本發(fā)明涉及粉體材料壓制成型技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種超聲波振動(dòng)輔助下的粉體材料壓制成型安全設(shè)備。
背景技術(shù):壓制是混合含能粉體材料成型及裝藥領(lǐng)域的重要工藝路徑,但是該工藝面臨創(chuàng)新發(fā)展的重要瓶頸,特別是在密度和密度均勻性、內(nèi)應(yīng)力均化和殘余應(yīng)力釋放等方面。具體地,在粉體材料壓制成型過程中,不可避免的存在粉體材料顆粒之間的內(nèi)摩擦以及顆粒和模壁(或軟模)之間的外摩擦,導(dǎo)致壓力沿壓制方向被逐步損耗,致使不同高度層、不同徑向位置含能粉體材料顆粒受到的有效壓力不一致,使壓坯內(nèi)部密度分布不均勻。在粉末顆粒壓制成型過程中,如果對(duì)被壓制材料施加一定方向、一定頻率和振幅的超聲振動(dòng),可以降低工件和模具之間的摩擦力以及整體成形力,還能在一定程度上提高材料的變形能力以及變形的均勻性,進(jìn)而提高成型質(zhì)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:【要解決的技術(shù)問題】本發(fā)明的目的是針對(duì)粉體材料,特別是非均勻性脆性含能性粉末材料,提供一種超聲波振動(dòng)輔助下的粉體材料壓制成型安全設(shè)備,以降低粉體材料壓制成型時(shí)顆粒與顆粒、顆粒與模壁之間的摩擦力以及整體成形力,同時(shí)提高制品致密化和降低藥柱內(nèi)部殘余應(yīng)力?!炯夹g(shù)方案】本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明涉及一種超聲波振動(dòng)輔助下的粉體材料壓制成型安全設(shè)備,該設(shè)備包括超聲波底座、安裝在超聲波底座上的超聲模套、與超聲模套配合使用的超聲波沖頭、驅(qū)動(dòng)超聲波沖頭的液壓機(jī)、第一超聲波換能器、換能器連接部,所述超聲波沖頭內(nèi)設(shè)置有空腔,所述空腔內(nèi)設(shè)置有第二超聲波換能器,所述第一超聲波換能器通過換能器連接部與超聲模套連接,所述第二超聲波換能器通過換能器連接部與超聲波沖頭的底部連接,所述超聲模套內(nèi)和超聲波沖頭內(nèi)均設(shè)置有冷卻水循環(huán)系統(tǒng),所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)包括進(jìn)液口、水管、出液口。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述超聲模套內(nèi)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在超聲模套內(nèi)部呈U字形布局。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述超聲模套還包括蓋板、第一吊環(huán)螺釘、粉末壓制腔,所述粉末壓制腔與蓋板的連接處、粉末壓制腔與進(jìn)液口的連接處、粉末壓制腔與出液口的連接處均通過密封材料密封。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述超聲波沖頭還包括壓板、上模套、水管、第二吊環(huán)螺釘,所述壓板位于上模套的頂部,所述水管位于超聲波沖頭的空腔內(nèi),所述上模套與壓板的連接處、上模套與超聲波沖頭底部的連接處均通過密封材料密封。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述第一超聲波換能器、第二超聲波換能器均采用低壓型磁致伸縮換能器。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述超聲模套的模套壁的厚度根據(jù)第一超聲波換能器輸出超聲波的振動(dòng)頻率確定,所述超聲波沖頭底部的厚度根據(jù)第二超聲波換能器輸出超聲波的振動(dòng)頻率確定。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述第一超聲波換能器、第二超聲波換能器均連接有靜電接地裝置。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述超聲模套與超聲波沖頭通過卡塊固定,所述卡塊的材料為耐磨型不銹鋼,其直徑大于8mm。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,還包括與超聲波底座配合使用的活動(dòng)式固定系統(tǒng),所述活動(dòng)式固定系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)螺母板、掛鉤和吊塊。作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式,所述第一超聲波換能器通過絕緣塑料或陶瓷與換能器連接部連接?!居幸嫘Ч勘景l(fā)明提出的技術(shù)方案具有以下有益效果:本發(fā)明使超聲模套在超聲波作用下產(chǎn)生共振,共振能量通過超聲模套傳遞到粉體材料顆粒中,超聲模套內(nèi)的顆粒材料產(chǎn)生高頻振動(dòng),通過顆粒周期性反轉(zhuǎn),降低了粉體材料顆粒之間的內(nèi)摩擦以及顆粒和超聲模套的模壁(或軟模)之間的外摩擦,提高了不同層藥柱的有效壓力,實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有溫和成型條件下有效的提高粉體材料部件的致密化,改善了內(nèi)部密度均勻性,并降低了內(nèi)部應(yīng)力,從而實(shí)現(xiàn)了藥柱的高質(zhì)量成型制備。因此,本發(fā)明在含能粉體材料成型及裝藥領(lǐng)域中,可以在比較溫和的成型工藝條件下實(shí)現(xiàn)更致密化和高均勻性的含能粉體材料的壓制成型。附圖說明圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一提供的超聲波振動(dòng)輔助下的粉體材料壓制成型安全設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例一提供的超聲模套的原理結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例一提供的超聲波沖頭的原理結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例二提供的超聲振動(dòng)輔助加載成型原理圖。圖5為本發(fā)明的實(shí)施例二提供的超聲波輔助成型過程超聲加載方式圖。圖6為本發(fā)明的實(shí)施例二提供的超聲波輔助成型過程超聲加載方式圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行清楚、完整的描述。實(shí)施例一圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的超聲波振動(dòng)輔助下的粉體材料壓制成型安全設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示,該設(shè)備包括超聲波底座1、安裝在超聲波底座1上的超聲模套2、與超聲模套2配合使用的超聲波沖頭3、驅(qū)動(dòng)超聲波沖頭3的液壓機(jī)。本實(shí)施例中,如圖2所示,超聲模套2包括蓋板21、吊環(huán)螺釘22、粉末壓制腔23、下模24、循環(huán)水冷卻系統(tǒng),循環(huán)水冷卻系統(tǒng)包括水管25、進(jìn)液口251和出液口252。吊環(huán)螺釘22設(shè)置在蓋板21和下模24上。粉末壓制腔23與蓋板2的連接處、粉末壓制腔23與進(jìn)液口251的連接處、粉末壓制腔23與出液口252的連接處均通過密封材料密封,密封材料為高分子材料,如聚乙烯,聚四氟乙烯等,通過密封材料密封以防止冷卻液泄漏。另外,循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中的水管呈U字形或蛇形結(jié)構(gòu)環(huán)繞超聲模套2,進(jìn)液口251設(shè)置在超聲模套2的下部,出液口252設(shè)置在超聲模套2的上部,冷卻液從下部的進(jìn)液口251流入,從上部的出液口252流出,通過冷卻液(高純水或含鹽水)冷卻超聲模套2,避免超聲波換能器4與超聲模套2連接處出現(xiàn)局部溫度過高情況。超聲模套2的周圍設(shè)置有超聲波換能器4,具體地,超聲波換能器4的數(shù)量為2~20個(gè),其均勻分布在以超聲模套2為中心的圓周上,通過超聲波換能器4的超聲波振動(dòng)為超聲模套2內(nèi)的粉末提供橫向振動(dòng)。本實(shí)施例中,如圖3所示,超聲波沖頭3包括壓板32、上模套33、水管34、吊環(huán)螺釘35、上模連接板36。超聲波沖頭3內(nèi)設(shè)置有空腔,空腔內(nèi)設(shè)置有超聲波換能器31,通過超聲波換能器31的超聲波振動(dòng)為超聲模套內(nèi)的粉末提供縱向振動(dòng)。壓板32位于超聲波沖頭3的頂部,水管34位于超聲波沖頭的空腔內(nèi),上模連接板36設(shè)置在超聲波沖頭3的底部,上模套33與壓板32的連接處、上模套33與上模連接板36的連接處均通過密封材料密封,密封材料為高分子材料,如聚乙烯,聚四氟乙烯等,通過密封材料密封以防止冷卻液泄漏。具體地,冷卻液從水管34的進(jìn)液口341導(dǎo)入,使冷卻液體進(jìn)入腔體底部,最后通過出液口342流出,用于及時(shí)傳導(dǎo)出在超聲振動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量以達(dá)到冷卻超聲波換能器31的目的,從而避免超聲波換能器31出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,同時(shí)有利于降低超聲波換能器31與超聲波沖頭3連接處的溫度,避免在超聲振動(dòng)壓制中粉體材料出現(xiàn)局部溫度過高的情況。本實(shí)施例中,超聲模套2的模套壁的厚度根據(jù)超聲波換能器4輸出超聲波的振動(dòng)頻率確定,以保證超聲模套...