專利名稱：一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域，具體是指一種在真空環(huán)境下的粉末高溫高速壓制成形 的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
低成本制造高密度粉末冶金零件一直是粉末冶金領(lǐng)域的研究重點。為此，粉末冶 金界的研究者們進(jìn)行了長期不懈的努力，并涌現(xiàn)了如溫壓、流動溫壓、模壁潤滑、動磁壓制 等新技術(shù)，推動了粉末冶金技術(shù)不斷進(jìn)步。為了追求更高密度的粉末冶金材料，并能發(fā)揮粉 末冶金技術(shù)的節(jié)能、節(jié)材、高效、近凈形成形的特點，粉末高速壓制技術(shù)應(yīng)運而生。高速壓制技術(shù)是瑞典的H0ganas公司在2001年推出的一種高效率成形高密度零 件的新技術(shù)。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。 高速壓制技術(shù)具有成本低、壓坯密度高且分布均勻、低彈性后效和高精度、模具使用壽命長 等特點，其多次重復(fù)壓制的特性為中小型設(shè)備生產(chǎn)大尺寸零件提高了可能性。溫壓技術(shù)自1994年提出以來，很快被用于實際生產(chǎn)中，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。中國發(fā)明專利201010019542. 5中公布了一種溫粉末高速壓制成形方法及其裝 置，將高速壓制成形技術(shù)與溫壓成形技術(shù)有機(jī)結(jié)合，提高了壓坯的密度。金屬粉末在一定的 加熱溫度下延緩了其加工硬化程度和提高其塑性變形能力，溫度越高塑性變形能力越強(qiáng)， 對金屬粉末的致密化有積極的作用，使得溫高速壓制的壓坯密度要高于常規(guī)高速壓制的密 度。但此成形方法模具加熱溫度范圍有限(80 150°C)，隨著溫度的升高，粉末氧化情況 嚴(yán)重，密度反而降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種粉末真空高溫高速壓 制成形方法。本發(fā)明的另一個目的在于為實現(xiàn)一種粉末真空高溫高速壓制成形方法提供一種 結(jié)構(gòu)簡單、可靠實用、價格相對低廉、環(huán)境友好的裝置。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法是真空壓制、高溫壓制和高速壓制成形一 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，沖錘下落撞擊上模沖產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力 波通過上模沖將能量傳給高溫粉末，使高溫粉末迅速致密成形，沖錘下落沖擊速度不小于 IOm/s ；(2)模具位于真空系統(tǒng)內(nèi)，其真空度至少為5Pa ；(3)模具用電阻式加熱圈進(jìn)行加熱，加熱溫度范圍為150 800°C ；
(4)采用智能化直讀系統(tǒng)。所述沖錘下落沖擊速度是由電動機(jī)調(diào)整沖錘下落高度而獲得，不同沖錘下落高度 獲得相應(yīng)的不同沖擊速度。所述高溫粉末是指將粉末置于模具型腔內(nèi)和模具一起加熱獲得。所述智能化直讀系統(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，作用粉末的時間及沖擊力的最大值分別從 圖中的橫、縱坐標(biāo)讀出。實現(xiàn)上述方法的一種粉末真空高溫高速壓制成形裝置由落錘沖擊系統(tǒng)、真空系 統(tǒng)、高溫系統(tǒng)、測量系統(tǒng)組成。所述落錘沖擊系統(tǒng)是由滑輪、電動機(jī)、機(jī)架、導(dǎo)向筒、沖錘、上 模板、側(cè)模板、上下模沖、壓板、模具、底座組成；所述真空系統(tǒng)是由真空容器蓋、真空容器、 抽氣口、抽氣管、閥門、真空表和真空泵組成；所述的高溫系統(tǒng)是由加熱圈、測溫儀組成；所 述測量系統(tǒng)由測速儀、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)組成；它們的安裝、聯(lián)接關(guān)系為導(dǎo) 向筒上端固定在安裝有電動機(jī)的機(jī)架上，下端和上模板焊合，沖錘通過安裝在導(dǎo)向筒正上 方的滑輪與電動機(jī)相聯(lián)接，并保持其在導(dǎo)向筒中自由垂直活動；不銹鋼板與底座焊接而成 的真空容器與與其相配的真空容器蓋保持密封接觸；帶閥門的抽氣管一端套在真空容器蓋 的抽氣口上，另一端與真空表、真空泵相聯(lián)接；通過壓板固定在底座上的模具置于真空容器 內(nèi)；上模沖穿過真空容器蓋下端進(jìn)入模具型腔內(nèi)，上模沖與真空容器蓋接觸處作密封處理； 側(cè)模板對稱固定在底座上；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(jī)相連。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出優(yōu)點1、本發(fā)明為實現(xiàn)粉末真空高溫高速壓制成形專門設(shè)計了一種裝置，采用獨特的沖 擊結(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(dá)18. 78m/s。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，因而更能促 進(jìn)該成形方法的推廣應(yīng)用，特別適用于高校、科研單位。2、本發(fā)明采用的真空系統(tǒng)，克服了溫高速壓制成形在加熱溫度過高容易被氧化的 缺陷，可將加熱溫度大幅提高而粉末不會被氧化，可得到生坯密度高達(dá)4. 43g/cm3,致密度 達(dá)到98. 31%的鈦基粉末冶金制品和生坯密度高達(dá)7. 71g/cm3，致密度達(dá)到98. 85%的鐵基 粉末冶金制品。3、本發(fā)明通過電阻式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。4、本發(fā)明采用智能化直讀系統(tǒng)方便實用，在計算機(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，作用粉末的時間及沖擊力的最大值 分別從圖中的橫、縱坐標(biāo)讀出。5、本發(fā)明無需添加潤滑劑，克服了傳統(tǒng)壓制粉末中添加潤滑劑帶來的缺陷，對環(huán) 境無污染。6、本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于不同粉末材料的成形，可一次成形高密度粉末冶金零件；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。


圖1為本發(fā)明的一種粉末真空高溫高速壓制成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中滑輪1、電動機(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、計算機(jī)15、底座16、加熱圈17、 熱電偶測溫儀18、真空容器蓋19、真空容器20、抽氣口 21、抽氣管22、閥門23、真空表24和
真空泵25。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。實施例1一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法是真空壓制、高溫壓制和高速壓制成形一 體化的技術(shù)，實現(xiàn)該方法的一種粉末真空高溫高速壓制成形裝置如圖1所示，該裝置由落 錘沖擊系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、高溫系統(tǒng)、測量系統(tǒng)組成，所述落錘沖擊系統(tǒng)是由滑輪1、電動機(jī)2、 機(jī)架3、導(dǎo)向筒4、沖錘5、上模板6、側(cè)模板7、上下模沖9，11、壓板10、模具13、底座16組 成；所述真空系統(tǒng)是由真空容器蓋19、真空容器20、抽氣口 21、抽氣管22、閥門23、真空表 24和真空泵25組成；所述的高溫系統(tǒng)是由加熱圈17、測溫儀18組成；所述測量系統(tǒng)由測 速儀8、壓力傳感器12、數(shù)據(jù)采集卡14、計算機(jī)15組成。它們的安裝、聯(lián)接關(guān)系為導(dǎo)向筒4 上端固定在安裝有電動機(jī)2的機(jī)架3上，下端和上模板6焊合；沖錘5通過安裝在導(dǎo)向筒4 正上方的滑輪1與電動機(jī)2相聯(lián)接，并保持其在導(dǎo)向筒4中自由垂直活動；真空容器20為 不銹鋼板與底座16焊接而成，與真空容器20相配的真空容器蓋19用6個帶墊圈的螺絲密 封聯(lián)接；帶閥門23的抽氣管22 —端套在真空容器蓋19的抽氣口 21上，另一端與真空泵 25相聯(lián)接；真空表24與抽氣管22相聯(lián)接；通過壓板10固定在底座上的模具13置于真空 容器20內(nèi)；上模沖9穿過真空容器蓋19下端進(jìn)入模具13型腔內(nèi)，上模沖9與真空容器蓋 19接觸處涂抹凡士林進(jìn)行密封；側(cè)模板7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(jī)15相連。本發(fā)明沖錘的不同沖擊速度是通過調(diào)節(jié)電動機(jī)2控制沖錘5的下落高度來獲得 的，原理是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，最大理論沖擊速度可達(dá)18. 78m/s。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。為此本實施例沖錘的下落高度為15m，測得沖擊速度為16.8m/s。本實施例中實驗采用200目的鈦粉末，粉末重5g，模腔直徑為10mm。當(dāng)裝置工作時，首先把模具13置于真空容器20內(nèi)，用壓板10把模具13固定在底 座16上，再把粉末裝入模具13型腔，然后用6個帶墊圈的螺絲把真空容器蓋19和真空容器 20密封聯(lián)接。上模沖9穿過真空容器蓋19下端進(jìn)入模具13型腔內(nèi)，上模沖9與真空容器蓋 19接觸處涂抹凡士林進(jìn)行密封。開啟真空泵25抽真空至5Pa時，關(guān)閉閥門23，保持真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度，接著開啟功率為2500W的電阻式電熱圈17加熱模具13到設(shè)定溫度150°C， 置于模具13型腔內(nèi)的粉末和模具13 —起加熱獲得高溫粉末，在模具13中裝有熱電偶測溫 儀18，通過熱電偶測溫儀18可以讀出模具13溫度，并可以精確控制(加熱誤差士 1°C )。 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 傳到高溫粉末，使粉末在極短時間內(nèi)迅速致密成形，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，最后在計算機(jī) 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。本實施例得到試樣生坯密度達(dá)到3. 99g/cm3,致密度達(dá)到88. 55 %，比未加真空裝 置時得到試樣生坯密度高0. 33g/cm3 ；含氧量為0. 15%，比未加真空裝置時的試樣的含氧量 0. 35%降低了 0. 2%，有效地防止了被氧化。實施例2本實施例100目的水霧化鐵粉，設(shè)定模具加熱溫度為400°C，即加熱獲得的高溫粉 末為400°C，真空度為4Pa，得到試樣生坯密度達(dá)到7. 71g/cm3，致密度達(dá)到98. 85%，比未加 真空裝置時得到試樣生坯密度高0. 28g/cm3 ；含氧量為0. 17%，比未加真空裝置時的試樣的 含氧量0.63%降低了 0.46%，有效地防止了被氧化。同時進(jìn)一步提高了生坯的密度，使粉 末冶金制品達(dá)到高水平近終形成形。實施例3本實施例中實驗采用200目的鈦粉末，設(shè)定模具加熱溫度為798°C，S卩加熱獲得 的高溫粉末為798°C，真空度為2Pa，其余結(jié)構(gòu)及其聯(lián)接關(guān)系、實施方式均與實施例1相同， 得到試樣生坯密度達(dá)到4. 43g/cm3，致密度達(dá)到98. 31%,比未加真空裝置時得到試樣生 坯密度高0. 49g/cm3 ；含氧量為0. 17 %，比未加真空裝置時的試樣的含氧量0. 83%降低了 0. 66%，有效地防止了被氧化。
權(quán)利要求
一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法，其特征在于成形方法是真空壓制、高溫壓制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，沖錘下落撞擊上模沖產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力波通過上模沖將能量傳給高溫粉末，使高溫粉末迅速致密成形，沖錘下落沖擊速度不小于10m/s；(2)模具位于真空系統(tǒng)內(nèi)，其真空度至少為5Pa；(3)模具用電阻式加熱圈進(jìn)行加熱，加熱溫度范圍為150～800℃；(4)采用智能化直讀系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法，其特征在于所述 沖錘下落沖擊速度是由電動機(jī)調(diào)整沖錘下落高度而獲得，不同沖錘下落高度獲得相應(yīng)的不 同沖擊速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法，其特征在于所述 高溫粉末是指將粉末置于模具型腔內(nèi)和模具一起加熱獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法，其特征在于所述 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，作用粉末的時間及沖擊力的最大值分別從圖中的橫、縱 坐標(biāo)讀出。
5.一種實現(xiàn)粉末真空高溫高速壓制成形的方法的裝置，其特征在于該裝置由落錘沖 擊系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、高溫系統(tǒng)、測量系統(tǒng)組成，所述落錘沖擊系統(tǒng)是由滑輪(1)、電動機(jī)(2)、 機(jī)架(3)、導(dǎo)向筒(4)、沖錘(5)、上模板(6)、側(cè)模板(7)、上下模沖(9，11)、壓板(10)、模具 (13)、底座(16)組成；所述真空系統(tǒng)是由真空容器蓋(19)、真空容器(20)、抽氣口(21)、抽 氣管(22)、閥門(23)、真空表(24)和真空泵(25)組成；所述的高溫系統(tǒng)是由加熱圈(17)、 測溫儀(18)組成；所述測量系統(tǒng)由測速儀(8)、壓力傳感器(12)、數(shù)據(jù)采集卡(14)、計算機(jī) (15)組成；它們的安裝、聯(lián)接關(guān)系為導(dǎo)向筒⑷上端固定在安裝有電動機(jī)⑵的機(jī)架⑶ 上，下端和上模板(6)焊合，沖錘(5)通過安裝在導(dǎo)向筒(4)正上方的滑輪(1)與電動機(jī) (2)相聯(lián)接，并保持其在導(dǎo)向筒(4)中自由垂直活動；不銹鋼板與底座(16)焊接而成的真 空容器(20)與與其相配的真空容器蓋(19)保持密封接觸；帶閥門(23)的抽氣管(22) — 端套在真空容器蓋(19)的抽氣口(21)上，另一端與真空表(24)、真空泵(25)相聯(lián)接；通 過壓板(10)固定在底座上的模具(13)置于真空容器(20)內(nèi)；上模沖(9)穿過真空容器 蓋(19)下端進(jìn)入模具(13)型腔內(nèi)，上模沖(9)與真空容器蓋(19)接觸處作密封處理；側(cè) 模板⑵對稱固定在底座(16)上；測速儀⑶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(jī)(15)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉末真空高溫高速壓制成形的方法及其裝置。該成形方法是真空壓制、高溫壓制和高速壓制成形一體化的技術(shù)。實施該方法的裝置沖錘通過安裝在導(dǎo)向筒正上方的滑輪與電動機(jī)相聯(lián)接，并保持其在導(dǎo)向筒中自由垂直活動；模具位于真空系統(tǒng)內(nèi)，加熱圈直接套在模具上，置于模具型腔內(nèi)的粉末和模具一起加熱。本發(fā)明采用的真空系統(tǒng)，克服了溫高速壓制成形技術(shù)中高溫易氧化的缺陷，可將加熱溫度大幅提高而粉末不被氧化，實現(xiàn)了高溫高速壓制成形，有效提高了粉末冶金制品的生坯密度高和致密度，本裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、智能化直讀系統(tǒng)可靠實用，價格相對低廉且對環(huán)境無污染。
文檔編號B22F3/03GK101905322SQ20101023529
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者唐翠勇, 張勇強(qiáng), 李元元, 李超杰, 肖志瑜, 陳進(jìn) 申請人:華南理工大學(xué)