一种干式准等静压方法及装置与流程

本发明涉及粉末压制成形技术领域，具体涉及一种干式准等静压方法及装置。

背景技术：

粉末成形包括粉末压制成形和粉末特殊成形两大类。

粉末压制成形也称为轴向（或径向）粉末模压成形是粉末成形的一种常用方法，是使用一定形状的模具（通常为钢模），在外加轴向（或者径向）压力的作用下使粉末被压制成具有一定密度、强度的，具有指定形状的坯块的方法。粉末压制成形具有工艺成熟、安全性好，操作简单方便的优点，也具有压力传递不均匀必然导致的坯块密度不均匀，以及不适合复杂结构坯块压制等缺点。

等静压成型方法属于粉末特殊成形方法，通过采用流体作为压力传递介质，使得该方法不仅可以用于各种复杂形状的坯块成形，还具有得到的坯块由于压力的均匀传递而使得其密度均匀一致的优点。但是由于传统等静压成型采用液体或气体等流体作为压力传递介质，存在着设备密封要求高、液态介质易泄漏容易引起安全问题，以及成型制品易受压力传递介质污染的问题，同时设备庞大，操作复杂，不适合用于科学研究及产品试研等试制试样场合。

1990年代日本出现了一种称为橡胶等静压的准等静压方法，该方法是采用整体的橡胶模具和原有的轴向粉末成型机，利用橡胶在高压下的弹性来使轴向（或径向）的压力能够作用到坯块的所有表面，但由于橡胶的流动性极其有限，使得其等静压效果欠佳；同时高于100MPa的压强将是整体橡胶模具受到损坏，使得其应用范围大为受限，这也是该方法至今未能大规模应用的原因。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种干式准等静压方法及装置。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种干式准等静压方法，所述方法是先将待压制原料放入弹性模具中；并将所述弹性模具置于充满具有充分流动性的刚性固态准流体的高压腔内；然后对高压腔加压，刚性固态准流体将压力均匀传递并施加于弹性模具表面，实现对待压制原料的准等静压压制。

进一步地，所述刚性固态准流体为光滑硬质耐磨小圆球；其直径为0.5~20mm；材质包括不锈钢、高锰钢、模具钢、轴承钢、玛瑙、刚玉、氧化锆、碳化硅或氮化硅中的任一种。

一种干式准等静压装置，所述装置由承压框架（1300）、高压腔体（1200）及承压框架固定卡具（1100）构成，所述承压框架（1300）由完全对称的两部分构成；所述高压腔体（1200）紧密嵌入两对称的承压框架（1300）内，并由承压框架固定卡具（1100）卡紧固定；所述高压腔体（1200）包括压柱（100）、顶盖（200）、高压腔壁（300）及底托（400）；所述高压腔壁（300）内部形成等静压的高压腔（301）；所述高压腔（301）内充满刚性固态准流体（900）；所述高压腔（301）靠中间的位置放置有弹性模具（1000）。

进一步地，所述刚性固态准流体(900)为光滑硬质耐磨小圆球；所述小圆球的直径为0.5~20mm；材质包括不锈钢、高锰钢、模具钢、轴承钢、玛瑙、刚玉、氧化锆、碳化硅或氮化硅中的任一种。

进一步地，所述弹性模具（1000）包括橡胶塞b（1001）、中间腔体（1002）、橡胶塞a（1003）、外壳弹性橡胶套（1004），以及弹性橡胶套（1004）外的扎紧固定线（1005）。

进一步地，所述压柱（100）由具有同轴线的上部柱体（101）和下部柱体（102）两个圆柱体一体构成，所述上部柱体（101）的半径比下部柱体（102）的半径大。

进一步地，所述顶盖（200）包括：顶盖（200）上表面中心的管状突起（201），厚圆板状盖板（202），顶盖（200）底面中心的圆柱形凸台一（203）及顶盖（200）中心的穿透孔（204）；所述管状突起（201）、盖板（202）、圆柱形凸台一（203）以及穿透孔（204）同轴线；所述顶盖（200）为一体构成。

进一步地，所述底托（400）包括圆柱形凸台二(401)和厚圆板状托板（402），所述圆柱形凸台二(401)和托板（402）同轴线；所述顶盖（200）中心的穿透孔（204）与所述压柱的（102）部分匹配，穿透孔（204）是顶柱（100）的上下行通道；所述高压腔（301）与所述圆柱形凸台一（203）和圆柱形凸台二（401）匹配；所述压柱（100），顶盖(200)，高压腔壁(300)，底托(400)均同轴线。

进一步地，所述承压框架（1300）包括：承压上板（500），承压下板（800），固定螺帽一（600a）和固定螺帽二（600b），以及承压螺柱（700）。

进一步地，所述承压上板（500）为矩形厚板，由沿其短边的中线平分成的两半构成；在以承压上板（500）中心为圆心的中心圆一（503）的外侧均匀分布有穿透圆孔一（501）；所述中心圆一（503）内有一个同圆心的穿透圆孔二(502)，顶盖上表面中心的管状突起（201）穿过其中；所述承压下板（800）为矩形厚板，由沿其短边的中线平分成的两半构成；在以承压下板（800）中心为圆心的中心圆二（802）的外侧均匀分布有穿透圆孔三（801）；所述承压螺柱（700）穿过穿透圆孔一（501）、穿透圆孔三（801），并通过与之匹配的固定螺帽一（600a）和固定螺帽二（600b）将承压上板（500）和承压下板（800）上下固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的方法采用具有充分流动性的刚性固态准流体代替传统的气体或液体介质，解决现有等静压机对高压腔体密封要求高的问题，并消除了因压力传递介质泄漏的引起的密封安全问题，以及成型制品受压力传递介质污染的问题。

2. 本发明的方法采用具有充分流动性的刚性固态准流体代替近年来出现的橡胶等静压中流动性极其有限的橡胶介质，压制效果更好，应用更广泛。

3.本发明的干式准等静压方法不仅适用于本发明的干式准等静压装置，而且可被广泛用于设计其它形式的等静压装置或等静压机。

4.本发明的装置既具有粉末模压成形的简单、安全的优点，又具有等静压的压力均匀的优点。

5.本发明的装置体积较小，操作简单方便高效，特别适用于仅需少量样品的试验性科学研究。

附图说明

图1为本发明装置的剖面结构示意图。图中，100：压柱；200：顶盖；300：高压腔壁；400：底托；500：承压上板；600a：固定螺帽一； 600b：固定螺帽二；700：承压螺柱；800：承压下板；900：刚性固态准流体；1000：弹性模具。

图2为本发明装置的分散结构示意图。图中，1200：高压腔体；1300：承压框架；1100：承压框架固定卡具。

图3为本发明装置的高压腔体的爆炸主视图。图中，101：上部柱体；102：下部柱体；201：管状突起；202：盖板；203：圆柱形凸台一；204：穿透孔；301：高压腔；401：圆柱形凸台二；402：托板。

图4为本发明装置的弹性模具的剖面示意图。图中，1001：橡胶塞b；1002：腔体；1003：橡胶塞a；1004：弹性橡胶套；1005：扎紧固定线。

图5为本发明装置承压上板的俯视图。图中，501：穿透圆孔一；502：穿透圆孔二；503：中心圆一。

图6为本发明装置承压下板的俯视图。图中，801：穿透圆孔三；802：中心圆二。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图2所示的干式准等静压装置分散结构示意图，该装置由承压框架1300、高压腔体1200及承压框架固定卡具1100构成，承压框架1300由完全对称的两部分构成；高压腔体1200紧密嵌入两对称的承压框架1300内，并由承压框架固定卡具1100卡紧固定。

如图1所示的干式准等静压装置剖面结构示意图，高压腔体1200包括压柱100、顶盖200、高压腔壁300及底托400；高压腔壁300为圆筒状，其内部形成等静压的高压腔301；高压腔301内充满刚性固态准流体900，高压腔301靠中间的位置放置有弹性模具1000。

如图3所示的本发明装置的高压腔体1200的爆炸主视图，压柱100由具有同轴线的上部柱体101和下部柱体102两个圆柱体一体构成，且上部柱体101的半径比下部柱体102的半径大。

顶盖200包括：顶盖200上表面中心的管状突起201，厚圆板状盖板202，顶盖200底面中心的圆柱形凸台一203及顶盖200中心的穿透孔204；管状突起201、盖板202、圆柱形凸台一203以及穿透孔204同轴线；顶盖200为一体构成。

底托400包括圆柱形凸台二401和厚圆板状托板402，圆柱形凸台二401和托板402同轴线；顶盖200中心的穿透孔204与压柱的102部分匹配，穿透孔204是顶柱100的上下行通道；高压腔301与圆柱形凸台一203和圆柱形凸台二401匹配；压柱100，顶盖200，高压腔壁300，底托400均同轴线。

如图4所示的本发明装置的弹性模具1000的剖面示意图，弹性模具1000包括橡胶塞b1001、中间腔体1002、橡胶塞a1003、外壳弹性橡胶套1004，以及弹性橡胶套1004外的扎紧固定线1005。

如图1、图5和图6所示，承压框架1300包括：承压上板500，承压下板800，固定螺帽一600a和固定螺帽二600b各十六个，以及承压螺柱700八根；所述承压上板（500）为矩形厚板，由沿其短边的中线平分成的两半构成；在以承压上板（500）中心为圆心的中心圆一（503）的外侧均匀分布有穿透圆孔一（501）；所述中心圆一（503）内有一个同圆心的穿透圆孔二(502)，顶盖上表面中心的管状突起（201）穿过其中；所述承压下板（800）为矩形厚板，由沿其短边的中线平分成的两半构成；在以承压下板（800）中心为圆心的中心圆二（802）的外侧均匀分布有穿透圆孔三（801）；所述承压螺柱700穿过穿透圆孔一501、穿透圆孔三801，并通过与之匹配的固定螺帽600a和固定螺帽600b将承压上板500和承压下板800上下固定。

实施例2：

一种干式准等静压方法，所述方法是先将待压制原料放入弹性模具中；并将所述弹性模具置于充满具有充分流动性的刚性固态准流体的高压腔内；然后对高压腔加压，刚性固态准流体将压力均匀传递并施加于弹性模具表面，实现对待压制原料的准等静压压制。

所述刚性固态准流体为光滑硬质耐磨小圆球；其直径为0.5~20mm；材质包括不锈钢、高锰钢、模具钢、轴承钢、玛瑙、刚玉、氧化锆、碳化硅或氮化硅中的任一种。

下面结合本发明的干式准等静压装置对本发明的本发明的干式准等静压方法做进一步说明。

在本实施例中，优选的等静压操作过程为：（1）将高压腔壁300紧密扣在底托400的圆柱形凸台二401上；（2）在高压腔301内冲入适量导压介质；（3）将装有压制坯块的弹性模具1000放入高压腔301内；（4）盖上顶盖，使圆柱形凸台一203紧密扣在高压腔壁300上；（5）通过穿透孔204继续充入导压介质，直至穿透孔204半充满为止；（6）将压柱100塞进穿透孔，以上步骤完成了整个高压腔体的组装；（7）将上述高压腔体紧密刚性嵌入承压框架的前（或后）半部分，其中，前期已经事先完成了承压框架的高度调节；（8）把承压框架的两部分对接，再用承压框架固定卡具1100卡紧固定，完成整个装置的组装；（9）将组装完成的装置放入小型粉末压片机的工作空间；（10）启动小型粉末压片机进行加压泄压，实现等静压过程。

需要特别说明的是，本发明的干式准等静压方法不仅适用于本发明的干式准等静压装置，而且可被广泛用于设计其它形式的等静压装置或等静压机。

本发明的干式准等静压方法及装置，使用刚性固态准流体作为导压流体介质的准等静压方法，利用小型粉末压片机对通过拼装方式来操作的等静压制的装置，解决了现有等静压机对高压腔体密封要求高，安全隐患大，体积庞大，操作复杂，样品易受导压介质污染、压制效果不好、难以应用于科学研究及产品试研等试制试样场合的问题，可简单高效完成准等静压压制，有着广泛的应用，特别适用于仅需少量样品的试验性科学研究过程。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。