專利名稱：一種溫粉末高速壓制成形方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，具體是指一種溫粉末高速壓制成形方法及其裝置。
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(diǎn)。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(jī)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H6ganSs 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(qiáng)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(jìn)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(jìn)行高能錘擊，強(qiáng)烈的沖擊波壓制使金屬粉末材料達(dá)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(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等機(jī)械性能得到明顯提高， 而且生產(chǎn)更加經(jīng)濟(jì)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(jī)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(dú)創(chuàng)的液壓沖擊機(jī)，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(jī)，即HYP3522 (100 X 103kg) 、 H YP3527 (350 X 103kg) 、 HYP35218 (900 X 103kg) 和HYP35240 (2000X 103kg)型壓機(jī)。新系列壓機(jī)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(dú)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(dòng)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(hù)，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(jī)造價(jià)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(jī)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 和質(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(jìn)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(diǎn)的溫粉末高速壓制的研究，在國內(nèi)外均 未見任何文獻(xiàn)報(bào)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(jìn)一步提高零件 的密度達(dá)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(gè)契機(jī)。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(shí)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
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種溫壓和高速壓制成形一體 化的、能迅速致密成形的溫粉末高速壓制成形方法。 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于為實(shí)現(xiàn)一種溫粉末高速壓制成形方法提供一種結(jié)構(gòu)簡
單、可靠實(shí)用、價(jià)格相對低廉、環(huán)境友好的裝置。 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) —種溫粉末高速壓制成形方法為溫壓和高速壓制成形一體化的技術(shù)，它包括
(1)由落錘獲得的重力勢能作為壓制能量，具體是指采用電動(dòng)機(jī)調(diào)整沖錘下落 高度，獲得不同沖錘下落高度下的不同沖擊速度，其沖擊速度不小于10m/s ;沖錘落下撞擊 上模沖產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力波通過上模沖將能量傳給溫粉末，使溫粉末迅速致密成形；
(2)模具外安裝有加熱圈，模具加熱范圍為80-150°C ;
(3)預(yù)熱粉末至70-ll(TC裝入陰模型腔； (4)智能化直讀系統(tǒng)，具體是指首先沖擊波經(jīng)下模沖傳到壓力傳感器，再經(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(jì)算機(jī)上通過軟件直接生成沖擊波壓制曲線 圖，通過沖擊波壓制曲線圖能獲得沖擊波波形，作用粉末的時(shí)間及沖擊力的最大值分別從 圖中的橫、縱坐標(biāo)讀出。 它還包括模壁潤滑技術(shù)，具體是指在陰模型腔內(nèi)表面均勻涂覆HW無水乙醇懸浮 液。 實(shí)現(xiàn)上述方法的一種溫粉末高速壓制成形裝置包括滑輪、電動(dòng)機(jī)、機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)架上，
下端和上模板焊合；沖錘的繩通過安裝在導(dǎo)向筒正上方的滑輪與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)接，并保持沖
錘在導(dǎo)向筒中自由垂直活動(dòng)；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(jì)算機(jī)相連。 所述固定模具的壓板為3個(gè)，且均勻分布。 所述測速儀對稱固定在側(cè)模板兩側(cè)上。 本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出優(yōu)點(diǎn) 1、本發(fā)明的溫粉末高速壓制，結(jié)合了溫壓和高速壓制的優(yōu)勢，克服了單一成形技 術(shù)的缺陷，從而極大提高了溫壓成形速度，促進(jìn)顆粒重排和降低屈服強(qiáng)度，避免了高速壓制 中心部分壓制不足造成密度分布不均勻的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高零件的密度和降低彈性后效達(dá) 到高水平近終形成形。 2、本發(fā)明成形方法還能與模壁潤滑技術(shù)相嫁接；可廣泛應(yīng)用于不同粉末材料的成
形，制備出密度均勻，高致密，脫模力小，力學(xué)性能優(yōu)良的粉末冶金制品。 3、本發(fā)明采用獨(dú)特的沖擊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)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(dá)18. 78m/s。重力勢能替代要求苛刻的液
壓或其它驅(qū)動(dòng)方式，不僅結(jié)構(gòu)簡單、可靠實(shí)用，而且對環(huán)境無污染，是一種環(huán)境友好型成形
裝置，又成本相對較低，造價(jià)僅為同類進(jìn)口設(shè)備價(jià)格的5%左右，因而更能促進(jìn)該成形方法
4的推廣應(yīng)用，特別適用于高校、科研單位。 4、本發(fā)明通過加熱圈直接對模具進(jìn)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。 5、本發(fā)明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 曲線圖；通過沖擊波壓制曲線圖能獲得沖擊波波形、沖擊力的最大值和作用粉末的時(shí)間，為 溫粉末高速壓制成形技術(shù)的工藝原理和成形機(jī)制研究提供重要手段。


圖1為本發(fā)明的溫粉末高速壓制成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的方法中有無采用模壁潤滑技術(shù)條件下的沖擊波壓制曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。 實(shí)施例1 —種溫粉末高速壓制成形方法為溫壓和高速壓制成形一體化的技術(shù)，本技術(shù)采用 電動(dòng)機(jī)調(diào)整沖錘下落高度，獲得不同沖錘下落高度下的不同沖擊速度，沖錘落下撞擊上模 沖產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力波通過上模沖將能量傳給溫粉末，使溫粉末迅速致密成形。實(shí)現(xiàn)上述方 法的溫粉末高速壓制成形裝置如圖1所示，包括定滑輪1、型號為MR5130，功率為40W的電 動(dòng)機(jī)2、機(jī)架3、導(dǎo)向筒4、質(zhì)量為10kg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80噸的壓力傳感器12、模具13、數(shù)據(jù)采集卡14、計(jì)算機(jī)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(dòng)機(jī) 2的機(jī)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(dòng)機(jī)2相聯(lián)接，并保持沖錘在導(dǎo)向筒4中自由垂直活動(dòng)。通過3個(gè)均勻分布的壓板10將模 具13固定在底座16上，再用12個(gè)內(nèi)六角螺紋把側(cè)模板7對稱固定在底座16上，測速儀8 的光電傳感器和脈沖表分別對稱安裝在側(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(jì)算機(jī)15相連。 本發(fā)明沖錘不同沖擊速度是通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(shí)的速度大小。為此本發(fā)明可以通過調(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(dá)18. 78m/s。 本發(fā)明采用電阻式加熱圈對模具進(jìn)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。 當(dāng)對粉末壓制時(shí)，首先采用電阻式加熱圈17加熱模具13，加熱范圍為80-150°C， 然后將預(yù)熱至70-ll(TC的粉末裝入陰模型腔；在模具13中裝有熱電偶測溫儀18來測模具 13的溫度，粉末和模具加熱到實(shí)驗(yàn)要求的溫度，誤差± rc 。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(shí)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12 轉(zhuǎn)換成的信號傳到數(shù)據(jù)采集卡14，最后在計(jì)算機(jī)15上通過軟件直接生成沖擊波壓制曲線 圖。 本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)采用100目的水霧化鐵粉，粉末重5g，溫壓溫度為115t:，模腔直 徑為10mm，沖錘從12m高度落下，測得速度為14. 8m/s，從沖擊波壓制曲線圖形2中得到最 大沖擊力為306. 3KN，作用時(shí)間約22ms。得到試樣生坯密度達(dá)到7. 57g/cm3，生坯脫模力為 57. 6KN，與理論值相符。
實(shí)施例2 本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上采用模壁潤滑技術(shù)，即在模具13的模腔內(nèi)均勻涂覆 lym厚的HW無水乙醇懸浮液，裝置的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)接關(guān)系、實(shí)施方式均與實(shí)施例l相同。圖 2為本發(fā)明的方法中有無采用模壁潤滑技術(shù)條件下的沖擊波壓制曲線圖。從圖2中得到最 大沖擊力為349. 1KN，作用時(shí)間約34ms，得到試樣生坯密度達(dá)到7. 61g/cm3，生坯脫模力為 45. 3KN?？梢姡瑴胤勰└咚賶褐平Y(jié)合模壁潤滑技術(shù)使得最大沖擊力增加了約42. 8KN，作用粉 末的時(shí)間延長了約12ms，因而進(jìn)一步提高了生坯的密度和降低脫模力，使粉末冶金制品達(dá) 到高水平近終形成形。
權(quán)利要求
一種溫粉末高速壓制成形方法，其特征在于該成形方法為溫壓和高速壓制成形一體化的技術(shù)，它包括(1)由落錘獲得的重力勢能作為壓制能量，具體是指采用電動(dòng)機(jī)調(diào)整沖錘下落高度，獲得不同沖錘下落高度下的不同沖擊速度，其沖擊速度不小于10m/s；沖錘落下撞擊上模沖產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力波通過上模沖將能量傳給溫粉末，使溫粉末迅速致密成形；(2)模具外安裝有加熱圈，模具加熱范圍為80-150℃；(3)預(yù)熱粉末至70-110℃裝入陰模型腔；(4)智能化直讀系統(tǒng)，具體是指首先沖擊波經(jīng)下模沖傳到壓力傳感器，再經(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(jì)算機(jī)上通過軟件直接生成沖擊波壓制曲線圖，通過沖擊波壓制曲線圖能獲得沖擊波波形，作用粉末的時(shí)間及沖擊力的最大值分別從圖中的橫、縱坐標(biāo)讀出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種溫粉末高速壓制成形方法，其特征在于它還包括模壁潤 滑技術(shù)，具體是指在陰模型腔內(nèi)表面均勻涂覆HW無水乙醇懸浮液。
3. 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的一種溫粉末高速壓制成形方法的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(D、電動(dòng)機(jī)(2)、機(jī)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(jì)算機(jī)(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(dòng)機(jī)(2)的機(jī)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(dòng)機(jī)(2)相聯(lián)接，并保持沖錘在 導(dǎo)向筒(4)中自由垂直活動(dòng)；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(jì)算機(jī)(15)相連。
4. 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(gè)，且均勻分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種溫粉末高速壓制成形裝置，其特征在于所述測速儀(8) 對稱固定在側(cè)模板(7)兩側(cè)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫粉末高速壓制成形方法及其裝置。該成形方法為溫壓和高速壓制成形一體化的技術(shù)，它由落錘獲得的重力勢能作為壓制能量，沖錘落下撞擊上模沖將能量傳給粉末，使粉末迅速致密成形。實(shí)施該方法的裝置，其沖錘繩通過安裝在導(dǎo)向筒正上方的滑輪與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)接，并保持其在導(dǎo)向筒中自由垂直活動(dòng)；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(jì)算機(jī)相連。在計(jì)算機(jī)上生成沖擊波壓制曲線圖，沖擊力的最大值及作用粉末的時(shí)間可以直接從圖中讀出；結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠實(shí)用且價(jià)格相對低廉的，特別適用于高校、科研單位。
文檔編號B22F3/03GK101745638SQ20101001954
公開日2010年6月23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, 李元元, 肖志瑜, 鄧三才, 邵明, 陳進(jìn) 申請人:華南理工大學(xué)