一种立方氮化硼制造用弧形碳管成型模具的制作方法

本实用新型属于超硬材料高压合成领域，具体涉及一种立方氮化硼制造用弧形碳管成型模具。

背景技术：

立方氮化硼硬度极高、仅次于金刚石，是硬质刀具的材料。制成立方氮化硼的工序中，其中有一步需要将原料和触媒混合后压制成圆柱状棒料放入碳管中，碳管通电加热。在高温加压过程中，碳管电阻发生变化影响电流的稳定。现有的结构两端有金属导电钢圈、两端导热较快、加热时两端温度比中间低。中间温度高，容易造成焼腰现象，造成合成腔内局部温度不均匀。因此，可以做出一种内部腔体为圆柱形，外部外径为两端小中间大的形状的碳管、例如中间部分为圆弧形从而使中间部分电阻小，发热少，从而平衡合成腔内部的温度的碳管。以前没有人做过这种形状的碳管用于制造立方碳化硼的工序，也没有人做过这种形状碳管的模具。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、制造方便的立方氮化硼制造用弧形碳管成型模具。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：一种立方氮化硼制造用弧形碳管成型模具，包括上模、下模、圆柱芯模、压头和堵头；上模和下模均为圆柱形，其内设置腔体；下模设置在上模上且其腔体与上模的腔体围成上端和下端为圆柱形、中间横截面为圆形且直径比上端和下端大的空腔，空腔直径变化处圆滑过渡；所述下模腔体上方为圆柱腔，圆柱腔与圆柱形的上模对应构成上模的定位装置，上模下表面与下模圆柱腔下表面接触；上模侧壁和圆柱腔侧壁之间设置可拆卸连接装置；空腔内设置与空腔同轴线的圆柱芯模，圆柱芯模下端固定在压力机工作台上；堵头设置在压力机工作台上且其上端与空腔下端配合；压头设置在压力机活塞杆上且其下端与空腔上端配合；堵头和压头内设置与圆柱芯模配合的通孔；上模、下模、圆柱芯模、压头和堵头围成与碳管形状一致的模具腔。

下模接触上模的表面设置至少一个销孔、上模设置与销孔对应的凸出的销轴，通过销轴与销孔实现上模下模的定位。

可拆卸连接装置为螺纹连接，上模侧壁和圆柱腔侧壁上设置螺纹孔，螺纹孔内设置螺栓。

堵头为凸台形状，包括底端圆柱体和其上同心设置的顶端圆柱体；底端圆柱体外径大于顶端圆柱体，顶端圆柱体与空腔下端对应配合；下模设置在底端圆柱体上表面上且与底端圆柱体之间设置定位销定位装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型制造出的两端粗、中间细的碳管用于立方氮化硼的制造工序，可以有效的平衡碳管的温度、避免焼腰现象。从而提高碳管的寿命和立方氮化硼的质量。模具结构简单、方便安装制造，成本低。采用自动推料装置，方便取出制造好的碳管。

附图说明

图1是本实用新型实施例1。

图2为图1爆炸图。

图3为实施例1第一种碳管形状示意图。

图4为实施例1中第二中碳管形状示意图。

图5为本实用新型实施例2。

图6为图5爆炸图。

图7为实施例2第一种碳管示意图。

图8为实施例2第二种碳管示意图。

图9为本实用新型实施例3。

图10为图9气缸伸长推料示意图。

其中1为上模、2为下模、3为压头、4为堵头、5为圆柱芯模、6为腔体、7为圆柱腔、8为空腔、9为压力机工作台、10为活塞杆、11为销轴、12为销孔，13为支撑架、14为承压台、15为气缸、16为缓冲弹簧、17为可拆卸连接装置。

具体实施方式

如图1-4所示，一种立方氮化硼制造用弧形碳管成型模具实施例1：包括上模1、下模2、圆柱芯模5、压头3和堵头4。上模1和下模2均为圆柱形，其内设置腔体3；下模2设置在上模1上且其腔体3与上模1的腔体3围成上端和下端为圆柱形、中间横截面为圆形且直径比上端和下端大的空腔8，空腔8直径变化处圆滑过渡。下模1的腔体3上方为圆柱腔7，圆柱腔7与圆柱形的上模1对应构成上模1的定位装置，上模1下表面与下模2圆柱腔7下表面接触；定位装置可以使上模1和下模2安装位置正确，保证同心。上模1侧壁和圆柱腔7侧壁之间设置可拆卸连接装置。压头3向下压时，被压物料会给上模1向上的反作用力使上模1和下模2分离，设置可拆卸连接装置可以防止上模1下模2分离而且方便拆卸分开。空腔8内设置与空腔8同轴线的圆柱芯模5，圆柱芯模5下端固定在压力机工作台9上。堵头4设置在压力机工作台9上且其上端与空腔8下端配合；压头3设置在压力机活塞杆10上且其下端与空腔8上端配合。堵头4和压头3内设置与圆柱芯模5配合的通孔。上模1、下模2、圆柱芯模5、压头3和堵头4围成与碳管形状一致的模具腔。

下模2内相当于设置了台阶孔，第一层孔为圆柱腔7，第二层为腔体3。下模2圆柱腔7的下表面设置至少两个销轴11与上模1上的销轴12定位。具体堵头4、压头3、圆柱芯模5、上模1和下模2之间孔径的配合关系可以参考以前的圆柱形碳管制造模具。以前在立方氮化硼的制造中，都使用外形为圆柱形的碳管。没有人想到使用中间粗、两端细、直径圆滑过渡的碳管，通过改变电阻实现温度匀均。更不用说制造专用的模具生产这样的碳管。本实用新型的模具可以生产出这样的碳管，使立方氮化硼制造中碳管温度均匀、提高碳管的寿命和立方氮化硼的质量。

下模2接触上模1的表面设置至少一个销孔12、上模1设置与销孔12对应的凸出的销轴11，通过销轴11与销孔12实现上模1下模2的定位，防止上模1和下模2之间发生转动。可拆卸连接装置为螺纹连接，上模1侧壁和圆柱腔7侧壁上设置螺纹孔，螺纹孔内设置螺栓。也可以为其他的方便安装和拆卸的装置。

堵头4为凸台形状，包括底端圆柱体和其上同心设置的顶端圆柱体；底端圆柱体外径大于顶端圆柱体，顶端圆柱体与空腔下端对应配合；下模2设置在底端圆柱体上表面上且与底端圆柱体之间设置定位销定位装置。压头3的外径不超过空腔8上端的直径，方便压头3下压进入空腔8。

空腔8纵截面的两端为长方形、两端长方形同侧的边线端点由圆弧连接。或者空腔8两端为圆柱体、空腔中间为半径较大的圆柱体、空腔8两端和空气中间之间为过渡的圆椎体。形成的碳管如图3和图4所示，具体生产中碳管的规格有很多，例如碳管高44毫米，壁厚最大处2.5毫米，最小处0.8毫米。

具体实施时，将堵头4和圆柱芯模5固定在压力机工作台9上，将下模2放置到堵头4上，堵头4顶端圆柱体进入下模2的腔体内。将上模1放入下模2的圆柱腔7内使销轴11进入销孔12定位。用螺栓连接上模1侧壁和下模2圆柱腔7侧壁，使上模下模之间上下位置固定。将固定重量的原料放入空腔8内，压力机带动压头3下压到预定的位置。压制完成后，压头3移开。取走上模1，将碳管取出。本实用新型不需要专门制作夹紧工具，只需要上模、下模定位准确即可。而且模具简单方便。

上述实施例的模具可以一次制造出完成的碳管。但是因为压力3的外径并不是碳管最大处的直径，压制过程中压头3需要下压足够的距离才能满足压制的需要。对于上下对称的碳管，可以设计制造出一半碳管的模具。两个一半碳管合在一起使用。

如图5-10所示，一种对称碳管的成型模具，包括下模2、堵头4、圆柱芯模5和压头3；下模2内部设置腔体6，腔体6分为上端腔体、中端腔体和下端腔体。上端腔体为圆柱形、中端腔体为外径上大下小的椎体或者碗状腔体、下端腔体为圆柱形，腔体6直径变化处圆滑过渡。上端腔体外径最大，中端腔体外径大于下端腔体。中端腔体也可以是两个平行平面之间的球体，其外径上大下小。堵头4外径与下端腔体配合；压头3上部为圆柱形或者长方体，压头3下部为与上端腔体配合的圆柱形，压头3上部的下表面与下模2上表面接触，决定了压头3在腔体6内移动的距离。腔体6内部设置与腔体6同心的圆柱芯5模，圆柱芯模5一端固定。压头3和堵头4上设置通孔与圆柱芯模5对应。下模2、堵头4、圆柱芯模5和压头3围成的对应上下对称的碳管的任意一半形状的模具腔。堵头4为凸台形状，包括底端圆柱体和其上同心设置的顶端圆柱体；底端圆柱体外径大于顶端圆柱体，顶端圆柱体与下端腔体对应配合。

如图9-10所示，一种对称碳管的成型模具实施例3中，下模2设置在支撑架13上，支撑架13上设置开口，堵头4底端圆柱体一端设置在支撑架13下方，堵头4另一端穿过支撑架13上的开口进入下模2的下端腔体；支撑架13下方设置承压台14，堵头4底端圆柱体下方设置气缸15，气缸15活塞头与堵头4底端圆柱体之间通过缓冲弹簧16连接；气缸15压缩状态下，堵头4设置在承压台14上，气缸15伸长状态下，堵头4向上移动顶出成型后的碳管。

压头3设置在上下移动加压装置、例如压力机活塞杆40上。圆柱芯模5一端固定在承压台14上或者与承压台14下方平台上。一半的碳管成型后，因为与下模2紧密结合，又位于下模内，很难取出。通过气缸15使堵头4上下移动顶出成型后的碳管，这样可以方便的取走碳管。又因为压制碳粉形成碳管时，堵头4承受很大的压力，气缸15无法承受，所以设置承压台14在压制过程中承受压力。因为缓冲弹簧16的存在，气缸15压缩状态下活塞头低于堵头4下表面；气缸15只承受弹簧弹力，不承受压制的压力不会损坏。气缸15伸长状态下，堵头4随之移动上升。

本实用新型制造出的一半碳管组装后形成的完整碳管的两种结构，如图7和图8所示。本实用新型的模具生产出一半的碳管，两个一半的碳管对称组装在一起，构成完整的碳管，不会影响使用。但是模具简单了很多，不需要上模。而且因为压头下部直径比较大，等于碳管直径最大处，压制过程碳粉受力比较匀均，产品质量更高。

一种立方氮化硼制造用弧形碳管成型模具实施例1中也可以采用图9中对称碳管的成型模具实施例3中的气缸和缓冲弹簧来推动堵头4上移，从而推出成型后的碳管。此时图1中图9不同之处在于；图1的实施例1中包括上模，图9的实施例3中没有上模而且压头的直径及形状不同。

如图5-6所示，一种对称碳管的成型模具实施例2，和实施例3的不同之处在于；下模2设置在堵头4的底端圆柱体上表面且与底端圆柱体之间设置定位销定位装置。堵头4设置在压力机工作台9上、圆柱芯模5一端固定在压力机工作台9上。压头3连接压力机活塞杆10随着一起上下移动。使用这一种方法，成型后的一半碳管无法直接推出，需要将下模2从堵头4上取下后，用工具从下模下端腔体将碳管推出再取走。

具体实施时，堵头放置在承压台上，且其下端通过弹簧与气缸相连。下模设置在支撑架上，压头与压力机活塞头相连。将预定好量的原料放入下模腔体内，移动压头进入下模直到预定的位置。压制完成后，压头移开。气缸伸长将碳管顶出腔体，取出碳管。