专利名称：一种温粉末高速压制成形装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及粉末冶金领域，具体是指一种基于重力势能的温粉末高速压制成 形装置。
背景技术：
高速压制(high velocity compaction，简称HVC)成形技术是目前粉末冶金技 术研究和开发的一大热点。国内外对高速压制的研究仍在探索阶段，其关键制造技术与 致密化机理的研究还不深入。粉末冶金高速压制技术是瑞典冶金粉末制造商HGganSs AB和装备制造商Hydropulsor AB于2001年共同研究开发的一种粉末冶金新工艺和新 技术。该技术是传统粉末压制成形技术的一种极限式外延的结果。具体来说就是利用重 锤高速冲击产生强大的冲击波能量在0. 02s内将通过压模传递给模具中的金属粉末进行 致密化，间隔0.3s的多重附加冲击波可将密度不断提高。HVC压制速度比传统的压制方 法快500 1000倍，其操作过程和常规的单向压制极为相似，在2-30m/s的速度下对粉 体进行高能锤击，强烈的冲击波压制使金属粉末材料达到高密度，从而使材料性能更加优 异。与传统的粉末压制技术(例如温压，等静压)相比，这种工艺特别适合压制单台阶面 的粉末冶金零件，所形成的产品生胚密度，抗拉强度和屈服强度等机械性能得到明显提高， 而且生产更加经济化，具备用较小型号的设备生产超大零件的能力。目前全世界只有瑞典 Hydropulsor AB公司及其合作公司(例如国内的南京希顿东部精密机械有限公司)在生 产用于粉末冶金高速压制的设备。2001年该公司制造出独创的液压冲击机，解决了长期以 来限制HVC技术工业化应用的设备问题，使该技术得以全面推广。该公司已经成功开发出 四代 HVC 压机，即 HYP3522(100X 103kg)、H YP3527 (350 X 103kg)、HYP35218 (900 X 103kg) 和HYP35240(2000X103kg)型压机。新系列压机不仅能完成高速压制工艺过程，并在同一 套设备上集成了精整工艺。上述设备，采用独特的液压冲击结构，并采用超高压力液压油， 配备完善和高档的液压和气动系统，其中大流量液压阀门控制系统，液压锤锁紧等装置和 技术都已经获得专利保护，但是由于液压冲击系统要求苛刻导致管路复杂，零部件众多导 致体积庞大结构复杂，各零部件加工精度和安装精度都要求较高导致整机造价昂贵，难以 在国内粉末冶金行业广泛推广，更难以应用于研究成形技术及其机理的高校和科研单位。关于温压的关键技术我国已取得突破，其工艺简单、成本低廉，制品密度高、性能 禾口质量稳定。集成各种成形技术，突破单一成形技术存在的缺陷，是进一步提高粉末冶金制品 性能的研究方向。然而，结合了温压和高速压制特点的温粉末高速压制的研究，在国内外均 未见任何文献报道。发明人研究表明，温粉末高速压制成形即将极大提高成形速度，进一步提高零件 的密度达到高水平近终形成形。温粉末高速压制将可能成为高速压制和温压技术创新和发 展的一个契机。但是，上述高速压制成形设备都没有配套的加热设备，不能实现温粉末高速 压制成形，而专门用于温粉末高速压制装置未见有问世，极大限制该技术的研究与开发。发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种配套有加热设备的、 基于重力势能的温粉末高速压制成形装置。它能实现迅速致密成形，并且结构简单、可靠实 用、价格相对低廉、环境友好。为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案本实用新型所述的一种温粉末高速压制成形装置包括滑轮、电动机、机架、导向 筒、冲锤、上模板、侧模板、测速仪、上下模冲、压板、压力传感器、模具、数据采集卡、计算机 和底座及其加热圈和测温仪；它们的联接关系为导向筒上端固定在安装有电动机的机架 上，下端和上模板焊合；冲锤绳通过安装在导向筒正上方的滑轮与电动机相联接，并保持冲 锤在导向筒中自由垂直活动；模具通过压板固定在底座上，侧模板也对称固定在底座上； 测速仪对称安装在侧模板两侧上；加热圈直接套在模具上，测温仪固定安装在模具上；压 力传感器安装在下模冲下方，并与下模冲相接触；压力传感器与数据采集卡相连，数据采集 卡通过USB接口和计算机相连。所述固定模具的压板为3个，且均勻分布。所述测速仪对称固定在侧模板两侧上。本实用新型冲锤不同冲击速度是通过调节电动机来控制冲锤下落高度获得的。原 理是重力势能转化为动能，最大理论冲击速度为18.78m/s。冲锤落下撞击上模冲时产生冲 击应力波，在很短时间内(0.02s左右)将压制能量通过上模冲传给粉末使其致密成形，冲 击应力波再经下模冲传到压力传感器，经压力传感器转换成的信号传到数据采集卡，最后 在计算机上通过软件直接生成冲击波图形，冲击力的最大值及作用粉末的时间可以直接从 图中读出。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点1、本实用新型采用独特结构，直接利用重力势能获得压制能量，通过调节重锤下 落高度获得不同的冲击速度，最大理论速度可达18. 78m/s，应用范围广，可广泛应用于不同 粉末材料的成形。重力势能替代要求苛刻的液压或其它驱动方式，不仅结构简单、可靠实 用，而且成本相对较低，造价仅为同类进口设备价格的5 %左右。又由于成本低廉，更能促进 该成形方法的推广应用，特别适用于高校、科研单位。2、本实用新型通过加热圈直接对模具进行加热，替代了热油加热，简化了加热元 件的安装，加热温度可以精确控制，通过测温仪可以读出温压模具温度，温度调节范围宽可 以从室温 200°C进行调节。3、本实用新型装置与测试软件相结合，操作简便，能方便、直接和准确获得冲击波 压制曲线；通过冲击波压制曲线能获得冲击波波形、冲击力的最大值和作用粉末的时间，为 温粉末高速压制成形技术的工艺原理和成形机制研究提供重要手段。4、本实用新型的装置对环境无污染，是一种环境友好型成形装置。
图1为一种温粉末高速压制成形装置的结构示意具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。实施例1如图1所示，温粉末高速压制成形装置包括定滑轮1、型号为MR5130，功率为40W 的电动机2、机架3、导向筒4、质量为IOkg的冲锤5、上模板6、侧模板7、由光电传感器和脉 冲表两部分构成的测速仪8，其中光电传感器为BR20M-TDTL对射式光电传感器、上下模冲 9，11、压板10、型号为CYL203，量程为35吨的压力传感器12、模具13、数据采集卡14、计算 机15和底座16、加热圈17和TN-425L热电偶测温仪18 ；其中竖直安装的导向筒4为外径 108mm、内径104mm、长度18m的不锈钢管。它们的联接关系为导向筒4上端固定在安装有 电动机2的机架3上，下端和上模板6焊合；冲锤5的绳通过安装在导向筒4正上方的滑轮 1与电动机2相联接，并保持冲锤在导向筒4中自由垂直活动。通过3个均勻分布的压板 10将模具13固定在底座16上，再用12个内六角螺纹把侧模板7对称固定在底座16上，两 个测速仪8对称安装在侧模板7两侧上；压力传感器12安装在下模冲11下方，并与下模冲 11相接触；压力传感器12与数据采集卡14相连，数据采集卡14通过USB接口和计算机15 相连。 本实用新型冲锤不同冲击速度是通过调节电动机来控制冲锤下落高度来获得的， 原理是重力势能转化为动能，冲击速度可以通过测速仪8的BR20M-TDTL对射式光电传感器 测出，并在脉冲表上直接显示冲锤5冲击上模冲9时的速度大小。为此本实用新型可以通 过调节冲锤下落高度获得不同的速度，最大理论冲击速度可达18. 78m/s。本实用新型采用电阻式加热圈对模具进行加热，其加热温度可以精确控制，通过 热电偶测温仪可以读出模具温度。温度调节范围为室温 200°C。当对粉末压制时，将粉末预先在电阻式加热箱中加热，模具采用电阻式加热圈加 热，并在模具中装有热电偶测温仪来测模具的温度，粉末和模具加热到实验要求的温度，误 差士 l°c，粉末装入模腔13中，上模冲9与模腔之间为小间隙配合，为减小它们之间的摩擦 力对内涂上一层润滑剂。上模冲9下端直接与粉末接触。冲锤5落下撞击上模冲9，产生的 冲击应力波通过上模冲9传到粉末，使粉末在极短时间内致密成形，完成一次高速压制过 程，再经过下模冲11传到压力传感器12，经压力传感器转换成的信号传到数据采集卡14， 最后在计算机15上通过软件直接生成冲击应力波图形，冲击力的最大值及作用粉末的时 间可以直接从图中读出。本实施例中实验采用100目的水雾化铁粉，粉末重5g，模壁润滑采用HW无水乙醇 悬浮液。温压温度为115°C，模腔直径为10mm，冲锤从12m高度落下，测得速度为14.8m/ s，从冲击波图形中得到最大冲击力为208. 3KN，作用时间约40ms，得到试样生坯密度达到 7. 57g/cm3，与理论值相符。
权利要求一种温粉末高速压制成形装置，其特征在于该装置包括滑轮(1)、电动机(2)、机架(3)、导向筒(4)、冲锤(5)、上模板(6)、侧模板(7)、测速仪(8)、上下模冲(9，11)、压板(10)、压力传感器(12)、模具(13)、数据采集卡(14)、计算机(15)和底座(16)及其加热圈(17)和测温仪(18)；它们的联接关系为导向筒(4)上端固定在安装有电动机(2)的机架(3)上，下端和上模板(6)焊合；冲锤(5)的绳通过安装在导向筒(4)正上方的滑轮(1)与电动机(2)相联接，并保持冲锤在导向筒(4)中自由垂直活动；模具(13)通过压板(10)固定在底座(16)上，侧模板(7)也对称固定在底座(16)上；测速仪(8)对称安装在侧模板(7)两侧上；加热圈(17)直接套在模具(13)上，测温仪(18)固定安装在模具(13)上；压力传感器(12)安装在下模冲(11)下方，并与下模冲(11)相接触；压力传感器(12)与数据采集卡(14)相连，数据采集卡(14)通过USB接口和计算机(15)相连。
2.根据权利要求1所述的一种温粉末高速压制成形装置，其特征在于所述固定模具 (13)的压板(10)为3个，且均勻分布。
专利摘要本实用新型公开了一种基于重力势能的温粉末高速压制成形装置。该装置的冲锤绳通过安装在导向筒正上方的滑轮与电动机相联接，并保持其在导向筒中自由垂直活动；测速仪对称安装在侧模板两侧上；加热圈直接套在模具上；压力传感器与下模冲相接触、并与数据采集卡相连；数据采集卡通过USB接口和计算机相连。本实用新型在计算机上通过软件直接生成冲击波图形，冲击力的最大值及作用粉末的时间可以直接从图中读出；结构简单、使用方便、可靠实用且价格相对低廉的，特别适用于高校、科研单位。
文档编号B22F3/03GK201669424SQ201020027160
公开日2010年12月15日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者唐翠勇, 张文, 李元元, 肖志瑜, 邓三才, 陈进 申请人:华南理工大学