双向液压成形极化的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种粉末冶金成形机械【技术领域】中的双向液压成形极化机。该双向液压成形极化机，包括机床床身、成形模具、加热冷却系统、液压系统、强直流电场系统、自动操纵控制装置；形成一种在生产制造稀土超磁致伸缩材料时，用于进行压制致密成形极化工艺作业的专用技术装备，可以一次性独立完成将多元稀土合金粉末柔性等静压压制致密为成形坯体并同时完成对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业，较好地解决了粉冶成形坯体极易存在的膨胀、缩松、裂纹、夹层等材质内部隐患，能提高磁畴极化取向作业效果，可以取得简化制备技术过程、减少设备配置数量、提高制品技术性能、降低生产制造成本等多重效益。
【专利说明】双向液压成形极化机
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种粉末冶金成形机械设备，具体说是涉及一种双向液压成形极化机。
【背景技术】
[0002]稀土超磁致伸缩材料(GMM)，是上世纪七十年代开发研制成功的一种新型稀土功能材料，自问世以来一直是新材料【技术领域】中的前沿热点课题，是世界各国都在密切关注的技术研究领域。经世界各国科技人员和生产企业共同努力，在短短四十多年时间内得到了快速发展完善，现已成为生产制造电一声换能器、电一机换能器、专业传感器、特殊电子元器件等高端技术产品的必选原料，在世界各国经济建设、国防建设中的重要性和影响力日益凸显。
[0003]目前西方工业发达国家，在稀土超磁致伸缩材料的基础理论研究方面已十分先进完备，在应用器件开发生产方面已在多领域全面展开，成为左右世界各国稀土超磁致伸缩材料【技术领域】中生产科研的主导推动力量。但在制备工艺技术方面，依然延用熔融定向凝固法生产制造产品，制备技术中存在的工艺路线长、配置设备多、操纵控制困难、产品质量不稳定、成本费用过高等缺陷始终没有得到较好改善。
[0004]我国稀土超磁致伸缩材料的开发研制起步较晚，基础较差。随着我国高端技术产品的品种数量不断增加，对稀土超磁致伸缩材料的需求数量也越来越大。在市场需求强劲拉动下，最近几年直接参与稀土超磁致伸缩材料开发研制的高等院校、科研单位和生产企业越来越多，发展势头很猛，进步较快，但制备工艺技术基本都延用西方工业发达国家的熔融定向凝固法。
[0005]本发明专利紧密跟踪国内外稀土超磁致伸缩材料制备工艺【技术领域】的最新科技成果动态和发展趋势，在认真分析研究存在不足和弱点基础上，研究设计出一种能一次性独立将多元稀土合金粉末压制致密为成形坯体，同时完成对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业的双向液压成形极化机。
【发明内容】
[0006]本发明专利拟解决的技术问题。
[0007]本发明专利根据粉末冶金工艺技术要求，采用一种把压制致密成形模具，与具有调控加热温度功能的加热冷却系统、具有双向柔性等静压施压功能的液压系统、能产生较高静态磁场强度的强直流电场系统进行科学匹配结合的压制成形极化创新技术，一次性独立完成将多元稀土合金粉末压制致密为成形坯体，同时完成对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业的双向液压成形极化机。
[0008]本发明专利解决技术问题采取的技术方案。
[0009]本发明专利解决的技术问题，通过以下技术方案预以实现:研究设计出一种双向液压成形极化机，包括机床床身、成形模具、加热冷却系统、液压系统、强直流电场系统，自动操纵控制装置；一次性独立完成将多元稀土合金粉末双向柔性等静压压制致密为成形坯体，同时完成对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业。
[0010]所述的成形模具，是用于将多元稀土合金粉末压制致密成为成形坯体，完成对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业的载体。由成形坯体型管、稀土合金粉末填料室、左右活动压板、左右封闭盖板、安装分隔套管、模具壳体、安装固定基座、油缸行程限位装置等零部件组成；通过安装固定基座，安装固定在机床床身上。由成形坯体型管内腔形成的稀土合金粉末填料室，通过安装布置在左右两端的活动压板，分别与左右油缸压头相连接，向多元稀土合金粉末施加双向柔性等静压压力，完成压制致密成形作业；电加热器件、冷却水循环套管，安装布置在安装分隔套管与模具壳体之间形成的外层空腔里，向多元稀土合金粉末和成形坯体提供加热升温、冷却降温及对加热温度进行有效调节控制作业；强直流线圈，安装布置在安装分隔套管与成形坯体型管之间形成的内层空腔里，向成形坯体提供静态磁场高温磁畴极化取向作业。
[0011]所述的加热冷却系统，是用于对多元稀土合金粉末进行低温等静压压制致密成形作业或对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业时，提供加热升温、冷却降温及对加热温度进行有效调节控制的技术作业系统。由电加热器件、冷却水循环套管、冷却水循环泵、蓄水箱、温度传感器、计量监测仪表等零部件组成。电加热器件，以分组、间隔、交错的安装布置形式，固定在模具壳体上，通过导线束与自动操纵控制装置相连接；冷却水循环套管，以环绕安装布置形式，固定在安装分隔套管的外壁上，通过进、出水连接管分别与冷却水循环泵和蓄水箱相连接；温度传感器，固定在成形坯体型管的外壁上，通过导线束与自动操纵控制装置相连接；蓄水箱，单独安装布置在机床床身旁的合适位置上，冷却水循环泵安装固定在蓄水箱上，通过导线束与自动操纵控制装置相连接。在应用低温压制致密成形技术对多元稀土合金粉末实施低温等静压压制致密成形作业时，通过电加热器件将多元稀土合金粉末加热到72?75°C，可以使合金粉末产生出一种激活能；有这种激活能，能极大提高粉末颗粒之间的表面原子吸引力和机械啮合力，使成形坯体强度得到有效增加，也能极大提高粉末颗粒的流动性，使成形坯体的密度和均质程度得到有效提高，从而能有效避免在成形坯体内出现膨胀、缩松、裂纹、气泡等组织结构缺陷。在应用高温磁畴极化技术对成形坯体实施静态磁场高温磁畴极化取向作业时，通过电加热器件将成形坯体加热到高于居里温度点的395?400°C后，稳温15min，以5°C / min的降温速率，逐渐把成形坯体的加热温度调整到210?215°C后，稳温20min，再以3°C / min的降温速率，逐渐把成形坯体的加热温度调整到100°C后，关闭强直流电场系统；这种温度环境条件因素，可以使成形坯体内磁畴易于接受强大静态磁场的磁化作用，极大提高磁矩极化取向能力，有利于取得最佳极化取向效果。加热冷却系统，通过配置的自动操纵控制装置，调整控制电加热器件的通电时间、启动数量，调整控制冷却水在循环套管内的流量、流速等工程技术手段，可以精确调整控制对多元稀土合金粉末或成形坯体的加热温度、稳温时间、升降温速率等运行技术参数，与同时实施作业的液压系统、强直流电场系统的运行技术参数保持匹配同步。
[0012]所述的液压系统，是用于对多元稀土合金粉末进行低温等静压压制致密成形作业或对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业时，提供双向柔性等静压压力及对施压压力进行有效调节控制的技术作业系统。由左油缸压头、左油缸、左油管组成左方向压制致密作业单元，通过左油缸安装支座安装固定在机床床身上，通过左油管与液压控制器相连接，通过左油缸压头与成形模具的左活动压板相连接；由右油缸压头、右油缸、右油管组成右方向压制致密作业单元，通过右油缸安装支座安装固定在机床床身上，通过右油管与液压控制器相连接，通过右油缸压头与成形模具的右活动压板相连接；液压控制器，由液压油箱、齿轮油泵、操纵阀、分配阀、溢流阀、安全阀、监测控制仪表等液压元器件组成，单独安装固定在机床床身旁的合适位置上，通过导线束与自动操纵控制装置相连接。在将多元稀土合金粉末压制致密为成形坯体过程中，要求使用的压力必须能使所有粉末颗粒都产生脆性断裂后再重新结成新形体，如果使用的压力存在施压压力不足、施压压力不均、施压时间不够、解压速率过快等运行技术缺陷，就会有部分粉末颗粒仅仅发生弹性变形，或刚刚出现塑性形变，还未产生脆性断裂；此时解除压力，这些仅仅出现弹性变形或塑性形变的粉末颗粒，就有可能产生反弹或恢复原状，新形体内部就有可能因此产生膨胀、缩松、裂纹、气泡等严重材质质量隐患。因此，对多元稀土合金粉末实施压制致密成形作业，必须提供足够强大的施压压力和柔性等静压施压方式，并能对压力大小、施压运行速度、稳压时间、解压速率等运行技术参数进行有效调节控制。液压系统，依靠设计配置的左、右两个油缸，都以SOMPa的强大等同工作压力和都以12mm/min的均匀稳定施压运行速度，从左、右两个方向推动成形模具的左、右两个活动压板，完成对多元稀土合金粉末从左、右两个方向同时施加柔性等静压压力；成形坯体型管内腔的圆形管壁，在此压力作用下会产生出相等的反作用力，从圆周方向同时向多元稀土合金粉末施压，保证各方向施压压力均衡等量。随着这种双向柔性等静压压力的不断增加，所有多元稀土合金粉末颗粒，都会陆续发生较大幅度的位移和形变，并陆续发生从弹性变形向塑性形变演化，最终完成脆性断裂。在此过程中，多元稀土合金粉末颗粒之间的联结力得到极大增加，密度得到大幅度提高，体积得到大幅度缩小，被压制致密为成形坯体；此时，成形模具的左、右活动压板被推进到设置的油缸行程限位位置，左、右油缸停止移动，但依然会保持SOMPa的原有施压压力继续施加在成形坯体上，并保持较长的稳压时间。在解压作业阶段，采取第一次以0.5MPa/min的降压速率，从SOMPa减压至60MPa后稳压20min ;第二次以0.8MPa/min的降压速率，从60MPa减压至20MPa后稳压15min ;第三次以IMPa/min的降压速率，从20MPa直接减压至解除压力；以不同降压速率、不同稳压时间的分段逐次解压技术措施，完成等静压压制致密成形作业全过程。液压系统，通过计配置的自动操纵控制装置，对施压压力运行技术参数进行精确有效调节控制，与同时实施作业的加热冷却系统运行技术参数保持匹配同步，能一次性把多元稀土合金粉末压制致密为具有规定形状尺寸、受压全面均衡、密度分布均匀、组织强度较大的粉冶稀土超磁致伸缩棒材成形坯体。
[0013]所述的强直流电场系统，是用于对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业时，提供较高静态电场强度及对高温磁畴极化取向作业运行参数进行有效调节控制的技术作业系统。强直流电场系统，由交直流变压器、电子稳压器、直流电压自动调控器、强直流线圈、计量监控仪表等零部件组成。强直流线圈，设计成环绕成形坯体型管的结构布置形式，安装固定在成形坯体型管与安装分隔套管之间的内层空腔中，通过导线束与直流电压自动调控器相连接；交直流变压器与电子稳压器联结固定，单独安装布置在机床床身旁合适位置上，通过导线束分别与交流电电源、直流电压自动调控器相连接；直流电压自动调控器，安装布置在自动操纵控制装置内。强直流电场系统，采取在成形坯体型管外壁上安装布置强直流线圈，通过配置的交直流变压稳压供电调控装置，提供稳定高压直流电流，产生出较高静态磁场强度，在成形坯体保持足够强大等静压压力和高于居里温度点加热温度的环境条件下，完成对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向技术作业。根据静态磁场高温磁畴极化取向工艺技术要求，在成形坯体最高加热温度达到高于居里温度点的395?400°C时，使静态电场强度达到6kv/cm，并在此条件下稳压保压作业15min ;与成形坯体降温速率保持同步，在成形坯体加热温度逐渐调整降温到210?215°C的同时，将静态电场强度同步逐渐调整提升到8kv/cm，并在此条件下再稳压保压作业20min ;在成形坯体继续冷却降温过程中，静态电场强度始终稳压保压在8kv/cm，直至成形坯体加热温度降到100°C时，关闭电场系统，撤除外加磁场。强直流电场系统，通过调整控制直流电电压、通电时间等工程技术措施，可以精确调整控制高温磁畴极化取向作业运行技术参数，与同时实施作业的加热冷却系统、液压系统运行技术参数保持匹配同步，能强制成形坯体磁畴中的磁矩沿静态磁场方向进行有序取向排列，可以取得静态磁场高温磁畴极化取向作业的最佳效果。
[0014]自动操纵控制装置，制做成操纵控制柜形式，单独安装固定在机床床身旁的合适位置上；自动操纵控制装置设计成具有工业控制单片机编程、信号现场在线采集处理、数据计算存储备份、键盘输入、指令输出、LED屏幕显示等自动控制功能；通过导线束，一方面与设置在作业现场中的传感器、计量监控仪表等信息采集传递器件相连接，一方面与各作业装置的电机、泵、电动蝶阀、电磁开关等驱动部器件相连接。
[0015]本发明专利具有的优点及达到的效果。
[0016](I)本发明专利通过采用先进科学设计手段，成功地将成形模具、加热冷却系统、液压系统、强直流电场系统等多种作业功能部件，进行科学组织匹配和统一协调布置，形成一种压制致密成形极化专用技术装备，能一次性独立完成将多元稀土合金粉末柔性等静压压制致密为成形坯体，同时完成对成形坯体进行静态磁场高温磁畴极化取向作业，可以取得简化制备工艺技术过程，减少生产设备配置数量，提高制品技术性能，降低生产制造成本等多重效益。
[0017](2)本发明专利通过采用具有双向柔性等静压施压功能的液压系统，能使多元稀土合金粉末在各方向上同时获得足够强大、等量均衡的柔性等静压压力，压制致密为具有密度分布均匀，组织强度较大的成形坯体，较好地解决了粉冶成形坯体极易存在的膨胀、缩松、裂纹、夹层等材质内部隐患。
[0018](3)本发明专利通过采用能产生出较高静态磁场强度的强直流电场系统，使成形坯体在足够强大等静压压力和高于居里温度点加热温度环境条件下，接受高温磁畴极化取向技术处理作业，能强制成形坏体磁畴中的磁矩沿静态磁场方向进行有序取向排列，可以取得极大提高磁致伸缩应变系数的磁畴极化取向作业效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图:双向液压成形极化机结构原理示意图。
【具体实施方式】
[0020]如附图所示，本发明专利研究设计的双向液压成形极化机，包括机床床身(I)、成形模具、加热冷却系统、液压系统、强直流电场系统、自动操纵控制装置(22)等部件。成形模具，由成形坯体型管(17)、稀土合金粉末填料室(11)、左、右活动压板(15、7)、左、右封闭盖板(18、8)、安装分隔套管(13)、模具壳体(10)、安装固定基座(4)、油缸行程限位装置等零部件组成；通过安装固定基座(4)，安装固定在机床床身(I)上。由成形坯体型管(17)内腔形成的稀土合金粉末填料室(11)，通过安装布置在左、右两端的活动压板(15、7)，分别与左、右油缸压头(16、6)相连接；在安装分隔套管(13)与模具壳体(10)之间形成的外层空腔里，安装布置有电加热器件(9)、冷却水循环套管(12);在安装分隔套管(13)与成形坯体型管(17)之间形成的内层空腔里，安装布置有强直流线圈(14)。
[0021]加热冷却系统，由电加热器件(9)、冷却水循环套管(12)、冷却水循环泵、蓄水箱、温度传感器、计量监测仪表等零部件组成。电加热器件(9)，以分组、间隔、交错的安装布置形式，固定在模具壳体(10)上，通过导线束与自动操纵控制装置(22)相连接；冷却水循环套管(12)，以环绕安装布置形式，固定在安装分隔套管(13)的外壁上，通过进、出水连接管分别与冷却水循环泵和蓄水箱相连接；温度传感器，安装固定在成形坯体型管(17)的外壁上，通过导线束与自动操纵控制装置(22 )相连接。蓄水箱，单独安装布置在机床床身(I)旁的合适位置上，冷却水循环泵安装固定在蓄水箱上，通过导线束与自动操纵控制装置(22)相连接。在对多元稀土合金粉末实施低温等静压压制致密成形作业时，通过电加热器件(9)将装填在稀土合金粉末填料室(11)中的多元稀土合金粉末加热到72?75°C，使多元稀土合金粉末产生出一种激活能。在对成形坯体实施静态磁场高温磁畴极化取向作业时，通过调整控制电加热器件(9)的通电时间、启动数量和调整控制冷却水在循环套管(12)内的流量、流速等工程技术手段，精确调整控制对成形坯体的加热温度、稳温时间、升降温速率等运行技术参数，与实施作业强直流电场系统的运行技术参数保持匹配同步。
[0022]液压系统，由左油缸压头(16)、左油缸(19)、左油管(21)组成左方向压制致密作业单元，通过左油缸安装支座(20)安装固定在机床床身(I)上，通过左油管(21)与液压控制器相连接，通过左油缸压头(16)与成形模具的左活动压板(15)相连接；由右油缸压头
(6)、右油缸(5)、右油管(3)组成右方向压制致密作业单元，通过右油缸安装支座(2)安装固定在机床床身(I)上，通过右油管(3)与液压控制器相连接，通过右油缸压头(6)与成形模具的右活动压板(7)相连接。液压控制器，由液压油箱、齿轮油泵、操纵阀、分配阀、溢流阀、安全阀、监测控制仪表等液压元器件组成，单独安装固定在机床床身(I)旁的合适位置上，通过导线束与自动操纵控制装置(22)相连接。在对多元稀土合金粉末实施低温等静压压制致密成形作业过程中，依靠设计配置的左、右两个油缸(19、5)，都以SOMPa的强大等同工作压力和都以12mm/min的均匀稳定施压运行速度，从左、右两个方向推动成形模具的左、右两个活动压板(15、7)，对装填在稀土合金粉末填料室(11)内的多元稀土合金粉末，从左、右两个方向同时施加柔性等静压压力；成形坯体型管(17)内腔的圆形管壁，在此压力作用下会产生出相等的反作用力，从圆周方向同时向多元稀土合金粉末施压，使各方向施压压力均衡等量；当成形模具的左、右活动压板(15、7)被推进到设置的油缸行程限位位置时，左、右油缸(19、5)停止移动，但依然会保持80MPa的原有施压压力继续施加在成形坯体上，并保持较长的稳压时间。在解压作业阶段，设计采取不同降压速率、不同稳压时间的分段逐次解压技术措施，完成等静压压制致密成形作业全过程。
[0023]强直流电场系统，由交直流变压器、电子稳压器、直流电压自动调控器、强直流线圈(14)、计量监控仪表等零部件组成。强直流线圈(14)，设计成直环绕成形坯体型管(17)的结构布置形式，安装固定在成形坯体型管(17)与安装分隔套管(13)之间的内层空腔中，通过导线束与直流电压自动调控器相连接；交直流变压器与电子稳压器联结固定，单独安装布置在机床床身(I)旁合适位置上，通过导线束分别与交流电电源、直流电压自动调控器相连接；直流电压自动调控器，安装布置在自动操纵控制装置(22)内。在对成形坯体实施静态磁场高温磁畴极化取向作业时，通过调整控制直流电电压、通电时间等工程技术措施，可以精确调整控制高温磁畴极化取向作业运行技术参数，与实施作业的加热冷却系统、液压系统作业运行技术参数保持匹配同步，能强制成形坯体磁畴中的磁矩沿静态磁场方向进行有序取向排列。
[0024]自动操纵控制装置(22)，制做成操纵控制柜形式，单独安装固定在机床床身(I)旁的合适位置上；自动操纵控制装置(22)，设计成具有工业控制单片机编程、信号现场在线采集处理、数据计算存储备份、键盘输入、指令输出、LED屏幕显示等自动控制功能；通过导线束，一方面与设置在作业现场中的传感器、计量监控仪表等信息采集传递器件相连接，一方面与各作业装置的电机、泵、电动蝶阀、电磁开关等驱动部器件相连接。
【权利要求】
1.一种双向液压成形极化机，其特征在于:该双向液压成形极化机，包括机床床身(I)、成形模具、加热冷却系统、液压系统、强直流电场系统、自动操纵控制装置(22);成形模具，由成形坯体型管(17)、稀土合金粉末填料室(11)、左、右活动压板(15、7)、左、右封闭盖板(18、8)、安装分隔套管(13)、模具壳体(10)、安装固定基座(4)、油缸行程限位装置组成，通过安装固定基座(4)，安装固定在机床床身(I)上；由成形坯体型管(17)内腔形成的稀土合金粉末填料室(11)，通过安装布置在左、右两端的活动压板(15、7)，分别与左、右油缸压头(16、6)相连接；在安装分隔套管(13)与模具壳体(10)之间形成的外层空腔里，安装布置有电加热器件(9)、冷却水循环套管(12);在安装分隔套管(13)与成形坯体型管(17)之间形成的内层空腔里，安装布置有强直流线圈(14)。
2.根据权利要求1所述的一种双向液压成形极化机，其特征在于:所述的加热冷却系统，由电加热器件(9)、冷却水循环套管(12)、冷却水循环泵、蓄水箱、温度传感器、计量监测仪表组成；电加热器件(9)，以分组、间隔、交错的安装布置形式，固定在模具壳体(10)上，通过导线束与自动操纵控制装置(22)相连接；冷却水循环套管(12)，以环绕安装布置形式，固定在安装分隔套管(13)的外壁上，通过进、出水连接管分别与冷却水循环泵和蓄水箱相连接；温度传感器，安装固定在成形坯体型管(17)的外壁上，通过导线束与自动操纵控制装置(22)相连接；蓄水箱，单独安装布置在机床床身(I)旁的合适位置上，冷却水循环泵安装固定在蓄水箱上，通过导线束与自动操纵控制装置(22 )相连接。
3.根据权利要求1所述的一种双向液压成形极化机，其特征在于:所述的液压系统，由左油缸压头(16)、左油缸(19)、左油管(21)组成左方向压制致密作业单元，通过左油缸安装支座(20)安装固定在机床床身(I)上，通过左油管(21)与液压控制器相连接，通过左油缸压头(16)与成形模具的左活动压板(15)相连接；由右油缸压头(6)、右油缸(5)、右油管(3)组成右方向压制致密作业单元，通过右油缸安装支座(2)安装固定在机床床(I)身上，通过右油管(3)与液压控制器相连接，通过右油缸压头(6)与成形模具的右活动压板(7)相连接；液压控制器，由液压油箱、齿轮油泵、操纵阀、分配阀、溢流阀、安全阀、监测控制仪表组成，单独安装固定在机床床身(I)旁的合适位置上，通过导线束与自动操纵控制装置(22)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种双向液压成形极化机，其特征在于:所述的强直流电场系统，由交直流变压器、电子稳压器、直流电压自动调控器、强直流线圈(14)、计量监控仪表组成；强直流线圈(14)，设计成直环绕成形坯体型管(17)的结构布置形式，安装固定在成形坯体型管(17)与安装分隔套管(13)之间的内层空腔中，通过导线束与直流电压自动调控器相连接；交直流变压器与电子稳压器联结固定，单独安装布置在机床床身(I)旁合适位置上，通过导线束分别与交流电电源、直流电压自动调控器相连接；直流电压自动调控器，安装布置在自动操纵控制装置(22)内。
【文档编号】B22F3/04GK103624253SQ201210311666
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2012年8月29日
【发明者】孙彦波, 韩冬, 刘朋 申请人:四平兴大密封件有限公司