CN101594984A - 用于粉末填充和压制的进料靴及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将粉末运送和分配至粉末压制设备的腔内以用于后续的粉末压制的进料靴装置，该进料靴装置包括进料靴，该进料靴包括：用于将粉末接纳至所述进料靴内的进口部分；形成粉末出流通道的出口部分，该粉末出流通道具有用于将来自所述进料靴的粉末分配至所述粉末压制设备的腔内的出口孔；横跨出口孔设置在粉末流动通道内的网状件，其中，网状件不可移动地设置在出口部分中，出口部分相对于进料靴装置不可移动。

Description

用于粉末填充和压制的进料靴及方法

技术领域

本发明涉及用于粉末压制设备中的进料靴装置。该进料靴包括用于接纳粉末进入所述进料靴内的进口部分和形成粉末出流通道的出口部分，该粉末出流通道具有用于将从所述进料靴出来的粉末分配进入所述粉末压制设备的腔内的出口孔。

本发明还涉及用于在粉末压制设备的腔内填充和压制粉末的方法。

背景技术

在常规的粉末压制设备中，粉末被从粉末源供至进料靴，并从进料靴进入压制模具的压制腔内。当要进行压制时，通过移动进料靴将该进料靴从压制腔的开口移开，然后使冲头用力地冲压压制腔内的粉末。

已经发现，在许多情况下，最终产品的密度和性能会不令人满意地变化。密度和性能可以在同一类产品的不同主体之间和/或在同一主体内变化。不均匀填充的另一个效果是腔内装填的粉末的量发生变化，使得在所生产的部件之间产生不期望的重量变化。

解决该问题的一个建议的方法是设计粉末压制设备，其中，通过相比于粉末的表观密度增加填充在腔内的粉末的密度来解决该问题。

例如，US 5,672,313公开了一种制造粉末模具和粉末进料器以便以高的和均匀的密度填充材料的方法。该方法包括当粉末材料处于靴盒内时振动该粉末材料、直到腔内的粉末密度增加至表观密度的至少1.1倍。为了有效地振动靴盒内的粉末，在靴盒内设置多个由竖直的隔板构成的顶部和底部开口的单元。在每一个单元中，粉末将被振动成轻微预压制的粉末的单独的填料，每一份这种填料将被供给至压制腔的不同部分。这种设计因此将产生较高的填充密度。但是，存在这样的危险，即，来自各个单元的粉末填料之间将存在区别，或者在被填充进腔内时，填料在各个单元的填料之间的分界面处将彼此不混合。

US 3,893,791公开了一种类似的用于填充压制模具的设备。在该设备中，进料靴内设置有格栅。格栅与驱动装置连接，从而使粉末填料能被振动。在该设计中，格栅由相互交叉的金属条片形成。由此得到的设计将具有与US 5,672,313中公开的设计基本相同的优点和缺点。

由于构成粉末的颗粒容易拥堵或粘结在一起和由于空气被夹带在粉末床中，通常会引起密度变化。

针对该问题已经提出过多种方案，以便实现粉末在压制腔内的均匀分布并由此使粉末压制体具有均匀的密度。US 3,972,449中公开了一种方案。该文献公开了一种包括格栅的粉末填充设备，所述格栅与用于在将粉末分配至腔内的过程中使格栅以不同的速率往复运动的装置连接。该格栅设置在进料靴内的下部并且可在水平面内往复运动。所述格栅优选由紧密间隔的杆构成，但是也可以由(金属)丝制的网状件、例如网或者筛构成。US3,972,449专利强调并主张格栅不仅应来回振动，并且其每分钟的周期数量也应变化。格栅应能够每分钟来回移动数百个周期。这种方案涉及具有多个移动部件的复杂的设计。还发现，这种设计会引起混合粉末分离，这又会导致不期望的密度分布，并且还使得细小的颗粒例如石墨粉化。还存在如下危险，即，振动将导致粉末在进料靴中的不期望的填充，这又会导致不均匀的填充。

在如US 5,881,357公开的另一种常规的粉末填充方法中，在粉末盒中设置用于排放气体的有孔的管。当粉末进入腔内时，气体被排放到粉末盒内的粉末中，从而粉末的颗粒可以相对于彼此移动。由于气体排放，粉末可以在不引起涡旋并且不会分布不均匀的情况下平稳地进入腔内，从而填充时间缩短，颗粒尺寸分布均匀。但是这种设计复杂并且需要向进料靴供应加压空气。

在如US 6,475,430公开的另一种相似的粉末填充方法中，通过空气开关过程将材料填充在容器中，其中，空气压力从低空气压力状态到高空气压力状态交替改变多次。通过将所述低空气压力状态保持成等于或者高于所述空间外部的大气压力来防止材料被容器外的大气的进气流向上吹送。随后，材料被均匀地填充在所述容器中。但是，这种设计复杂并且需要提供两种不同空气压力下的加压空气。

因此，仍然需要用于将粉末填充至压制腔内的改进的方法和设备。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种稳定、耐用和简单的结构来解决与填充腔中粉末密度的不期望的变化有关的问题。

根据本发明，上述目的通过一种进料靴装置实现，该进料靴装置用于将粉末运送和分配至粉末压制设备的腔内，以便进行后续的粉末压制，所述进料靴装置包括进料靴，该进料靴包括：

-用于将粉末接纳至所述进料靴内的进口部分，

-形成粉末出流通道的出口部分，该粉末出流通道具有用于将从所述进料靴出来的粉末分配至所述粉末压制设备的腔内的出口孔，

-横跨出口孔设置在粉末流动通道内的网状件，

其中，网状件不可移动地设置在出口部分中，出口部分相对于进料靴装置不可移动。

本发明具有结构稳定、耐用和简单的优点，这确保了粉末在填充腔内密度均匀。本发明还可以在无需费力改造的情况下用于各种不同的现有冲压装置中。网状件防止了粉末拥堵并且夹带的空气能被释放。因此，可以在腔的容积内进行均匀地对腔的填充，并使得腔内粉末密度均匀。另外，减少了压制部件之间的重量变化或重量分散度。

另一个优点是进料靴装置不包括移动部件，因此无需用于执行移动操作的装置。网状件不可移动地、即固定地设置在出口部分中，并且出口部分相对于整个进料靴装置不可移动，因此无需在进料靴上施加或者传递机械力即可将粉末运送通过进料靴。通过将网状件不可移动地设置在出口部分中并且出口部分相对于进料靴装置不可移动，从而不存在移动部件或用于执行移动操作的装置，因此，进料靴装置是一个简单的装置，其需要最少的操作和维护。另外，可以容易地将该装置的技术特征运用于现有装置中，其优点在于，现有装置可以继续使用而无需被新的和特殊的装置替代。

网状件可以设置在开口部分中距离所述出口孔的距离小于10mm，优选0-7mm，更加优选在0-5mm的范围内。由此防止粉末在从网状件到达腔内的过程再次形成拥堵。另一个优点是可以改变网状件以适应于不同的粉末成分，以便实现最佳填充。应当注意到，当确定距离出口孔的距离时，形成与腔的分界面的出口孔是相关起始点。如果形成出口孔的出口部分设置有锁定装置或者类似的装置，那么，当确定所述距离时，这些装置是不考虑的。在一个实施方式中，当进料靴移至腔的开口和从腔的开口移开时，形成网状件的(金属)丝与模具表面接触。换句话说，网状件的面对腔的表面与分界平面或者腔的开口平面接触。

网状件设置有尺寸为1-200mm²、优选为1-100mm²的网孔，以便以最优的方式防止拥堵。另一个优点是适当选择网孔的尺寸以使得网状件能与粉末的实际成分相适应。

在某些情况下，可以优选使网状件仅覆盖进料靴的横截面积的一部分。本特征的另一个优点是能与所使用的粉末相适应。

进料靴还可以包括完全覆盖出口孔的网状件。这一特征具有通过网状件的流动最优的优点。另一个优点是能使填充时间短。

在一个实施方式中，进口部分在进料靴装置内的延伸范围设置成是可调的，用于调节进料靴装置内的粉末的量。这是本发明的一个优点，因为可能不希望进料靴装置中具有过多的粉末，因为进口部分和进料靴装置内的空气优选应当能够穿过网状件，而进料靴装置中过多的粉末会扰乱流经网状件的空气。因此，通过设置和/或调节进口部分在进料靴装置内向下延伸的程度，可以根据期望的和有利的量来调节粉末在进料靴装置中的量。

在一个实施方式中，进口部分是例如形式为管元件的流动通道，该流动通道从远端向设置在网状件附近并距离网状件一定距离的近端延伸，流动通道的近端和网状件之间的距离设置成可调的；流动通道的近端设置成与网状件形成锐角，进口部分的出口由基本上平行于网状件的边缘限定。

该实施方式的优点是，由于出口边缘基本上平行于网状件，因此，通过粉末流动通道的粉末的分配可以是粉末经过网状件的均匀的分布。另外，可以以可控的方式分配粉末，并且由于平行的设置，当粉末穿过网状件时可以减少粉尘的升腾。

本发明涉及不同的方面，包括上面所述和下面所述的进料靴装置、相应的粉末填充和压制方法、和/或进一步的装置或产品方法，分别产生一个或多个与上述第一方面有关的益处或优点，并且分别具有一个或多个与关于上述第一方面进行描述的和/或在所附权利要求中公开的实施方式相应的实施方式。

本发明还涉及一种用于在粉末压制设备的腔中填充粉末的方法。该方法包括：通过进料靴接纳来自粉末源的粉末，使粉末通过不可移动地(即，固定地)设置在进料靴的出口部分中的网状件，将来自出口部分的粉末分配至所述腔内，其中，使粉末通过(网状件)和分配粉末都在不发生移动操作的情况下进行。

优点是该方法代表了一种用于在腔内填充粉末的简单、可靠、耐用的方法。

该方法可以包括使用进料靴装置的步骤，该进料靴在将粉末分配至腔内的过程中不动地设置。本特征的优点是包括较少步骤和具有较少机构的设备的简单的方法。

由于粉末的运送和分配是在进料靴装置中没有任何移动操作的情况下进行的，因此，进料靴装置和粉末压制设备可以是简单的装置或设备，需要最少的操作和维护。因此，在不向进料靴装置施加力或者不移动进料靴装置的情况下使粉末通过进料靴装置分配或运送至腔内，换句话说，没有与进料靴装置相关的机械运送装置被用于运送或分配粉末。另外，进料靴装置可以容易地用于现有装置中，例如粉末压制设备，其优点在于，现有装置可以继续使用而无需被新的和特殊的装置替代。

在一些实施方式中，该方法还包括压制腔内的粉末，由此形成压制体。

这会得到密度均匀并且压制部件之间重量变化小的压制体。另一个优点是该方法代表了一种简单、可靠和耐用的粉末压制方法。

该方法还可以附加地包括烧结压制体的步骤。

优选在所述用于在粉末压制设备的腔内填充和压制粉末的方法中使用根据上述任何一个优选实施方式的进料靴装置。

在一些实施方式中公开了使用进料靴装置的方法。

附图说明

将通过下面参照附图对本发明的实施方式进行的示例性和非限制性的详细说明来进一步阐述本发明的上述和/或其它目的、特征和优点，其中：

将参照示意性的附图通过举例的方式对本发明进行更加详细的说明，这些附图示出了本发明目前的优选实施方式。

图1是位于粉末压制设备的腔上方的进料靴的侧视图；

图2是进料靴的侧视图；

图3a是本发明的进料靴的网状件的第一实施方式；

图3b是本发明的进料靴的网状件的第二实施方式。

具体实施方式

下面参照附图进行说明，这些附图以举例说明的方式示出了本发明是如何实现的。

图1-2示出了用于粉末压制设备中的进料靴的优选实施方式。进料靴1基本上包括进口部分2、出口部分3和网状件6。出口部分3形成具有出口孔5的粉末出流通道。粉末压制设备还包括模具内的腔7。在图1中，腔7是环形的，使用位于模具腔内的型芯8。

根据图1，进料靴1是粉末压制设备的一部分。在分配过程中，进料靴1位于粉末压制设备的腔7的上方。进料靴1的进口部分2设置成能与粉末源连接。进料靴1的出口部分3设置成能与腔7可释放地连接。

图2示出了进料靴1的侧视图，并公开了进料靴1的出口部分3和网状件6，该出口部分3形成具有出口孔5的粉末出流通道。网状件6固定设置在进料靴1的出口部分3中。网状件6横跨出口孔5设置在粉末流动通道内。进料靴1的网状件6设置成距离出口孔5小于10mm、优选在0-7mm、更加优选在0-5mm的范围内。在该实施例中，网状件完全覆盖出口孔5。在优选实施方式中，出口孔5可与腔7的进口孔形成一分界平面。网状件6在距离出口孔所述距离处沿所述平面延伸。

进口部分2在进料靴1中的延伸范围可设置成可调的，用以调节进料靴1中的粉末的量。

图1-2还示出了进口部分2可以是从远端向近端9延伸的管元件，该近端位于网状件6附近且设置成距离网状件6一定距离。管的近端和网状件6之间的距离可以是可调的，设置成与网状件6形成锐角，且进口部分2的孔可由基本上平行于网状件6的边缘10限定。

图3a和图3b示出了形成为格栅或者网的网状件6。格栅由第一系列的多个沿第一方向延伸的平行等距的金属丝和第二系列的多个沿与所述第一方向垂直的第二方向延伸的平行等距的金属丝构成。由此形成的网孔的形状为正方形。在图3a中，网孔为8mm×8mm，在图3b中，网孔为4mm×4mm。在另一个实施方式中，网状件6的网孔可以是圆孔。也可以设想其它形状，例如椭圆形、长方形和菱形。每一个网孔的尺寸优选为1-100mm²。根据一个实施方式，在给定的网状件6中，所有的网孔都具有相同的尺寸和形状。

在该实施例中，网状件6由金属丝构成，但是在其它的实施例中，网状件可以由基本上沿出口孔的平面延伸的穿孔的板或者类似物形成。

为了将粉末分配到粉末压制设备的腔中，将来自粉末源的粉末接纳在进料靴1的进口部分2中。粉末通过进料靴1的内部被输送。在进料靴1的出口部分3中，粉末穿过粉末出流通道和出口孔5，由此穿过横跨出口孔5固定设置在粉末流动通道中的网状件6。由此粉末被分配进入腔7中。

然后使用冲头在所述腔内压制粉末，该冲头冲压并压制腔内的粉末，从而形成压制体。该压制体然后可以被烧结以进行后续的加工。

当要填充腔7时，通过移动进料靴1使进料靴1和腔7之间产生移动，直到腔7的孔和进料靴1的出口孔对准。当准备压制腔7中的粉末时，使进料靴1和腔7之间产生相对移动，直到腔7的孔暴露于冲头。通过使冲头下降到腔7中来压制粉末。或者，使腔7的暴露的孔被模具部分覆盖，并使冲头从相反的方向被引向粉末。在这种设计中，可在填充过程中同时降低冲头(即，扩大所述腔)以产生轻微的负压，从而有助于腔的填充。因此，可以设想对本发明进行修改使之适用于使用不同的填充结构/布置的不同的粉末压制设备，例如重力填充和所谓的抽吸式填充。

在将粉末分配至腔7内的过程中，进料靴1可以设置成不动的。网状件6的网孔的尺寸和形状以及网孔的总面积是可以修改的参数，以与供给至粉末压制设备的特定的粉末相匹配。另外，从出口部分3到网状件6的位置的距离和网状件6的延伸范围也是可以修改的参数，以与不同的粉末成份相匹配，以便在腔7中得到均匀的密度。因此，可以找到与某种粉末成份相匹配的特定的网状件6的设计。

试验结果显示，使用固定设置在进料靴中的网状件6可以减少所制造的压制体的重量分散度。即使在较高的填充速度(冲程/分钟)下，也可以得到减小的标准偏差。因此，可以找到网状件6的设计与填充和压制速率之间的恰当的关系，从而实现腔7的最佳填充。

下面将详细说明两组示例性的试验。

例1

基于纯铁粉末ASC100.29制备铁基粉末组合物，可从瑞典的

AB公司得到，该铁基粉末组合物还包括2.0％的100目的铜粉末、0.8％石墨UF4、0.8％的胺蜡、乙撑双硬脂酰胺(ethylenebis-stearamide)。

所述粉末组合物被送至位于压制设备上方的容器中。一管从该容器向下延伸至进料靴。进料靴的宽度是8.5cm，长度为8.5cm，前端的高度为2.5cm，后端高度为5cm。进料靴的底部敞开。当进料靴被移动至腔上方的一位置时，该进料靴将被粉末填充。在腔被填充后，进料靴被撤离，然后可开始压制。

用600MPa的压力冲压高度为13mm、内径为19mm、外径为25mm的200个环。名义重量为大约19克。冲压速度为14冲程/分钟。冲压后，每一个环的重量被确定，并且计算出重量的标准偏差。

随后，形式为网孔尺寸4mm的网的网状件被安装在进料靴的底部。200个环在14冲程/分钟的冲压速度下被冲压，200个环在16冲程/分钟的冲压速度下被冲压。每一个环的重量被确定，并且对于每一个冲压速度计算出重量的标准偏差。随后，安装网孔尺寸为8mm的网作为替换并重复该试验。

表1根据例1的试验

	网孔尺寸(mm)	环的数量	冲压速度(冲程/分钟)	标准偏差(克)
					不带网状件的进料靴	N/A	200	14	0.046
带网状件的进料靴	4	200	14	0.012
					带网状件的进料靴	4	200	16	0.021
带网状件的进料靴	8	200	14	0.029
					带网状件的进料靴	8	200	16	0.022

从表1中可以看到，在相同的冲压速度下(14冲程/分钟)，在进料靴中设置网状件时与不使用网状件时相比，重量分散度显著减小。还可以看到，即使当冲压速度增加至16冲程/分钟，使用网状件时的重量分散度仍显著小于不使用网状件的参考试验(14冲程/分钟)。

例2

使用与例1中相同的实验装置。基于纯铁粉末ASC100.29制备粘结粉末组合物，可从瑞典的

AB公司得到，该粘结粉末组合物还包括2.0％的100目的铜粉末、0.8％石墨UF4、0.8％的胺蜡和0.05％的妥尔油酯基粘合剂(tall-oil-ester-based binding agent)。

表2根据例2的试验

	网孔尺寸(mm)	环的数量	冲压速度(冲程/分钟)	标准偏差(克)
					不带网状件的进料靴	N/A	200	11.5	0.139
带网状件的进料靴	4	200	11.5	0.072
					带网状件的进料靴	4	200	14	0.024
带网状件的进料靴	4	200	16	0.049
					带网状件的进料靴	8	200	11.5	0.019
带网状件的进料靴	8	200	14	0.038

从表2中可以看到，在相同的冲压速度下(11.5冲程/分钟)，在进料靴中设置网状件时与不使用网状件时相比，重量分散度明显较小。还可以看到，即使当冲压速度增加至14或者16冲程/分钟，使用网状件时的重量分散度仍显著小于不使用网状件时的参考试验(11.5冲程/分钟)。

可以想到，这里公开的实施例具有许多变型，这些变型仍在由所附的权利要求限定的本发明的范围内。

给定网状件的网孔可以例如具有不同的形状和/或不同的尺寸。形状和/或尺寸的变化可以是交替的或者取决于与出口孔的延伸范围相关的网孔的位置。

虽然已经详细说明并示出了一些实施方式，但是，本发明并不限于这些实施方式，而是也可以在所附权利要求中所限定的主题的范围内体现为其它的方式。特别地，应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其它的实施方式，并且可以对结构和功能进行修改。

在列举了多个元件的装置权利要求中，这些元件中的多个可以体现为一个相同的部件。某种措施在互相不同的从属权利要求中被描述或者在不同的实施方式中被说明并不表明不能有利地利用这些措施的组合。

应当强调，本说明书中使用的术语“包括”用于表明所述特征、元素、步骤或者部件的存在，但是并不排除存在或附加有一个或多个其它的特征、元素、步骤、部件及其组合。

Claims (12)

1.一种用于将粉末运送和分配至粉末压制设备的腔中以用于后续的粉末压制的进料靴装置，该进料靴装置包括进料靴，该进料靴包括：

-用于将粉末接纳至所述进料靴内的进口部分，

-形成粉末出流通道的出口部分，该粉末出流通道具有用于将从所述进料靴出来的粉末分配至所述粉末压制设备的腔内的出口孔，

-横跨出口孔设置在粉末流动通道内的网状件，

其中，网状件不可移动地设置在出口部分中，出口部分相对于进料靴装置不可移动。

2.根据权利要求1所述的进料靴装置，其特征在于，不包括用于使粉末通过进料靴的移动部件。

3.根据权利要求1或2所述的进料靴装置，其特征在于，所述网状件设置在出口部分中，距离所述出口孔的距离小于10mm，优选在0-7mm、最优选在0-5mm的范围内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的进料靴装置，其特征在于，所述网状件的网孔的尺寸为1-200mm²，优选为1-100mm²。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的进料靴装置，其特征在于，所述网状件覆盖出口孔的一部分。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的进料靴，其特征在于，所述进口部分在进料靴中的延伸范围设置成可以调节的，以便调节进料靴中的粉末的量。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的进料靴装置，其特征在于，所述进口部分是从远端朝向近端延伸的流动通道，所述近端靠近网状件并设置在距离网状件一定距离处，该流动通道的近端与网状件之间的距离设置成是可调的，该流动通道的近端设置成与网状件形成锐角，进口部分的出口由基本上平行于网状件的边缘限定。

8.用于在粉末压制设备的腔中填充粉末的方法，包括：

通过进料靴装置接纳来自粉末源的粉末，

使粉末通过不动地设置在进料靴装置的出口部分中的网状件，

将来自出口部分的粉末分配到所述腔中，

其中，使粉末通过网状件和分配粉末在不发生移动操作的情况下进行。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将粉末分配至腔内的过程中，所述进料靴装置设置成不动的。

10.根据权利要求8或者9所述的方法，其特征在于，还包括压制所述腔中的粉末，由此形成压制体。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括烧结所述压制体。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于，包括使用根据权利要求1-7中任一项所述的进料靴装置。

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