CN105537585A - 一种实现金属间化合物高性能振压成形设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，包括：振压装置，所述振压装置包括机座、机械振动装置、液压系统、超声波振动装置和电磁加热器；数据采集系统，所述数据采集系统包括数据分析系统和无线数据采集装置；能源动力系统，所述能源动力系统包括电动机、轴承座装置、变频控制系统、太阳能电池板组和蓄电池。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明具有科学实用、节能环保等特点；2)实现太阳能和供电网供电的相互转换；3)本发明快速有效的传输数据，确保了数据的准确性；4)超声振动装置避免粉末在成形前的团聚；5)电磁加热器实现了常温压制、恒温压制和高温压制。

Description

一种实现金属间化合物高性能振压成形设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及金属间化合物振压成形技术领域，特别涉及一种实现金属间化合物高性能振压成形设备及其使用方法。

背景技术

成形过程是粉末冶金生产过程中的一个重要环节，也是制备金属间化合物制品的一个重要环节。对成形后的压坯进行烧结和后处理可以获得全致密的粉末产品，目前的研究主要集中在烧结的环节，而对成形过程的研究则比较少，尤其是综合了从初始的金属粉末充填到其在模具内的传输再到在外部能量作用下紧实的高密度成形设备并未见相关报导。实际上，密度相对较低的压坯虽然通过烧结可以实现全致密，但需要的烧结温度高、烧结时间长，因此能耗大，环境污染严重，生产成本很高。虽然通过高速压制获得的压坯密度较高，但由于其通常只着重于压制的过程，对压制前易形成团聚的细粉则无法有效消除由金属粉末间的弱的作用力(如范德华力、毛细血管力及静电力等)形成的金属粉末的团聚，从而导致压坯内部的密度及应力分布不均匀，这不但可能会引起压坯掉边、掉角和裂纹，也会引起产品烧结收缩不均，造成产品性能不均匀或变形与开裂。而压坯密度的均匀性，首先取决于金属间化合物充填过程的均匀性，这一点在绝大部分的金属间化合物成形过程中均没有考虑。同样，从金属间化合物在模具内的传输到在外部压力作用下的紧实，除自身的性能外，金属粉末颗粒之间的重排也十分关键，因此必须采取一定的措施加速粒子之间的重排，从而促进粒子间孔隙的填充，实现压坯的致密化，而这一点在现有的实验中也未充分体现；同时现有的设备均需要电力系统供电，当设备在运转时如出现停电的时候，造成设备停止作业，同时由于设备的停运造成金属粉末的成形过程终止，进而压坯不能二次使用和成形，只能重新将其制成颗粒粉体，然后再将其进行振动按压成形，这样就造成了成本大大的增加，工艺流程的繁琐，同时也延误了产品的生产时间，为企业带来不可弥补的损失；现有的设备均通过线缆进行数据传输，当线缆损坏不仅造成了维修成本的增加，同时还造成采集数据输出的延迟，甚至是数据丢失现象的发生，这样不仅仅能造成数据分析错误，也造成产品信息不准确，生产出来的产品不符合生产要求，为企业带来巨大的经济损失，同时现有的设备的线缆安装复杂，大大增加了劳动强度，增加了设备的占地空间，为企业带来一定的影响，延误了安装期限。

实际上金属间化合物冷态成形的过程十分关键，它决定了未来产品烧结的工艺制度以及最终产品的质量。一个密度高、内部密度及应力分布均匀的高质量压坯通常可以不烧结(近、净成形)或很少的烧结(烧结温度可以很低，烧结时间也可以大大缩短)就可以实现全致密，同时烧结后可以不加工或很少加工，因此，大大降低了生产成本，并提高了产品质量。冷态成形的过程包括金属粉末在模具内的初始充填、金属粉末在模具内的传输及在外部能量作用下的紧实三个环节，目前国内外的研究大多集中在第三个环节，虽然采用特殊的压制方式可以获得较高的压坯密度，但由于对前两个环节准备不足，因此导致对细粉的压坯质量控制不好，造成最终的粉末产品质量不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、科学实用、节能环保，确保供电系统通畅、采集数据精准的实现金属间化合物高性能振压成形的设备及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，包括：

振压装置，所述振压装置包括机座、机械振动装置、液压系统、超声波振动装置和电磁加热器；

数据采集系统，所述数据采集系统包括数据分析系统和无线数据采集装置；

能源动力系统，所述能源动力系统包括电动机、轴承座装置、变频控制系统、太阳能电池板组和蓄电池。

所述振压装置包括：

机座，所述机座由工作台和支撑柱构成用于安置机械振动装置的框架结构；

机械振动装置，所述机械振动装置包括振动台、夹具和模具组件，机械振动装置通过振动台固定在机座上，夹具位于机械振动装置的振动台上，模具组件位于夹具上；

液压系统，所述液压系统包括液压站和油缸，油缸固定在夹具下部；

超声波振动装置，所述超声波振动装置与模具组件相连接；

电磁加热器，所述电磁加热器与模具组件相连接。

所述振动台包括：

底板，所述底板下表面固定在机座上，底板上表面固定有导轨，底板中间设有穿透圆孔D；

水平方向的X向振动导板，所述X向振动导板下表面固定有与底板的导轨相配合的多个滑块，X向振动导板上表面固定有导轨，X向振动导板在X方向电动机的驱动下通过滑块沿着导轨作水平方向运动，X向振动导板一侧与撞块连接，相对一侧与复位弹簧连接，撞块与固定在电动机驱动轴上的偏心套接触来驱动振动装置在水平方向上的振动，X向振动导板中间设有穿透圆孔C；

水平方向的Y向振动导板，所述Y向振动导板下表面固定有与X向振动导板的导轨相配合的多个滑块，Y向振动导板在Y方向电动机的驱动下通过滑块沿着导轨作水平方向运动，Y向振动导板一侧与撞块连接，相对一侧与复位弹簧连接，撞块与固定在电动机驱动轴上的偏心套接触来驱动振动装置在水平方向上的振动，Y向振动导板中间设有穿透圆孔B；

缓冲板，所述缓冲板中间设有穿透圆孔A，缓冲板表面设有夹具安装孔B，缓冲板设置在Y向振动导板上方，以减轻竖直振动过程中对Y向振动导板的冲击；

装置固定板，所述装置固定板缓冲板表面设有夹具安装孔A，装置固定板上表面固定有多个滑动导套，滑动导套的上端与弹簧的下端接触，装置固定板下表面的下顶杆与Z方向电动机相连接；

多根竖直方向的Z向振动导柱，所述Z向振动导柱竖直固定在X向振动导板的上表面，每根Z向振动导柱都与装置固定板的滑动导套相配合，Z向振动导柱顶部与弹簧上端的夹紧器固定连接，在Z方向电动机的驱动下实现装置固定板通过滑动导套沿着导柱的Z方向运动。

所述夹具包括：

夹具底板，所述夹具底板上表面固定有液压系统油缸；

夹具顶板；

夹具支撑杆，所述夹具支撑杆有四根，四根夹具支撑杆底端分别依此穿过夹具底板、装置固定板、缓冲板通过螺帽固定连接，四根夹具支撑杆顶部穿过夹具顶板通过螺帽固定连接；

位移检测装置，所述位移检测装置设置在其中的一个夹具支撑杆上，用来测定模具组件的位移；

下压力传感器，所述下压力传感器的下表面通过垫板与油缸顶端相连接，下压力传感器的上表面通过托板与模具组件的下端相连接；

上压力传感器，所述上压力传感器的上表面固定在夹具顶板的下表面上，下表面与模具组件的上端相连接。

所述位移检测装置包括：

限位套，所述限位套固定在夹具支撑杆上；

位移传感器；

定位器，所述定位器两端为圆套结构，两个圆套之间通过连接板连接，连接板上设有椭圆形长条孔，定位器一端套在限位套上方的夹具支撑杆上，另一端与位移传感器底端相连接；

位移测量板，所述位移测量板一端固定在下压力传感器和托板之间，另一端与位移调整螺钉相连接，位移调整螺钉一端穿过定位器的另一端与位移传感器相连接，另一端通过位移调整螺母固定。

所述模具组件由凸模、凹模、起模器和垫片组成，所述凸模分为上凸模和下凸模；起模器分为上起模器和下起模器；垫片分为上垫片和下垫片。

所述数据采集系统包括：

数据分析系统，所述数据分析系统由数据转换模块和远程计算机组成，数据转换模块实现对所采集信号进行转换，最终在远程计算机终端上实现金属粉末压制过程中宏观性能演变的适时可视化；

无线数据采集装置，所述无线数据采集装置包括蓝牙发送器、蓝牙接收器和嵌入式微电脑，嵌入式微电脑分别与蓝牙发送器、上压力传感器、下压力传感器和位移传感器相连接，蓝牙发送器与蓝牙接收器相通讯，蓝牙接收器与远程计算机相连接。

所述能源动力系统包括：

轴承座装置，所述轴承座装置包括轴承座和穿过轴承座的连接轴，连接轴一端连接有皮带轮，连接轴的另一端通过偏心套与轴承相连接；

电动机，所述的电动机有三个，分别是水平X向电动机、水平Y向电动机和竖直Z向电动机实现各个方向不同振幅的振动，每个电动机的输出轴均与不同偏心度的偏心轴套实现各个方向的振动；

变频控制系统，所述变频控制系统的变频器柜与电动机相连接，每个电动机都配有各自的变频器柜的变频调速器来控制其转数，实现不同振动参数的输入，每个变频器柜内的PLC设置一个控制各自电动机的自动控制开关，实现该设备的自动执行功能；

太阳能电池板组，所述太阳能电池板组与汇流单元相连接；

蓄电池，所述蓄电池分别与储能斩波单元和电池均衡器相连接。

所述变频器柜内还包括与PLC相连接的用电切换单元、双向逆变器、介入切换单元、储能斩波单元、电池均衡器、电池温度检测单元和汇流单元，同时用电切换单元与供电网相连接，远程计算机还分别与报警器和蓝牙无线通讯模块相连构成无线智能控制系统。

一种实现金属间化合物高性能振压成形设备的使用方法，包括以下步骤：

1)充填，先将下凸模放入凹模内，再把下凸模和凹模放置在下压力传感器上的托板上，将预定量的制备金属间化合物的金属粉末加入到模具组件的凹模内，再将上凸模放入凹模内；

2)超声及机械振动，启动超声波振动装置，超声波振动装置主要实现粉体传输过程中团聚的破坏，机械振动带动模具组件振动，凹模内松装状态的粉体在振动过程中重新排列，实现粉体初始堆积的均匀化及致密化，能源动力系统的三个电动机分别带动X向振动导板、Y向振动导板和装置固定板分别按照X向、Y向、Z向来回振动，每个方向的电动机的输出轴都是通过不同偏心度的偏心轴套实现各个方向不同振幅的振动，振动的幅度在几十微米到几毫米的范围内变化，从而精确控制每个方向上的振动频率；利用变频控制系统的PLC控制电动机的振动频率，同时每个电动机都配有变频调速器来控制其转数，从而精确控制每个方向上的振动频率，实现不同振动参数的输入，每个方向上的振动都是通过独立的电动机和变频调速器分别控制，因此振动台可以分别实现一维、二维及三维的机械振动，且振动的振幅和频率都精确可控，同时每个变频器柜内的PLC设置一个控制各自电动机的自动控制开关，实现该设备的自动执行功能，根据不同的振动模式，选择打开不同的开关，每种开关打开后，其输入值可以根据实验要求进行修改；消除粉体内部的大孔隙，使粉体内部进一步均匀化；

3)压制，启动液压系统，液压系统的液压站推动油缸运动，油缸通过托板带动模具组件运动，保证凸模的顶端与上压力传感器的底端相接触，实现凹模和凸模相向运动，进而对凹模内的金属粉末进行按压；压力经模冲传向金属粉末，粉末之间的孔隙大大降低，彼此的接触显著增加，粉体开始变得较密实且具有一定的形状和强度，当需要在指定温度场下压制时，启动电磁加热器，使电磁加热器对模具组件进行加热；

4)数据传输，启动数据采集系统和能源动力系统，分别嵌入在位移检测装置、下压力传感器和上压力传感器的嵌入式微电脑将其各自采集到的压力数据通过蓝牙发送器传送给数据分析系统，远程计算机通过蓝牙接收器和数据转换模块将压力数据转化成实现金属粉末紧实过程中宏观性能如压力及密度演变的适时可视化；

5)能源转换，变频器柜内的PLC直接控制用电切换单元、双向逆变器、介入切换单元、储能斩波单元、电池均衡器、电池温度检测单元和汇流单元，实现利用太阳能电池板组将光能转化成电能，同时将电能储存在蓄电池里，同时本设备在平时利用供电网进行供电，当发生停电时，PLC通过汇流单元和双向逆变器实现蓄电池给本设备进行供电，同时通过蓝牙无线通讯模块和报警器的无线智能控制系统，以及远程计算机进行远程控制；

6)起模，压制完成后由起模器在起模机上起模。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明具有结构简单、设计合理、科学实用、节能环保等特点，本发明将振幅和频率精确可控的三维机械振动、不同冲击速度及压力的双向轴压、以及可调频的超声振动用于金属间化合物的制备过程中的冷态成形，综合考虑了从制备金属间化合物的金属粉末在模具内的初始充填到传输再到在振压条件下紧实各个环节的有机结合，从而获得内部密度和应力分布均匀的高性能致密压坯，提高了粉末冶金部件及陶瓷产品的质量和性能，同时降低了生产成本；整个过程采用PLC进行控制，通过对压头位移和压力数据的适时采集，可实现金属粉末紧实过程中压坯宏观性能变化的可视化，便于实现工艺优化及生产的自动化。

2)本发明实现了太阳能和供电网供电的相互转换，保证了设备的正常运转，避免了停产现象的发生，同时避免了原材料的浪费，避免了生产成本的增加，避免了生产时间的增加。

3)本发明的无线数据采集装置将采集数据快速有效的传输给远程计算机，避免了采集数据的缺失和延迟，确保了采集数据的准确性，避免了由分析数据错误而产生产品质量不达标现象的发生，同时也降低了安装工作强度，减少了设备占地空间，减少了企业的经济损失。

4)本发明的超声振动装置有效的实现了超细粉末在压制前的密实过程，避免了超细粉末在成形前的团聚，同时也避免了因粉末团聚而影响产品质量现象的发生，同时也避免了原材料的浪费。

5)本发明的电磁加热器实现了压制过程中的常温压制、恒温压制和高温压制，温度范围0～300℃，有效的避免了粉末团聚现象的发生。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是本发明振动台的结构图；

图3是本发明夹具的结构图；

图4是本发明模具组件的结构图；

图5是本发明模具组件垫片的结构图；

图6是本发明模具组件凸模的结构图；

图7是本发明模具组件凹模的结构图；

图8是本发明模具组件起模器的结构图；

图9是本发明液压系统的结构图；

图10是本发明轴承座装置的结构图；

图11是本发明数据分析系统的结构图；

图12是本发明无线数据采集装置的结构框图；

图13是本发明变频器柜的储能控制系统原理图；

图14是本发明变频器柜的系统控制原理图。

1—机座2—机械振动装置3—夹具4—模具组件5—液压系统6—超声振动装置7—轴承座装置8—数据采集系统9—电动机10—变频控制系统11—底板12—Y向振动导板13—X向振动导板14—滑块15—导轨16—Z向振动导柱17—滑动导套18—装置固定板19—弹簧20—夹紧器21—下顶杆22—缓冲板23—撞块24—复位弹簧25—电磁加热器29—夹具底板30—上压力传感器31—下压力传感器32—垫板33—托板34—夹具顶板35—夹具支撑杆36—限位套37—定位器38—位移传感器39—位移测量板41—凸模42—凹模43—起模器44—垫片51—液压站52—油缸61—皮带轮62—连接轴63—偏心轴套64—轴承65—轴承座71—数据采集模块72—数据转换模块73—远程计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，包括：振压装置、数据采集系统和能源动力系统，所述振压装置包括机座11、机械振动装置2、液压系统5、超声波振动装置6和电磁加热器25；所述数据采集系统包括数据分析系统和无线数据采集装置；所述能源动力系统包括电动机9、轴承座装置7、变频控制系统10、太阳能电池板组和蓄电池。

如图1和图9所示，振压装置包括：机座1、机械振动装置2、液压系统5和超声波振动装置6，所述机座1由工作台和支撑柱构成用于安置机械振动装置2的框架结构；所述机械振动装置2包括振动台、夹具3和模具组件4，机械振动装置2通过振动台固定在机座1上，夹具3位于机械振动装置2的振动台上，模具组件4位于夹具3上；所述液压系统5包括液压站51和油缸52，油缸52固定在夹具3下部；所述超声波振动装置6与模具组件4相连接；电磁加热器25，所述电磁加热器25与模具组件4相连接，电磁加热器25为轴套结构，电磁加热器25套在模具组件4外表面。

如图2所示，振动台包括：底板11、水平方向的X向振动导板13、缓冲板22、水平方向的Y向振动导板12、装置固定板18和多根竖直方向的Z向振动导柱16，所述底板11下表面固定在机座1上，底板11上表面固定有导轨15，底板11中间设有穿透圆孔D；所述X向振动导板13下表面固定有与底板11的导轨15相配合的多个滑块14，X向振动导板13上表面固定有导轨15，X向振动导板13在X方向电动机9的驱动下通过滑块14沿着导轨15作水平方向运动，X向振动导板13一侧与撞块23连接，相对一侧与复位弹簧2419连接，撞块23与固定在电动机9驱动轴上的偏心套接触来驱动振动装置在水平方向上的振动，X向振动导板13中间设有穿透圆孔C；所述Y向振动导板12下表面固定有与X向振动导板13的导轨15相配合的多个滑块14，Y向振动导板12在Y方向电动机9的驱动下通过滑块14沿着导轨15作水平方向运动，Y向振动导板12一侧与撞块23连接，相对一侧与复位弹簧2419连接，撞块23与固定在电动机9驱动轴上的偏心套接触来驱动振动装置在水平方向上的振动，Y向振动导板12中间设有穿透圆孔B；所述缓冲板22中间设有穿透圆孔A，缓冲板22表面设有夹具安装孔B，缓冲板22设置在Y向振动导板12上方，以减轻竖直振动过程中对Y向振动导板12的冲击；所述装置固定板18缓冲板22表面设有夹具安装孔A，装置固定板18上表面固定有多个滑动导套17，滑动导套17的上端与弹簧19的下端接触，装置固定板18下表面的下顶杆21与Z方向电动机9相连接；所述Z向振动导柱16竖直固定在X向振动导板13的上表面，每根Z向振动导柱16都与装置固定板18的滑动导套17相配合，Z向振动导柱16顶部与弹簧19上端的夹紧器20固定连接，在Z方向电动机9的驱动下实现装置固定板18通过滑动导套17沿着导柱的Z方向运动。

如图3所示，夹具3包括：夹具底板29、夹具支撑杆35、夹具顶板34、位移检测装置、下压力传感器31和上压力传感器30，所述夹具底板29上表面固定有液压系统油缸52；所述夹具支撑杆35有四根，四根夹具支撑杆35底端分别依此穿过夹具底板29、装置固定板18、缓冲板22通过螺帽固定连接，四根夹具支撑杆35顶部穿过夹具顶板34通过螺帽固定连接；所述位移检测装置设置在其中的一个夹具支撑杆35上，用来测定模具组件4的位移；所述下压力传感器31的下表面通过垫板32与油缸52顶端相连接，下压力传感器31的上表面通过托板33与模具组件4的下端相连接；所述上压力传感器30的上表面固定在夹具顶板34的下表面上，下表面与模具组件4的上端相连接。

如图3所示，位移检测装置包括：限位套36、位移传感器38、定位器37和位移测量板39，所述限位套36固定在夹具支撑杆35上；所述定位器37两端为圆套结构，两个圆套之间通过连接板连接，连接板上设有椭圆形长条孔，定位器37一端套在限位套36上方的夹具支撑杆35上，另一端与位移传感器38底端相连接；所述位移测量板39一端固定在下压力传感器31和托板33之间，另一端与位移调整螺钉相连接，位移调整螺钉一端穿过定位器37的另一端与位移传感器38相连接，另一端通过位移调整螺母固定，通过调整螺钉的位置可以调整位移测量的起始高度，螺钉与螺母的相互咬合起固定作用，保证位移测量的准确性。

如图4～图8所示，模具组件4由凸模41、凹模42、起模器43和垫片44组成，所述凸模41分为上凸模和下凸模；起模器43分为上起模器和下起模器；垫片44分为上垫片和下垫片。

如图11和图12所示，数据采集系统8包括：数据分析系统和无线数据采集装置，所述数据分析系统由数据转换模块72和远程计算机73组成，数据转换模块72实现对所采集信号进行转换，最终在远程计算机73终端上实现金属粉末压制过程中宏观性能(如压力及密度)演变的适时可视化；所述无线数据采集装置包括蓝牙发送器、蓝牙接收器71和嵌入式微电脑，嵌入式微电脑分别与蓝牙发送器、上压力传感器30、下压力传感器31和位移传感器38相连接，蓝牙发送器与蓝牙接收器71相通讯，蓝牙接收器71与远程计算机73相连接。

如图10所示，能源动力系统包括：轴承座装置7、电动机9、变频控制系统10、太阳能电池板组和蓄电池，所述轴承座装置7包括轴承座65和穿过轴承座65的连接轴62，连接轴62一端连接有皮带轮61，连接轴62的另一端通过偏心套与轴承64相连接；所述的电动机9有三个，分别是水平X向电动机9、水平Y向电动机9和竖直Z向电动机9实现各个方向不同振幅的振动，每个电动机9的输出轴均与不同偏心度的偏心轴套63实现各个方向的振动；所述变频控制系统10的变频器柜与电动机9相连接，每个电动机9都配有各自的变频器柜的变频调速器来控制其转数，实现不同振动参数的输入，每个变频器柜内的PLC设置一个控制各自电动机9的自动控制开关，实现该设备的自动执行功能；所述太阳能电池板组与汇流单元相连接；所述蓄电池分别与储能斩波单元和电池均衡器相连接。

如图13和图14所示，变频器柜内还包括与PLC相连接的用电切换单元、双向逆变器、介入切换单元、储能斩波单元、电池均衡器、电池温度检测单元和汇流单元，同时用电切换单元与供电网相连接，远程计算机73还分别与报警器和蓝牙无线通讯模块相连构成无线智能控制系统。

一种实现金属间化合物高性能振压成形设备的使用方法，包括以下步骤：

1)充填，先将下凸模放入凹模42内，再把下凸模和凹模42放置在下压力传感器31上的托板33上，将预定量的制备金属间化合物的金属粉末加入到模具组件4的凹模42内，再将上凸模放入凹模42内；

2)超声及机械振动，启动超声波振动装置6，超声波振动装置6主要实现粉体传输过程中团聚的破坏，机械振动带动模具组件4振动，凹模42内松装状态的粉体在振动过程中重新排列，实现粉体初始堆积的均匀化及致密化，能源动力系统的三个电动机9分别带动X向振动导板13、Y向振动导板12和装置固定板18分别按照X向、Y向、Z向来回振动，每个方向的电动机9的输出轴都是通过不同偏心度的偏心轴套63实现各个方向不同振幅的振动，振动的幅度在几十微米到几毫米的范围内变化，从而精确控制每个方向上的振动频率；利用变频控制系统10的PLC控制电动机9的振动频率，同时每个电动机9都配有变频调速器来控制其转数，从而精确控制每个方向上的振动频率，实现不同振动参数的输入，每个方向上的振动都是通过独立的电动机9和变频调速器分别控制，因此振动台可以分别实现一维、二维及三维的机械振动，且振动的振幅和频率都精确可控，同时每个变频器柜内的PLC设置一个控制各自电动机9的自动控制开关，实现该设备的自动执行功能，根据不同的振动模式，选择打开不同的开关，每种开关打开后，其输入值可以根据实验要求进行修改；消除粉体内部的大孔隙，使粉体内部进一步均匀化；

3)压制，启动液压系统5，液压系统5的液压站51推动油缸52运动，油缸52通过托板33带动模具组件4运动，保证凸模41的顶端与上压力传感器30的底端相接触，实现凹模42和凸模41相向运动，进而对凹模42内的金属粉末进行按压；压力经模冲传向金属粉末，粉末之间的孔隙大大降低，彼此的接触显著增加，粉体开始变得较密实且具有一定的形状和强度；当需要在指定温度场下压制时，启动电磁加热器25，使电磁加热器25对模具组件4进行加热；

4)数据传输，启动数据采集系统8和能源动力系统，分别嵌入在位移检测装置、下压力传感器31和上压力传感器30的嵌入式微电脑将其各自采集到的压力数据通过蓝牙发送器传送给数据分析系统，远程计算机73通过蓝牙接收器71和数据转换模块72将压力数据转化成实现金属粉末紧实过程中宏观性能如压力及密度演变的适时可视化；

5)能源转换，变频器柜内的PLC直接控制用电切换单元、双向逆变器、介入切换单元、储能斩波单元、电池均衡器、电池温度检测单元和汇流单元，实现利用太阳能电池板组将光能转化成电能，同时将电能储存在蓄电池里，同时本设备在平时利用供电网进行供电，当放生停电时，PLC通过汇流单元和双向逆变器实现蓄电池给本设备进行供电，同时通过蓝牙无线通讯模块和报警器的无线智能控制系统，以及远程计算机73进行远程控制；

6)起模，压制完成后由起模器在起模机上起模。

我们使用该成形设备对Fe、Al混合粉末进行了单轴模压成形实验。Fe、Al混合粉末按一定比例配比混合后经模压和烧结可以得到Fe-Al金属间化合物多孔材料。实验模具直径为20mm，上冲模直径为20mm，采用球形度较高的Fe、Al混合粉末，平均粒径为2～50微米，Al的质量分数分别为15wt％Al、20wt％Al、25wt％Al。我们分别对初始松装堆积结构(堆积密度0.52～0.55)和施加振动后的堆积结构(堆积密度0.55～0.60)以及施加超声波后的堆积结构(堆积密度0.60～0.63)，进行了单轴模压成形实验，在200MP下压坯的显微结构，施加超声波和机械振动后的压坯孔隙分布更加均匀，而且压坯在同一压力下，可以获得更高的相对密度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，包括：

振压装置，所述振压装置包括机座、机械振动装置、液压系统、超声波振动装置和电磁加热器；

数据采集系统，所述数据采集系统包括数据分析系统和无线数据采集装置；

能源动力系统，所述能源动力系统包括电动机、轴承座装置、变频控制系统、太阳能电池板组和蓄电池。

2.根据权利要求1所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述振压装置包括：

机座，所述机座由工作台和支撑柱构成用于安置机械振动装置的框架结构；

机械振动装置，所述机械振动装置包括振动台、夹具和模具组件，机械振动装置通过振动台固定在机座上，夹具位于机械振动装置的振动台上，模具组件位于夹具上；

液压系统，所述液压系统包括液压站和油缸，油缸固定在夹具下部；

超声波振动装置，所述超声波振动装置与模具组件相连接；

电磁加热器，所述电磁加热器与模具组件相连接。

3.根据权利要求2所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述振动台包括：

底板，所述底板下表面固定在机座上，底板上表面固定有导轨，底板中间设有穿透圆孔D；

水平方向的X向振动导板，所述X向振动导板下表面固定有与底板的导轨相配合的多个滑块，X向振动导板上表面固定有导轨，X向振动导板在X方向电动机的驱动下通过滑块沿着导轨作水平方向运动，X向振动导板一侧与撞块连接，相对一侧与复位弹簧连接，撞块与固定在电动机驱动轴上的偏心套接触来驱动振动装置在水平方向上的振动，X向振动导板中间设有穿透圆孔C；

水平方向的Y向振动导板，所述Y向振动导板下表面固定有与X向振动导板的导轨相配合的多个滑块，Y向振动导板在Y方向电动机的驱动下通过滑块沿着导轨作水平方向运动，Y向振动导板一侧与撞块连接，相对一侧与复位弹簧连接，撞块与固定在电动机驱动轴上的偏心套接触来驱动振动装置在水平方向上的振动，Y向振动导板中间设有穿透圆孔B；

缓冲板，所述缓冲板中间设有穿透圆孔A，缓冲板表面设有夹具安装孔B，缓冲板设置在Y向振动导板上方，以减轻竖直振动过程中对Y向振动导板的冲击；

装置固定板，所述装置固定板缓冲板表面设有夹具安装孔A，装置固定板上表面固定有多个滑动导套，滑动导套的上端与弹簧的下端接触，装置固定板下表面的下顶杆与Z方向电动机相连接；

多根竖直方向的Z向振动导柱，所述Z向振动导柱竖直固定在X向振动导板的上表面，每根Z向振动导柱都与装置固定板的滑动导套相配合，Z向振动导柱顶部与弹簧上端的夹紧器固定连接，在Z方向电动机的驱动下实现装置固定板通过滑动导套沿着导柱的Z方向运动。

4.根据权利要求2所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述夹具包括：

夹具底板，所述夹具底板上表面固定有液压系统油缸；

夹具顶板；

夹具支撑杆，所述夹具支撑杆有四根，四根夹具支撑杆底端分别依此穿过夹具底板、装置固定板、缓冲板通过螺帽固定连接，四根夹具支撑杆顶部穿过夹具顶板通过螺帽固定连接；

位移检测装置，所述位移检测装置设置在其中的一个夹具支撑杆上，用来测定模具组件的位移；

下压力传感器，所述下压力传感器的下表面通过垫板与油缸顶端相连接，下压力传感器的上表面通过托板与模具组件的下端相连接；

上压力传感器，所述上压力传感器的上表面固定在夹具顶板的下表面上，下表面与模具组件的上端相连接。

5.根据权利要求4所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述位移检测装置包括：

限位套，所述限位套固定在夹具支撑杆上；

位移传感器；

定位器，所述定位器两端为圆套结构，两个圆套之间通过连接板连接，连接板上设有椭圆形长条孔，定位器一端套在限位套上方的夹具支撑杆上，另一端与位移传感器底端相连接；

位移测量板，所述位移测量板一端固定在下压力传感器和托板之间，另一端与位移调整螺钉相连接，位移调整螺钉一端穿过定位器的另一端与位移传感器相连接，另一端通过位移调整螺母固定。

6.根据权利要求2所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述模具组件由凸模、凹模、起模器和垫片组成，所述凸模分为上凸模和下凸模；起模器分为上起模器和下起模器；垫片分为上垫片和下垫片。

7.根据权利要求1所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述数据采集系统包括：

数据分析系统，所述数据分析系统由数据转换模块和远程计算机组成，数据转换模块实现对所采集信号进行转换，最终在远程计算机终端上实现金属粉末压制过程中宏观性能演变的适时可视化；

无线数据采集装置，所述无线数据采集装置包括蓝牙发送器、蓝牙接收器和嵌入式微电脑，嵌入式微电脑分别与蓝牙发送器、上压力传感器、下压力传感器和位移传感器相连接，蓝牙发送器与蓝牙接收器相通讯，蓝牙接收器与远程计算机相连接。

8.根据权利要求1所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述能源动力系统包括：

轴承座装置，所述轴承座装置包括轴承座和穿过轴承座的连接轴，连接轴一端连接有皮带轮，连接轴的另一端通过偏心套与轴承相连接；

电动机，所述的电动机有三个，分别是水平X向电动机、水平Y向电动机和竖直Z向电动机实现各个方向不同振幅的振动，每个电动机的输出轴均与不同偏心度的偏心轴套实现各个方向的振动；

变频控制系统，所述变频控制系统的变频器柜与电动机相连接，每个电动机都配有各自的变频器柜的变频调速器来控制其转数，实现不同振动参数的输入，每个变频器柜内的PLC设置一个控制各自电动机的自动控制开关，实现该设备的自动执行功能；

太阳能电池板组，所述太阳能电池板组与汇流单元相连接；

蓄电池，所述蓄电池分别与储能斩波单元和电池均衡器相连接。

9.根据权利要求8所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备，其特征在于，所述变频器柜内还包括与PLC相连接的用电切换单元、双向逆变器、介入切换单元、储能斩波单元、电池均衡器、电池温度检测单元和汇流单元，同时用电切换单元与供电网相连接，远程计算机还分别与报警器和蓝牙无线通讯模块相连构成无线智能控制系统。

10.根据权利要求1所述的一种实现金属间化合物高性能振压成形设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)充填，先将下凸模放入凹模内，再把下凸模和凹模放置在下压力传感器上的托板上，将预定量的制备金属间化合物的金属粉末加入到模具组件的凹模内，再将上凸模放入凹模内；

2)超声及机械振动，启动超声波振动装置，超声波振动装置主要实现粉体传输过程中团聚的破坏，机械振动带动模具组件振动，凹模内松装状态的粉体在振动过程中重新排列，实现粉体初始堆积的均匀化及致密化，能源动力系统的三个电动机分别带动X向振动导板、Y向振动导板和装置固定板分别按照X向、Y向、Z向来回振动，每个方向的电动机的输出轴都是通过不同偏心度的偏心轴套实现各个方向不同振幅的振动，振动的幅度在几十微米到几毫米的范围内变化，从而精确控制每个方向上的振动频率；利用变频控制系统的PLC控制电动机的振动频率，同时每个电动机都配有变频调速器来控制其转数，从而精确控制每个方向上的振动频率，实现不同振动参数的输入，每个方向上的振动都是通过独立的电动机和变频调速器分别控制，因此振动台可以分别实现一维、二维及三维的机械振动，且振动的振幅和频率都精确可控，同时每个变频器柜内的PLC设置一个控制各自电动机的自动控制开关，实现该设备的自动执行功能，根据不同的振动模式，选择打开不同的开关，每种开关打开后，其输入值可以根据实验要求进行修改；消除粉体内部的大孔隙，使粉体内部进一步均匀化；

3)压制，启动液压系统，液压系统的液压站推动油缸运动，油缸通过托板带动模具组件运动，保证凸模的顶端与上压力传感器的底端相接触，实现凹模和凸模相向运动，进而对凹模内的金属粉末进行按压；压力经模冲传向金属粉末，粉末之间的孔隙大大降低，彼此的接触显著增加，粉体开始变得较密实且具有一定的形状和强度，当需要在指定温度场下压制时，启动电磁加热器，使电磁加热器对模具组件进行加热；

4)数据传输，启动数据采集系统和能源动力系统，分别嵌入在位移检测装置、下压力传感器和上压力传感器的嵌入式微电脑将其各自采集到的压力数据通过蓝牙发送器传送给数据分析系统，远程计算机通过蓝牙接收器和数据转换模块将压力数据转化成实现金属粉末紧实过程中宏观性能如压力及密度演变的适时可视化；

5)能源转换，变频器柜内的PLC直接控制用电切换单元、双向逆变器、介入切换单元、储能斩波单元、电池均衡器、电池温度检测单元和汇流单元，实现利用太阳能电池板组将光能转化成电能，同时将电能储存在蓄电池里，同时本设备在平时利用供电网进行供电，当发生停电时，PLC通过汇流单元和双向逆变器实现蓄电池给本设备进行供电，同时通过蓝牙无线通讯模块和报警器的无线智能控制系统，以及远程计算机进行远程控制；

6)起模，压制完成后由起模器在起模机上起模。