一种匣钵的干法压制成型方法、设备及匣钵与流程

本发明涉及压机及压机成型技术领域，尤其涉及一种匣钵的干法压制成型方法、设备及匣钵。

背景技术：

匣钵是一种常见的窑具，其一般具备底部和侧边，其底部一般为矩形或圆形。在使用时，一般需要匣钵具备较优的耐火度、高温结构强度和热稳定性。这些特性的保证依赖于良好的压制，一者匣钵需要压制均匀，致密度一致；二者匣钵不应有裂纹等缺陷。

现有技术中，为了保证均匀性、致密度，一般采用等静压成型工艺成型匣钵(如cn109551612a)；但等静压成型效率低，且设备结构复杂，维护成本高。另一种常用的方法是采用干压成型法进行成型，具体的，选用特定形状的模具，并通过上模芯或上、下模芯共同压制得到匣钵。如在cn111574227a中，其用特定形状的模具、上压头和下压头压制成型匣钵，在压制时，采用上下对压的形式压制，然后采用下压头顶出。然而，这种压制形式往往难以保证均匀性，容易造成侧边与底部连接处破裂或形成裂纹缺陷，导致匣钵的高温结构强度下降。此外，这种模具形式固定，难以适用于多种尺寸的匣钵生产。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种匣钵的干法压制成型方法，其可有效提升匣钵的均匀性，提升其强度，且易于控制，对设备要求低。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种匣钵压制成型设备。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种匣钵。

为了解决上述问题，本发明公开了一种匣钵的干法压制成型方法，其包括：

将匣钵粉料按照预设高度布料在模框、底部下模芯和侧部下模形成的模腔中；底部下模芯和侧部下模将位于其上方的匣钵粉料分为底部粉料集合体和侧边粉料集合体；

将上模芯压下到所述模腔的上表面；

将所述侧部下模顶起预设高度，形成预压坯体；

将所述上模芯向所述模腔压下，并维持底部下模芯和侧部下模不动，通过上模芯将所述预压坯体压制形成匣钵。

作为上述技术方案的改进，还包括：

压制结束后，提起上模芯，降下模框，取出匣钵。

作为上述技术方案的改进，包括

(1)确定匣钵底部的厚度ts、侧边的高度hs和压缩比ε；

(2)将侧部下模和模框移动至初始位置，以使底部下模芯、侧部下模和模框围合形成模腔；所述模腔包括容纳底部粉料集合体的第一模腔和容纳侧边粉料集合体的第二模腔；

其中，第一模腔的深度hp和第二模腔的深度tp为：

hp＝εts

tp＝εhs

其中，hp为第一模腔的深度，tp为第二模腔的深度，ε为压缩比，ts为匣钵底部的厚度，hs为匣钵侧边的高度；

(3)将匣钵粉料填充到所述模腔中；

(4)将上模芯压下到所述模腔的上表面；

(5)将所述侧部下模顶起，以对匣钵粉料进行预压，形成预压坯体；

其中，所述侧部下模的顶起位移为：

x＝tp-hp+ts-hs

其中，x为预压过程中侧部下模的顶起位移，hp为第一模腔的深度，tp为第二模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hs为匣钵侧边的高度；

(6)将所述上模芯向所述模腔压下，并维持底部下模芯和侧部下模不动，通过上模芯将所述预压坯体压制形成匣钵；

其中，所述上模芯的压下位移为：

y＝hp-ts

其中，y为压制过程中上模芯的压下位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度；

(7)压制结束后，提起上模芯，向下移动模框；

其中，所述模框的下移位移z为：

z＝hp+hs-ts

其中，z为压制结束后模框的下移位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hs为匣钵侧边的高度；

(8)取出匣钵，并将模框、侧部下模恢复至初始位置。

作为上述技术方案的改进，包括：

(1)确定匣钵底部的厚度ts和压缩比ε；根据非等高侧边的高度将非等高侧边划分为多个侧边单元，记录每个侧边单元的高度hsi；并根据侧边单元将侧部下模划分为多个侧部下模芯；

(2)将多个侧部下模芯和模框移动至初始位置，以使底部下模芯、侧部下模和模框围合形成模腔；所述模腔包括容纳底部粉料集合体的第一模腔和容纳多组侧边粉料集合体的多个第二模腔；

其中，第一模腔的深度hp和第二模腔的深度tpi为：

hp＝εts

tpi＝εhsi

其中，hp为第一模腔的深度，tpi为第i个第二模腔的深度，ε为压缩比，ts为匣钵底部的厚度，hsi为第i个侧边单元的高度；

(3)将匣钵粉料填充到所述模腔中；

(4)将上模芯压下到所述模腔的上表面；

(5)将多个所述侧部下模芯顶起，以对匣钵粉料进行预压，形成预压坯体；预压过程中，控制多个侧部下模芯的顶起位移，以使多组侧边粉料集合体的压缩比保持相同；

其中，第i个侧部下模芯的顶起位移为：

xi＝tpi-hp+ts-hsi

其中，xi为预压过程中第i个侧部下模芯的顶起位移，hp为第一模腔的深度，tpi为第i个第二模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hsi为第i个侧边单元的高度；

其中，不同个侧部下模芯在任一时刻的顶起位移符合下述关系：

其中，di为预压过程中任一时刻第i个侧部下模芯的顶起位移，dimax为最大高度的侧边单元所对应的侧部下模芯在预压过程中任一时刻的顶起位移，tpi为第i个第二模腔的深度，tpimax为最大高度的侧边单元所对应的第二模腔的深度；

(6)将所述上模芯向所述模腔压下，并维持底部下模芯和多个侧部下模芯不动，通过上模芯将所述预压坯体压制形成匣钵；

其中，所述上模芯的压下位移为：

y＝hp-ts

其中，y为压制过程中上模芯的压下位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度；

(7)压制结束后，提起上模芯，向下移动模框；

其中，所述模框的下移位移z为：

z＝hp+hsmax-ts

其中，z为压制结束后模框的下移位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hsmax为最大高度的侧边单元的高度；

(8)取出匣钵，并将模框、多个侧部下模芯恢复至初始位置。

作为上述技术方案的改进，所述匣钵底部厚度：匣钵侧边高度＝1：(3～10)；所述匣钵底部宽度：匣钵侧边厚度＝(5～50)：1。

作为上述技术方案的改进，所述侧部下模包括2～12个侧部下模芯。

相应的，本发明还公开了一种匣钵的干法压制成型设备，用于实施上述的匣钵的干法压制成型方法，其包括模框、上模芯、底部下模芯和侧部下模，所述模框、底部下模芯和侧部下模形成用于容纳匣钵粉料的模腔，底部下模芯和侧部下模将位于其上方的匣钵粉料分为底部粉料集合体和侧边粉料集合体；

压制时，先将上模芯压下到模腔的上表面，然后顶起侧部下模，以对匣钵粉料进行预压，形成预压坯体；然后将上模芯压下到模腔内，并保持侧部下模、底部下模芯不动，通过上模芯将所述预压坯体压制成匣钵。

作为上述技术方案的改进，所述模框可单独移动，以在压制结束后取出所述匣钵。

作为上述技术方案的改进，所述侧部下模包括多个可单独移动的侧部下模芯，其将位于其上方的匣钵粉料划分为多组侧边粉料集合体；压制时，多组所述侧边下模芯单独移动。

相应的，本发明还公开了一种匣钵，其采用上述的压制成型方法成型而得。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明充分考虑匣钵的结构特点，在成型时，设置了固定的底部下模芯和可单独移动的上模芯、侧部下模；在压制成型时，先将侧部下模顶起预设距离进行预压，再采用上模芯整体下压进行压制；这种成型方式可一定程度上提升匣钵不同位置的均匀性，提升其强度；同时，由于在高压压制阶段仅通过上模芯整体施压，便于控制整体压力，降低了控制难度，也降低了对侧部下模的设备要求。此外，本发明的成型方法可有效降低匣钵成型断裂率，减少成型裂纹等缺陷。

附图说明

图1是本发明一实施例中匣钵压制成型方法的流程图；

图2是步骤s102后压制成型设备的状态图；

图3是步骤s103后压制成型设备的状态图；

图4是步骤s105后压制成型设备的状态图；

图5是步骤s106后压制成型设备的状态图；

图6是步骤s107后压制成型设备的状态图；

图7是本发明另一实施例中匣钵压制成型方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。

作为本发明的第一个方面，本发明公开了一种匣钵的干法压制成型方法，其包括：

(1)将匣钵粉料按照预设高度布料在模框、底部下模芯和侧部下模形成的模腔中；底部下模芯和侧部下模将位于其上方的匣钵粉料分为底部粉料集合体和侧边粉料集合体；

(2)将上模芯压下到所述模腔的上表面；

具体的，将上模芯的下表面与模腔的上表面(即模框上表面所在平面)保持齐平。

(3)将所述侧部下模顶起预设高度，形成预压坯体；

(4)将所述上模芯向所述模腔压下，并维持底部下模芯和侧部下模不动，通过上模芯将所述预压坯体压制形成匣钵。

进一步的，还包括：

(5)压制结束后，提起上模芯，降下模框，取出匣钵。

具体的，参见图1，在本发明的一个实施例之中，匣钵压制成型方法包括以下步骤：

s101：确定匣钵底部的厚度、侧边的高度和压缩比；

具体的，在本实施例之中，匣钵具有一个或多个高度一致的侧边。且匣钵底部厚度：匣钵侧边高度＝1：(3～10)；底部宽度：匣钵侧边厚度＝(5～50)：1。优选的，底部厚度：匣钵侧边高度＝1：(3～8)，底部宽度：匣钵侧边厚度＝(5～30)：1；这种类型的匣钵侧边高度相对较低，且侧边厚度相对较宽，采用上模芯整体施加作用力即可保证其均匀程度，无需采用侧边下模和上模芯共同施加压力的压制方式，降低对于侧边下模芯的设备要求；也降低了控制难度，减少了因侧边下模和上模芯控制不佳造成的匣钵底部和匣钵侧边连接处产生裂纹，甚至断裂的缺陷。

具体的，侧边高度hs是指从匣钵底部的外表面至匣钵侧边顶面的高度。

具体的，根据匣钵粉料配方、颗粒度确定压缩比ε，具体的，压缩比可为1.5～3，但不限于此。需要说明的是，在本发明中，压缩比不仅指成型前后填料深度与目标厚度/高度的比例，也指在压制中的任一时刻，匣钵底部填料深度与该时刻匣钵底部厚度的比例、匣钵侧边填料深度与该时刻匣钵侧边高度的比例。

s102：将侧部下模和模框移动至初始位置，以使底部下模芯、侧部下模和模框围合形成模腔；

其中，参见图2，模腔包括容纳底部粉料集合体的第一模腔和容纳侧边粉料集合体的第二模腔；

其中，第一模腔的深度hp和第二模腔的深度tp为：

hp＝εts

tp＝εhs

其中，hp为第一模腔的深度，tp为第二模腔的深度，ε为压缩比，ts为匣钵底部的厚度，hs为匣钵侧边的高度；

s103：将匣钵粉料填充到模腔中；

具体的，参见图3，底部下模芯和侧部下模将位于其上方的匣钵粉料划分为底部粉料集合体和侧边粉料集合体。其中，底部粉料集合体的厚度(填料深度)与第一模腔的深度hp相同；侧边粉料集合体的厚度(填料深度)与第二模腔的深度tp相同。

s104：将上模芯压下到模腔的上表面；

具体的，将上模芯压下，是上模芯的下表面与模腔的上表面保持齐平。

s105：将侧部下模顶起，以对匣钵粉料进行预压，形成预压坯体；

具体的，将侧部下模顶起，对粉料集合体进行预压，形成预压坯体(参图4)；其中，侧部下模的顶起位移为：

x＝tp-hp+ts-hs

其中，x为预压过程中侧部下模的顶起位移，hp为第一模腔的深度，tp为第二模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hs为匣钵侧边的高度；

s106：将上模芯向模腔压下，并维持底部下模芯和侧部下模不动，通过上模芯将预压坯体压制形成匣钵；

具体的，向模腔内压下上模芯，以对预压坯体进行压制，压制后形成匣钵(参见图5)。其中，上模芯的压下位移为：

y＝hp-ts

其中，y为压制阶段上模芯的压下位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度；

s107：压制结束后，提起上模芯，向下移动模框；

其中，所述模框的下移位移z为：

z＝hp+hs-ts

其中，z为压制结束后模框的下移位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hs为匣钵侧边的高度。

具体的，上模芯的提起位移大于其在接触匣钵粉料后上模芯的最大下移位移，以在上模芯与模框上表面之间形成一定的空间，方便布料。

具体的，由于匣钵结构脆弱，若通过底部下模芯直接顶起，可能会损伤匣钵，因此，采用匣钵整体下降的方案(参图6)。

s108：取出匣钵，并将模框、侧部下模恢复至初始位置。

具体的，参见图7，在本发明的另一实施例之中，匣钵压制成型方法包括以下步骤：

s201：确定匣钵底部的厚度ts和压缩比ε；根据非等高侧边的高度将非等高侧边划分为多个侧边单元，记录每个侧边单元的高度hsi；并根据侧边单元将侧部下模划分为多个侧部下模芯；

其中，匣钵具有不同高度的侧边。且匣钵底部厚度：匣钵侧边最大高度＝1：(3～10)；底部宽度：匣钵侧边最大厚度＝(5～50)：1。优选的，底部厚度：匣钵侧边最大高度＝1：(3～8)，底部宽度：匣钵侧边最大厚度＝(5～30)：1；这种类型的匣钵侧边高度相对较低，且侧边厚度相对较宽，采用上模芯整体施加作用力即可保证其均匀程度，无需采用侧边下模和上模芯共同施加压力的压制方式，降低对于侧边下模芯的设备要求；也降低了控制难度，减少了因侧边下模和上模芯控制不佳造成的匣钵底部和匣钵侧边连接处产生裂纹，甚至断裂的缺陷。

具体的，根据侧边单元的位置、形状将侧部下模划分为多个侧部下模芯，每个下模芯均可单独驱动，也可是某两个或多个下模芯同时驱动，但不限于此。

具体的，在本实施例中，侧边下模包括2～12个侧部下模芯；下模芯过多时，难以密封。

s202：将多个侧部下模芯和模框移动至初始位置，以使底部下模芯、侧部下模和模框围合形成模腔；

其中，模腔包括容纳底部粉料集合体的第一模腔和容纳多组侧边粉料集合体的多个第二模腔；

其中，第一模腔的深度hp和第二模腔的深度tpi为：

hp＝εts

tpi＝εhsi

其中，hp为第一模腔的深度，tpi为第i个第二模腔的深度，ε为压缩比，ts为匣钵底部的厚度，hsi为第i个侧边单元的高度；

s203：将匣钵粉料填充到模腔中；

具体的，底部下模芯和侧部下模将位于其上方的匣钵粉料划分为底部粉料集合体和多组侧边粉料集合体。其中，底部粉料集合体的厚度(填料深度)与第一模腔的深度hp相同；第i组侧边粉料集合体的厚度(填料深度)与第i个第二模腔的深度tpi相同。

s204：将上模芯压下到模腔的上表面；

具体的，将上模芯压下，是上模芯的下表面与模腔的上表面保持齐平。

s205：将多个侧部下模芯顶起，以对匣钵粉料进行预压，形成预压坯体；

具体的，将侧部下模顶起，对粉料集合体进行预压，形成预压坯体；预压过程中，控制多个侧部下模芯的顶起位移，以使多组侧边粉料集合体的压缩比保持相同；

其中，第i个侧部下模芯的顶起位移为：

xi＝tpi-hp+ts-hsi

其中，xi为预压过程中第i个侧部下模芯的总顶起位移，hp为第一模腔的深度，tpi为第i个第二模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hsi为第i个侧边单元的高度；

其中，不同个侧部下模芯在任一时刻的顶起位移符合下述关系：

其中，di为预压过程中任一时刻第i个侧部下模芯的顶起位移，dimax为最大高度的侧边单元所对应的侧部下模芯在预压过程中任一时刻的顶起位移，tpi为第i个第二模腔的深度，tpimax为最大高度的侧边单元所对应的第二模腔的深度；

s206：将上模芯向模腔压下，并维持底部下模芯和多个侧部下模芯不动，通过上模芯将预压坯体压制形成匣钵；

具体的，压下所述上模芯，以对预压坯体进行压制，压制后形成匣钵。其中，上模芯的压下位移为：

y＝hp-ts

其中，y为压制阶段上模芯的压下位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度；

s207：压制结束后，提起上模芯，向下移动模框；

其中，模框的下移位移z为：

z＝hp+hsmax-ts

其中，z为压制结束后模框的下移位移，hp为第一模腔的深度，ts为匣钵底部的厚度，hsmax为最大高度的侧边单元的高度；

具体的，上模芯的提起位移大于其在接触上模芯在接触匣钵粉料后上模芯的最大下移位移，以在上模芯与模框上表面之间形成一定的空间，方便布料。

具体的，由于匣钵结构脆弱，若通过底部下模芯直接顶起，可能会损伤匣钵，因此，采用匣钵整体下降的方案。

s208：取出匣钵，并将模框、多个侧部下模芯恢复至初始位置。

作为本发明的第二个方面，本发明公开了一种匣钵压制成型设备，参见图2～图6，其包括模框1、上模芯2、底部下模芯3和侧部下模4，模框1、底部下模芯3和侧部下模4形成用于容纳匣钵粉料5的模腔6，底部下模芯3和侧部下模4将位于其上方的匣钵粉料分为底部粉料集合体51和侧边粉料集合体52；压制时，压制时，先将上模芯2压下到模腔的上表面，然后顶起侧部下模4，以对匣钵粉料进行预压，形成预压坯体；然后将上模芯2压下到模腔6内，并保持侧部下模4、底部下模芯3不动，通过上模芯将所述预压坯体压制成匣钵。进一步的，模框1可移动，以在压制结束后取出所述匣钵8。

匣钵压制成型设备还包括驱动装置7，驱动装置可为驱动油缸、气缸或电动驱动装置等，但不限于此。具体的，驱动装置7包括用于驱动上模芯2的第一驱动装置71，用于驱动模框2的第二驱动装置72，用于驱动侧部下模4的第三驱动装置73。其中，第一驱动装置71设置在上模芯2的上方，第二驱动装置72设置在模框1的上方，且为了更加稳定的驱动模框2，在模框2的上方设置2个第二驱动装置72；第三驱动装置73设置在侧部下模4的下方。进一步的，为了更加稳定地驱动侧部下模4，在侧部下模4的下方设置2个或多个第三驱动装置73。需要说明的是，在底部下模芯3的下方不设置驱动装置7，其在压制前后、过程总均保持不动。

进一步的，为了成型具有侧边高度不一致的匣钵，侧部下模4可包括多个可单独移动的侧部下模芯，在本发明的一实施例中，每个侧部下模芯的下方均设置一个第三驱动装置73，以实现单独移动，不受其他侧部下模芯影响。在本发明的其他实施例中，侧部下模芯可成组移动，即2个或多个下模芯(相同厚度侧边单元对应的下模芯)可采用统一个第三驱动装置73驱动。通过上述结构，可维持不同组侧边粉料集合体在预压过程中保持压缩比相同，提升压制均匀性。

相应的，本发明还公开了一种匣钵，其采用上述的压制方法压制成型。

采用本发明的成型方法，可将匣钵的压制成品率提升至85％以上(传统干压成型法成品率为75％左右)。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。