CN108405855B - 一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉 - Google Patents
一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，包括炉体，炉体下部通过闸门装置连接有升降旋转装置，升降旋转装置的外壳与闸门装置连接，外壳上设有装卸料门，外壳内部设有升降旋转机构，升降旋转机构上端设有放料平台，放料平台与炉体之间设有间隙，放料平台在升降旋转机构的驱动下能够通过闸门装置进出炉体，并能够在炉体内旋转。本发明可使产品受热更加均匀，并提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末注射成形加工设备技术领域，特别是涉及一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉。
背景技术
金属粉末注射成形是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成技术。金属粉末注射成形，是传统的粉末冶金工艺与塑料成形工艺相结合的新工艺，是集塑料成形工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科交叉的产物，利用模具可注射成形，快速制造高密度、高精度、复杂形状的结构零件，能够快速准确地将设计思想转变为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。
金属粉末注射成形的注射机理为：通过注射机将金属粉末与粘结剂的混合物以一定的温度、速度和压力注入充满模腔，经冷却定形出模得到一定形状、尺寸的预制件，再脱出预制件中的粘结剂并进行烧结，可得到具有一定机械性能的制件。其成形工艺流程如下：1.金属粉末和粘结剂混料，2.成形，3.脱脂，4.烧结，5.后处理，6.成品。
其中，脱脂和烧结是最关键的步骤。脱脂是成形坯在烧结前去除体内所含粘结剂的过程。脱脂工艺必须保证粘结剂从坯块的不同部位沿着颗粒之间的微小通道逐渐地排出，而不损害成形坯的高强度。烧结能使多孔的脱脂毛坯收缩密化成为具有一定组织和性能的制品。
为满足产品性能日益增长的需要，许多设备制造厂家的批次炉仍然采用真空脱脂烧结的形式，脱脂烧结和冷却都在一个腔体内进行，而炉内保温材多采用石墨材，无法实现全程氢气脱脂烧结即无法改善炉内烧结气氛，也无法满足产品的热处理要求。同时为提高产量和降低生产成本，炉子越做越大，炉内温度也无法保证温度均匀，随之而来的产品稳定性下降和热处理问题越来越显著。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，以解决上述现有技术存在的问题，使产品受热更加均匀，并提高生产效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，包括炉体，所述炉体下部通过闸门装置连接有升降旋转装置，所述升降旋转装置的外壳与所述闸门装置连接，所述外壳上设有装卸料门，所述外壳内部设有升降旋转机构，所述升降旋转机构上端设有放料平台，所述放料平台与所述炉体之间设有间隙，所述放料平台在所述升降旋转机构的驱动下能够通过所述闸门装置进出所述炉体，并能够在所述炉体内旋转。
优选地，所述炉体为正四棱柱体形、正六棱柱体形或圆柱体形，所述炉体的内部设有至少两层加热体，每层所述加热体的个数均为三的倍数，同层的所述加热体呈Y型接法连接；所述炉体上还设有热电偶，所述热电偶的的数量与所述加热体的层数相对应，所述热电偶的检测端分别设置于所述加热体与料舟之间。
优选地，所述炉体的内壁上设有陶瓷保温层，所述加热体的材料为钨或钼。
优选地，所述闸门装置包括闸座和闸板，所述闸座的上下两侧分别与所述炉体和所述外壳连接，所述闸板与所述闸座滑动连接，所述闸板关闭后能够与所述闸座的内壁下侧密封，所述闸板连接有齿条，所述闸座上设有闸门电机减速机，所述闸门电机减速机的输出轴上设有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合。
优选地，所述闸座与所述炉体之间设有第一进气口，所述第一进气口用于向所述炉体内通入还原性气体或还原性气体与惰性气体的混合气体；所述闸座上设有第二进气口，所述第二进气口用于向所述炉体内通入惰性气体，所述外壳上侧设有第三进气口，所述第三进气口用于向所述外壳内通入惰性气体。
优选地，还包括供气系统，所述供气系统包括第一气管和第二气管，所述第一气管的一端分别与所述第二进气口和所述第三进气口连接，所述第一气管的另一端连接有惰性气体源；
所述第一气管上按照气流方向依次设有第一手动球阀、第一减压阀、第一压力表、第一球阀、第一转子流量计、第一轮转球阀和第一常开电磁阀；
所述第二气管的一端与所述第一进气口连接，所述第二气管的另一端分别连接第三气管、第四气管、第五气管和第六气管的一端，所述第四气管和所述第五气管之间的所述第二气管上设有第一常闭电磁阀；
所述第三气管和所述第四气管的另一端均连接于所述第一压力表和所述第一球阀之间的所述第一气管上，所述第三气管上按照气流方向依次设有第一浮子流量计、第二轮转球阀和第二常开电磁阀；所述第四气管上按照气流方向依次设有第二球阀、第二转子流量计、第三轮转球阀和第三常开电磁阀；
所述第五气管的另一端连接有还原性气体源，所述第五气管上按照气流方向依次设有第二手动球阀、第二减压阀、第二压力表、第二常闭电磁阀、第三球阀、第二浮子流量计和第四轮转球阀；所述第六气管的另一端连接于所述第二常闭电磁阀和所述第三球阀之间的所述第五气管上，所述第六气管上按照气流方向依次设有第四球阀、第三转子流量计和第五轮转球阀。
优选地，所述外壳为双层结构，所述外壳的中空腔中设有冷却水；和/或；所述外壳上侧设有相对设置的冷却进口和冷却出口，连通所述冷却进口和所述冷却出口之间的管路上设有冷却器和循环风机。
优选地，所述升降旋转机构包括旋转底座和设置于所述旋转底座上的升降液压缸，所述放料平台设置于所述升降液压缸的活塞杆上，所述旋转底座包括转盘、旋转轴、锥齿轮组和旋转电机减速机，所述升降液压缸设置于所述转盘上，所述旋转轴与所述外壳转动连接，所述旋转轴的上端与所述转盘固定连接，所述旋转轴的下端与所述锥齿轮组的输出轴传动连接，所述锥齿轮组的输出轴贯穿所述外壳且与所述外壳转动连接，所述锥齿轮组的输入轴与所述旋转电机减速机的输出轴连接，所述旋转电机减速机固定设置在所述外壳上。
优选地，所述升降液压缸为多级液压缸，所述旋转电机减速机使用变频调速电机。
优选地，所述炉体上端通过管路依次连接有氧含量监测装置、压力调节控制阀门、第一出气口和燃烧装置，所述第一出气口连接有安全阀，所述外壳下侧设有第二出气口，所述第二出气口连接有排气球阀，所述炉体上端还设有压力传感器，所述炉体内的压力为5-15mbar。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的升降旋转机构和闸门装置实现了脱脂烧结和冷却可分别在炉体和外壳中进行，外壳可根据产品的要求采用不同的冷却形式，保证了热处理效果，产品出炉时炉体中的温度不必降至室温，节省了工艺时间，提高了生产效率；产品在热场中旋转，可以保证脱脂烧结的温度更加均匀，从而使产品尺寸更加稳定。
本发明中的炉体采用陶瓷保温，钨或钼加热体加热，避免了保温材料与还原性气体反应，第一进气口与炉体常通，由炉体下部进入，炉体上部通过燃烧装置燃烧排放，这样就保证了烧结气氛的有效利用，实现了全程还原性气体微正压脱脂烧结，从而使产品外观得到了保证。炉体上部氧含量监测装置的设置，可实时监测炉内气氛，保证了产品质量。
本发明中的升降液压缸采用多级液压缸，节省了下部安装空间；闸门装置采用齿轮齿条驱动，确保机械运动可靠；旋转电机采用变频调速电机，确保运动更加平稳可控。
本发明具有安全可靠，生产效率高，烧结产品尺寸和外观稳定、密度高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉的结构示意图；
图2为本发明炉体的结构形式及加热体的连接关系示意图；
图3为本发明炉体的剖视示意图；
图4为本发明外置循环冷却装置示意图；
图5为本发明供气系统的结构示意图；
图6为本发明闸门打开时的工作状态图；
图7为本发明闸门关闭时的工作状态图；
其中：1-炉体，2-闸门装置，3-升降旋转装置，4-外壳，5-装卸料门，6-放料平台，7-加热体，8-热电偶，9-陶瓷保温层，10-闸座，11-闸板，12-闸门电机减速机，13-第一进气口，14-第二进气口，15-第三进气口，16-冷却进口，17-冷却出口，18-冷却器，19-循环风机，20-转盘，21-升降液压缸，22-旋转轴，23-锥齿轮组，24-旋转电机减速机，25-氧含量监测装置，26-压力调节控制阀门，27-安全阀，28-燃烧装置，29-排气球阀，30-压力传感器，31-第一气管，32-第二气管，33-第一手动球阀，34-第一减压阀，35-第一压力表，36-第一球阀，37-第一转子流量计，38-第一轮转球阀，39-第一常开电磁阀，40-第三气管，41-第四气管，42-第五气管，43-第六气管，44-第一常闭供气阀，45-第一浮子流量计，46-第二轮转球阀，47-第二常开电磁阀，48-第二球阀，49-第二转子流量计，50-第三轮转球阀，51-第三常开电磁阀，52-第二手动球阀，53-第二减压阀，54-第二压力表，55-第二常闭电磁阀，56-第三球阀，57-第二浮子流量计，58-第四轮转球阀，59-第四球阀，60-第三转子流量计，61-第五轮转球阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，以解决上述现有技术存在的问题，使产品受热更加均匀，并提高生产效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-5所示：本实施例提供了一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，包括炉体1，炉体1可选为正四棱柱体形、正六棱柱体形或圆柱体形，炉体1的内壁上设有陶瓷保温层9，炉体1的内部设有上下两层加热体7，加热体7的材料为钨或钼。每层加热体7的个数均为三的倍数，同层的加热体7呈Y型接法连接。当为正四棱柱体形时，加热体7设置在其中的三个面；当为正六棱柱体形时，六个面均设有加热体7，相邻的两个串联形成加热器组后再与其他加热器组使用Y型接法连接，当为圆柱体形时，可以沿周向均匀布设三的倍数个加热器，并将将其分为三组，三组之间使用Y型接法连接；以上三种炉体1的温度均匀性依次提高。炉体1上还设有热电偶8，热电偶8的的数量与加热体7的层数相对应，热电偶8的检测端分别设置于加热体7与料舟之间且靠近料舟的位置。热电偶8用于反馈温度参数并可调整加热器的加热温度。
炉体1上端通过管路依次连通有氧含量监测装置25、压力调节控制阀门26、第一出气口和燃烧装置28，第一出气口连接有安全阀27，外壳4下侧设有第二出气口，第二出气口连接有排气球阀29，炉体1上端还设有压力传感器30，通过压力调节控制阀可以使炉体1内部在吹扫和脱脂烧结时的压力呈5-15mbar的微正压。
炉体1下部通过闸门装置2连接有升降旋转装置3，升降旋转装置3的外壳4与闸门装置2连接。外壳4上设有装卸料门5，外壳4内部设有升降旋转机构，升降旋转机构上端设有放料平台6，放料平台6用于放置料舟，并带动料舟上下移动和旋转，放料平台6与炉体1之间设有间隙，放料平台6在升降旋转机构的驱动下能够通过闸门装置2进出炉体1，并能够在炉体1内旋转。
外壳4为双层结构，外壳4的中空腔中设有冷却水，以便于使产品自然冷却，外壳4上侧还可设有相对设置的冷却进口16和冷却出口17，连通冷却进口16和冷却出口17之间的管路上设有冷却器18和循环风机19，以便于使产品快速冷却。
升降旋转机构包括旋转底座和设置于旋转底座上的升降液压缸21，放料平台6设置于升降液压缸21的活塞杆上，旋转底座包括转盘20、旋转轴22、锥齿轮组23和旋转电机减速机24，升降液压缸21设置于转盘20上，旋转轴22与外壳4转动连接，旋转轴22的上端与转盘20固定连接，旋转轴22的下端与锥齿轮组23的输出轴传动连接，锥齿轮组23的输出轴贯穿外壳4且与外壳4转动连接，锥齿轮组23的输入轴与旋转电机减速机24的输出轴连接，旋转电机减速机24固定设置在外壳上。升降液压缸21优选为多级液压缸，以降低升降旋转机构的高度；旋转电机减速机24优选使用变频调速电机。
闸门装置2包括闸座10和闸板11，闸座10的上下两侧分别与炉体1和外壳4连接，闸板11与闸座10滑动连接，闸板11关闭后能够与闸座10的内壁下侧密封，闸板11连接有齿条，闸座10上设有闸门电机减速机12，闸门电机减速机12的输出轴上设有齿轮，齿轮与齿条啮合。
闸座10与炉体1之间设有第一进气口13，第一进气口13用于向炉体1内通入还原性气体(如氢气)或还原性气体与惰性气体(如氮气，当然也可以为氩气等惰性气体)的混合气体；闸座10上设有第二进气口14，第二进气口14用于向炉体1内通入惰性气体，外壳4上侧设有第三进气口15，第三进气口15用于向外壳4内通入惰性气体。
本实施例还包括供气系统，供气系统包括第一气管31和第二气管32，第一气管31的一端分别与第二进气口14和第三进气口15连接，第一气管31的另一端连接有惰性气体源；
第一气管31上按照气流方向依次设有第一手动球阀33、第一减压阀34、第一压力表35、第一球阀36、第一转子流量计37、第一轮转球阀38和第一常开电磁阀39；
第二气管32的一端与第一进气口13连接，第二气管32的另一端分别连接第三气管40、第四气管41、第五气管42和第六气管43的一端，第四气管41和第五气管42之间的第二气管32上设有第一常闭电磁阀44；
第三气管40和第四气管41的另一端均连接于第一压力表35和第一球阀36之间的第一气管31上，第三气管40上按照气流方向依次设有第一浮子流量计45、第二轮转球阀46和第二常开电磁阀47；第四气管41上按照气流方向依次设有第二球阀48、第二转子流量计49、第三轮转球阀50和第三常开电磁阀51；
第五气管42的另一端连接有还原性气体源，第五气管42上按照气流方向依次设有第二手动球阀52、第二减压阀53、第二压力表54、第二常闭电磁阀55、第三球阀56、第二浮子流量计57和第四轮转球阀58；第六气管43的另一端连接于第二常闭电磁阀55和第三球阀56之间的第五气管42上，第六气管43上按照气流方向依次设有第四球阀59、第三转子流量计60和第五轮转球阀61。
本实施例的工作过程为：
1.将装载有预脱零件的料舟通过装卸料门5放入到放料平台6上；
2.关好装卸料门5和闸门装置2，通过第二进气口14和第三进气口15先通入惰性气体氮气吹扫炉内和外壳4内部30-45min，通过压力调节控制阀来控制炉内压力，炉内压力维持在5-15mbar；此时燃烧装置28(燃烧装置28此时作为排气阀使用)和排气球阀29处于打开状态，用于排放炉内和外壳4内的氧气，直至确认炉内完全惰性化后再关闭排气球阀29；
3.炉内完全惰性化后，燃烧装置28点火，开启闸门装置2，闸门电机减速机12通过齿轮齿条驱动闸板11打开，升降液压缸21动作，带动料舟上升至炉体1内停止后，旋转电机24驱动料舟旋转，此时还原性气体氢气或氢气和氮气的混合气体从第一进气口13进入，通过燃烧装置28燃烧掉危险气体和废气，加热体7开始加热，上下两层加热体7通过热电偶8控制温度，按预设定的温度曲线对预脱零件进行脱脂和烧结；
4.脱脂烧结结束后，炉内开始降温，降至一定温度后停止通入还原性气体氢气，只通入惰性气体氮气，料舟下降到外壳4内，并关闭闸门装置2，此时炉体1内部和外壳4内部通过闸板11分离，在外壳4内部的产品可自然冷却或快速冷却，达到不同要求的热处理效果，快速冷却时，旋转电机24驱动料舟旋转，以便均匀冷却产品。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：包括炉体，所述炉体下部通过闸门装置连接有升降旋转装置，所述升降旋转装置的外壳与所述闸门装置连接，所述外壳上设有装卸料门，所述外壳内部设有升降旋转机构，所述升降旋转机构上端设有放料平台，所述放料平台与所述炉体之间设有间隙，所述放料平台在所述升降旋转机构的驱动下能够通过所述闸门装置进出所述炉体，并能够在所述炉体内旋转。
2.根据权利要求1所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述炉体为正四棱柱体形、正六棱柱体形或圆柱体形，所述炉体的内部设有至少两层加热体，每层所述加热体的个数均为三的倍数，同层的所述加热体呈Y型接法连接；所述炉体上还设有热电偶，所述热电偶的数量与所述加热体的层数相对应，所述热电偶的检测端分别设置于所述加热体与料舟之间。
3.根据权利要求2所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述炉体的内壁上设有陶瓷保温层，所述加热体的材料为钨或钼。
4.根据权利要求1所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述闸门装置包括闸座和闸板，所述闸座的上下两侧分别与所述炉体和所述外壳连接，所述闸板与所述闸座滑动连接，所述闸板关闭后能够与所述闸座的内壁下侧密封，所述闸板连接有齿条，所述闸座上设有闸门电机减速机，所述闸门电机减速机的输出轴上设有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合。
5.根据权利要求4所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述闸座与所述炉体之间设有第一进气口，所述第一进气口用于向所述炉体内通入还原性气体或还原性气体与惰性气体的混合气体；所述闸座上设有第二进气口，所述第二进气口用于向所述炉体内通入惰性气体，所述外壳上侧设有第三进气口，所述第三进气口用于向所述外壳内通入惰性气体。
6.根据权利要求5所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：还包括供气系统，所述供气系统包括第一气管和第二气管，所述第一气管的一端分别与所述第二进气口和所述第三进气口连接，所述第一气管的另一端连接有惰性气体源；
所述第一气管上按照气流方向依次设有第一手动球阀、第一减压阀、第一压力表、第一球阀、第一转子流量计、第一轮转球阀和第一常开电磁阀；
所述第二气管的一端与所述第一进气口连接，所述第二气管的另一端分别连接第三气管、第四气管、第五气管和第六气管的一端，所述第四气管和所述第五气管之间的所述第二气管上设有第一常闭电磁阀；
所述第三气管和所述第四气管的另一端均连接于所述第一压力表和所述第一球阀之间的所述第一气管上，所述第三气管上按照气流方向依次设有第一浮子流量计、第二轮转球阀和第二常开电磁阀；所述第四气管上按照气流方向依次设有第二球阀、第二转子流量计、第三轮转球阀和第三常开电磁阀；
所述第五气管的另一端连接有还原性气体源，所述第五气管上按照气流方向依次设有第二手动球阀、第二减压阀、第二压力表、第二常闭电磁阀、第三球阀、第二浮子流量计和第四轮转球阀；所述第六气管的另一端连接于所述第二常闭电磁阀和所述第三球阀之间的所述第五气管上，所述第六气管上按照气流方向依次设有第四球阀、第三转子流量计和第五轮转球阀。
7.根据权利要求1所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述外壳为双层结构，所述外壳的中空腔中设有冷却水；和/或；所述外壳上侧设有相对设置的冷却进口和冷却出口，连通所述冷却进口和所述冷却出口之间的管路上设有冷却器和循环风机。
8.根据权利要求1所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述升降旋转机构包括旋转底座和设置于所述旋转底座上的升降液压缸，所述放料平台设置于所述升降液压缸的活塞杆上，所述旋转底座包括转盘、旋转轴、锥齿轮组和旋转电机减速机，所述升降液压缸设置于所述转盘上，所述旋转轴的上端与所述转盘固定连接，所述旋转轴的下端与所述锥齿轮组的输出轴传动连接，所述锥齿轮组的输出轴贯穿所述外壳且与所述外壳转动连接，所述锥齿轮组的输入轴与所述旋转电机减速机的输出轴连接，所述旋转电机减速机固定设置在所述外壳上。
9.根据权利要求8所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述升降液压缸为多级液压缸，所述旋转电机减速机使用变频调速电机。
10.根据权利要求1所述的用于金属粉末注射成形的脱脂烧结炉，其特征在于：所述炉体上端通过管路依次连接有氧含量监测装置、压力调节控制阀门、第一出气口和燃烧装置，所述第一出气口连接有安全阀，所述外壳下侧设有第二出气口，所述第二出气口连接有排气球阀，所述炉体上端还设有压力传感器，所述炉体内的压力为5-15mbar。
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