专利名称：金属、陶瓷粉末精密粘性成形装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种不同材料粉末均匀混合后一步成形的加工机械，尤其是熔点不同的金属与金属粉末、或金属与陶瓷粉末的精密粘性成形装置。
背景技术：
为了取代金属材料传统的多步成形装置，即熔化浇铸——轧制(或锻造)——机加工等，从1923年开始，人们用粉末冶金一步成形装置制造工件。但是，由于此装置的工作原理是依靠静压和烧结，造成工件内部气孔多而很大地降低材料的强度和塑性，且不能制造形状复杂和尺寸大的工件，因此应用范围狭窄。
从上世纪六十年代开始，相继出现四大一步成形新装置流变铸造、触变变铸造、复合铸造和金属粉末注射成形等。这些装置可制造复杂形状和大尺寸工件(金属粉末注射成形装置除外，只能制造厚度小于5mm，重量小于200克的工件)。但是，前三大一步成形装置制造的工件，均存在晶粒较传统多步成形的粗大、显微组织不均匀等弊端，因而工件性能不及传统多步成形制品；金属粉末注射成形装置制造的工件，显微空隙较多，要求粉末的颗粒很细(进而使价格昂贵，工件成本比传统粉末冶金高1-10倍)，而且工件性能较差，连粉末冶金工件的水平也达不到。
发明内容
为了克服现有一步成形装置的弊端，本实用新型提供一种精密粘性成形装置，来实现高性能、大尺寸、复杂形状的金属粉末构件的一步成形，以提高成材的利用率，节省人力、物力、财力和能源，从而显著提高生产率，降低成本。
本实用新型的技术解决方案是一种金属、陶瓷粉末精密粘性成形的装置，其特征在于它是料斗与料筒刚性联接成一体，并与旋转工作台作垂直活动联接；在料斗内垂直安装送料施压螺杆；料筒外设有加热元件；送料施压螺杆末端的料筒内腔，依次设有抑流口、粘性体加压室和压力控制阀，粘性体加压室经压力控制阀与旋转工作台内的工件型腔连通；工件型腔底部是一个可与旋转工作台分开的卸料块；旋转工作台的一侧设有冷却水喷嘴，冷却好的工件经卸料块可与工件型腔脱离。
依靠本实用新型提供的精密粘性成形装置，可将事先按比例均匀混合的不同熔点的金属与金属粉末、或金属与陶瓷粉末，加热到熔点较低粉末的熔化温度，同时加压，在加压室中变成固液相紧密结合的粘性体，然后再注射到工件型腔中，迅速冷却而制成近终成形工件。本实用新型适用于铝、镁、锌、铅、铁等合金，硬质合金，以及陶瓷金属等材料的一步成形。其工作原理和优点将在“具体实施方式
”中作详细说明。
本实用新型示意图。
图中1.送料施压螺杆，2.料斗，3.料筒，4.加热元件，5.抑流口，6.粘性体加压室，7.压力控制阀，8.工件型腔，9.卸料块，10.工件，11.旋转工作台，12.冷却水喷嘴。
具体实施方式
本实用新型结合具体实施例(参见附图)，进一步说明如下附图所示的实施例中，料斗(2)与料筒(3)刚性联接成一体，并与旋转工作台(11)作垂直活动联接；在料斗(2)内垂直安装送料施压螺杆(1)；料筒(3)外设有加热元件(4)；送料施压螺杆(1)末端的料筒(3)内腔，依次设有抑流口(5)、粘性体加压室(6)和压力控制阀(7)，粘性体加压室(6)经压力控制阀(7)与旋转工作台(11)内的工件型腔(8)连通；工件型腔(8)底部是一个可与旋转工作台(11)分开的卸料块(9)；旋转工作台(11)的一侧设有冷却水喷嘴(12)，冷却好的工件(10)经卸料块(9)可与工件型腔(8)脱离。
本实用新型的工作原理简述如下熔点不同的金属与金属粉末、或金属与陶瓷粉末在室温下机械混合均匀；混合粉料连续装入料斗(2)，由送料施压螺杆(1)推向后方，进入由加热元件(4)加热的区域。混合粉料一方面向下输送，一方面被加压，被输送到粘性体加压室(6)之前，混合粉料中的较低熔点粉末已全部或部分熔化，变成固相和液相混合的、具有粘性流动能力的粘性体。
因新的粘性体不断地被送料施压螺杆(1)推进粘性体加压室(6)，使粘性体所受到的压力越来越大。一面将粘性体压实，另一面将未熔化固体粉末之间的显微空隙挤压出来。压力增至能将全部显微空隙全部排出为止。
这时，带压力传感器的控制阀(7)将在设定的压力值下自动打开；高压粘性体便注射进工件型腔(8)中，凝结成形状复杂而尺寸精确的近终成形产品。
当工件型腔(8)填充满后，控制阀(7)自动关闭。接着是旋转工作台(11)将注射满的工件型腔(8)挪移出注射口，送进水冷区。由冷却水喷嘴(12)喷水冷却工件型腔(8)至300℃以下。旋转工作台(11)再次转动，将冷却好的工件型腔(8)挪移到卸料区。
由电信号将工件型腔(8)下部的卸料块(9)打开，使已冷却好的工件(10)坠落至成品输送带上。当卸料块(9)复位，与工件型腔(8)重新结合紧密后，旋转工作台(11)将它送到注射口之下，继续上述工艺流程。
本实用新型可适用于全自动化系统，由电脑控制。操作人员只需调整料斗进粉装置，保证粉末混料连续充满料斗即可。
本实用新型与现有成形装置的区别在于1)与传统粉末冶金装置相比，本实用新型取消了烧结工序，依靠低熔点金属凝固来熔结金属整体，它比依靠烧结反应结合更牢固，显微空隙可基本消除；同时，能一次铸压成各种形状复杂、尺寸精确的工件。
2)与流变铸造装置和触变铸造装置相比，本实用新型可一次获得显著细小的晶粒。因为由本实用新型获得的晶粒大小主要取决于固相颗粒的直径，因此完全能保证工件的晶粒度在8级以上，甚至制成超细晶粒和纳米级晶粒，而不像流变铸造装置和触变铸造装置，是依靠搅棒在高温下破碎柱状晶和通过急冷凝固来细化共晶组织。
3)与复合铸造装置相比，本实用新型可确保高熔点颗粒在显微组织中均匀分布，且根除了高熔点颗粒的偏聚和结团。因为本实用新型的多种粉末是在室温下进行机械均匀混合，而不像复合铸造装置是依靠在高温液体中通过搅拌来使两者混合，因比重不同，极难使高熔点颗粒在液体中搅拌均匀。
4)与金属粉末注射成形装置相比，本实用新型取消了40-60％体积的有机物粘结剂，从而免除了脱脂工序、因去除粘结剂而在显微组织中留下的大量显微空隙、以及引起产品出现20％以上的线收缩。同时，本实用新型所制造工件可远大于200克，基本不受尺寸的限制。
5)与现有的金属陶瓷成形装置相比，本实用新型与它的主要不同之处有三(a)前者是先将工件压成固定的形状，然后再进行烧结；而本实用新型是熔化和成形同步进行，一次完成。(b)前者是依靠在烧结过程中的固相反应，如再结晶、扩散和界面反应来粘结陶瓷粉末，且时间较长；而本实用新型是依靠部分金属熔化凝固来粘结陶瓷粉末，且时间很短；(c)前者只能制造重量在200克以下、细小的复杂形状工件，而本实用新型通过更换工件型腔，可制造管材、板材和各种大小的容器以取代原有的金属制品，可大量节省不锈钢、耐热钢、镍及其合金、铬及其合金、钛及其合金、铜及其合金、铝及其合金等等。
从本实用新型与现有成形装置的比较中，可以概括出本实用新型具有如下优点1)摒弃了现有成形装置制造的工件中普遍存在的晶粒粗大、显微孔隙较多、机械性能较低等弊病，可获得晶粒显著细小、显微空隙基本消除、强度和塑韧性超过现有成形制品的工件。
2)结构简单，能一次成形各种形状复杂、尺寸精确的金属陶瓷粉末构件，并为显微复合材料的制造开创了一条新的道路。
3)它极大地节约了机械零件制造所消耗的人力、物力、财力和能源，提高了生产效率和工件的使用性能，显著降低成本。
权利要求1.一种金属、陶瓷粉末精密粘性成形装置，其特征在于它是料斗(2)与料筒(3)刚性联接成一体，并与旋转工作台(11)作垂直活动联接；在料斗(2)内垂直安装送料施压螺杆(1)；料筒(3)外设有加热元件(4)；送料施压螺杆(1)末端的料筒(3)内腔中，依次设有抑流口(5)、粘性体加压室(6)和压力控制阀(7)，粘性体加压室(6)经压力控制阀(7)与旋转工作台(11)内的工件型腔(8)连通；工件型腔(8)底部是一个可与旋转工作台(11)分开的卸料块(9)；旋转工作台(11)的一侧设有冷却水喷嘴(12)。
专利摘要金属、陶瓷粉末精密粘性成形装置，是一套将不同熔点的金属与金属粉末、或金属与陶瓷粉末一步成形为金属粉末构件的机械装置。它是料斗与料筒刚性联接成一体，并与旋转工作台作垂直活动联接；在料斗内垂直安装送料施压螺杆；料筒外设有加热元件；送料施压螺杆末端的料筒内腔中，依次设有抑流口、粘性体加压室和压力控制阀，粘性体加压室经压力控制阀与旋转工作台内的工件型腔连通；工件型腔底部是一个可与旋转工作台分开的卸料块；旋转工作台的一侧设有冷却水喷嘴。本装置克服了现有一步成形装置制造的工件中晶粒粗大、显微孔隙多、机械性能低的弊病，实现了高性能、复杂形状、精密尺寸的金属粉末构件的一步成形，能够显著提高生产率，降低成本。
文档编号B22F3/00GK2681839SQ20042003503
公开日2005年3月2日 申请日期2004年2月12日 优先权日2004年2月12日
发明者刘跃军, 范淑红, 谭曼玲 申请人:刘跃军