专利名称：一种热压加工夹具及使用该夹具的热压加工方法
技术领域：
本发明属于热压加工技术领域，尤其是涉及ー种适用于移动式加热炉的热压加工夹具及使用该夹具的热压加工方法。
背景技术：
热压加工通常是指粉体材料的热压烧结成型或者层状材料的扩散连接エ艺，其在高温作用下同时受压应カ影响，因激活扩散和蠕变而实现材料的成型制备。目前炉内的热压加工方法主要有热压铸造、热压烧结、热压焊接等，加压方式有杠杆式和液压式，加压装置均要求速度平缓、保压恒定、压カ灵活调节。在炉内进行热压加工通常至少需要加热炉及压カ施加部件两个主要装置，现有的热压加工方法因加压方式较复杂，多适合在静态热压加工炉使用，而压カ施加位于静态热 压加热炉内的目前只有热等静压，但此エ艺设备复杂昂贵，生产成本高，而且难以实现自动化连续生产，因此生产效率相对较低,存在较大的使用局限性。虽然在移动式加热炉(如推杆炉)中进行热压加工可实现连续生产，但是目前在移动式加热炉中进行的热压加工通常是常压加工，得到的加工エ件致密程度与结合强度低，要使加工エ件获得较高的致密度与结合强度，就必须在加工过程中再次提高加工温度或再另行施压以提高加工压力，这又必然提高了生产成本，降低了生产效率，而且对加工设备也具有更高的要求。中国专利申请公布号CN102389973A，申请公布日2012年3月28日，公开了ー种应用热膨胀差量的热压加工方法，将有热膨胀差异的施压压块和保压支架组合为一压紧装置，所述的施压压块的热膨胀系数大于所述的保压支架的热膨胀系数，所述的保压支架采用具有高强高韧较低热膨胀系数的材料制得，所述的施压压块和所述的保压支架的高温屈服软化温度大于待加工エ件的热加工最高温度，将待加工エ件装配于所述的施压压块和所述的保压支架之间，将装配有所述的待加工エ件的压紧装置直接置于高温炉内即可进行热压加工。该热压加工方法中的压紧装置通过旋转立柱上的锁紧螺母对装置系统施加ー预紧力，由于压紧装置具有多根立柱，因此很难保证每根立柱所产生的预紧カ均相等，易造成待加工エ件受カ不均，从而在热压加工该工程中造成待加工エ件的致密程度不均及存在较大的厚度差，另外，该热压加工方法中与待加工エ件接触的施压压块为金属材料制成，金属材料热膨胀系数较小，要使待加工エ件获得较高的致密强度与结合强度，往往需要提高加工温度使施压压块具有更大的膨胀量或提高预紧カ，这在一定程度上又提高了生产成本，最重要的是，待加工エ件表面一般是不平整的，在该加工方法中的施压压块与待加工エ件之间为刚性面接触，而金属材料的压缩回弹性能几乎可以忽略不计，因此在升温前施压压块与待加工エ件不能紧密贴合，待加工エ件表面的受カ均匀性较差，在热压加工过程中很容易造成エ件表面存在局部受カ不均或脱空，从而导致エ件的致密均匀性较差
发明内容
本发明为解决现有热压加工方法中的待加工エ件表面受カ均匀性较差，在热压加エ过程中易造成エ件表面存在局部受カ不均或脱空，导致エ件的致密均匀性较差，エ件厚度差大的问题，提供了一种热压加工夹具，该热压加工夹具结构简单，使用方便，能保证待加工エ件表面受カ均匀，制得的エ件致密程度与粘结程度好，厚度差小。本发明还提供了一种热压加工方法，该方法利用柔性石墨压缩后的压缩回弹性能及高温状态下的热膨胀性能，有效解决了现有的热压加工方法生产成本高及对加工设备要求高的问题，エ艺步骤简单，可操作性强，可实现连续生产，提高生产效率，降低生产成本。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案
一种热压加工夹具，所述热压加工夹具包括底板及加压立柱，所述底板两侧固定连接有受拉侧板，所述受拉侧板顶端可拆卸连接有盖板，所述底板、受拉侧板与盖板构成ー框架结构，所述底板上从上往下依次设有压板、柔性石墨板及垫板，所述加压立柱穿过盖板并与盖板活动配合，加压立柱下端与压板固定连接，所述盖板上设有用于锁紧加压立柱的 锁紧装置柔性石墨，又称膨胀石墨，它以鳞片石墨为原料，经化工处理生成层间化合物，在80(Tl00(TC的高温下，层间化合物变成气体，使鳞片石墨膨胀200倍左右，其具有耐高温、柔软性、回弾性和各向异性等特点，本发明的热压加工夹具利用柔性石墨具有良好的压缩回弹性能及高温状态下的热膨胀性能，使待加工エ件在热压前及热压加工过程中均能与柔性石墨板保持紧密贴合，待加工エ件在前期装配预紧后，由于柔性石墨板被压缩后具有一个回弹力，而且柔性石墨板较为柔软，因此柔性石墨板能与待加工エ件紧密且均匀地贴合，两者之间不存在任何间隙，即使热压加工夹具在装炉时发生震动，柔性石墨板依然能与待加工エ件紧密且均匀地贴合，在热压过程中，柔性石墨板既有压缩回弹性能，又由于柔性石墨板具有巨大的膨胀量，同时能起到加压的作用，在保证与待加工エ件紧密且均匀贴合的同时，能大大提高待加工エ件的致密程度与粘合程度，底板、受拉侧板与盖板构成一框架结构，且盖板与受拉侧板可拆卸连接，均便于垫板、柔性石墨板等エ件的装配，另外，受拉侧板与垫板的接触面大，整体抗拉性能好，在柔性石墨板发生膨胀时受拉侧板，不易发生变形，整个夹具稳定性好，底板上从上往下依次设有压板、柔性石墨板及垫板，待加工エ件装配在柔性石墨板与垫板之间，垫板起到调节加工高度的作用，可根据待加工エ件的厚度选择不同厚度的垫板以满足实际生产的要求，装配好待加工エ件后，通过在加压立柱顶端施加一压カ使压板下压柔性石墨板，待柔性石墨板下压至一定压缩量时，通过锁紧装置将加压立柱锁紧使其与盖板固定，此时柔性石墨板压缩并获得ー预紧力，压缩后的柔性石墨板具有回弹性能，能与待加工エ件表面紧密且均匀贴合，使待加工エ件表面受カ更为均匀，有效避免待加工エ件表面存在局部受カ不均或脱空的现象，在热压加工过程中，柔性石墨板及热压夹具的其他构件均会产生热膨胀，而柔性石墨板的热膨胀量远远大于其他构件的热膨胀量，因此膨胀的柔性石墨板均会对压板及待加工エ件产生ー压应力，而由于受到受拉侧板的限制，膨胀石墨板对压板产生的压应カ又会转化成对待加工エ件的压应力，从而进一歩提高了待加工エ件的致密程度与粘合程度，本发明的热压加工夹具利用柔性石墨具有良好的压缩回弹性能及高温状态下的热膨胀性能，使待加工エ件在热压前及热压加工过程中均能与柔性石墨板保持紧密均匀贴合且处于受压状态，随着炉温升高，逐渐膨胀的柔性石墨板又会对待加工エ件产生ー压应力，因此在热压加工过程中无需再通过升温或另行施压以提高待加工エ件的致密程度与粘合程度，大大提高了生产效率，降低了生产成本，本发明的热压加工夹具结构简单，使用也非常方便，可直接放置在移动式加热炉中进行移动热压加エ，可实现连续化生产。作为优选，所述柔性石墨板的厚度为200mm。柔性石墨板厚度在200mm—般即可满足生产要求，太薄使用效果差，太厚则会增加成本。作为优选，所述柔性石墨板外表面设有金属薄膜或耐高温涂料层。金属薄膜与耐高温涂料层既能起到隔离空气的作用，以减少或避免柔性石墨块在高温状态下的氧化，提高其使用寿命，还能防止加工过程中エ件与柔性石墨板发生粘结，同时金属薄膜与高温涂料具有较好的延展性，在较小厚度的情况下依然能与待加工エ件保持紧密贴合，金属薄膜可由不锈钢合金、钨钢、铜钨合金或纯金属等金属材料制成，耐高温涂料层由耐高温隔热涂料涂覆而成，耐高温隔热涂料可选择如北京志盛威华化工有限公司的ZS-I、ZS-711或ZS-811耐高温涂料，生产过程中根据加工温度选择相应的金属薄膜或耐高温涂料。
作为优选，所述金属薄膜或耐高温涂料层上与待加工エ件升温接触面厚度均为0. ro. 3_。金属薄膜或耐高温涂料层上与待加工エ件的接触面厚度太大，则柔性石墨板的压缩回弹作用不明显，导致柔性石墨不能与待加工エ件紧密均匀贴合，待加工エ件表面受カ不均，厚度太薄，又容易破损，因此金属薄膜与耐高温涂料层上与待加工エ件的接触面厚度均选择为0. ro. 3_，金属薄膜或耐高温涂料层上不与待加工エ件接触的平面厚度无要求。一种热压加工方法，先将待加工エ件装配在热压加工夹具中的柔性石墨板与垫板之间，接着在加压立柱上端通过加压装置加压对柔性石墨板施加ー预紧力，待柔性石墨板压缩后用锁紧装置锁紧加压立柱，最后将装配有待加工エ件的热压加工夹具直接置于高温炉内即可进行热压加工。该加工方法只要通过加压立柱对柔性石墨板施加ー预紧力，使柔性石墨板施压缩至一定厚度后便可直接将热压加工夹具置于高温炉内进行热压加工，无需在热压加工过程中再升温或另行施压以提高待加工エ件的致密程度，不仅对设备要求低，可操作性强，可实现连续化生产，而且生产效率大大提高，降低了能耗和成本。作为优选，装配待加工エ件时，在柔性石墨板与待加工エ件、垫板与待加工エ件之间垫设一隔片。隔片可以防止待加工エ件与柔性石墨板、待加工エ件与垫板之间发生粘结，便于加工后的取件。作为优选，所述隔片为石墨纸或金属箔片。石墨纸与金属箔片易于取得，耐高温且柔软性好，压紧时能与待加工エ件紧密均匀贴合。作为优选，所述石墨纸或金属箔片的厚度均为0. ro. 3mm。理论上隔片厚度越小越好，但石墨纸与金属箔片厚度过小，易于破碎，且不易制得；厚度太大，柔性石墨板的压缩回弹作用不明显，易造成待加工エ件表面受カ不均，因此石墨纸与金属箔片的厚度均优选为
0.1^0. 3mm。作为优选，待柔性石墨板厚度压缩至原厚度的95、8%时锁紧加压立柱。柔性石墨板厚度压缩至原厚度的95、8%就能保证柔性石墨板与待加工エ件表面的紧密均匀贴合，柔性石墨的压缩回弹性能与外加载荷大小有夫，随外加压カ的増大，柔性石墨的压缩量增大，回弹性能降低，因此压缩量太大或太小，则均不能使柔性石墨板与待加工エ件表面的紧密贴合。因此，本发明具有如下有益效果(1)本发明的热压加工夹具能保证待加工エ件表面受カ均匀，可有效避免待加工エ件表面存在局部受カ不均或脱空的现象；
(2)结构简单，使用方便，稳定性好；
(3)通过本发明的热压加工方法制得的エ件致密程度与粘结程度好，厚度差小；
(4)大大提闻生广效率提尚，降低能耗与成本；
(5)设备要求低，可操作性强，可实现连续化生产。
图I是本发明热压加工夹具的一种结构示意图。
图中底板I，盖板2，加压立柱3，受拉侧板4，压板5，柔性石墨板6，垫板7，锁紧装置8，待加工エ件9，隔片10。
具体实施例方式下面通过附图结合具体实施例对本发明的技术方案作进ー步的具体说明。实施例I
如图I所示的一种热压加工夹具，热压加工夹具包括底板I、盖板2、加压立柱3及受拉侧板4，受拉侧板4焊接固定在底板I两侧，盖板2通过螺栓固定在受拉侧板4顶端，底板
I、受拉侧板4与盖板2构成ー框架结构，底板I上从上往下依次放置有压板5、柔性石墨板6及垫板7,柔性石墨板6的厚度为Imm,且柔性石墨板6外表面包裹有由W80铜鹤合金制成的金属薄膜，金属薄膜上与待加工エ件9的接触面厚度为0. 1mm，加压立柱3穿过盖板2并与盖板2活动配合，加压立柱3下端与压板5焊接，盖板2上固定连接有用于锁紧加压立柱3的锁紧装置8，锁紧装置8为楔形锁紧装置[详见赵殿华赵泽超李兰英，楔形锁紧装置的设计，《工程机械》，2008，39 (10)，40-45页]，故发明人在此不做赘述。使用该热压加工夹具的热压加工方法先将待加工エ件9放置在柔性石墨板6与垫板7之间，并且柔性石墨板6与待加工エ件9、垫板7与待加工エ件9之间垫ー张隔片10，待加工エ件9为羟基磷灰石粉末，隔片10为厚度为0. Imm的石墨纸，然后装配加压立柱3与盖板2，再在加压立柱3上端通过液压机加压对柔性石墨板6施加ー预紧力，待柔性石墨板6的厚度压缩至原厚度的95%时用锁紧装置8锁紧加压立柱3，最后将装配有待加工エ件9的热压加工夹具放在小车上后直接推入推杆炉中进行热压加工，得到致密度为98. 5%的羟基磷灰石工件。实施例2
本实施例中热压加工夹具的结构与实施例I相同，故不在此赘述，不同之处是，热压加エ夹具中的柔性石墨板6厚度为200_，柔性石墨板6外表面涂覆有耐高温涂料层(ZS-711耐高温涂料，北京志盛威华化工有限公司)，耐高温涂料层上与待加工エ件9的接触面厚度
为0. 2臟。使用该热压加工夹具的热压加工方法先将待加工エ件9放置在柔性石墨板6与垫板7之间，并且柔性石墨板6与待加工エ件9、垫板7与待加工エ件9之间垫ー张隔片10，待加工エ件9为Mg-Al合金粉，隔片10为厚度为0. 3mm的W70铜钨合金薄片，然后装配加压立柱3与盖板2，再在加压立柱3上端通过液压机加压对柔性石墨板6施加ー预紧力，待柔性石墨板6的厚度压缩至原厚度的96%时用锁紧装置8锁紧加压立柱3，最后将装配有待加工エ件9的热压加工夹具放在小车上后直接推入推杆炉中进行热压加工，得到致密度为99. 5%的Mg-Al复合材料。实施例3
本实施例中热压加工夹具的结构与实施例I相同，故不在此赘述，不同之处是，热压加エ夹具中的柔性石墨板6厚度为100_，柔性石墨板6外表面涂覆有耐高温涂料层(ZS-I耐高温涂料，北京志盛威华化工有限公司)，耐高温涂料层上与待加工エ件9的接触面厚度为0. 3mmo使用该热压加工夹具的热压加工方法先将待加工エ件9放置在柔性石墨板6与垫板7之间，并且柔性石墨板6与待加工エ件9、垫板7与待加工エ件9之间垫ー张隔片10，待加工エ件9为Fe-Al合金粉，隔片10为厚度为0. 2mm的石墨纸，然后装配加压立柱3与 盖板2，再在加压立柱3上端通过液压机加压对柔性石墨板6施加ー预紧力，待柔性石墨板6的厚度压缩至原厚度的98%时用锁紧装置8锁紧加压立柱3，最后将装配有待加工エ件9的热压加工夹具放在小车上后直接推入推杆炉中进行热压加工，得到致密度为99. 2%的Fe-Al复合材料。从上述实施例可以看出，通过本发明制得的エ件致密度均在99. 5%以上，说明本发明的热压加工夹具能保证待加工エ件表面受カ均匀，可有效避免待加工エ件表面存在局部受カ不均或脱空的现象，得到的エ件表面较为平整，致密程度与粘结程度好，厚度差小。本发明中的柔性石墨板在静态热压加工炉同样适用，只要在将柔性石墨板放置在待加工エ件上，再对柔性石墨板施加一预紧カ使柔性石墨板压缩产生一个回弹力即可进行热压加工，其原理及效果与在动态炉中进行热压加工相同。本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，应当理解，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
权利要求
1.一种热压加工夹具，其特征在干，所述热压加工夹具包括底板及加压立柱，所述底板两侧固定连接有受拉侧板，所述受拉侧板顶端可拆卸连接有盖板，所述底板、受拉侧板与盖板构成ー框架结构，所述底板上从上往下依次设有压板、柔性石墨板及垫板，所述加压立柱穿过盖板并与盖板活动配合，加压立柱下端与压板固定连接，所述盖板上设有用于锁紧加压立柱的锁紧装置。
2.根据权利要求I所述的ー种热压加工夹具，其特征在于，所述柔性石墨板的厚度为I 200mmo
3.根据权利要求I或2所述的ー种热压加工夹具，其特征在于，所述柔性石墨板外表面设有金属薄膜或耐高温涂料层。
4.根据权利要求3所述的ー种热压加工夹具，其特征在于，所述金属薄膜或耐高温涂料层上与待加工エ件的接触面厚度均为0. ro. 3mm。
5.ー种使用如权利要求I所述的热压加工夹具的热压加工方法，其特征在于，先将待加工エ件装配在热压加工夹具中的柔性石墨板与垫板之间，接着将加压立柱穿过盖板并及将盖板固定在受拉侧板上，然后在加压立柱上端加压对柔性石墨板施加ー预紧力，待柔性石墨板压缩后用锁紧装置锁紧加压立柱，最后将装配有待加工エ件的热压加工夹具直接置于高温炉内进行热压加工。
6.根据权利要求5所述的热压加工方法，其特征在干，装配待加工エ件吋，在柔性石墨板与待加工エ件、垫板与待加工エ件之间垫设一隔片。
7.根据权利要求6所述的热压加工方法，其特征在于，所述隔片为石墨纸或金属箔片。
8.根据权利要求7所述的热压加工方法，其特征在于，所述石墨纸或金属箔片的厚度均为0. I 0. 3mm。
9.根据权利要求5或6或7或8所述的热压加工方法，其特征在于，待柔性石墨板厚度压缩至原厚度的95、8 时锁紧加压立柱。
全文摘要
本发明公开了一种热压加工夹具，它包括底板及加压立柱，所述底板两侧固定连接有受拉侧板，所述受拉侧板顶端可拆卸连接有盖板，所述底板、受拉侧板与盖板构成一框架结构，所述底板上从上往下依次设有压板、柔性石墨板及垫板，所述加压立柱穿过盖板并与盖板活动配合，加压立柱下端与压板固定连接，所述盖板上设有用于锁紧加压立柱的锁紧装置。本发明还公开了一种热压加工方法将待加工工件装配在上述热压加工夹具的柔性石墨板与垫板之间，并使柔性石墨板压缩后将装配有待加工工件的热压加工夹具直接置于高温炉内进行热压加工。本发明具有效避免待加工工件表面存在局部受力不均或脱空的现象；制得的工件致密程度与粘结程度好，厚度差小等有益效果。
文档编号F27D5/00GK102853676SQ201210272050
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者沈伟奇, 张力成 申请人:杭州格拉思康科技有限公司