CN107321987B - 多物理场耦合超快速烧结集成设备 - Google Patents

多物理场耦合超快速烧结集成设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开的是粉末冶金设备领域的一种多物理场耦合超快速烧结集成设备，包括通过计算机系统控制的喂料进给器、烧结装置和取模装置，所述喂料装置包括粉料入口和喂料斗，利用喂料斗将配好的粉末装入放置在输送带上的模具中，再通过智能机械手将装有粉末的模具送至烧结装置的烧结腔中，烧结腔中的真空度由抽真空装置进行抽气并将真空度反馈到用户面板，同时由键盘控制的输入系统键入相应的工艺参数，以此来控制交流电源及轴向压力，并将相应的数值可视化，显示在用户面板，设置完成后，由计算机下达指令开始烧结，经过阶段性的恒温保温、减压后烧结完成，由智能机械手取出模具放入取模装置进行取模，得到试样。

Description

多物理场耦合超快速烧结集成设备
技术领域
本发明涉及粉末冶金设备领域，尤其涉及一种多物理场耦合超快速烧结集成设备。
背景技术
多物理场耦合超快速烧结技术，即在外加强电场、应力场和温度场等多个场叠加作用下，完成试样的成型与烧结。该技术集粉末成型与烧结于一体，可大幅度提升粉末冶金行业的技术水平及生产效率，生产出高性能、高可靠性和长寿命的精密零件。目前有关研究已初步表明，强电场对粉末表面具有清洁作用，可去除氧化膜等杂质，活化粉末表面，降低粉体烧结温度；应力场可实现粉体的塑性变形作用，促进粉体的固结致密；温度场可实现粉体的固结致密。因而，将强电、力和温度多个场耦合起来，作为一种成型与固结一体化、短流程和节能型粉末成型方法，有望制备出具有更高性能或特殊功能的材料和零件。但是由于力-温度、强电-力-温度等外场耦合作用下的粉末成形方法尚有许多机理并不清楚，因此，要将强电、力和温度多个场耦合起来，实现对粉末冶金材料和零件的快速节能制备和组织性能的精确控制，有必要深入揭示各耦合要素间的交互作用、成型机理，以及各控制参数对材料组织的影响规律，并建立相应装备设计理论。
Gleeble-1500D热模拟机作为多物理场耦合超快速烧结的一种设备，其能完成粉末体系在电场、温度场、应力场的耦合作用下的烧结成型。然而，由于烧结腔的空间有限，每次只能完成一件工件的烧结，生产效率较低；且烧结前需要人工进行喂料，烧结完成后人工取样，无自动喂料装置及取模装置；当预设烧结参数不符合工件的实际烧结参数时，由于该设备无自适应反馈调控系统，导致参数发生错误时无法及时得到反馈，烧结将继续进行以致模具破裂，烧结成型实验失败，将额外增加实验成本。
发明内容
为克服现有烧结设备存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可智能化控制、烧结效率高、应用范围广的多物理场耦合超快速烧结设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
多物理场耦合超快速烧结集成设备，包括通过计算机系统控制的喂料进给器、烧结装置和取模装置，所述喂料装置包括粉料入口和喂料斗，利用喂料斗将配好的粉末装入放置在输送带上的模具中，再通过智能机械手将装有粉末的模具送至烧结装置的烧结腔中，烧结腔中的真空度由抽真空装置进行抽气并将真空度反馈到用户面板，同时由键盘控制的输入系统键入相应的工艺参数，以此来控制交流电源及轴向压力，并将相应的数值可视化，显示在用户面板，设置完成后，由计算机下达指令开始烧结，经过阶段性的恒温保温、减压后烧结完成，由智能机械手取出模具放入取模装置进行取模，得到试样。
进一步的是，所述喂料进给器的粉料入口和喂料斗之间还依次设有放料闸门和精密称量平台，所述放料闸门和精密称量平台均由计算机控制，根据精密称量平台上粉料重量来控制放料闸门的开闭。
进一步的是，所述输送带为间歇运行模式，两次运行的间隔时间为装料时间，每次运行的距离为输送带上放置的相邻两个模具的距离。
进一步的是，所述烧结装置的烧结腔中设有通过计算机控制的抽真空装置、温度传感器和压力传感器，其中压力传感器与烧结腔中的精密压头向连，所述精密压头通过机械控制对模具中的粉末施加精确压力，精密压头与模具底部均设有电极对粉末施加电场。
进一步的是，所述烧结室中还设有变频器，计算机通过变频器对烧结室的升温速度、烧结温度、电流大小和外加压力进行调节，其中升温速度在0℃/s～2000℃/s内可调，烧结温度0℃～1800℃可调，电流3～10V可调，外加压力0～20吨可调。
进一步的是，所述烧结室中可以至少同时放置4个模具进行烧结。
进一步的是，所述取模装置在取出试样后将模具通过机械手或溜槽等重新放置到输送带上进行装料。
进一步的是，还包括检验反馈系统，所述检验反馈系统实时对各个工序的参数与设定值进行对比，当偏差超出误差范围时停机报警，并将出错的工艺位置和参数反馈给计算机系统。
本发明的有益效果是：本发明将自适应控制技术引入到粉末冶金中，实现对系统各部分的智能化控制，并且形成流水线作业，大大提高了烧结效率和质量，避免能源的浪费，符合绿色智能制造的要求，且系统各个部分均配有网络服务，有可编程控制器，实现操作网络化、系统化及集成化，有利于批量生产。
附图说明
图1是本发明结构及流程示意图。
图2是本发明烧结室的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，为本发明的物理场耦合超快速烧结集成设备的流程结构示意图，左边为结构部件，右边为名称，包括通过计算机系统控制的喂料进给器、烧结装置和取模装置，所述喂料装置包括粉料入口和喂料斗，利用喂料斗将配好的粉末装入放置在输送带上的模具中，再通过智能机械手将装有粉末的模具送至烧结装置的烧结腔中，烧结腔中的真空度由抽真空装置进行抽气并将真空度反馈到用户面板，同时由键盘控制的输入系统键入相应的工艺参数，以此来控制交流电源及轴向压力，并将相应的数值可视化，显示在用户面板，设置完成后，由计算机下达指令开始烧结，经过阶段性的恒温保温、减压后烧结完成，由智能机械手取出模具放入取模装置进行取模，得到试样。
本发明的工作过程是：首先利用人工或是其他的配料设备根据材料及模具数据库选择合适的材料进行配料，然后将配好的粉料输送到喂料装置的粉料入口，并经喂料斗装入模具中，模具再经过输送带输送到烧结装置附近，然后由智能机械手将模具放入到烧结室中，调节并设置好各类参数后便启动烧结装置进行烧结，烧结完成后再由智能机械手将模具取出，最后由取模装置将试样从模具中取出，完成整个烧结过程。
所述喂料进给器的粉料入口和喂料斗之间还依次设有放料闸门和精密称量平台，所述放料闸门和精密称量平台均由计算机控制，根据精密称量平台上粉料重量来控制放料闸门的开闭。如图1所示，精密称量平台位于放料闸门的下方，位于粉料入口的粉料从放料闸门下落后进入精密称量平台进行称重，到达一定量后关闭放料闸门，精密称量平台上称好的粉料则倒入喂料斗，如此可做到喂料的精确性和连续性。
为了配合放料闸门和精密称量平台的间断放料，所述输送带也设置为间歇运行模式，两次运行的间隔时间为装料时间，每次运行的距离为输送带上放置的相邻两个模具的距离。
如图2所示，所述烧结装置的烧结腔中设有通过计算机控制的抽真空装置、温度传感器和压力传感器，其中压力传感器与烧结腔中的精密压头向连，所述精密压头通过机械控制对模具中的粉末施加精确压力，精密压头与模具底部均设有电极对粉末施加电场。
所述烧结室中还设有变频器，计算机通过变频器对烧结室的升温速度、烧结温度、电流大小和外加压力进行调节，为了适应绝大多数的粉末烧结条件，其中升温速度在0℃/s～2000℃/s内可调，烧结温度0℃～1800℃可调，电流3～10V可调，外加压力0～20吨可调。
进一步的，为了加快烧结效率，所述烧结室中可以至少同时放置4个模具进行烧结。按照烧结工件尺寸的具体要求，烧结平台可分别设计为50mmx50mm，100mmx100mm，150mmx150mm的尺寸，以满足更多不同几何尺寸的工件的烧结成型。
为了实现整个烧结流程的流水线作业，所述取模装置在取出试样后将模具通过机械手或溜槽等重新放置到输送带上进行装料，在这期间可通过机械或人工对模具进行清洗。
进一步的，还包括检验反馈系统，所述检验反馈系统实时对各个工序的参数与设定值进行对比，当偏差超出误差范围时停机报警，并将出错的工艺位置和参数反馈给计算机系统，避免出错后导致原料浪费。
本发明将自适应控制技术引入到粉末冶金中，实现对系统各部分的智能化控制，并且形成流水线作业，大大提高了烧结效率和质量，避免能源的浪费，符合绿色智能制造的要求，且系统各个部分均配有网络服务，有可编程控制器，实现操作网络化、系统化及集成化，有利于批量生产，具有很好的实用性和应用前景，能够为多物理场耦合超快速烧结的工业应用奠定基础。

Claims (4)

1.多物理场耦合超快速烧结集成设备，其特征是：包括通过计算机系统控制的喂料进给器、烧结装置和取模装置，所述喂料进给器包括粉料入口和喂料斗，利用喂料斗将配好的粉末装入放置在输送带上的模具中，再通过智能机械手将装有粉末的模具送至烧结装置的烧结腔中，烧结腔中的真空度由抽真空装置进行抽气并将真空度反馈到用户面板，同时由键盘控制的输入系统键入相应的工艺参数，以此来控制交流电源及轴向压力，并将相应的数值可视化，显示在用户面板，设置完成后，由计算机下达指令开始烧结，经过阶段性的恒温保温、减压后烧结完成，由智能机械手取出模具放入取模装置进行取模，得到试样；
所述烧结装置的烧结腔中设有通过计算机控制的抽真空装置、温度传感器和压力传感器，其中压力传感器与烧结腔中的精密压头相连，所述精密压头通过机械控制对模具中的粉末施加精确压力，精密压头与模具底部均设有电极对粉末施加电场；
所述烧结腔中还设有变频器，计算机通过变频器对烧结腔的升温速度、烧结温度、电流大小和外加压力进行调节，其中升温速度在0℃/s~2000℃/s内可调，烧结温度0℃~1800℃可调，电流3~10V可调，外加压力0~20吨可调；
所述烧结腔中可以至少同时放置4个模具进行烧结。
2.如权利要求1所述的多物理场耦合超快速烧结集成设备，其特征是：所述喂料进给器的粉料入口和喂料斗之间还依次设有放料闸门和精密称量平台，所述放料闸门和精密称量平台均由计算机控制，根据精密称量平台上粉料重量来控制放料闸门的开闭。
3.如权利要求2所述的多物理场耦合超快速烧结集成设备，其特征是：所述输送带为间歇运行模式，两次运行的间隔时间为装料时间，每次运行的距离为输送带上放置的相邻两个模具的距离。
4.如权利要求1所述的多物理场耦合超快速烧结集成设备，其特征是：所述取模装置在取出试样后将模具通过机械手或溜槽重新放置到输送带上进行装料。
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