一种陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置及方法与流程

本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置及方法。
背景技术：
：高速列车刹车盘作为制动系统的关键零部件之一，是铁路系统安全运行的重要保障。提高列车制动材料性能和降低制动材料比重是进一步实现高速列车高速化和轻量化的必经之路。相比铸钢类刹车盘，锻钢类刹车盘虽然在强度、韧性上都有一定改善，但在列车速度以及轻量化方面还存在一定局限。为此，国内外致力于开发高韧高强轻质的新型高性能制动盘，其中主要有铝合金基复合材料和碳陶复合材料等。颗粒增强法因工艺过程简单，生产成本低，而成为金属基复合材料制备的重要手段。目前，颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要有：搅拌法，浸渗法，喷射沉积法，原位复合法和粉末冶金法等。其中粉末冶金工艺较为成熟，是制备复合材料的重要手段。现有的粉末冶金设备存在金属基复合材料压坯致密度难以控制，生产效率低等问题。技术实现要素：为了解决现有的粉末冶金设备存在金属基复合材料压坯致密度难以控制，生产效率低等问题。本发明提供一种陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置，包括机架、模具、两冲头、电磁加热线圈以及至少一电磁驱动单元；所述模具沿左右向安装于所述机架且所述模具具有沿左右向延伸且贯穿的成形腔；所述两冲头沿左右向相对设置，且所述两冲头的两相对端滑动安装于所述成形腔的两端对应的内侧壁，所述两冲头以及所述成形腔共同限定出成形室；所述电磁加热线圈绕设于所述模具外周以对所述成形室加热；每一所述电磁驱动单元均包括：电磁成形线圈、电磁驱动件以及放电电路；每一所述电磁驱动单元中，所述放电电路的输出端与所述电磁成形线圈电连接，所述电磁驱动件的动力输入端设于所述电磁成形线圈的电磁作用区域，所述电磁驱动件的动力输出端与所述两冲头之一的外端驱动连接，以在由所述电磁成形线圈产生的电磁力的作用下驱动所述两冲头靠拢，进以将预填设于所述成形室内的陶瓷颗粒压结成形。本发明的有益效果是：通过电磁加热线圈对模具成形室进行加热，放电电路对电磁成形线圈放电，产生电磁力驱动电磁驱动件进而驱动两冲头高速靠拢并压制模具成形室中被加热的陶瓷颗粒增强金属基粉末材料，从而获得具有高致密度及高耐磨性的轻质复合材料零件压坯，能够实现高质量的陶瓷颗粒增强金属基复合材料电磁热压粉末成形，工作稳定，重复性好，生产效率高，便于实现自动化生产，节能环保，具有广阔开发应用前景。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：至少一所述电磁驱动单元包括左电磁驱动单元和右电磁驱动单元；所述两冲头包括左冲头和右冲头，所述左电磁驱动单元中的所述电磁驱动件与所述左冲头的左端面驱动连接，所述右电磁驱动单元中的所述电磁驱动件与所述右冲头的右端面驱动连接。采用上述进一步方案的有益效果是：所述至少一电磁驱动单元设为左电磁驱动单元和右电磁驱动单元，使得所述模具的成形室内的被加热陶瓷颗粒增强金属基粉末材料在所述模具的左右两侧能同时被所述左电磁驱动单元和所述右电磁驱动单元施加压力，保证了陶瓷颗粒增强金属基粉末制成零件压坯致密度能进一步增强，且零件压坯材质均匀性能够更好的保证。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：每一所述电磁驱动单元中的所述放电电路均包括：高压直流电源、高压储能电容以及放电开关，所述高压储能电容与所述高压直流电源并联，所述电磁成形线圈与所述放电开关串联后与所述高压储能电容并联。采用上述进一步方案的有益效果是：所述放电电路采用高压直流电源、和高压储能电容，在所述放电开关接通前，高压储能电容由所述高压直流电源充电，在放电开关接通后，高压储能电容的电能迅速转化为电磁成形线圈的强脉冲电磁场，使得金属电磁驱动件中产生感应涡流进而产生较强感应磁场，所述强脉冲电磁场与所述较强感应磁场能够对所述金属电磁驱动件产生一个瞬间的较大电磁力，可较好地保证零件压坯致密度。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：每一所述电磁驱动单元中的所述电磁驱动件均包括金属受磁板和传力板，所述金属受磁板与所述电磁成形线圈所在平面平行设置，所述传力板由所述金属受磁板的中部朝向所述模具延伸设置。采用上述进一步方案的有益效果是：所述电磁驱动件分设为金属受磁板和传力板，使得所述电磁驱动件的整体质量较轻，便于获得高速冲击，实现了连接冲头对所述模具成形室内的陶瓷颗粒增强金属基粉末材料产生较大的冲力，不仅节省了物料成本而且保证了零件压坯成形效果。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：每一所述电磁驱动单元中的所述传力板平行于所述电磁成形线圈所在平面的截面积由所述电磁成形线圈向所述模具方向呈渐小设置。采用上述进一步方案的有益效果是：既能较好地接收来自所述金属受磁板的驱动力，又能将所所述驱动力集中传递到所述冲头，且如上减小的截面积设置使得所述传力板的内部受冲压时应力均匀变化，无应力突变区域，较好地保证了所述传力板的使用寿命。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：所述机架包括设置于所述模具上下两侧且与所述成形腔同向延伸的滑槽，每一所述电磁驱动单元中的所述传力板和/或所述金属受磁板的上下侧沿所述成形腔的延伸方向滑动安装于所述滑槽。采用上述进一步方案的有益效果是：所述滑槽的设置便于所述传力板和/或所述金属受磁板在所述机架上的滑动较为稳定，进一步保证了采用本装置制成零件压坯的连续成功率，提高了本装置的可靠性。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：所述滑槽上安装有光栅传感器，所述光栅传感器用以接收所述传力板的位置信号。采用上述进一步方案的有益效果是：所述光栅传感器的采用便于利用外围设备较好地将所述电磁驱动件的运动过程进行记录，便于后续对工艺的改进进行分析。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：所述传力板的材质为45号钢。采用上述进一步方案的有益效果是：使得所述传力板能够具有较高强度的同时且物料成本较低。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：所述两冲头的材质为skd11模具钢。采用上述进一步方案的有益效果是：使得所述两冲头的硬度高、韧性好,不易开裂，保证了采用本装置制成零件压坯表面的光滑度。本发明还提供一种陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形方法，采用上文所述的陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置，所述陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形方法包括如下步骤：s1.将经过预处理的陶瓷颗粒混合粉体a充填于模具的成形腔内；s2.将两冲头分别装配于所述成形腔的两端口，并通过两冲头对所述陶瓷颗粒混合粉体a在模具的成形腔内进行预压；s3.将电磁驱动件在机架上进行复位并设定放电电路的工作参数；s4.对感应加热线圈通电，以对所述成形腔内的所述陶瓷颗粒混合粉体a进行加热至预设温度获得陶瓷颗粒混合粉体a1；s5.闭合放电电路，电磁成形线圈通电，以在由所述电磁成形线圈产生的电磁力的作用下驱动所述两冲头靠拢，进以将所述陶瓷颗粒混合粉体a1压结成零件压坯；s6.断开放电电路，卸除所述两冲头，取出所述零件压坯，清理所述成形腔内壁。通过电磁加热线圈对模具成形室进行加热，放电电路对电磁成形线圈放电，产生电磁力驱动电磁驱动件进而驱动两冲头高速靠拢并压制模具成形室中被加热的陶瓷颗粒增强金属基粉末材料，从而获得具有高致密度及高耐磨性的轻质复合材料零件压坯，能够实现高质量的陶瓷颗粒增强金属基复合材料电磁热压粉末成形，工作稳定，重复性好，生产效率高，便于实现自动化生产，节能环保，具有广阔开发应用前景。附图说明图1为本发明一实施例的陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置省去放电电路后的立体结构示意图；图2为图1中电磁成形线圈的立体示意图；图3为图1中电磁驱动件的立体示意图；图4为图1中模具的结构示意图；图5为图1的截面的简化示意图；图6为图1放电电路的电路结构简化示意图；图7为本发明利用所述陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置的粉末成形方法的流程示意图。其中，所述图1和所述图4中的箭头所示方向均为左右向。附图标号说明：标号名称标号名称1机架11滑槽2模具3冲头3a左冲头3b右冲头4电磁加热线圈51电磁成形线圈52电磁驱动件521金属受磁板522传力板53放电电路531高压直流电源532高压储能电容533放电开关具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本发明提供一种陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置。在本发明的一实施例中，如图1至图6所示：所述陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置包括：机架1、模具2、两冲头3、电磁加热线圈4以及至少一电磁驱动单元；所述模具2沿左右向安装于所述机架1且所述模具2具有沿左右向延伸且贯穿的成形腔；所述两冲头3沿左右向相对设置，且所述两冲头3的两相对端滑动安装于所述成形腔的两端对应的内侧壁，所述两冲头3以及所述成形腔共同限定出成形室；所述电磁加热线圈4绕设于所述模具2外周以对所述成形室加热；所述至少一电磁驱动单元均包括：电磁成形线圈51、电磁驱动件52、以及放电电路53；每一所述电磁驱动单元中，所述放电电路53的输出端与所述电磁成形线圈51电连接，所述电磁驱动件52的动力输入端设于所述电磁成形线圈51的电磁作用区域，所述电磁驱动件52的动力输出端与所述两冲头3之一的外端驱动连接，以在由所述电磁成形线圈51产生的电磁力的作用下驱动所述两冲头3靠拢，进以将预填设于所述成形室内的陶瓷颗粒压结成形。在本实施例中，需要说明的是：所述模具2的外轮廓可以与所述成形腔同形状设置，例如所述模具2的外轮廓和所述成形腔的轮廓呈同轴的圆柱面设置，当然所述模具2的外轮廓也可为其他不与所述成形腔的外轮廓相同的外轮廓，所述模具2可以通过固定架子安装于所述机架1；所述两冲头3的形状可以与所述成形腔的轮廓相适设置，即所述冲头3的截面形状不仅限于图1中所示的圆形，也可以为矩形等其他形状；所述电磁加热线圈4可以配设电源及监测设备，电磁加热线圈4通过配设的电源通上交流电后，所述模具2的金属壳体会在交变磁场的作用下产生涡流生热对所述成形腔进行加热；所述至少一电磁驱动单元可以为一组也可以为两组，当为一组时可以将所述两冲头3之一固定，用这一组电磁驱动单元中的所述电磁驱动件52驱动所述两冲头3的另一个靠近固定的冲头3即可完成粉末成形动作，当所述至少一电磁驱动单元为两组时，所述电磁驱动单元可分设于所述模具2延伸方向两端的两侧，两所述电磁驱动单元对应的两电磁驱动件52分别驱动所述两冲头3即可完成粉末成形动作；另外所述电磁成形线圈51可以为独立线圈，也可以为线圈外部封装有固定材质如绝缘树脂等；所述电磁驱动件52可以由金属圆盘加顶杆组成，所述金属圆盘与所述电磁成形线圈51所在的平面平行设置，所述顶杆的一端与所述金属圆盘背离所述电磁成形线圈51的一端连接另一端与所述两冲头3之一的外侧面连接，当然所述电磁驱动件52也可以采用整圆柱状设置，安装方法类似；所述放电电路53可以包括充电单元、蓄电单元和开关单元等，所述充电单元给所述蓄电单元充电，所述开关单元开断所述蓄电单元对所述电磁成形线圈51的通电。本发明的有益效果是：通过电磁加热线圈4对模具2成形室进行加热，放电电路53对电磁成形线圈51放电，产生电磁力驱动电磁驱动件52进而驱动两冲头3高速靠拢并压制模具2成形室中被加热的陶瓷颗粒增强金属基粉末材料，从而获得具有高致密度及高耐磨性的轻质复合材料零件压坯，能够实现高质量的陶瓷颗粒增强金属基复合材料电磁热压粉末成形，工作稳定，重复性好，生产效率高，便于实现自动化生产，节能环保，具有广阔开发应用前景。在本发明一优选的实施例中，如图1和图5所示：所述至少一电磁驱动单元包括左电磁驱动单元和右电磁驱动单元；所述两冲头3包括左冲头3a和右冲头3b，所述左电磁驱动单元中的所述电磁驱动件52与所述左冲头3a的左端面驱动连接，所述右电磁驱动单元中的所述电磁驱动件52与所述右冲头3b的右端面驱动连接。所述驱动连接可以为焊接也可以为螺纹连接，也可以在所述电磁驱动件52的靠近所述模具2的一端设置安装槽，将所述冲头3容置于所述安装槽。所述至少一电磁驱动单元设为左电磁驱动单元和右电磁驱动单元，使得所述模具2的成形室内的被加热陶瓷颗粒增强金属基粉末材料在所述模具2的左右两侧能同时被所述左电磁驱动单元和所述右电磁驱动单元施加压力，保证了陶瓷颗粒增强金属基粉末制成零件压坯致密度能进一步增强，且零件压坯材质均匀性能够更好的保证。在本发明一优选的实施例中，如图6所示：每一所述电磁驱动单元中的所述放电电路53均包括：高压直流电源531、高压储能电容532，以及放电开关533，所述高压储能电容532与所述高压直流电源531并联，所述电磁成形线圈51与所述放电开关533串联后与所述高压储能电容532并联。所述放电电路53采用高压直流电源531、和高压储能电容532，在所述放电开关533接通前，高压储能电容532由所述高压直流电源531充电，在放电开关533接通后，高压储能电容532的电能迅速转化为电磁成形线圈51的强脉冲电磁场，使得金属电磁驱动件52中产生感应涡流进而产生较强感应磁场，所述强脉冲电磁场与所述较强感应磁场能够对所述金属电磁驱动件52产生一个瞬间的较大电磁力，可较好地保证零件压坯致密度。在本发明进一步优选的实施例中如图1至图4所示：每一所述电磁驱动单元中的所述电磁驱动件52均包括金属受磁板521和传力板522，所述金属受磁板521与所述电磁成形线圈51所在平面平行设置，所述传力板522由所述金属受磁板521的中部朝向所述模具2延伸设置。所述电磁驱动件52分设为金属受磁板521和传力板522，使得所述电磁驱动件52的整体质量较轻，便于获得高速冲击，实现了连接冲头3对所述模具2成形室内的陶瓷颗粒增强金属基粉末材料产生较大的冲力，不仅节省了物料成本而且保证了零件压坯成形效果。进一步，如图1、图3和图5所示，每一所述电磁驱动单元中的所述传力板522平行于所述电磁成形线圈51所在平面的截面积由所述电磁成形线圈51向所述模具2方向呈渐小设置。既能较好地接收来自所述金属受磁板521的驱动力，又能将所所述驱动力集中传递到所述冲头3，且如上减小的截面积设置使得所述传力板522的内部受冲压时应力均匀变化，无应力突变区域，较好地保证了所述传力板522的使用寿命。在本发明的优选实施例中，如图1和图3所示，所述机架1包括设置于所述模具2上下两侧且与所述成形腔同向延伸的滑槽11，每一所述电磁驱动单元中的所述传力板522和/或所述金属受磁板521的上下侧沿所述成形腔的延伸方向滑动安装于所述滑槽11。所述滑槽11的设置便于所述传力板522和/或所述金属受磁板521在所述机架1上的滑动较为稳定，进一步保证了采用本装置制成零件压坯的连续成功率，提高了本装置的可靠性。在本发明的优选实施例中，如图1所示，所述滑槽11上安装有光栅传感器，所述光栅传感器用以接收所述传力板522的位置信号。所述光栅传感器的采用便于利用外围设备，所述外围设备可以为plc、单片机等、所述光栅传感器的信号输出口与plc等外围设备的信号输入口电连接，所述光栅传感器的具体选型及连接可以参照现有技术，在此就不过赘述，所述光栅传感器的选用能较好地将所述电磁驱动件52的运动过程进行记录，便于后续对工艺的改进进行分析。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：所述传力板522的材质为45号钢。使得所述传力板522能够具有较高强度的同时且物料成本较低。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：所述两冲头3的材质为skd11模具2钢。使得所述两冲头3的硬度高、韧性好,不易开裂，保证了采用本装置制成零件压坯表面的光滑度。如图7所示，本发明还提供一种陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形成形方法，采用如上文所述陶瓷颗粒增强电磁热压粉末成形装置，包括如下步骤：s1.将经过预处理的陶瓷颗粒混合粉体a充填于模具2的成形腔内。在本步骤中，所述陶瓷颗粒混合粉体的制备配比可以为陶瓷颗粒粉末(平均粒径10μm，30vol％)与6061al粉末(平均粒径15μm，70vol％)共0.7g。所述预处理可以为在行星式混料机内进行真空球磨预处理(混合介质为刚玉，球料比3：1，转速：200rpm，混粉时间为30min)。s2.将两冲头3分别装配于所述成形腔的两端口，并通过所述两冲头3对陶瓷颗粒混合粉体a在所述模具2的成形腔内进行预压。在本步骤中，所述预压，可以手动推动所述电磁驱动件52将冲头3初步推入所述模具2一定深度。s3.将电磁驱动件52在机架1上进行复位并设定所述放电电路53的工作参数。在本步骤中，所述放电电路53中可设置设置放电电压为5kv，放电电容为550μf。s4.对感应加热线圈通电，以对所述陶瓷颗粒混合粉体a进行加热至预设温度获得陶瓷颗粒混合粉体a1。本步骤中所述预设温度的控制可以通过温度传感器进行检测。s5.闭合放电电路53，电磁成形线圈51通电，以在由所述电磁成形线圈51产生的电磁力的作用下驱动所述两冲头3靠拢，进以将陶瓷颗粒混合粉体a1压结成零件压坯。s6.断开放电电路53，卸除所述两冲头3，取出所述零件压坯，清理所述成形腔内壁。在进行本步骤后可以重复步骤s1至s5进行下一个零件压坯的压制。通过电磁加热线圈4对模具2成形室进行加热，放电电路53对电磁成形线圈51放电，产生电磁力驱动电磁驱动件52进而驱动两冲头3高速靠拢并压制模具2成形室中被加热的陶瓷颗粒增强金属基粉末材料，从而获得具有高致密度及高耐磨性的轻质复合材料零件压坯，能够实现高质量的陶瓷颗粒增强金属基复合材料电磁热压粉末成形，工作稳定，重复性好，生产效率高，便于实现自动化生产，节能环保，具有广阔开发应用前景。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12