一种具有弹性材料装置的粉末干压成型模具和工件制造方法与流程

本发明属于机械铸造领域，特别涉及对粉末成型模具的改进。

背景技术：

粉末干压法是制造汽车变速箱齿轮、水泵涡轮和液体阀门等工件的最快速经济的方案。并且粉末干压法适用的原材料粉末包括钢铁、合金材料、陶瓷材料都可以以粉末的方式进行制作。其基本原理是原材料粉通过添加高分子类黏接剂并放置再模具中施以压力定型形成胚料，配料经过加热去除黏接剂后，再以低于材料融点的温度使粉末融合成块从而形成整件。在制作如齿轮类工件等具有厚度不一的复杂几何断面的工件中，在干压制作的过程中必须确保粉末能均匀受压，使得粉末原料内部的应力均匀才能保证工件的质量。否则如果在干压过程中粉末受力不均匀导致其内部应力分布不均匀可能会导致成品工件的质量不合格，在寿命、耐磨性、机械强度等方面不能达到完满的要求。

为了解决上述问题使得粉末原料在干压的过程中受到压力均匀，现有技术使用两种方案解决上述问题第一种方案为：设计多个独立的冲头，多重投可根据工件的不同断面依靠模具的精确的联动进行压模。

参照图1展示的环形工件压模结构其包括上冲头11、模壁14、第一下冲头15、第二下冲头心轴16、芯轴12根据工件的断面17精确调整行程从而在压模过程中所述粉末原料在压模内受压时应力均匀。

第二种方案为：浮动模压机有可提供上下独立的施力方向，配合模具设计也可达成。参照专利公开号为cn207447247的专利，其中芯模、芯模内套、芯模外套、下模等设置在底座上，其中底座为浮动结构其设置在弹性支座上。

显然上述两种方案虽然都能够达使得粉末原料在受压的过程中使得其内部应力均匀获得更好的效果，但上述两种方案模具的结构都很复杂，制造和使用成本都很高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题本申请提出一种具有弹性材料装置的粉末干压成型模具，其利用在模具内预置弹性部件的方法使得粉末原料在压缩的过程中弹性材料的内部应力均匀。

所述干压成型模具包括：

模壁，用于形成模腔；

冲头，设置在所述模腔内，其具有芯模和套设在所述芯模外的芯模外套；

所述冲头设置在模腔内并可在所述模腔内移动压缩模腔内预置的粉末原料；

所述冲头上设置弹性体，该弹性体在所述冲头对粉末原料压缩时产生弹性形变；模腔座，设置在所述模腔内在所述冲头对所述粉末原料压缩时提供支撑力。

在优选的实施例中，所述芯模和芯模外套压缩所述粉末原料的端部相互对齐，所述弹性体突出于所述芯模套和芯模的端部。

在优选的实施例中，所述弹性体的横截面小于所述芯模的横截面。

在优选的实施例中，所述模腔座与所述模壁配接的模腔座包括进入所述模腔的芯柱和芯柱外周侧的止位件。

在优选的实施例中，所述弹性体包括橡胶、聚氨酯、硅胶及其复合材料。

本申请还提供一种与上述干压成型模具相应的利用干压成型模具制造工件的方法，具体的为一种粉末干压成型工件的制造方法，包括步骤：

从模壁上移除模腔座打开模腔将粉末原料注入所述模腔；

将所述模腔座重新安装到所述模壁上将模腔封闭；

移动模腔内的冲头压缩所述粉末原料，在压缩的过程中冲头上方的弹性体发生形变使得所述粉末原料被压缩成胚料过程中粉末原料内部应力均匀；

从模壁上移除模腔座打开所述模腔；

移动所述模腔内的冲头将压缩成型的胚料移出模腔。

在优选的实施例中，在所述步骤“移动模腔内的冲头压缩所述粉末原料”进行时，所述模腔座的位置不主动改变也不因所述冲头的压缩动作而改变，模腔座为被压缩的粉末原料提供支撑力。

在优选的实施例中，所述步骤“从模壁上移除模腔座打开所述模腔”和步骤“移动所述模腔内的冲头将压缩成型的胚料移出模腔”中移除模腔座和将胚料移出模腔的步骤可通过移动冲头推动胚料并让胚料推动所述模腔座自由移动的方式同时进行。

在优选的实施例中，所述在移动所述冲头前需要提前撤除压力机对所述模腔座的压力。

在优选的实施例中，所述胚料被取出后所述冲头缩回模腔内。

本申请技术方案使用设置在压模内的弹性体使得压模在压缩时所述弹性材料收到的压力均匀相应的其的内部应力分布均匀，能够保证工件的刚度、耐磨性和机械强度。上述技术方案相对现有技术的进步在于压模结构大幅度简化，不需要浮动冲头和多冲头的协作即可达到相同的技术效果，相对现有技术压模的制造成本和使用成本都大大降低。

附图说明

图1为现有技术中具有多冲头粉末压模结构示意图。

图2为本申请粉末干压成型模具剖视结构示意图。

图3为本申请干压成型模具压缩时剖面结构示意图。

图4为本申请干压成型模具胚料弹出时。

图5为本申请粉末干压成型模具制造工件流程示意图。

具体实施方式

参照图1至图3所示的粉末干压成型模具100，在图中仅展示了粉末干压成型模具100的必要部件，省略了压机等模具之外的其他非必要部件。在本申请中所述粉末干压成型模具100在成型模具内设置弹性体，弹性体在粉末干压的过程中发生弹性形变，该弹性形变使得所述粉末原料28所受的压力和其内部产生的应力均匀化，自然调整。

所述粉末干压成型模具包括：模壁24，用于形成模腔20；该模壁24内部的模腔20可随需要成型的工件29的形状而定，例如所述成型工件29为齿轮、齿环、棘轮时所述模腔可为圆形。模壁22较其他部件厚以提供足够的强度，模壁24和其他模具中的部件可以为金属材料或强度更高的合金材料，例如钢钛钢等材料制造而成。

所述干压成型模具100还包括与所述模壁24配合的冲头3，其设置在所述模腔20内，其具有芯模26和套设在所述芯模外27的芯模外套26；所述冲头上可3设置与工件相应的模腔，例如所述工件为齿轮时所述冲头3上设置齿轮模腔以使得所述粉末原料28在压缩时形成齿轮外形。冲头3在压缩时被外部的压机推动，外部压机提供压力并控制冲头3在压缩时的行程。

在冲头3上设置弹性体25，该弹性体25在所述冲头对粉末原料28压缩时产生弹性25形变；显然弹性体25的形变量是随着所述冲头3的逐渐运动的过程逐渐增加的，冲头3停止运动时所述弹性体25的形变量达到最大。

在所述模腔20与所述冲头3相对的另一侧设置模腔座4，设置在所述模腔28内在所述冲头3对所述粉末原料28压缩时提供支撑力。模腔座4可从所述模腔20上取下来以方便对模腔20填装粉末原料28，模腔座4在工作时通过压机提供支撑，模腔座4包括一部分进入所述模腔20的部件22，模腔座4还包括另一部分止位件21所述止位件21的尺寸大于进入所述模腔内的部分22，止位件具21有防止所述模腔座4掉入所述模腔内，止位件4位于所述进入模腔28内部的的外周侧。模腔座4上可设置与工件相应的模腔20，例如所述工件29为齿轮时所述模腔20上设置齿轮模腔20以使得所述粉末原料28在压缩时形成齿轮外形，在压缩过程中原料28被冲头3压入所述模腔座22的齿轮模腔中，从而形成齿轮外形。

在所述模壁22的外部所述模腔20的上方还设置有粉末料装填装置23用于将粉末原料28注入模腔20，粉末料装填装置28可连接供料装置用于源源不断的向粉末料装填装置28供料，粉末料装填装置28具有控制系统用于控制粉末料的装填时机。

所述冲头3设置在模腔20内并可在所述模腔20内移动压缩模腔20内预置的粉末原料28，在粉末原料28受到压缩时所述弹性体25受到压缩后产生变形，其变形后对所述粉末原料28受到的压力以及粉末原料28内部的应力具有调整作用使得其内部的压力以及应力均匀化，从而保证工件25成型后强度、耐磨程度达到与多冲头模具3以及具有浮动结构制造工件25的相同的强度。

所述冲头3结构包括芯模27和芯模外套26，在本申请中芯模外套26与所述芯模27在冲头工作时与所述芯模27同步移动。芯模26和芯模外套26用于压缩所述粉末原料28的端部相互对齐，所述弹性体25突出于所述芯模套27和芯模的端部。弹性体25在压缩后的胚料29上形成向内收缩的凹陷291，这种凹陷291在工件中很常见例如齿轮、棘轮等。同时所述凹陷291也是作为弹性体25与所述胚料29力传递的界面。需要注意的是所述由于在压缩过程中所述弹性体25会产生形变，在设计时应该当将弹性体25的形变引起的工件外形的变化考虑在内。

所述弹性体25的横截面小于所述芯模27的横截面，弹性25体被置于所述芯模27的表面上方，并且弹性体25与所述模腔的四周的壁不接触。在本申请中所述弹性体25的剖面为矩形，其立体结构可以为圆柱体、立方体或其他本领域技术人员公知的形状或结构。所述弹性体25选用低弹性模量的材料，例如弹性体25可以选用包括橡胶、聚氨酯、硅胶及其复合材料等低弹性模量或弹性模量与上述材料类似的材料。

本申请还提供一种利用上述粉末干压模具进行制造工件的方法参照图x，制造工件的步骤包括步骤：

s1参照图1，从模壁22上移除模腔座3打开模腔20将粉末原料注入所述模腔；

s2将所述模腔座4重新安装到所述模壁上将模腔封闭；

s3参照图3，移动模腔内20的冲头压缩所述粉末原料28，在压缩的过程中冲头上方的弹性体25发生形变使得所述粉末原料28被压缩成胚料29过程中粉末原料28内部应力均匀；

s4参照图4，从模壁22上移除模腔座3打开所述模腔20；

s5移动所述模腔20内的冲头将压缩成型的胚料29移出模腔。

在步骤s1中模腔座被从所述模壁的模腔移除，可与上一次工件制造完成之后将胚料通过移动冲头移出模腔20同时进行，若模具被第一次使用那么步骤s1是独立的步骤不能与上一次工件制造完成后移出胚料的部件。参照图2所述粉末注入是通过原料注入装置注入的，粉末原料的注入量是定量的。

在步骤s2中，模腔座安装在所述模腔壁的过程应当是自动化的，此时所述粉末原料28已经完全进入所述模腔20但粉末原料28尚未经过压缩形成所述模腔座将粉末原料封闭在所述模腔内。

参照图4在步骤s3中所述模腔座29的位置被压机固定，冲头3被压机向着模腔座的方向推动，为了保证胚料29成型所述模腔座的位置始终保持固定，模腔座4的使用高强度材料制成其位置也不因所述冲头的压缩动作而改变。这样在压缩过程中模腔座22为被压缩的粉末原料提供支撑力，胚料最终的形状与模腔座22和所述冲头在模腔20内围成的形状相同。

参照图4、5所述步骤s4和步骤s5在实际制造过程中移除模腔座4和将胚料29移出模腔的步骤可通过移动冲头3推动胚料29并让胚料29推动所述模腔座3自由移动的方式同时进行。先撤除压机对冲头的压力，再撤除压机对模腔座4的压力此时所述弹性体29弹性形变复位，在移动冲头3向上运动将压缩成型的胚料29逐渐推出模腔，模腔座29也被推出所述模腔20后完成工件胚料29的干压步骤。最后所述冲头3重新移动回到模腔内，完成胚料工件制造的过程。

本申请方案相对现有技术至少具备以下几个方面的进步：1.减少模具的复杂度，因弹性的加入使得干压模具须确保工件能均匀受力，因此不需要复杂模具设计，使干压模具简化。2.减少对压机的投入，干压复杂工件时，复杂模具需要压机进行复杂的活动行程来达成，能够具备复杂活动形成的压机成本也更高，本申请可以达到与复杂模具相同的效果并且要求的活动行程也很简单，因此能够减少压机的投入。3.提高模具的灵活性和可修改空间，因弹性体和复合材料较一般模具钢加工成本低且简易，并且本装置可在模具中拆卸，所以大幅提升模具使用的灵活性。