專利名稱：一種溫粉末高速壓制成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及粉末冶金領(lǐng)域，具體是指一種基于重力勢能的溫粉末高速壓制成 形裝置。
背景技術(shù)：
高速壓制(high velocity compaction，簡稱HVC)成形技術(shù)是目前粉末冶金技 術(shù)研究和開發(fā)的一大熱點。國內(nèi)外對高速壓制的研究仍在探索階段，其關(guān)鍵制造技術(shù)與 致密化機理的研究還不深入。粉末冶金高速壓制技術(shù)是瑞典冶金粉末制造商HGganSs AB和裝備制造商Hydropulsor AB于2001年共同研究開發(fā)的一種粉末冶金新工藝和新 技術(shù)。該技術(shù)是傳統(tǒng)粉末壓制成形技術(shù)的一種極限式外延的結(jié)果。具體來說就是利用重 錘高速沖擊產(chǎn)生強大的沖擊波能量在0. 02s內(nèi)將通過壓模傳遞給模具中的金屬粉末進行 致密化，間隔0.3s的多重附加沖擊波可將密度不斷提高。HVC壓制速度比傳統(tǒng)的壓制方 法快500 1000倍，其操作過程和常規(guī)的單向壓制極為相似，在2-30m/s的速度下對粉 體進行高能錘擊，強烈的沖擊波壓制使金屬粉末材料達到高密度，從而使材料性能更加優(yōu) 異。與傳統(tǒng)的粉末壓制技術(shù)(例如溫壓，等靜壓)相比，這種工藝特別適合壓制單臺階面 的粉末冶金零件，所形成的產(chǎn)品生胚密度，抗拉強度和屈服強度等機械性能得到明顯提高， 而且生產(chǎn)更加經(jīng)濟化，具備用較小型號的設(shè)備生產(chǎn)超大零件的能力。目前全世界只有瑞典 Hydropulsor AB公司及其合作公司(例如國內(nèi)的南京希頓東部精密機械有限公司)在生 產(chǎn)用于粉末冶金高速壓制的設(shè)備。2001年該公司制造出獨創(chuàng)的液壓沖擊機，解決了長期以 來限制HVC技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的設(shè)備問題，使該技術(shù)得以全面推廣。該公司已經(jīng)成功開發(fā)出 四代 HVC 壓機，即 HYP3522(100X 103kg)、H YP3527 (350 X 103kg)、HYP35218 (900 X 103kg) 和HYP35240(2000X103kg)型壓機。新系列壓機不僅能完成高速壓制工藝過程，并在同一 套設(shè)備上集成了精整工藝。上述設(shè)備，采用獨特的液壓沖擊結(jié)構(gòu)，并采用超高壓力液壓油， 配備完善和高檔的液壓和氣動系統(tǒng)，其中大流量液壓閥門控制系統(tǒng)，液壓錘鎖緊等裝置和 技術(shù)都已經(jīng)獲得專利保護，但是由于液壓沖擊系統(tǒng)要求苛刻導(dǎo)致管路復(fù)雜，零部件眾多導(dǎo) 致體積龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各零部件加工精度和安裝精度都要求較高導(dǎo)致整機造價昂貴，難以 在國內(nèi)粉末冶金行業(yè)廣泛推廣，更難以應(yīng)用于研究成形技術(shù)及其機理的高校和科研單位。關(guān)于溫壓的關(guān)鍵技術(shù)我國已取得突破，其工藝簡單、成本低廉，制品密度高、性能 禾口質(zhì)量穩(wěn)定。集成各種成形技術(shù)，突破單一成形技術(shù)存在的缺陷，是進一步提高粉末冶金制品 性能的研究方向。然而，結(jié)合了溫壓和高速壓制特點的溫粉末高速壓制的研究，在國內(nèi)外均 未見任何文獻報道。發(fā)明人研究表明，溫粉末高速壓制成形即將極大提高成形速度，進一步提高零件 的密度達到高水平近終形成形。溫粉末高速壓制將可能成為高速壓制和溫壓技術(shù)創(chuàng)新和發(fā) 展的一個契機。但是，上述高速壓制成形設(shè)備都沒有配套的加熱設(shè)備，不能實現(xiàn)溫粉末高速 壓制成形，而專門用于溫粉末高速壓制裝置未見有問世，極大限制該技術(shù)的研究與開發(fā)。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種配套有加熱設(shè)備的、 基于重力勢能的溫粉末高速壓制成形裝置。它能實現(xiàn)迅速致密成形，并且結(jié)構(gòu)簡單、可靠實 用、價格相對低廉、環(huán)境友好。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案本實用新型所述的一種溫粉末高速壓制成形裝置包括滑輪、電動機、機架、導(dǎo)向 筒、沖錘、上模板、側(cè)模板、測速儀、上下模沖、壓板、壓力傳感器、模具、數(shù)據(jù)采集卡、計算機 和底座及其加熱圈和測溫儀；它們的聯(lián)接關(guān)系為導(dǎo)向筒上端固定在安裝有電動機的機架 上，下端和上模板焊合；沖錘繩通過安裝在導(dǎo)向筒正上方的滑輪與電動機相聯(lián)接，并保持沖 錘在導(dǎo)向筒中自由垂直活動；模具通過壓板固定在底座上，側(cè)模板也對稱固定在底座上； 測速儀對稱安裝在側(cè)模板兩側(cè)上；加熱圈直接套在模具上，測溫儀固定安裝在模具上；壓 力傳感器安裝在下模沖下方，并與下模沖相接觸；壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集 卡通過USB接口和計算機相連。所述固定模具的壓板為3個，且均勻分布。所述測速儀對稱固定在側(cè)模板兩側(cè)上。本實用新型沖錘不同沖擊速度是通過調(diào)節(jié)電動機來控制沖錘下落高度獲得的。原 理是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，最大理論沖擊速度為18.78m/s。沖錘落下撞擊上模沖時產(chǎn)生沖 擊應(yīng)力波，在很短時間內(nèi)(0.02s左右)將壓制能量通過上模沖傳給粉末使其致密成形，沖 擊應(yīng)力波再經(jīng)下模沖傳到壓力傳感器，經(jīng)壓力傳感器轉(zhuǎn)換成的信號傳到數(shù)據(jù)采集卡，最后 在計算機上通過軟件直接生成沖擊波圖形，沖擊力的最大值及作用粉末的時間可以直接從 圖中讀出。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1、本實用新型采用獨特結(jié)構(gòu)，直接利用重力勢能獲得壓制能量，通過調(diào)節(jié)重錘下 落高度獲得不同的沖擊速度，最大理論速度可達18. 78m/s，應(yīng)用范圍廣，可廣泛應(yīng)用于不同 粉末材料的成形。重力勢能替代要求苛刻的液壓或其它驅(qū)動方式，不僅結(jié)構(gòu)簡單、可靠實 用，而且成本相對較低，造價僅為同類進口設(shè)備價格的5 %左右。又由于成本低廉，更能促進 該成形方法的推廣應(yīng)用，特別適用于高校、科研單位。2、本實用新型通過加熱圈直接對模具進行加熱，替代了熱油加熱，簡化了加熱元 件的安裝，加熱溫度可以精確控制，通過測溫儀可以讀出溫壓模具溫度，溫度調(diào)節(jié)范圍寬可 以從室溫 200°C進行調(diào)節(jié)。3、本實用新型裝置與測試軟件相結(jié)合，操作簡便，能方便、直接和準(zhǔn)確獲得沖擊波 壓制曲線；通過沖擊波壓制曲線能獲得沖擊波波形、沖擊力的最大值和作用粉末的時間，為 溫粉末高速壓制成形技術(shù)的工藝原理和成形機制研究提供重要手段。4、本實用新型的裝置對環(huán)境無污染，是一種環(huán)境友好型成形裝置。

圖1為一種溫粉末高速壓制成形裝置的結(jié)構(gòu)示意具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施 方式不限于此。實施例1如圖1所示，溫粉末高速壓制成形裝置包括定滑輪1、型號為MR5130，功率為40W 的電動機2、機架3、導(dǎo)向筒4、質(zhì)量為IOkg的沖錘5、上模板6、側(cè)模板7、由光電傳感器和脈 沖表兩部分構(gòu)成的測速儀8，其中光電傳感器為BR20M-TDTL對射式光電傳感器、上下模沖 9，11、壓板10、型號為CYL203，量程為35噸的壓力傳感器12、模具13、數(shù)據(jù)采集卡14、計算 機15和底座16、加熱圈17和TN-425L熱電偶測溫儀18 ；其中豎直安裝的導(dǎo)向筒4為外徑 108mm、內(nèi)徑104mm、長度18m的不銹鋼管。它們的聯(lián)接關(guān)系為導(dǎo)向筒4上端固定在安裝有 電動機2的機架3上，下端和上模板6焊合；沖錘5的繩通過安裝在導(dǎo)向筒4正上方的滑輪 1與電動機2相聯(lián)接，并保持沖錘在導(dǎo)向筒4中自由垂直活動。通過3個均勻分布的壓板 10將模具13固定在底座16上，再用12個內(nèi)六角螺紋把側(cè)模板7對稱固定在底座16上，兩 個測速儀8對稱安裝在側(cè)模板7兩側(cè)上；壓力傳感器12安裝在下模沖11下方，并與下模沖 11相接觸；壓力傳感器12與數(shù)據(jù)采集卡14相連，數(shù)據(jù)采集卡14通過USB接口和計算機15 相連。 本實用新型沖錘不同沖擊速度是通過調(diào)節(jié)電動機來控制沖錘下落高度來獲得的， 原理是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，沖擊速度可以通過測速儀8的BR20M-TDTL對射式光電傳感器 測出，并在脈沖表上直接顯示沖錘5沖擊上模沖9時的速度大小。為此本實用新型可以通 過調(diào)節(jié)沖錘下落高度獲得不同的速度，最大理論沖擊速度可達18. 78m/s。本實用新型采用電阻式加熱圈對模具進行加熱，其加熱溫度可以精確控制，通過 熱電偶測溫儀可以讀出模具溫度。溫度調(diào)節(jié)范圍為室溫 200°C。當(dāng)對粉末壓制時，將粉末預(yù)先在電阻式加熱箱中加熱，模具采用電阻式加熱圈加 熱，并在模具中裝有熱電偶測溫儀來測模具的溫度，粉末和模具加熱到實驗要求的溫度，誤 差士 l°c，粉末裝入模腔13中，上模沖9與模腔之間為小間隙配合，為減小它們之間的摩擦 力對內(nèi)涂上一層潤滑劑。上模沖9下端直接與粉末接觸。沖錘5落下撞擊上模沖9，產(chǎn)生的 沖擊應(yīng)力波通過上模沖9傳到粉末，使粉末在極短時間內(nèi)致密成形，完成一次高速壓制過 程，再經(jīng)過下模沖11傳到壓力傳感器12，經(jīng)壓力傳感器轉(zhuǎn)換成的信號傳到數(shù)據(jù)采集卡14， 最后在計算機15上通過軟件直接生成沖擊應(yīng)力波圖形，沖擊力的最大值及作用粉末的時 間可以直接從圖中讀出。本實施例中實驗采用100目的水霧化鐵粉，粉末重5g，模壁潤滑采用HW無水乙醇 懸浮液。溫壓溫度為115°C，模腔直徑為10mm，沖錘從12m高度落下，測得速度為14.8m/ s，從沖擊波圖形中得到最大沖擊力為208. 3KN，作用時間約40ms，得到試樣生坯密度達到 7. 57g/cm3，與理論值相符。
權(quán)利要求一種溫粉末高速壓制成形裝置，其特征在于該裝置包括滑輪(1)、電動機(2)、機架(3)、導(dǎo)向筒(4)、沖錘(5)、上模板(6)、側(cè)模板(7)、測速儀(8)、上下模沖(9，11)、壓板(10)、壓力傳感器(12)、模具(13)、數(shù)據(jù)采集卡(14)、計算機(15)和底座(16)及其加熱圈(17)和測溫儀(18)；它們的聯(lián)接關(guān)系為導(dǎo)向筒(4)上端固定在安裝有電動機(2)的機架(3)上，下端和上模板(6)焊合；沖錘(5)的繩通過安裝在導(dǎo)向筒(4)正上方的滑輪(1)與電動機(2)相聯(lián)接，并保持沖錘在導(dǎo)向筒(4)中自由垂直活動；模具(13)通過壓板(10)固定在底座(16)上，側(cè)模板(7)也對稱固定在底座(16)上；測速儀(8)對稱安裝在側(cè)模板(7)兩側(cè)上；加熱圈(17)直接套在模具(13)上，測溫儀(18)固定安裝在模具(13)上；壓力傳感器(12)安裝在下模沖(11)下方，并與下模沖(11)相接觸；壓力傳感器(12)與數(shù)據(jù)采集卡(14)相連，數(shù)據(jù)采集卡(14)通過USB接口和計算機(15)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫粉末高速壓制成形裝置，其特征在于所述固定模具 (13)的壓板(10)為3個，且均勻分布。
專利摘要本實用新型公開了一種基于重力勢能的溫粉末高速壓制成形裝置。該裝置的沖錘繩通過安裝在導(dǎo)向筒正上方的滑輪與電動機相聯(lián)接，并保持其在導(dǎo)向筒中自由垂直活動；測速儀對稱安裝在側(cè)模板兩側(cè)上；加熱圈直接套在模具上；壓力傳感器與下模沖相接觸、并與數(shù)據(jù)采集卡相連；數(shù)據(jù)采集卡通過USB接口和計算機相連。本實用新型在計算機上通過軟件直接生成沖擊波圖形，沖擊力的最大值及作用粉末的時間可以直接從圖中讀出；結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠實用且價格相對低廉的，特別適用于高校、科研單位。
文檔編號B22F3/03GK201669424SQ201020027160
公開日2010年12月15日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者唐翠勇, 張文, 李元元, 肖志瑜, 鄧三才, 陳進 申請人:華南理工大學(xué)