)所述的模腔內(nèi)密度均勻，所述的方法包括下列步驟在顆粒材料后面產(chǎn)生超大氣壓，使用超大氣壓推進(jìn)顆粒材料通過(guò)供給貯箱進(jìn)入所述的模腔，供應(yīng)貯箱具有出料口與所述的模腔對(duì)準(zhǔn)和開(kāi)啟；以及使所述模腔內(nèi)的顆粒材料流態(tài)化而均勻分布，從而在整個(gè)模腔內(nèi)獲得實(shí)質(zhì)上均勻的密度。
23.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于推進(jìn)顆粒材料進(jìn)入模腔使用的壓力為約1psi至150psi，時(shí)間期限為約0.01秒至約60秒。
24.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于流態(tài)化步驟包括在至少一個(gè)脈沖排氣的系列中將推進(jìn)顆粒材料進(jìn)入模腔使用的壓力排掉。
25.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于該系列包括約2至約100個(gè)脈沖排氣以及每個(gè)脈沖排氣的時(shí)間為約0.01秒至約60秒。
26.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于流態(tài)化步驟包括施加至少一個(gè)壓力脈沖的系列至模腔的內(nèi)部，每個(gè)所述的至少一個(gè)壓力脈沖包括輸送超大氣壓進(jìn)入模腔以及其后由模腔排氣。
27.按照權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于至少一個(gè)壓力脈沖的系列包括約1至約100個(gè)壓力脈沖。
28.按照權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于每個(gè)所述的至少一個(gè)壓力脈沖包括輸送壓力至模腔的量為約1psi至約150psi，時(shí)間期限為約0.01秒至約60秒以及在至少一個(gè)排氣期限內(nèi)排氣，每個(gè)所述的至少一個(gè)排氣期限為約0.01秒至約60秒。
29.按照權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于至少一個(gè)壓力脈沖的系列包括約1至100個(gè)壓力脈沖以及每個(gè)所述的至少一個(gè)壓力脈沖包括輸送壓力至模腔的量為約1psi至約150psi，時(shí)間期限為約0.01秒至約60秒以及在至少一個(gè)排氣期限內(nèi)排氣，時(shí)間期限為約0.01秒至約60秒。
30.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于流態(tài)化步驟包括用至少一種下列方法系列電場(chǎng)、磁場(chǎng)、超聲振動(dòng)、聲學(xué)振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、液體流態(tài)化及其綜合方法。
31.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于它還包括顆粒材料輸送至模腔內(nèi)部之前的所述的顆粒材料的稱重步驟。
32.一種輸送恒定重量顆粒材料均勻進(jìn)入模腔的方法，它具有以下步驟提供一定數(shù)量的顆粒材料，使所述的顆粒材料以第一速率流動(dòng)進(jìn)入架設(shè)在稱重器上的稱重貯箱，用以記錄顆粒材料的重量；當(dāng)稱重器記錄的重量為預(yù)定重量的約1/4至約3/4時(shí)降低所述的流動(dòng)至第二速率；當(dāng)稱重器記錄恒重時(shí)停止所述的流動(dòng)；以及在壓力容器內(nèi)產(chǎn)生壓力以推進(jìn)恒重的顆粒材料通過(guò)與模腔對(duì)準(zhǔn)的供給貯箱進(jìn)入模腔。
33.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，它還包括以下步驟在具有與其下部關(guān)聯(lián)的閥的料斗內(nèi)提供一定數(shù)量的顆粒材料，以開(kāi)啟所述的閥使所述的顆粒材料以一定的速率流動(dòng)由料斗進(jìn)入架設(shè)在稱重器上的稱重器貯箱以便記錄顆粒材料的重量，當(dāng)稱重器記錄的重量為恒定重量的約1/4至3/4時(shí)部分并閉所述的閥以及當(dāng)加載傳感器記錄恒定重量時(shí)完全關(guān)閉所述的閥。
34.按照權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，它還包括顆粒材料在模腔內(nèi)流態(tài)化的步驟，以便在整個(gè)模腔內(nèi)獲得顆粒材料密度均勻的分布。
35.按照權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于顆粒材料在模腔內(nèi)的流態(tài)化步驟是通過(guò)從模腔中排出推進(jìn)顆粒材料進(jìn)入模腔的壓力的排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述的排氣在至少一個(gè)排氣脈沖的系列中進(jìn)行。
36.按照權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于顆粒材料在模腔內(nèi)的流態(tài)化步驟是利用施加至少一個(gè)壓力脈沖系列進(jìn)入模腔內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)所述的至少一個(gè)壓力脈沖包括輸送超大氣壓至模腔和其后由模腔內(nèi)排氣。
37.一種用粉末冶金生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀及緊密尺寸公差零件的方法，它包括提供相應(yīng)于零件形狀的模腔；在粉末供給貯箱的后面產(chǎn)生壓力以推進(jìn)顆粒材料通過(guò)貯箱進(jìn)入模腔，供給貯箱與模腔對(duì)準(zhǔn)；在模腔內(nèi)使顆粒材料流態(tài)化以獲得在整個(gè)模腔內(nèi)顆粒材料密度的均勻分布；在所述的模腔內(nèi)壓實(shí)所述的顆粒材料使所述的顆粒材料結(jié)合起來(lái)生產(chǎn)出所述的零件。
38.按照權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于顆粒材料在模腔內(nèi)的流態(tài)化步驟是通過(guò)從模腔中排出推進(jìn)顆粒材料進(jìn)入模腔的壓力的排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述的排氣在至少一個(gè)排氣脈沖的系列內(nèi)進(jìn)行。
39.按照權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于顆粒材料在模腔內(nèi)的流態(tài)化步驟是利用施加至少一個(gè)壓力脈沖系列至模腔內(nèi)部來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)所述的至少一個(gè)壓力脈沖包括輸送超大氣壓至模腔及其后由模腔內(nèi)排氣。
40.按照權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于流態(tài)化步驟是利用施加至少一種下列方法系列至模腔而實(shí)現(xiàn)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲學(xué)振動(dòng)、超聲振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、液體流態(tài)化及其綜合方法，所述的方法導(dǎo)致顆粒材料的行為類似流體及使顆粒材料在整個(gè)模腔內(nèi)均勻分布。
41.按照權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于所述的零件為以下一組中之一表殼、鏈輪、螺旋齒輪、蝸輪、定子芯、散熱片、汽車連桿及電動(dòng)機(jī)電樞。
全文摘要
提供了一種粉末供給系統(tǒng),用于輸送一定數(shù)量的顆粒材料至粉末壓機(jī)的模腔(5),該粉末輸送系統(tǒng)包括一個(gè)貯箱(13)用于接收和輸送顆粒材料至模腔(5),該貯箱(13)具有一入口(15),通過(guò)它接收加壓的顆粒材料以及一出口(17),用以與模腔(5)的內(nèi)部對(duì)準(zhǔn)和通過(guò)它使加壓的顆粒材料由供給管路(21)輸送至模腔(5)。
文檔編號(hào)B28B13/02GK1247497SQ98802549
公開(kāi)日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1998年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月14日
發(fā)明者戴維·S·拉什莫爾, 格倫·L·比恩 申請(qǐng)人:材料革新公司