專利名稱：一種基于激光沖擊沖擊波技術(shù)的粉末壓制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，特指一種基于激光沖擊波技術(shù)的粉末壓制方法和裝置，尤其適用于小型不規(guī)則試件的壓制成形。
背景技術(shù)：
粉末冶金中傳統(tǒng)的粉末壓制方法是機械壓制法，即把粉末填裝在模具內(nèi)，然后利用壓力機械對活塞施加壓力，模具內(nèi)的粉末在活塞的擠壓作用下被壓制成形。這種方法不但需要專用壓力設(shè)備，且壓制的試件孔隙率大，另外對于一些形狀不規(guī)則的試件難以壓制成形。
本發(fā)明最為接近的技術(shù)是爆炸粉末壓制技術(shù)。爆炸壓制是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波將粉末壓制成形。該法可得到高密度壓制坯料，但爆炸壓制安全性較差，且爆炸參數(shù)不易控制，坯料芯部容易產(chǎn)生破裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種基于激光沖擊波技術(shù)的粉末壓制方法和裝置，可以滿足不同密度的粉末壓制。
本發(fā)明的特征在于利用激光誘導(dǎo)的沖擊波作為壓制成形的力源，根據(jù)壓制坯料的密度要求可采用一次沖擊或多次沖擊壓制成形；根據(jù)試件形狀工作與否可分別采用間接壓制或直接壓制。
對于形狀規(guī)則的坯料可采用間接壓制即激光沖擊波作用在活塞上，通過活塞運動使粉末壓實。而對于形狀不規(guī)則的坯料，間接壓制不便時可以采用直接壓制成形，即把粉末填裝在薄壁金屬外殼內(nèi)，激光沖擊波作用在金屬外殼上使外殼向內(nèi)壓縮從而把粉末壓制成形。
實施該方法的裝置其特征在于包括依次相連的激光發(fā)生器控制裝置、激光發(fā)生器、粉末模具系統(tǒng)以及工作臺，其中粉末模具系統(tǒng)分為間接壓制粉末模具系統(tǒng)和直接壓制粉末模具系統(tǒng)兩種，間接壓制成形粉末模具系統(tǒng)由依次組合的約束層、吸收層材料、活塞及放置活塞的模具和粉末構(gòu)成；直接壓制成形粉末模具系統(tǒng)由依次組合的混有炸藥的吸收層材料、金屬薄壁外殼和放置其中的粉末與底座構(gòu)成。
本發(fā)明的實施過程如下1.根據(jù)需要壓制的試件形狀、尺寸，計算粉末用量并設(shè)計模具或薄壁金屬外殼。
2.根據(jù)壓制要求編制激光控制程序用以控制激光的能量和光斑直徑。
3.將粉末填裝到模具或金屬外殼內(nèi)。
4.在活塞外表面涂布吸收層材料或在金屬外殼表面涂布混有炸藥成分的吸收層材料。
5.根據(jù)試件形狀工作與否選擇采用間接壓制或直接壓制間接壓制粉末模具系統(tǒng)。
6.根據(jù)優(yōu)化好的激光工藝參數(shù)由激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光脈沖，通過約束層材料照射到吸收層材料上，吸收層材料在激光作用下汽化、電離產(chǎn)生沖擊波，對于間接壓制活塞在沖擊波作用下高速運動，使粉末壓制成形。對于直接壓制金屬外殼在沖擊波和炸藥爆轟波共同作用下向內(nèi)收縮擠壓粉末使粉末壓制成形。
7.同時由活塞或外殼傳遞給粉末的沖擊波在粉末內(nèi)傳播、反射引起粉末振蕩使粉末進一步壓實，并使坯料密度均勻化。
8.根據(jù)試件密度要求不同可多次沖擊加載，直至達到要求的試件密度為止。
由于激光參數(shù)精確可調(diào)，可以根據(jù)坯料密度要求重復(fù)多次沖擊加載進行壓制，因此可以滿足不同密度的粉末壓制，還可以避免爆炸壓制中常見的一次加載壓力過大造成的坯料芯部破裂的缺陷，與爆炸壓制相比不存在安全問題。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明圖1為本發(fā)明提出的基于激光沖擊波技術(shù)的形狀規(guī)則的試件間接粉末壓制裝置示意圖。
圖2為本發(fā)明提出的基于激光沖擊波技術(shù)的形狀不規(guī)則的試件直接粉末壓制裝置示意圖。
1.激光發(fā)生器控制裝置 2.激光發(fā)生器 3.激光束 4.約束層 5.吸收層材料 6.活塞7.模具 8.粉末 9.工作臺 10.數(shù)字控制裝置 11.計算機 12.混有炸藥的吸收層材料13.金屬薄壁外殼 14.底座具體實施方式
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明提出的具體裝置的細節(jié)和工作情況。
用本方法進行粉末壓制的裝置包括激光發(fā)生器控制裝置1、激光發(fā)生器2、工作臺9和粉末模具系統(tǒng)構(gòu)成。其中粉末模具系統(tǒng)分為間接壓制成形粉末模具系統(tǒng)和直接壓制成形粉末模具系統(tǒng)。間接壓制成形粉末模具系統(tǒng)由約束層4、吸收層材料5、活塞6、模具7和粉末8構(gòu)成。直接壓制成形粉末模具系統(tǒng)由混有炸藥的吸收層材料12、金屬薄壁外殼13、底座14和粉末8構(gòu)成。
激光發(fā)生器產(chǎn)生能量在10～100焦爾、持續(xù)時間為8～80納秒的激光脈沖，激光束3的光斑模式可以是基模、多模等多種模式，其由激光發(fā)生器控制裝置1調(diào)節(jié)和控制。對于圖1所示間接壓制成形由激光發(fā)生器2產(chǎn)生的激光束3透過約束層4照射到吸收層材料5上，使吸收層汽化、電離產(chǎn)生沖擊波，活塞6在沖擊波作用下快速向右運動，壓縮模具7內(nèi)的粉末8，同時由活塞傳遞給粉末的沖擊波在粉末顆粒間傳遞形成波動的沖擊波，使粉末進一步壓實，并因沖擊波在粉末8、模具7、活塞6之間的傳播、反射形成振蕩，從而使坯料密度趨向于均勻化。
對于圖2所示的直接壓制成形由激光發(fā)生器2產(chǎn)生的激光束3直接照射到金屬薄壁外殼13表面混有炸藥的吸收層材料12上，吸收層材料12吸收激光能量產(chǎn)生沖擊波，同時激光的熱效應(yīng)和沖擊波效應(yīng)又引起吸收層中混合的炸藥發(fā)生爆炸，金屬薄壁外殼13在沖擊波和炸藥爆轟波共同作用下向內(nèi)收縮擠壓粉末8使粉末壓制成形。當外殼收縮結(jié)束時，由外殼傳遞給粉末的沖擊波在粉末間傳播使粉末進一步壓實。
由于激光參數(shù)精確控制，可以根據(jù)坯料密度要求重復(fù)多次沖擊加載進行壓制，因此可滿足不同密度要求的坯料壓制。而且與爆炸壓制相比不存在安全問題。
權(quán)利要求
1.一種基于激光沖擊波技術(shù)的粉末壓制方法，其特征在于利用激光誘導(dǎo)的沖擊波作為壓制成形的力源，根據(jù)試件形狀工作與否分別采用間接壓制或直接壓制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光沖擊波技術(shù)的粉末壓制方法，其特征在于根據(jù)優(yōu)化好的激光工藝參數(shù)由激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光脈沖，通過約束層材料照射到吸收層材料上，吸收層材料在激光作用下汽化、電離產(chǎn)生沖擊波，對于形狀規(guī)則的坯料采用間接壓制即激光沖擊波作用在活塞上，通過活塞運動使粉末壓實；而對于形狀不規(guī)則的坯料，間接壓制不便時采用直接壓制成形，即把粉末填裝在薄壁金屬外殼內(nèi)，激光沖擊波作用在金屬外殼上使外殼向內(nèi)壓縮從而把粉末壓制成形；同時由活塞或外殼傳遞給粉末的沖擊波在粉末內(nèi)傳播、反射引起粉末振蕩使粉末進一步壓實，并使坯料密度均勻化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光沖擊波技術(shù)的粉末壓制方法，其特征在于根據(jù)試件密度要求不同采用一次或多次沖擊加載，直至達到要求的試件密度為止。
4.一種基于激光沖擊波技術(shù)的粉末壓制裝置，其特征在于對于形狀規(guī)則的試件采用的間接沖擊壓制成形裝置包括依次相連的激光發(fā)生器控制裝置(1)、激光發(fā)生器(2)、粉末模具系統(tǒng)以及工作臺(9)，其中粉末模具系統(tǒng)由依次組合的約束層(4)、吸收層材料(5)、活塞(6)及放置活塞的模具(7)和粉末(8)構(gòu)成。
5.一種基于激光沖擊波技術(shù)的粉末壓制裝置，其特征在于對于形狀不規(guī)則的試件采用的直接沖擊壓制成形裝置包括依次相連的激光發(fā)生器控制裝置(1)、激光發(fā)生器(2)、粉末模具系統(tǒng)以及工作臺(9)，其中粉末模具系統(tǒng)由依次組合的混有炸藥的吸收層材料(5)、金屬薄壁外殼(13)和放置其中的粉末(8)與底座(14)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，特指一種基于激光沖擊波技術(shù)粉末壓制方法和裝置，尤其適合小尺寸不規(guī)則試件的粉末壓制。本方法提出的裝置由激光發(fā)生器及導(dǎo)光系統(tǒng)、激光發(fā)生器控制裝置、約束層和吸收層材料、及粉末模具系統(tǒng)以及工作臺構(gòu)成。由于激光參數(shù)精確可控，且可多次重復(fù)沖擊加載，因此可以滿足不同密度要求的試件坯料的粉末壓制。
文檔編號B22F3/087GK1772420SQ200510094159
公開日2006年5月17日 申請日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者張永康, 顧永玉, 魯金忠 申請人:江蘇大學(xué)