专利名称：一种粉体冷静液机械压制成型装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粉末压制成型装置，具体涉及一种适用于冷态下的液体静压和机
械挤压相结合的粉末坯料压制成型装置。
背景技术：
目前冷态下粉末压制成形方法主要有模压法和冷等静压法两种，模压法由于模具 内壁与粉末颗粒间存在摩擦力使得压制过程中坯料内部存在很大的压力梯度，造成坯料致 密度低且不均匀。冷等静压法虽然在粉末压制过程中压力均匀；但是利用现有的冷等静压 设备采用冷等静压法进行粉末坯料压制成型时，不能消除压制过程后期粉末颗粒间形成的 封闭性气孔，粉末坯料不能达到很高的致密度，另外，现有的冷等静压设备装置结构复杂， 生产效率较低。
发明内容
本发明为了解决利用现有技术进行粉末坯料压制成型时无法消除压制过程后期 粉末颗粒间形成的封闭性气孔，致使粉末坯料无法达到很高的致密度的问题，进而提供了 一种粉体冷静液机械压制成型装置。 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述的一种粉体冷静液机 械压制成型装置包括上压板、下压板、至少两个导向机构以及由上压盖、弹性弹体和下压盖 构成的粉末包套；所述成型装置还包括上压头、上压头弹性垫、上压头柱塞、下压头柱塞、 下压头弹性垫、下压头、圆柱形多层高压容器、盖板、导向套、厚弹性圈和多个拉力弹簧；圆 柱形多层高压容器的内层圆柱形套筒的内腔由上部内腔和下部内腔两部分构成，且上部内 腔的横截面面积小于下部内腔的横截面面积，上部内腔与下部内腔之间的过渡处形成有台 阶；粉末包套设置于圆柱形多层高压容器的内腔中；上压头的下端插装在圆柱形多层高压 容器的上部内腔中，上压头柱塞上的连杆插装在上压头上，上压头的下端面与上压头柱塞 的活塞端之间设有上压头弹性垫；上压头柱塞的活塞端与上压盖接触连接；下压头的上端 插装在圆柱形多层高压容器的下部内腔中，下压头柱塞插装在下压头的上端面上，下压头 的上端面与下压头柱塞之间设有下压头弹性垫，下压头柱塞的上端面与下压盖接触连接； 圆柱形多层高压容器的下部插装在导向套内，盖板套装在上压头上并盖在圆柱形多层高压 容器的上端上，上压板设置在上压头的上方，在上压板和盖板之间的上压头上设有厚弹性 圈，导向套设置在下压板上方，下压头的下端与下压板固定在导向套底端上，盖板和导向套 之间均布设置有多个拉力弹簧，每个拉力弹簧的上端与盖板的边沿连接，每个拉力弹簧的 下端通过特制调节螺栓与导向套外沿连接；所述至少两个导向机构设置在上压板下压板之 间。 本发明的粉末致密化过程是冷态下通过在液体产生的侧向高流体静压力和轴向 机械挤压力对粉末颗粒进行同时压制作用，对粉末进行压制成形，并在粉末颗粒间产生一 定量的塑性变形，从而获得超高致密度的粉末成形坯料，利用本发明装置制备的粉末成型坯料具有超高的致密度，其相对致密度可达99%以上。另外，本发明装置还具有结构简单， 可靠性高，生产效率高，成本低廉的特点。本发明主要应用于对超高硬度的粉末固结，也可 用于粉末与其它材料复合的压制成形，所用粉末原料可以是高硬度的球形粉末，也可使用 其它粉末和粉末的混合物。
图1是本发明的主剖视图，图2是用本发明所述压制成型装置制备的纯Al粉末坯 料的图片(在室温条件下既冷态条件下制备的，且粉末原料是平均粒径为60um的球形纯Al 粉)。
具体实施例方式
具体实施方式
一 如图1所示，本实施方式所述的一种粉体冷静液机械压制成型 装置包括上压板1、下压板24、至少两个导向机构2以及由上压盖12-1、弹性弹体12-2和下 压盖12-1构成的粉末包套12 ;所述成型装置还包括上压头8、上压头弹性垫10、上压头柱 塞11、下压头柱塞16、下压头弹性垫17、下压头19、圆柱形多层高压容器9、盖板7、导向套 15、厚弹性圈5和多个拉力弹簧18 ;圆柱形多层高压容器9的内层圆柱形套筒9-1的内腔 由上部内腔9-1-1和下部内腔9-1-3两部分构成，且上部内腔9-1-1的横截面面积小于下 部内腔9-l-3的横截面面积，上部内腔9-1-1与下部内腔9-1-3之间的过渡处形成有台阶 9-l-2;粉末包套12设置于圆柱形多层高压容器9的内腔中；上压头8的下端插装在圆柱形 多层高压容器9的上部内腔中，上压头柱塞11上的连杆插装在上压头8上，上压头8的下 端面与上压头柱塞11的活塞端之间设有上压头弹性垫10 ;上压头柱塞11的活塞端与上压 盖12-1接触连接；下压头19的上端插装在圆柱形多层高压容器9的下部内腔中，下压头柱 塞16插装在下压头19的上端面上，下压头19的上端面与下压头柱塞16之间设有下压头 弹性垫17，下压头柱塞16的上端面与下压盖12-1接触连接；圆柱形多层高压容器9的下 部插装在导向套15内，盖板7套装在上压头8上并盖在圆柱形多层高压容器9的上端上， 上压板1设置在上压头8的上方，在上压板1和盖板7之间的上压头8上设有厚弹性圈5， 导向套15设置在下压板24上方，下压头19的下端与下压板24固定在导向套15底端上， 盖板7和导向套15之间均布设置有多个拉力弹簧18，每个拉力弹簧18的上端与盖板7的 边沿连接，每个拉力弹簧18的下端通过特制调节螺栓20与导向套15外沿连接；所述至少 两个导向机构2设置在上压板1下压板24之间厚弹性圈5将压力机对弹性圈的压力传递 到工作液体上以增加液体静压力，在压力下产生弹性变形，以维持上压头与高压容器间的 运动。上压头弹性垫IO和下压头弹性垫17用于完成密封作用，圆柱形多层高压容器9被 放置到导向套15内部，拉力弹簧18围绕导向套15布置，拉力弹簧的初始拉力通过特制调 节螺栓20来调节；拉力弹簧18将拉力传递至工作液体上，当液体静压达到一定数值后，高 压容器上升，拉力弹簧被拉伸。粉末原料13装入粉末包套12(弹性包套)内，上压盖12-1 和下压盖12-1用于对密封的弹性弹体12-2进行挤压。粉末包套12放入高压容器上半腔 内。 高压容器与上下压头一起放入压力机滑块与工作台之间的空间内，上压头固定在 上支撑板上，上支撑板固定到上固定板上，下支撑板固定到下固定板上。通过高强度垫块支撑下压头，当上下内腔截面积不同的高压容器向上运动的过程中，由拉力弹簧产生的力传 递到容器内部的工作液体上，仍能保持很高的液体静压力。同时上腔内多余液体流入截面 积更大的下半腔，以保证上下压头之间的距离不断减小，在粉末坯料产生塑形变形时，上下 压头距离变小以维持粉末坯料持续变形。高压容器内腔由直径不同的上下两部分构成。粉 末包套放入盛满液体的高压容器内腔中，上压头进入内腔后，液体压力上升，拉力弹簧与厚 弹性圈产生的力传递到工作液体上以维持高液体静压力，粉末坯料获得初步紧实。液体静 压力达到一定数值后，高压容器向上运动，上下压头间的距离不断变小，粉末坯料产生塑形 变形。粉末坯料在高流体静压和轴向机械挤压力共同挤压下，得到超高致密度的成形坯料。
具体实施方式
二 如图1所示，本实施方式所述圆柱形多层高压容器9由外层圆柱 形套筒9-3、中间层圆柱形套筒9-2和内层圆柱形套筒9-l三层圆柱形套筒依次套装在一起 构成，每相邻两层圆柱形套筒之间的连接方式为过盈配合。其它组成及连接关系与具体实 施方式一相同。
具体实施方式
三如图1所示，本实施方式所述内层圆柱形套筒9-1的侧壁上开有 一个溢流孔9-1-4。溢流孔的作用是，在上压头8进入容器内腔时，溢流孔起到排气和排液 作用，以保护上压头弹性垫IO和下压头弹性垫17。其它组成及连接关系与具体实施方式
二 相同。
具体实施方式
四如图1所示，本实施方式所述特制调节螺栓20由螺栓本体20-1 和带有豁口的连接端20-2构成，螺栓本体20-1的旋入端与带有豁口的连接端20-2固接为 一体，每个拉力弹簧18的下端搭钩在带有豁口的连接端20-2上，螺栓本体20-1与导向套 15的外沿螺纹连接，拉力弹簧18上端通过盖板7上的圆柱6固定。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五如图l所示，本实施方式所述成型装置还包括上衬垫4和下衬垫 21，所述上衬垫4设置在上压板1和上压头8之间，下衬垫21设置在下压头19与下压板24 之间。上衬垫4和下衬垫21均由高强度材料制成，分别用于支撑上压头8和下压头19。其 它组成及连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六如图l所示，本实施方式所述成型装置还包括连接板3和支撑板 26，所述上压头8通过连接板3与上压板1连接，所述上衬垫4设置在连接板3的内孔中， 支撑板26设置在下衬垫21与下压板24之间。支撑板26经紧固螺栓23、六角形管22和内 部的螺母与导向套15相连接。导向套的底部起到支撑高压容器的作用，导向套与高压容器 之间的空气对高压容器起到阻尼减震的作用。厚弹性圈5被放置到盖板7上，连接板3向 下压縮厚弹性圈5可使其产生弹性变形。其它组成及连接关系与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七如图l所示，本实施方式所述成型装置还包括推出杆25，所述推 出杆25由下至上依次穿过下压板24、支撑板26、下衬垫21、下压头19以及下压头柱塞16， 推出杆25的上端面与下压盖12-1的下端面接触连接。其它组成及连接关系与具体实施方 式六相同。
实施例 下面以压制纯A1粉为例说明装置的具体工作过程 参见图1和图2，先将预压实的纯Al粉末13放入弹性包套内，将密封的粉末包套放入容器上半腔内，将工作液体14倒入高压容器内腔中。上压头8缓慢下移，并进入高压
容器内腔中，上压头在高压容器内腔中的运动起到增加工作液体静压的作用。由于高压容
器上下内腔横截面积不同，工作液体产生的高压作用在高压容器内腔上，在上下内腔的交
界台阶处对容器产生方向向上的液体压力，高压容器在这个压力作用下向上移动，同时拉
力弹簧18被拉紧。由于高压容器的上移，下压头与截面台阶之间的距离增加，高压容器下
半腔的液体体积增加，上半腔内多余的液体会流入截面积更大的下半腔内。 随着液体流入下半腔，上压头8和下压头19之间的距离变小，随后上压头8的下
表面会接触到纯Al粉末坯料13上的压盖12，此时粉末坯料的冷静液机械压制成形过程开
始，所谓冷静液机械压制成形过程是指冷态下粉末坯料在工作液体产生的侧向高流体静压
力和轴向压头机械挤压力的同时作用下，粉末坯料被压实成形并产生一定量的塑性变形。
粉末坯料的塑性变形造成粉末颗粒间产生冷焊作用，最终获得超高致密度的粉末坯料。 为进一步增加冷静液机械压制成形过程中液体的静压力，装置增加了厚弹性圈5。
实例中上压头8固定于连接板3上，当连接板3的下表面接触到厚弹性圈5时，压力机施加
一个压力到厚弹性圈5并传递到高压容器9上，厚弹性圈5在上压头下移过程中被压縮，这
个压力最终传递到高压容器内腔的液体上。在拉力弹簧18产生的拉力和厚弹性圈5产生
的压力共同作用下，冷静液机械压制成形过程中工作液体的静水压力保持在很高水平。 粉末压制过程完成后，撤掉液压机的压力，厚弹性圈5恢复原来的形状，高压容器
9下移至支撑板25，导向套15与高压容器9之间的空气对高压容器9起到阻尼减震的作用。
通过弹出杆25的运动将纯Al粉末坯料从容器内腔取出。 室温条件下用冷静液机械压制成型装置制备的纯A1粉末坯料如图2所示，坯料密 度采用阿基米德法测量，其相对致密度为99. 982%，可见利用粉体冷静液机械压制成型装 置制备的粉末坯料具有很高的致密度，甚至可达到理论致密度。 工作原理本装置由拉力弹簧和厚弹性圈来保证工作液体的高静水压力，在高压
容器向上运动的过程中，由于容器内腔上下直径的差别，拉力弹簧产生的拉力和压力机作 用于厚弹性圈的压力传递到高压容器内腔工作液体上，这使高压容器内工作液体的静水压
力保持在很高的数量级，容器向上运动过程中，部分液体从高压容器上半腔流入到截面积 更大的下半腔，而工作液体的总体积不变，因此上下压头之间的距离会逐渐减小。导向套15 保证高压容器垂直方向上下运动，导向套与容器间的空气阻尼能减缓高压容器所受到的冲 击。本发明利用工作液体的液体静压力和轴向压盖作用于粉末的机械挤压力对粉末进行压 实，通过拉力弹簧和弹性圈作用产生的高液体静压力与上下压头产生的机械挤压力相结合 对粉末坯料进行压制成形。通过轴向机械力和侧向液体静压力的共同作用达到粉末致密化 目的。
权利要求
一种粉体冷静液机械压制成型装置，所述成型装置包括上压板(1)、下压板(24)、至少两个导向机构(2)以及由上压盖(12-1)、弹性弹体(12-2)和下压盖(12-1)构成的粉末包套(12)；其特征在于所述成型装置还包括上压头(8)、上压头弹性垫(10)、上压头柱塞(11)、下压头柱塞(16)、下压头弹性垫(17)、下压头(19)、圆柱形多层高压容器(9)、盖板(7)、导向套(15)、厚弹性圈(5)和多个拉力弹簧(18)；圆柱形多层高压容器(9)的内层圆柱形套筒(9-1)的内腔由上部内腔(9-1-1)和下部内腔(9-1-3)两部分构成，且上部内腔(9-1-1)的横截面面积小于下部内腔(9-1-3)的横截面面积，上部内腔(9-1-1)与下部内腔(9-1-3)之间的过渡处形成有台阶(9-1-2)；粉末包套(12)设置于圆柱形多层高压容器(9)的内腔中；上压头(8)的下端插装在圆柱形多层高压容器(9)的上部内腔中，上压头柱塞(11)上的连杆插装在上压头(8)上，上压头(8)的下端面与上压头柱塞(11)的活塞端之间设有上压头弹性垫(10)；上压头柱塞(11)的活塞端与上压盖(12-1)接触连接；下压头(19)的上端插装在圆柱形多层高压容器(9)的下部内腔中，下压头柱塞(16)插装在下压头(19)的上端面上，下压头(19)的上端面与下压头柱塞(16)之间设有下压头弹性垫(17)，下压头柱塞(16)的上端面与下压盖(12-1)接触连接；圆柱形多层高压容器(9)的下部插装在导向套(15)内，盖板(7)套装在上压头(8)上并盖在圆柱形多层高压容器(9)的上端上，上压板(1)设置在上压头(8)的上方，在上压板(1)和盖板(7)之间的上压头(8)上设有厚弹性圈(5)，导向套(15)设置在下压板(24)上方，下压头(19)的下端与下压板(24)固定在导向套(15)底端上，盖板(7)和导向套(15)之间均布设置有多个拉力弹簧(18)，每个拉力弹簧(18)的上端与盖板(7)的边沿连接，每个拉力弹簧(18)的下端通过特制调节螺栓(20)与导向套(15)外沿连接；所述至少两个导向机构(2)设置在上压板(1)下压板(24)之间。
2. 根据权利要求1所述的一种粉体冷静液机械压制成型装置，其特征在于所述圆柱 形多层高压容器(9)由外层圆柱形套筒(9-3)、中间层圆柱形套筒(9-2)和内层圆柱形套 筒(9-1)三层圆柱形套筒依次套装在一起构成，每相邻两层圆柱形套筒之间的连接方式为 过盈配合。
3. 根据权利要求2所述的一种粉体冷静液机械压制成型装置，其特征在于所述内层 圆柱形套筒(9-1)的侧壁上开有一个溢流孔(9-1-4)。
4. 根据权利要求1、2或3所述的一种粉体冷静液机械压制成型装置，其特征在于 所述特制调节螺栓(20)由螺栓本体(20-1)和带有豁口的连接端(20-2)构成，螺栓本体 (20-1)的旋入端与带有豁口的连接端(20-2)固接为一体，每个拉力弹簧(18)的下端搭钩 在带有豁口的连接端(20-2)上，螺栓本体(20-1)与导向套(15)的外沿螺纹连接。
5. 根据权利要求4所述的一种粉体冷静液机械压制成型装置，其特征在于所述成型 装置还包括上衬垫(4)和下衬垫(21)，所述上衬垫(4)设置在上压板(1)和上压头(8)之 间，下衬垫(21)设置在下压头(19)与下压板(24)之间。
6. 根据权利要求5所述的一种粉体冷静液机械压制成型装置，其特征在于所述成型 装置还包括连接板(3)和支撑板(26)，所述上压头(8)通过连接板(3)与上压板(1)连接， 所述上衬垫(4)设置在连接板(3)的内孔中，支撑板(26)设置在下衬垫(21)与下压板(24) 之间。
7. 根据权利要求6所述的一种粉体冷静液机械压制成型装置，其特征在于所述成型装置还包括推出杆(25)，所述推出杆(25)由下至上依次穿过下压板(24)、支撑板(26)、下 衬垫(21)、下压头(19)以及下压头柱塞(16)，推出杆(25)的上端面与下压盖(12-1)的下 端面接触连接。
全文摘要
一种粉体冷静液机械压制成型装置，它涉及一种粉末坯料压制成型装置，本发明解决了利用现有技术进行粉末坯料压制成型时无法消除压制过程后期粉末颗粒间形成的封闭性气孔，致使粉末坯料无法达到很高的致密度的问题。圆柱形多层高压容器的内层圆柱形套筒的内腔由上部内腔和下部内腔两部分构成，且上部内腔的横截面面积小于下部内腔的横截面面积；粉末包套设置于圆柱形多层高压容器的内腔中；圆柱形多层高压容器的下部插装在导向套内，盖板套装在上压头上并盖在圆柱形多层高压容器的上端上，盖板和导向套之间均布设置有多个拉力弹簧。利用本发明装置制备的粉末成型坯料的相对致密度可达99％以上。
文档编号B30B11/02GK101791876SQ20091021746
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者B·S·韦克申, V·S·克拉皮申, 沈军, 魏先顺 申请人:哈尔滨工业大学