本实用新型属于多孔金属材料技术领域，具体涉及一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属的制造装置。
背景技术：
在过去十年，全球对轻量化零部件的需求大幅增长。降低汽车零部件的重量不仅可以减少燃油消耗，同时在提速等方面提高了车辆性能；在环保方面，更少的燃油消耗亦降低了空气污染。鉴于过量能源消耗和环境日益恶化都是世界迫切需要解决的关键问题，轻量化设计的汽车以及先进的工业材料将会在未来的市场中大放异彩。为了满足以上社会需求，泡沫金属作为新型材料，因为其优良的性能以及重量体积比，已经在国外开发并使用。而如何简化泡沫金属的制作过程、提高其质量，是目前市场上的重要课题。
作为超轻材料的泡沫金属具有气孔结构，由多于百分之五十总体积的气孔与金属基底构成，这样的复合结构具有高抗压强度和良好的能量吸收能力。泡沫金属的独特结构使其成为汽车行业能量吸收和轻量化设计零部件的完美材料。应用实例包括汽车框架、保险杠、碰撞箱、仪表板、齿轮、消音器甚至发动机零部件。使用泡沫金属作为汽车零部件原材料不仅减轻了重量，还可以凭借材料吸收高冲击能量的能力来改善其安全性。同时，泡沫铝属质轻、阻燃且相对实体材料单位造价低廉，已经成为了最为受关注的新兴金属材料。
在传统粉末冶金制造泡沫金属零部件的方法中，首先将金属粉末与发泡剂混合，然后通过单轴压缩将粉末混合物压实成坯体。坯体最终放置于成形模具内进行热处理，发泡以形成净形状零部件。但此传统过程在技术推广以及成本控制等方面存在众多缺陷，譬如：
1.在进行发泡步骤之前，需要使坯体的几何形状与发泡成形模具内腔几何形状相似，否则容易造成填充不满。将原材料制成此初始几何形状时，需要一套模腔形状与发泡成形模具相似的预成形模具。由于这套额外的预成形模具可能需要复制发泡成形模具中的复杂结构，甚至由于发泡过程的特殊性，两套模具中会有相对应的结构改变。而结构的变化需要进行过程分析、计算机仿真甚至多次实际操作才可以确定，这导致了传统加工工艺复杂且花费高昂。
2.泡沫金属直接进行发泡时，由于压制的粉末零件脆性很高，产生的气体会在零件中产生裂纹，裂纹逐渐扩大之后会形成气体通道，而分解出的气体会从气体通道中快速逸出而难以正常形成泡沫金属。
3.传统工艺需要针对所有不同的零件，进行关于模具设计、预成形过程、发泡过程等环节的参数分析，此类参数基于零件的几何特点以及工艺特点而变化，相互之间难以有经验借鉴。因此每生产一次新零件时，都需要对每一个工序进行研究和模拟，大大提高了成形的复杂度和工作量。
4.涉及系统整合时，两套模具的存在让系统的精简面临着更高的难度，同时发泡系统和可能存在几何精加工系统，使设备的结构更为复杂。因此传统工艺设备组成复杂，分布零散。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于粉末冶金挤压技术并且具有成形质量更高、操作简易、生产效果好且易于工业推广等优点的泡沫金属制造装置。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的方案是：
一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属制造装置，所述装置包括供料组件、混合组件、挤压成形组件和发泡定型组件。
所述供料组件包括金属粉末供料单元和发泡剂供料单元；金属粉末供料单元和发泡剂供料单元分别用于储存金属粉末和发泡剂，且两者相互独立；金属粉末供料单元和发泡剂供料单元中储存的金属粉末和发泡剂均可通入混合组件中，其通入的方式可以是在重力的作用下 (即金属粉末供料单元和发泡剂供料单元均设置于混合组件上方且有通道相连)和/或经由专门的输送设备(例如真空上料机)将金属粉末或发泡剂从金属粉末供料单元或发泡剂供料单元中输送至混合组件中，亦或是人工完成金属粉末和发泡剂的转移。
所述混合组件包括混合釜和搅拌装置，混合釜是混合的容器而搅拌装置设置于混合釜中以对混合物料进行搅拌；混合组件用于在金属粉末和发泡剂被转移至混合组件中以后，对混合组件中的金属粉末和发泡剂进行搅拌混均和/或研磨，从而产生出混合均匀的原材料。混合完成的混合物料同样可以采用重力作用、特定的输送设备或是人工输送等方式被输送至挤压成形组件中。
所述挤压成形组件包括挤压缸、加压柱、成形部和剪裁部，所述加压柱设置于挤压缸内，成形部具有一与挤压缸内部相连通的通道；剪裁部设置于成形部外侧；挤压成形组件的各部件被配置为可以形成一密闭的空间以容纳混合的物料，加压柱可对其中的物料进行挤压操作并将其挤压驱动至成形部内，并形成截面为圆形、椭圆形或多边形的类似于圆柱体状的其他形状的坯料块。剪裁部具有相应的被设计为通过移动的方式打开或关闭成形部的附属固定结构，以保证封闭性良好且内部压力不会损坏剪裁部(整个冷压过程需要很大的压力以紧固材料)；当剪裁部移动封闭成形部时，加压柱向内运动，将混合物料挤压成更为致密的原材料，然后剪裁部从成形部移开，加压柱继续向内推进，推进距离按照所需要的坯料块(例如小圆柱形坯料块)体积计算，当一个坯料块(例如小圆柱形坯料块)体积挤出后，剪裁部移动以关闭成形部并同时切断已挤出成形部的物料，从而完成对小圆柱形坯料块的切割，其掉落至下模具中；重复上述过程以制造出所需数量的坯料块，此时模具的上、下模为开启状态。更佳地，所述加压柱的驱动力为液压油，当然也可以是其他的电机直接驱动加压柱。
所述发泡定型组件包括上模座、下模座、振动装置、升降装置以及加热装置，所述下模座与振动装置相连接，上模座与升降装置相连接，并且上模座和下模座上设有供上模具、下模具固接的连接处，上模具和下模具之间设有用于容纳物料的容置空间(即模腔)。所述加热装置设置于上模座内、下模座内、上模具、下模具、上模座与上模具之间以及下模座与下模具之间中的至少一处，从而可以直接或间接地对模腔内的物料进行加热。
优选地，所述搅拌装置可以为搅拌桨或搅拌球磨装置，所述搅拌球磨装置包括搅拌棒和球磨球；即搅拌装置可以是由混合釜和搅拌桨组成的常规搅拌混合装置，或是由混合釜、搅拌棒和球磨球组成的搅拌球磨装置(例如万能球磨机等)，从而保证材料混合质量好，不存在内部结块或分散不均匀等不良现象。
该泡沫金属制造装置的工作过程如下：
首先，金属粉末和发泡剂被引入混合组件中，混合组件启动以对两者进行搅拌混匀和/ 或研磨；搅拌和/或研磨完成后，混合物料被转移至挤压缸中，剪裁部向下运动以闭合挤压缸，挤压柱开始挤压混合物料，等挤压完成后，剪裁部向上运动以使成形部开启，混合物料在挤压柱的作用在从成形部被挤出，待挤出适当体积的混合物料后，剪裁部向下运动以关闭成形部并同时将已挤出的坯料块剪断，下模具位于成形部下部以接纳剪断的坯料。当大量的小圆柱坯体状的坯料块积累在下模具中以后，承载下模具的具有震动功能的下模座将会震动，以使其中的小圆柱形坯料块受到力的影响，尽可能的均匀分布在下模具内；从而保证热处理过程中材料分布均匀、受热情况稳定、材料中产生的预制气孔分布均匀。
之后上模具在升降装置的带动下向下运动以使上模具与下模具相接合，形成密封的模腔。该结构设计可以方便更换不同的成形模具以制造不同的零件，当模具替换时，只需解除下模具、上模具与上模座和上模座之间的连接，即可以更换模具。在模腔封闭之后，开始进行热处理，热源为模具内的加热装置，也可以类似替换为相同效果的其他功能结构；但采用外部热源时，热处理区域需要和其他功能区域进行一定的分隔处理，以避免高温影响设备综合性能。
而后，发泡定型组件升温以对模具内的物料进行烧结处理，此时物料温度低于金属粉末的熔化温度，不会造成小圆柱形坯料块的熔化；更佳地，在烧结过程中，保护气体将通入模具中，维持一个高压环境；高压烧结的主要作用是在保证坯料块模块不熔化的情况下，辅助模块固化。烧结处理时，物料内部的发泡剂会发生复杂的反应过程，发泡剂受热后将缓慢释放出发泡气体，但是烧结中的模块强度提高，不会使气体在内部自由形成通道而逸出；因此，气体将聚集在发泡剂周围，形成一个个独立、具有压强的发泡气体单元，此时所有的小圆柱形坯料块已经开始具有膨胀发泡的趋势。
优选地，所述泡沫金属制造装置还包括加压和保护装置，所述加压和保护装置包括抽气部件和补气部件，所述抽气部件包括气泵和气体管道，所述气体管道一端与气泵相连另一端与模腔相连；所述补气部件包括气源和补气管，所述气源经由补气管与模腔相连通。
优选地，所述泡沫金属制造装置还包括催化单元，所述催化单元包括储存罐和耐高温管路，所述耐高温管路一端与储存罐相连另一端与模腔相连通。
一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属制造方法，其包括以下步骤：
混合的步骤：将金属粉末和发泡剂置于混合容器中，在混合容器中对两者进行搅拌混匀和/或研磨(或球磨)；金属粉末和发泡剂通过重力作用(即将原料容器置于混合容器上方并用管道连接两者)或辅助设备(例如真空上料机等原料输送设备)而被转入混合容器中。
挤压的步骤：混合完成后物料被转移至挤压容器中，挤压容器闭合的情况下对混合物料进行挤压处理。
成形剪裁的步骤：待挤压完成后挤压容器开启，混合物料在挤压的作用下在成形部被挤出，待挤出适当体积的混合物料后剪断部将其剪断，被剪断的坯料块进入下模具中；不断重复上述挤出和剪裁的操作直至成形剪裁完成。当大量的坯料块(例如小圆柱坯体状的坏料块) 积累在下模具中以后，下模具震动以使其中的坯料块受到力的影响，尽可能的均匀分布在下模具内；从而保证热处理过程中材料分布均匀、受热情况稳定、材料中产生的预制气孔分布均匀。
烧结的步骤：升温以对模腔内的坯料块进行烧结处理，烧结的温度低于金属粉末的熔化温度而高于发泡剂的发泡温度，因此不会造成小圆柱形坯料块的熔化；烧结处理时，物料内部的发泡剂会发生复杂的反应过程，发泡剂受热后将缓慢释放出发泡气体，但是烧结中的模块强度提高，不会使气体在内部自由形成通道而逸出；因此，气体将聚集在发泡剂周围，形成一个个独立、具有压强的发泡气体单元，此时所有的小圆柱形坯料块已经开始具有膨胀发泡的趋势。当烧结时间到达时，加热装置关闭，下模座将会震动，使经烧结的小圆柱状的坯料块再次分布平均在下模具内，并减少由于烧结过程带来的坯料块之间的粘结。
发泡预浸渍的步骤：当烧结过程完毕之后，小圆柱状的坯料块已经具有了一定的强度，内部也产生了一定气体，具有内压强，此时开始进行发泡过程。该方法的发泡过程较之传统工艺再次进行创新，传统工艺中，通常采用直接加热的方式进行发泡，加热的方式常为热辐射或者热气氛等方式，然而此类方式存在以下缺陷：
1、传统发泡方式热传导效率较低，能量损耗大，发泡过程耗时长；
2、由于热传导效率低，坯体内部在早期产生气体时，外部依然维持在较为坚硬的状态，坯体难以自然膨胀；因此产生的气压会在内部产生细小的缝隙，最后产生较大的缝隙使气体逸出，会造成整体泡沫金属的质量降低。
为此，该方法进一步包括发泡预浸渍的步骤，其是指当下模座完成震动之后，模腔内部的金属材质(例如铝质)小圆柱状的坯料块已经准备好进入发泡过程，此时熔融金属仓的管道打开，熔融状态的金属液(例如铝液)在重力或压力作用下进入模腔中。之后，熔融的铝液将会浸润模腔中的铝质小圆柱状的坯料块，由于铝液包裹住了坯料块，热量可以直接传导，因此本实用新型过程2可以有更高的热传导效率。当铝液浸润大部分铝质小圆柱形坯料块时，熔融金属仓的管道关闭，而后加热装置再次作为主体热源，而保护气体持续缓慢通入，以保证模腔内的气氛纯净的情况下尽可能少的影响模腔内温度，发泡预浸渍的步骤完成。
发泡的步骤：发泡预浸渍的步骤完成后，保护气体停止提供，以避免产生额外的影响；铝液也不在提供，以免影响材料配比，此阶段完全由加热装置供能。此时系统处在稳定的发泡成形过程，铝质小圆柱状的坯料块之间开始相互融合，形成一个完整的泡沫金属坯料块，之后泡沫金属坯料块逐渐发泡膨胀，填充满整个模腔，发泡金属零件生产完毕，之后上模具开启，即可以取得零件。
该方法的好处是金属液的快速传热效果可以使小圆柱形坯料块整体软化，因此产生的气体可以使小圆柱形坯料块膨胀而不通过其他方式逸出；而小圆柱形坯料块只需要少量金属液诱发反应进行，不需要过多金属液影响其材料配比，之后的主体发泡环节依然由加热装置完成，所以本方法中的金属液可以看做一种类似“催化剂”的作用，以成形更好质量的泡沫金属零部件。
优选地，所述烧结的步骤还包括气氛置换和/或加压的步骤，其包括气氛置换的步骤和加压的步骤；所述气氛置换的部分是指通过外部结构(例如真空泵)以通过气体单向阀进行预抽真空过程，将模腔内的气体抽除，之后保护气体充入以置换模腔中原来存在的空气以防止金属在加热过程中氧化；所述加压的步骤是指在气氛置换的步骤完成以后，保护气体仓将会启动以向模腔中充入保护气体(惰性气体)，并且使模腔内的保护性气体维持一定的气压，并在烧结过程中维持这一压力，从而使烧结过程中坯料块外部有一定的气压，从而使烧结过程中坯料块不至于产生裂纹而使气体外泄。在烧结过程中，保护气体将通入模具中，维持一个高压环境；高压烧结的主要作用是在保证坯料块模块不熔化的情况下，辅助模块固化。
优选地，所述方法还包括预处理的步骤，所述预处理的步骤包括在混合的步骤之前对金属粉末和/或发泡剂进行搅拌和/或研磨以使金属粉末和发泡剂在混合前具有更佳的均匀度和粒度分布。
本实用新型的创新之处是烧结过程和发泡过程在同一发泡仓(即模腔)内进行，并且在烧结过程结束之后，设备将自动进行一定的调整然后才开始进行发泡过程；其优势来自于将原坯料块模块化的创新点，此方式直接去除了由传统工艺中坯体烧结几何形状变化带来的复杂中间处理工序。同时这种方式能把类似小圆柱形坯料块的几何形状标准化，使其具有单元性，可以根据不同的零件计算所需的单元数量；同时由于坯料块不再是一个压制的实体，而小单元坯料块之间具有一定流动性，使成形的零部件气孔分布更为均匀。针对不同的零部件设计，类似小圆柱形坯料块的几何尺寸也可以进行相对应的调节。该方法可以简化不同结构特点的零部件的加工过程，也进一步优化零部件质量以及降低工艺成本。此外，本实用新型的设计震动装置、发泡仓等结构，可以方便的在多重功能之间转换。
本实用新型的主要特征是采用了挤压成形技术来制造小圆柱形金属坯料块，小圆柱金属坯料块将被作为生产所有泡沫金属零部件的统一单元；同时，实用新型集合了多个必要以及优化的成形工序系统，将泡沫金属零件的制作过程精简整合。该装置和方法可以极大地提高了空间利用率、设备利用率以及系统一体化的程度，是一种创新并高效的泡沫金属的生产方式。
综上所述，本实用新型的技术方法及系统的优点可以总结如下：
1.整个系统设备精简整合在一部总机之中，减小占地面积并提高工作效率；
2.创新的金属小单元坯料块设计，解决了传统加工工艺中的预制坯体的问题，减少了一套模具的制造过程；
3.减少了对不同零件的发泡研究过程，只需调整金属小单元坯料块的体积和数量，即可以制造不同的零件；
4.发泡过程更为均匀，金属小单元坯料块的堆积过程中，内部存在大量的空隙和通道，方便烧结、发泡过程中的热量传导以及金属液传导；
5.结构设计方便模具的更换。
附图说明
图1为本实用新型的某一实施例中金属粉末与发泡剂混合的过程示意图；
图2为图1实施例中使用挤压成形技术制造铝质小圆柱形状的坯料块的过程示意图；
图3为图1实施例中对铝质小圆柱状的坯料块进行热处理的烧结过程示意图；
图4为图1实施例中对铝质小圆柱状的坯料块进行浸润和诱发发泡的过程示意图；
图5为图1实施例的开始发泡生成目标零部件的过程示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型提供的作具体阐述。
一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属制造装置，所述装置由供料组件、混合组件2、挤压成形组件3和发泡定型组件4等部件组成。
所述供料组件包括金属粉末供料单元11和发泡剂供料单元12；金属粉末供料单元11和发泡剂供料单元12分别用于储存金属粉末和发泡剂，且两者相互独立；金属粉末供料单元 11和发泡剂供料单元12中储存的金属粉末和发泡剂均可通入混合组件中，其通入的方式可以是在重力的作用下(即金属粉末供料单元11和发泡剂供料单元12均设置于混合组件上方且有通道相连)和/或经由专门的输送设备(例如真空上料机)将金属粉末或发泡剂从金属粉末供料单元11或发泡剂供料单元12中输送至混合组件2中，亦或是人工完成金属粉末和发泡剂的转移。
所述混合组件2包括混合釜21和搅拌装置22；更佳地，所述搅拌装置22可以为搅拌桨或搅拌球磨装置，所述搅拌球磨装置包括搅拌棒和球磨球；即搅拌装置可以是由混合釜和搅拌桨组成的常规搅拌混合装置，或是由混合釜、搅拌棒和球磨球组成的搅拌球磨装置(例如万能球磨机等)，从而保证材料混合质量好，不存在内部结块或分散不均匀等不良现象。混合组件用于在金属粉末和发泡剂被转移至混合组件中以后，对混合组件2中的金属粉末和发泡剂进行搅拌混均和/或研磨，从而产生分布均匀、粒度适当的混合物。混合完成的混合物料同样可以采用重力作用、特定的输送设备或是人工输送等方式被输送至挤压成形组件中。
所述挤压成形组件3包括挤压缸31、加压柱32、成形部33和剪裁部34，所述加压柱32 设置于挤压缸31内，成形部33具有一与挤压缸31内部相连通的通道；剪裁部34设置于成形部33外侧，并且其具有可通过移动的方式打开或关闭成形部的附属固定结构，以保证其具有充分的结构强度而不至于在挤压成形的过程中被损坏；作为一个实施例，所述成形部前端设有活动槽，剪裁部可活动(例如可升降)地设置于活动槽内从而使剪裁部可上下活动以剪裁物料并且还可以受到充分的支撑而不至于因挤压缸内的压力而被损坏，当然现有技术中其他的兼具支撑和运动功能的结构亦是可以的。挤压成形组件3的各部件被配置为可以形成一密闭的空间以容纳混合的物料，加压柱32可对其中的物料进行挤压操作并将其挤压驱动至成形部33内，并形成截面为圆形、椭圆形或多边形的类似于圆柱体状的其他形状的坯料块。剪裁部34被移动至使成形部33被封闭，加压柱32向内运动，将混合物料挤压成更为致密的原材料，然后剪裁部34被从成形部33移开，加压柱32继续向内推进，推进距离按照所需要的坯料块(例如小圆柱形坯料块)体积计算，当一个坯料块(例如小圆柱形坯料块)体积挤出后，剪裁部移动以关闭成形部并同时切断已挤出成形部的物料，从而完成对小圆柱形坯料块的制造，其掉落至下模具中；重复上述过程以制造出所需数量的坯料块，此时模具的上、下模为开启状态。更佳地，所述加压柱的驱动力为液压油，当然也可以是其他的电机直接驱动加压柱。
所述发泡定型组件4包括上模座41、下模座42、振动装置、升降装置以及加热装置，所述下模座与振动装置相连接，上模座与升降装置相连接，并且上模座和下模座上设有供上模具、下模具固接的连接处，上模具和下模具之间设有用于容纳物料的容置空间(即模腔45)。所述加热装置设置于上模座内、下模座内、上模具、下模具、上模座与上模具之间以及下模座与下模具之间中的至少一处，从而可以直接或间接地对模腔内的物料进行加热。
该泡沫金属制造装置的工作过程如下：
首先，金属粉末和发泡剂被引入混合组件中，混合组件启动以对两者进行搅拌混匀和/ 或研磨；搅拌和/或研磨完成后，混合物料被转移至挤压缸中，剪裁部向下运动以闭合挤压缸，挤压柱开始挤压混合物料，等挤压完成后，剪裁部向上运动以使成形部开启，混合物料在挤压柱的作用在从成形部被挤出，待挤出适当体积的混合物料后，剪裁部向下运动以关闭成形部并同时将已挤出的坯料块剪断，下模具位于成形部下部以接纳剪断的坯料。当大量的小圆柱坯体状的坯料块积累在下模具中以后，承载下模具的具有震动功能的下模座将会震动，以使其中的铝质小圆柱形坯料块受到力的影响，尽可能的均匀分布在下模具内；从而保证热处理过程中材料分布均匀、受热情况稳定、材料中产生的预制气孔分布均匀。
之后上模具在升降装置的带动下向下运动以使上模具与下模具相接合，形成密封的模腔。该结构设计可以方便更换不同的成形模具以制造不同的零件，当模具替换时，只需解除下模具、上模具与上模座和上模座之间的连接，即可以更换模具。在模腔封闭之后，开始进行热处理，热源为模具内的加热装置，也可以类似替换为相同效果的其他功能结构；但采用外部热源时，热处理区域需要和其他功能区域进行一定的分隔处理，以避免高温影响设备综合性能。
而后，发泡定型组件升温以对模具内的物料进行烧结处理，此时物料温度低于金属粉末的熔化温度，不会造成小圆柱形坯料块的熔化；更佳地，在烧结过程中，保护气体将通入模具中，维持一个高压环境；高压烧结的主要作用是在保证坯料块模块不熔化的情况下，辅助模块固化。烧结处理时，物料内部的发泡剂会发生复杂的反应过程，发泡剂受热后将缓慢释放出发泡气体，但是由于烧结中的模块强度提高，气体难以在坯料块内部自由形成通道而逸出；因此，气体将聚集在发泡剂周围，形成一个个独立、具有压强的发泡气体单元，此时所有的小圆柱形坯料块已经开始具有膨胀发泡的趋势。
在某些较佳实施例中，所述泡沫金属制造装置还包括加压和保护装置，所述加压和保护装置包括抽气部件和补气部件，所述抽气部件包括气泵和气体管道，所述气体管道一端与气泵相连另一端与模腔相连；所述补气部件包括气源和补气管，所述气源经由补气管与模腔相连通。
在另一些更佳实施例中，所述泡沫金属制造装置还包括催化单元，所述催化单元包括储存罐和耐高温管路，所述耐高温管路一端与储存罐相连另一端与模腔相连通。
一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属制造方法，其包括以下步骤：
混合的步骤：将金属粉末和发泡剂置于混合容器中，在混合容器中对两者进行搅拌混匀和/或研磨(或球磨)；金属粉末和发泡剂通过重力作用(即将原料容器置于混合容器上方并用管道连接两者)或辅助设备(例如真空上料机等原料输送设备)而被转入混合容器中。
挤压的步骤：混合完成后物料被转移至挤压容器中，挤压容器闭合的情况下对混合物料进行挤压。
成形剪裁的步骤：待挤压完成后挤压容器开启，混合物料在挤压的作用下在成形部被挤出，待挤出适当体积的混合物料后将其剪断，被剪断的坯料块进入下模具中；不断重复上述挤出和剪裁的操作直至成形剪裁完成。当大量的小圆柱形坯料块状的坏料块积累在下模具中以后，下模具震动以使其中的坯料块受到力的影响，尽可能的均匀分布在下模具内；从而保证热处理过程中材料分布均匀、受热情况稳定、材料中产生的预制气孔分布均匀。
烧结的步骤：升温以对模腔内的坯料块进行烧结处理，烧结的温度低于金属粉末的熔化温度而高于发泡剂的发泡温度，因此不会造成小圆柱形坯料块的熔化；烧结处理时，物料内部的发泡剂会发生复杂的反应过程，发泡剂受热后将缓慢释放出发泡气体，但是烧结中的模块强度提高，不会使气体在内部自由形成通道而逸出；因此，气体将聚集在发泡剂周围，形成一个个独立、具有压强的发泡气体单元，此时所有的小圆柱形坯料块已经开始具有膨胀发泡的趋势。当烧结时间到达时，加热装置关闭，下模座将会震动，使经烧结的铝质小圆柱状的坯料块再次分布平均在下模具内，并减少由于烧结过程带来的坯料块之间的粘结。
发泡预浸渍的步骤：当烧结过程完毕之后，小圆柱状的坯料块已经具有了一定的强度，内部也产生了一定气体，具有内压强，此时开始进行发泡过程。该方法的发泡过程较之传统工艺再次进行创新，传统工艺中，通常采用直接加热的方式进行发泡，加热的方式常为热辐射或者热气氛等方式，然而此类方式存在以下缺陷：
1、传统发泡方式热传导效率较低，能量损耗大，发泡过程耗时长；
2、由于热传导效率低，坯体内部在早期产生气体时，外部依然维持在较为坚硬的状态，坯体难以自然膨胀；因此产生的气压会在内部产生细小的缝隙，最后产生较大的缝隙使气体逸出，会造成整体泡沫金属的质量降低。
为此，该方法进一步包括发泡预浸渍的步骤，其是指当下模座完成震动之后，模腔内部的小圆柱状的坯料块已经准备好进入发泡过程，此时熔融金属仓的管道打开，熔融状态的金属液(例如铝液)在重力或压力作用下进入模腔中。之后，熔融的金属液将会浸润模腔中的小圆柱状的坯料块，由于金属液包裹住了坯料块，热量可以直接传导，因此本实用新型可以有更高的热传导效率。当金属液浸润大部分小圆柱形坯料块时，熔融金属仓的管道关闭，而后加热装置再次作为主体热源，而保护气体持续缓慢通入，以保证模腔内的气氛纯净的情况下尽可能少的影响模腔内温度，发泡预浸渍的步骤完成。
发泡的步骤：发泡预浸渍的步骤完成后，保护气体停止提供，以避免产生额外的影响；金属液也不在提供，以免影响材料配比，此阶段完全由加热装置供能。此时系统处在稳定的发泡成形过程，小圆柱状的坯料块之间开始相互融合，形成一个完整的泡沫金属坯料块，之后泡沫金属坯料块逐渐发泡膨胀，填充满整个模腔，发泡金属零件生产完毕，之后上模具开启，即可以取得零件。
该方法的好处是金属液的快速传热效果可以使小圆柱形坯料块整体软化，因此产生的气体可以使小圆柱形坯料块膨胀而不通过其他方式逸出；而小圆柱形坯料块只需要少量金属液诱发反应进行，不需要过多的金属液影响其材料配比，之后的主体发泡环节依然由加热装置完成，所以本方法中的金属液可以看做一种类似“催化剂”的作用，以成形更好质量的泡沫金属零部件。
更佳地，所述烧结的步骤还包括气氛置换和加压的步骤，其包括气氛置换的步骤和加压的步骤；所述气氛置换的部分是指通过外部结构(例如真空泵)以通过气体单向阀进行预抽真空过程，将模腔内的气体抽除，之后保护气体充入以置换模腔中原来存在的空气以防止金属在加热过程中氧化；所述加压的步骤是指在气氛置换的步骤完成以后，保护气体仓将会启动以向模腔中充入保护气体(惰性气体)，并且使模腔内的保护性气体维持一定的气压，并在烧结过程中维持这一压力，从而使烧结过程中坯料块外部有一定的气压，从而使烧结过程中坯料块不至于产生裂纹而使气体外泄。在烧结过程中，保护气体将通入模具中，维持一个高压环境；高压烧结的主要作用是在保证坯料块模块不熔化的情况下，辅助坯料块固化。
更佳地，所述方法还包括预处理的步骤，所述预处理的步骤包括在混合的步骤之前对金属粉末和/或发泡剂进行搅拌和/或研磨以使金属粉末和发泡剂在混合前具有更佳的均匀度和粒度分布。
该方法的发泡过程较之传统工艺再次进行创新，传统工艺中，通常采用直接加热的方式进行发泡，加热的方式常为热辐射或者热气氛等方式，然而此类方式存在缺陷：
1.传统发泡方式热传导效率较低，能量损耗大，发泡过程耗时长；
2.同时由于热传导效率低，坯体内部在早期产生气体时，外部依然维持在较为坚硬的状态，坯体难以自然膨胀。因此产生的气压会在内部产生细小的缝隙，最后产生较大的缝隙使气体逸出，会造成整体泡沫金属的质量降低。
实施例
以制造发泡铝为例对本实用新型的装置和方法进行说明，其中使用铝金属粉末作为金属粉末、TiH2作为发泡剂进行详细的说明；但实际本设备的原理适用于大量的金属材料和发泡剂材料，本实用新型旨在提出一种综合性的泡沫金属生产制造的改良技术，因此本设定并不对材料进行限制。
图1至5中展示了本实用新型的各主要结构零部件示意，各机械结构均集合安装在设备基座之上，使其成为一个具有完整功能的设备。此处应注意专利所阐述的设备并不限定此专利的结构，相关改换概念的设计也属于保护范围，具体加工方式见图中。
在本实施例中铝粉与TiH2在过程开始时处于各自容器(铝粉在金属粉末供料单元11中、 TiH2在发泡剂供料单元12中)中，并且两者的容器均高于混合组件2，两者的容器下方有管道，根据系统指令可以开启或关闭将材料倒入混合釜21中。搅拌装置22将会启动，以制造出均匀混合的原材料。搅拌装置22也可以使用球磨机或其他粉末混合装置(例如V型混料机等)代替。在此过程中，混合釜21底板部分的开关23关闭，材料停留在混合釜21中，不可进入下部结构中。
图2是将混合原材料制备成小圆柱状的坯料块5的示意图。当原材料混合完毕且达到工艺要求时，系统控制开关23开启，使混合物料流入下部的挤压缸31。落料过程中，若原材料流动性差，系统可选择性增加辅助落料装置，已保证材料顺利到达挤压缸31。当混合材料进入挤压缸31之后，剪裁部34下移，将整个空间封闭。剪裁部34应有附属固定结构，以保证封闭性良好且内部压力不会损坏剪裁部34(这是由于整个冷压过程需要很大的压力以紧固材料)。当空间封闭之后，加压柱32向内运动，将材料挤压成更为致密的原材料，挤压完成后剪裁部34上升，加压柱32推进混合材料，推进距离按照所需要的坯料块的体积计算。当一个坯料块体积挤出后，剪裁部34下降切断材料，完成的坯料块将会掉落至成形模具的下模具44之中。此剪切过程反复以制造出所需数量的坯料块，此时模具的上、下模具为开启状态。
图3是本实用新型的烧结过程，烧结过程主要为了提高铝质小圆柱形坯料块的强度，在材料熔点之下对材料进行加热烧结，针对本实用新型中的铝质小圆柱形坯料块，烧结温度可以在340-370℃之间。
当大量铝质小圆柱状的坯料块积累在下模具44中后，承载下模的具有震动功能的下模具 44将会震动，使其中的铝质小圆柱形坯料块受到力的影响，尽可能的均匀分布在下模具44 的平面上。此过程可保证热处理过程中材料分布均匀，受热情况稳定，材料中产生的预制气孔分布均匀。之后上模具43在振动装置的带动下运动，形成密封的模腔45。此设计可以方便系统更换不同的成形模具以制造不同的零件，当模具需要替换时，只需解除下模具44、上模具43与下模座42和振动装置之间的连接，即可以更换模具。
在模腔45封闭之后，系统开始进行热处理，热源可以为设置于上、下模具内的加热装置 (例如电热装置)，也可以类似替换为相同效果的其他功能结构。但采用外部热源时，热处理区域需要和其他功能区域进行一定的分隔处理，以避免高温影响设备综合性能。在烧结过程中，保护气体仓6将会启动，以向模腔45中充入保护气体(惰性气体)，保护气体的作用是防止铝在加热过程中氧化。在此过程开始之前，需要对模腔45进行抽真空操作，以保证一个纯净的烧结气氛。具体过程是外部结构(例如真空泵)会通过气体单向阀61进行预抽真空过程，将模腔45内的气体抽除，之后保护气体充入。此外，模腔45与熔融金属仓7之间的管道关闭。此时整个模腔45为单向封闭状态，针对外部环境密封，内部多余的保护气体可以通过气体单向阀61排出。当烧结时间到达时，加热装置关闭，下模座42将会震动，使经烧结的铝质小圆柱形坯料块5再次分布平均在下模具44内，并减少由于烧结过程带来的坯料块之间的粘结。
图4是本实用新型的发泡过程示意图，当烧结过程完毕之后，铝质小圆柱状的坯料块已经具有了一定的强度，内部也产生了一定气体，具有内压强。此时开始进行发泡过程。本实用新型的发泡过程较之传统工艺再次进行创新，传统工艺中，通常采用直接加热的方式进行发泡，加热的方式常为热辐射或者热气氛等方式，然而此类方式存在以下缺陷：
1、传统发泡方式热传导效率较低，能量损耗大，发泡过程耗时长；
2、由于热传导效率低，坯体内部在早期产生气体时，外部依然维持在较为坚硬的状态，坯体难以自然膨胀；因此产生的气压会在内部产生细小的缝隙，最后产生较大的缝隙使气体逸出，会造成整体泡沫金属的质量降低。
而在本实用新型中，一种新型的发泡过程被开发使用，此过程将发泡过程分为了两个阶段。具体的发泡过程如下：当下模座42完成震动之后，模腔45内部的铝质小圆柱形坯料块 5已经准备好进入发泡过程，此时熔融金属仓7的管道打开，熔融的铝液在重力或压力作用下进入模腔45。之后，熔融的铝液将会浸润模腔45中的铝质小圆柱形坯料块5，由于铝液包裹住了坯料块5，热量可以直接传导，因此本实用新型可以有更高的热传导效率。当铝液浸润大部分铝质小圆柱形坯料块5时，熔融金属仓7的管道关闭，加热装置再次作为主体热源，而保护气体持续缓慢通入，以保证模腔45内的气氛纯净的情况下尽可能少的影响模腔45内温度。本实用新型的好处是铝液的快速传热效果可以使铝质小圆柱形坯料块5整体软化，因此产生的气体可以使铝质小圆柱形坯料块5膨胀而不通过其他方式逸出。而铝质小圆柱形坯料块5只需要少量铝液诱发反应进行，不需要过多铝液影响其材料配比，之后的主体发泡环节依然由加热装置完成，所以本实用新型中的铝液可以看做一种“催化剂”，以成形更好质量的泡沫金属零部件。
图5是铝质小圆柱形坯料块发泡过程的最后步骤，此时保护气体停止提供，避免产生额外的影响；铝液也不在提供，以免影响材料配比，此阶段完全由加热装置供能。此时系统处在稳定的发泡成形过程，铝质小圆柱坯体之间开始相互融合，形成一个完整的泡沫金属坯体，之后泡沫金属坯体逐渐发泡膨胀，填充满整个模腔45，发泡金属零件生产完毕，之后上模具 43开启，即可以取得零件。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。