CN106955998B - 粉末坯料成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末坯料成型方法，其采用粉末坯料成型装置进行操作，所述粉末坯料成型装置包括：模具、挤压杆、变幅杆以及换能器，所述挤压杆轴向地安装在所述模具中，所述变幅杆的一端与所述模具径向连接，所述变幅杆的另一端与所述换能器连接；其中，在所述挤压杆对所述模具中的粉料施加轴向压力的同时，所述换能器将电能转换成机械振动驱动所述变幅杆，所述变幅杆带动所述模具振动，所述模具向粉料施加径向压力。该装置结构简单、性能可靠、可迅速脱模；模具带动粉料振动，增大了粉料的振动面积，使粉料振动均匀，提高了成型坯体密度，使坯体应力均匀分布。此外，本发明还公开了一种粉末坯料成型方法。

Description

粉末坯料成型方法

技术领域

本发明涉及材料加工成型领域，特别涉及一种粉末坯料成型方法。

背景技术

粉末冶金(Powder Metallurgy)与陶瓷(Ceramic)的主要制备工艺过程包括粉末制备、坯料成型和烧结。

压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在模型中压成块状坯料。在压制过程中，坯料由于受到外界压力的影响从而发生密度、强度和坯体中压力分布的变化，成型的坯料在压力去掉后，经过脱模工艺从压模中脱出，经干燥后进行烧结。

成型是为了得到内部均匀和密度高的坯体材料，是粉末冶金和陶瓷制备工艺中重要的一个环节。一般来说，具有高均匀性、高密度以及近净尺寸的坯体可以有效地降低烧结温度和坯体收缩，加快致密化进程，减少烧结制品的机加工量，从而消除和控制烧结过程中可能产生的开裂、变形、晶粒异常长大等缺陷。坯料成型方法有很多，总体上可以归结为以下三类：①干法压制成型，②塑性成型，③浆料成型。干压成型是干法成型中的一种，由于其成型效率高，尺寸精确，成本低而成为一般结构陶瓷产品首选的成型工艺，但由于其成型机理问题，始终存在着密度梯度和不均匀问题。

因此，有研发人员将超声振动引入轴向的压杆中，在压杆加压的同时施加振动，一定程度上使粉末压坯的内部等效应力分布更均匀，减少了粉末压坯脱模时因内应力分布不均产生的压坯破损，降低了压制压力沿轴向的损耗，提高了粉末压坯的密度和均匀性，但是，实际应用过程中，存在如下问题：1)在挤压杆上引入振动，由于压杆与坯体粉料接触面积过小，无法有效、均匀地将超声振动传递到坯体粉料当中；2)超声振动沿着挤压杆轴向逐渐衰减，密度梯度和不均匀问题无法得到改善；3)在挤压杆上施加振动驱动部件使得结构复杂，振动模态不可靠，而且由于换能器受压能力有限，往往使得效率较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单、性能可靠、可以迅速脱模的粉末坯料成型装置，该装置通过变幅杆将模具与换能器连接，变幅杆带动模具振动，模具均匀有效地向粉料施加径向压力，增大了粉料的振动面积，使粉料振动均匀，提高了成型坯体密度，使坯体应力均匀分布。本发明还提供一种粉末坯料成型方法。

根据本发明的一个方面，提供一种粉末坯料成型装置，所述粉末坯料成型装置包括：模具、挤压杆、变幅杆以及换能器，所述挤压杆轴向地安装在所述模具中，所述变幅杆的一端与所述模具径向连接，所述变幅杆的另一端与所述换能器连接；其中，在所述挤压杆对所述模具中的粉料施加轴向压力的同时，所述换能器将电能转换成机械振动驱动所述变幅杆，所述变幅杆带动所述模具振动，所述模具向粉料施加径向压力。

优选地，所述换能器将电能转换为多频复合振动驱动所述变幅杆，所述变幅杆产生的轴向振动转化为所述模具相对于粉料的多模态复合径向振动，带动粉料振动。

优选地，所述粉末坯料成型装置还包括底托，所述底托可拆卸地安装在所述模具底部，所述底托与所述模具形成模具型腔。

优选地，所述模具与所述变幅杆通过螺栓件固定连接，该连接方式更适合于实体模具，模具壁比较厚，模具壁的厚度大于所述螺栓件插入模具的长度，这样可以将变幅杆和换能器稳固地固定在模具上，使得振动更加均匀可靠；或者，

在所述模具的外壁上设置有夹持装置，所述模具与所述变幅杆通过所述夹持装置连接。该连接方式更适合于中空薄壁模具，因中空薄壁模具质量较轻，为防止在坯料成型过程中发生位移，优选地，采用螺栓将模具与底托相连。

优选地，所述模具与至少一个所述变幅杆连接，更优选地，所述模具的两端均与变幅杆连接，变幅杆与相应的换能器连接，这种方式可以减少因不对称设置而导致模具振动不均匀的问题。

优选地，所述底托与所述模具之间通过橡胶垫柔性连接。

优选地，通过将超声发生器产生的电脉冲信号经由刺刀螺母连接器信号线传递给所述换能器，以将电能转换成机械振动。

根据本发明的另一个方面，提供一种粉末坯料成型方法，所述粉末坯料成型方法包括以下步骤：

将粉料装入到所述模具中；

对所述粉料进行压制，压制时，挤压杆对所述粉料施加轴向压力，同时，换能器接收超声发生器产生的信号，将电能转换成机械振动驱动变幅杆，所述变幅杆带动所述模具振动，所述模具向所述粉料施加径向压力，得到成型坯体；

进行脱模，脱模时，卸去底托，推动挤压杆，卸出成型坯体。

优选地，在进行脱模时，卸去所述挤压杆的压力，所述换能器继续接收超声信号并将电能转换成机械振动驱动所述变幅杆，所述变幅杆继续带动所述模具振动，从而降低坯体与模具内壁之间的摩擦力，有助于坯体迅速脱模，方便地卸出成型坯体。

有益效果：

本发明粉末坯料成型装置结构简单、性能可靠、效率高，适合于金属粉末或者陶瓷粉末的工艺制备；该装置在挤压杆对粉料施加轴向加压的同时，换能器接收超声发生器的信号，将电能转换成机械振动驱动变幅杆，变幅杆带动模具整体振动，模具均匀、有效地向粉料施加径向压力，增大了粉料的振动面积，粉料振动更均匀，提高了坯体密度；振动模具与粉料的接触面积增大，可以更好的达到坯体应力均匀分布的目的；当卸出成型坯体时，超声发生器继续发送信号，换能器驱动变幅杆，变幅杆继续带动模具振动，从而降低坯体与模具内壁之间的摩擦力，有助于坯体迅速脱模。

附图说明

图1是本发明实施例一粉末坯料成型装置结构的剖面示意图；

图2是本发明实施例二粉末坯料成型装置结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

图1示意性地示出了本发明的粉末坯料成型装置结构的第一实施例，如图1所示，本发明提供的粉末坯料成型装置，所述粉末坯料成型装置包括：底托1、模具2、挤压杆3、换能器4以及变幅杆5，其中，所述底托1与所述模具2之间通过橡胶垫8柔性连接，底托1与模具2形成模具型腔，橡胶垫的设置使得模具型腔密封性更好；变幅杆5的一端与模具2通过螺栓件6固定连接，变幅杆5的另一端与换能器4螺栓连接；在挤压杆3对粉料施加轴向压力的同时，换能器4接收超声发生器产生的信号并将电能转换成机械振动驱动变幅杆5，变幅杆5带动模具2整体振动，模具2在变幅杆5超声振动激励的谐振状态下均匀地向粉料施加径向压力。由于模具2与粉料的接触面积大，使得粉料振动均匀；换能器4接收超声波发生器的电脉冲信号，将电能转换为多频复合振动驱动所述变幅杆5，所述变幅杆5产生的轴向振动转化为所述模具2相对于粉料的多模态复合径向振动，使得粉料振动均匀可靠且密实。

优选地，本实施例适用于模具2为实心形式的情况，该实施例中模具2较重，模具壁比较厚，模具壁的厚度大于所述螺栓件6插入模具2的长度，这样可以将变幅杆5和换能器4稳固地固定在模具2上，使得振动更加均匀可靠。

图1仅以一个变幅杆和与其连接的一个换能器为例，而不限于此。本发明的粉末坯料成型装置可以包括与模具连接的多个变幅杆和与每个变幅杆分别连接的换能器。

本实施例，通过将超声发生器产生的电脉冲信号经由刺刀螺母连接器(BNC)信号线传递给所述换能器4，以将电能转换成机械振动。

本发明的粉末坯料成型方法，所述粉末坯料成型方法包括以下步骤：

先将底托1安装到模具2上，从模具型腔上部的入料口将粉料装到模具型腔中；

然后对粉料进行压制，压制时，加压杆在模具型腔中对粉料施加轴向压力，同时，换能器4接收由BNC信号线传递，由超声波发生器产生的电脉冲信号，将电能转换为超声机械振动以驱动变幅杆5，由变幅杆5将超声振动传递并放大，激励冲压模具2，进而模具2对粉料施加径向压力，带动粉料均匀振动，得到密实均匀的成型坯体；

接着进行脱模，脱模时，卸去所述挤压杆3的压力，拆下底托1，向下推动挤压杆3，同时，所述换能器4继续接收超声信号并将电能转换成机械振动驱动所述变幅杆5，变幅杆5继续驱动模具2振动，从而降低坯体与模具2内壁之间的摩擦力，使得成型坯体很容易地从模具型腔下部的出料口卸出。

其中，振动时的振动模态通过仿真分析设计，选择合适模具振动模态，分析振动在模具2中传播方式，使模具2工作面产生形态和振幅符合工艺要求的振动，保证整个模具2内表面做均匀周期性的微小振动变形，在挤压杆3施加轴向压力的同时，由振动模具2向粉料均匀高效的施加径向压力。

实施例2

图2示意性地示出了本发明的粉末坯料成型装置结构的第二实施例，如图2所示，本发明提供的粉末坯料成型装置，所述粉末坯料成型装置包括：底托1、模具2、挤压杆3、换能器4、变幅杆5以及设置在所述模具2的外壁上的夹持装置7，所述模具2与所述变幅杆5通过所述夹持装置7间接地连接；夹持装置7与变幅杆5之间以及变幅杆5与换能器4之间都采用螺栓连接；优选地，所述夹持装置7可以为夹钳等。

优选地，本实施例适用于模具2为中空薄壁形式的情况，由于模具2自身薄壁结构易被激励变形的特点，本实施例通过变幅杆5与夹持装置组合带动模具2产生多模态复合振动。

所述模具2为中空薄壁形式，由于该形式的模具质量较轻，为防止在坯料成型过程中发生位移，故用螺栓9将模具2与底托1相连，螺栓9的长度大于模具2底部厚度、橡胶垫8厚度以及底托1厚度的总和，从而将模具2与底托1密封固定；所述底托1与模具2之间设置橡胶垫8，使得模具型腔密封效果更好；从而粉料压制效果更好。

底托1与模具2形成模具型腔，挤压杆3对模具型腔中的粉料施加轴向压力的同时，超声发生器产生的电脉冲信号传递给所述换能器4，换能器4接收超声发生器产生的信号并将电能转换成超声机械振动驱动变幅杆5，变幅杆5带动模具2整体振动，模具2在夹持装置7振动激励下的受迫振动并向粉料施加径向压力，使得粉料均匀有效地振动。

根据本发明的另一方面，一种粉末坯料成型方法，所述粉末坯料成型方法包括以下步骤：

先将底托1与模具2通过螺栓9固定，且在底托1与模具2间设置橡胶垫；从模具型腔上部的入料口将粉料装到模具型腔中；

然后对粉料进行压制，压制时，挤压杆3在模具型腔中对粉料施加轴向压力的同时，超声发生器发射电脉冲信号，由BNC信号线传递给换能器4，换能器4接收并将电能转换为超声机械振动以驱动变幅杆5，由变幅杆5将超声振动传递并放大，变幅杆5产生的轴向振动转化为模具相对于粉料的特殊形式的多模态复合径向振动，进而模具2向粉料施加径向压力带动粉料均匀振动，保证整个模具2内表面做均匀周期性的微小振动变形，得到密实均匀的成型坯体；

接着进行脱模，脱模时，卸去所述挤压杆3的压力，拆下底托1，向下推动挤压杆3，同时，换能器继续接收超声发生器产生的信号，将电能转换成机械振动驱动变幅杆，变幅杆5继续驱动模具2向坯体施加径向压力，带动成型坯体微小振动，成型坯体从模具型腔下部的出料口方便地卸出。

实施例2与实施例1的区别在于夹钳间接激振设计，变幅杆不直接与模具相连接，通过夹持装置，变幅杆5产生的轴向振动转化为特殊形式的多模态复合径向振动，强制激励薄壁模具2振动。

实施例1和2为本发明的优选实施例。实际上，实施例1也可用于模具2为中空薄壁形式的情况，实施例2也可用于模具2为实心形式的情况。

以上结合附图对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种粉末坯料成型方法，其特征在于，所述成型方法采用粉末坯料成型装置进行操作，所述粉末坯料成型装置包括：模具、挤压杆、变幅杆以及换能器，所述挤压杆轴向地安装在所述模具中，所述变幅杆的一端与所述模具径向连接，所述变幅杆的另一端与所述换能器连接；

所述成型方法包括以下步骤：将粉料装入到模具中；

对所述粉料进行压制，压制时，所述挤压杆对所述模具中的粉料施加轴向压力，同时，所述换能器接收超声发生器产生的电信号，将电能转换成多频复合振动驱动所述变幅杆，所述变幅杆产生的轴向振动转化为所述模具相对于粉料的多模态复合径向振动，从而驱动所述模具振动，使得整个模具内表面做均匀周期性的微小振动变形，向粉料施加径向压力，得到成型坯体；

进行脱模，脱模时，推动挤压杆，卸出成型坯体。

2.如权利要求1所述的粉末坯料成型方法，其特征在于，所述粉末坯料成型装置还包括底托，所述底托可拆卸地安装在所述模具底部，所述底托与所述模具形成模具型腔。

3.如权利要求1所述的粉末坯料成型方法，其特征在于，所述模具与所述变幅杆通过螺栓件固定连接。

4.如权利要求1所述的粉末坯料成型方法，其特征在于，在所述模具的外壁上设置有夹持装置，所述模具与所述变幅杆通过所述夹持装置连接。

5.如权利要求1所述的粉末坯料成型方法，其特征在于，所述模具与至少一个变幅杆连接。

6.如权利要求2所述的粉末坯料成型方法，其特征在于，所述底托与所述模具之间通过橡胶垫柔性连接。

7.如权利要求1所述的粉末坯料成型方法，其特征在于，在进行脱模时，卸去所述挤压杆的压力，所述换能器继续接收超声信号并将电能转换成机械振动驱动所述变幅杆，所述变幅杆继续带动所述模具振动，从而卸出成型坯体。

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