CN109128155B - 用粉末冶金等静压制作盲管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用粉末冶金等静压制作盲管的方法，包括如下步骤：算出成品盲管管坯盲端需要的粉体总重量；根据拟等静压压制成型的盲管尺寸制作模具；模具组装；缓慢向填料型腔加入粉体，同时进行振实，记录此时振实参数；试制管坯等静压压制完成后，测量试制管坯的总长以及单位长度相同的各分段径向尺寸；根据测量得到的试制管坯的尺寸计算出试制管坯沿轴向从下往上各分段密度ρ_振的分布规律；对胶模套进行修模；成品盲管管坯成型制作。本发明提供一种用粉末冶金等静压制作盲管的方法，它简单、高效、快捷，材料利用率高，质量稳定可靠，制造的产品外观形貌规整、管壁致密、厚度分布相等。

Description

用粉末冶金等静压制作盲管的方法

技术领域

本发明涉及一种成型设备，具体涉及一种用粉末冶金等静压制作盲管的方法。

背景技术

采用等静压成型法是目前一种较先进的成型工艺，广泛应用于难熔金属、磁材料、陶瓷、硬质合金、高温耐火材料等领域。等静压成型法中液体介质传递的压力在各个方向上是相等的，弹性模具在受到液体介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料，粉料与模具壁的摩擦力小，坯体受力均匀，密度高且组织结构均匀。等静压成型法中振动成型法应用较多，振动成型法利用粉体在高频率的振动作用下，粉体颗粒间相互撞击，静摩擦变为动摩擦，粉体获得一定的流动性，同时泥浆在自重和外力的作用下逐渐致密化形成坯体的过程。振动的能量使粉体具有一定的流动性，能使粉体颗粒密集地天充于模型的每个角落，并排出空气，因此振动成型即使在很小的压力下也能得到较高密度的制品。在用振动成型法压制长径比较大的盲管时，由于粉体重力的存在，总会出现装填的盲管位于模具底部较密实，靠近模具顶端较疏松的现象，或者中间某个部位粉体较疏松，当管子烧结收缩后，出现外径上下粗细不一致或中间部位缩颈现象，严重影响产品的外观，甚至不能使用而成为废品，造成能耗、人力、原材料浪费，且这种现象随着粉体密度的增大越明显。同时，当粉体装填过程中有振动或者敲击作用，还常会使得中间模具芯棒发生偏斜，造成压制的管壁厚薄不均等缺陷产生。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用粉末冶金等静压制作盲管的方法，它简单、高效、快捷，材料利用率高，质量稳定可靠，制造的产品外观形貌规整、管壁致密、厚度分布相等。

本发明的目的是这样实现的：一种用粉末冶金等静压制作盲管的方法，包括如下步骤：

步骤1，根据设计的成品盲管管坯的长度L、内径D_内、外径D_外、盲端的厚度h，以及粉体经等静压压制后的密度ρ_压，计算出成品盲管管坯盲端需要的粉体总重量M_盲；

步骤2，根据拟等静压压制成型的盲管尺寸制作模具，模具包括一芯棒，一胶模套，一铁模套，一橡胶堵头，所述芯棒为刚性结构，所述芯棒的模型段长度与盲管内孔深度相同，芯棒的模型段的直径与成品盲管内径D_内吻合，该芯棒一端设有一环形凸台，该环形凸台的径向延伸长度与盲管壁厚相同，所述胶模套长度大于芯棒模型段长度，胶模套的内腔、橡胶堵头、环形凸台共同构成一个封闭的填料型腔，所述铁模套的长度大于芯棒模型段长度，小于胶模套长度，铁模套的内径与胶模套外径吻合；

步骤3：模具组装，将芯棒置入胶模套内，使胶模套一端套在芯棒的环形凸台上并用抱箍固定，让芯棒与胶模套内壁之间形成填料型腔，再将铁模套套在胶模套外，将组装好的模具竖直固定在一振动架上；

步骤4：缓慢向填料型腔加入粉体，同时进行振实，直到粉体与芯棒上端齐平不再变化，记录此时振实参数；

步骤5：用橡胶堵头将粉体密封在模具中，并通过抱箍将胶模套一端与橡胶堵头抱箍固定，从振动架上取下模具进行等静压压制处理，试制管坯等静压压制完成后，测量试制管坯的总长以及单位长度相同的各分段径向尺寸；

步骤6：根据测量得到的试制管坯的尺寸计算出试制管坯沿轴向从下往上各分段密度ρ_振的分布规律，其计算公式为：ρ_压ΔLπ(r² _试制管坯-r² _芯棒)＝ρ_振ΔLπ(r² _{修模前胶模套内径}-r² _芯棒)，即式中ΔL为各分段的轴向高度，r² _芯棒由步骤1已知，ρ_压由步骤1，r² _{修模前胶模套内径}由步骤2可知，r² _试制管坯由步骤5测得；

步骤7：根据步骤6计算出的各分段密度ρ_振的分布规律对胶模套进行修模，调整胶模套各分段的内径尺寸用以弥补各分段的ρ_振差导致的质量差，使之在采用步骤4的振动参数下，以保证成品盲管管坯振实后的各分段的质量相等，其计算公式为：ρ_压ΔLπ(r² _成品管坯-r² _芯棒)＝ρ_振ΔLπ(r² _{修模后胶模套内径}-r² _芯棒)，即其中r² _成品管坯由步骤1可知，r² _芯棒由步骤1已知，ρ_压由步骤1可知，由步骤6可知各分段的ρ_振；

步骤8：将步骤7调整好内径尺寸的胶模套，再按照步骤3进行模具组装，按照步骤4加入粉体，振实，在振实后的管体部分上端再加入总重量为M_盲的粉体，用橡胶堵头将粉体密封在模具中，从振动架上取下模具进行等静压成型，完成成品盲管管坯成型制作。

步骤5中测量试制管坯的尺寸，各分段的轴向长度均为20mm。

成品盲管粉体总重量M_总的公式为：M_总＝M_管+M_盲＝[π(D_外/2)²-π(D_内/2)²](L-h)ρ_压+π(D_外/2)²hρ_压；其中D_外、D_内分别为盲管的内外径，L为盲管长度，h为盲管盲端的厚度。

所述的芯棒采用低碳钢、模具钢或不锈钢制得。

所述振动架的底座上竖直设置一导向柱，所述导向柱上套置一可上下滑动的滑动套管，一弹簧套置在导向柱上，位于滑动套管与振动架的底座之间，所述滑动套管下段设置径向延伸的支承臂，所述支承臂的延伸端上安装盲管等静压成型模，所述滑动套管上端设有径向延伸的悬臂，所述悬臂上设置用于固定盲管等静压成型模的顶杆，所述顶杆与悬臂上设置螺纹孔螺纹配合，所述盲管等静压成型模包括模具芯棒、胶模套、铁模套，所述模具芯棒的下端设有环形凸台，所述环形凸台的径向延伸距离为盲管的壁厚，模具芯棒插入胶模套中，使胶模套下端套在模具芯棒的环形凸台上固定，让模具芯棒与胶模套之间形成填料型腔，，所述铁模套套在胶模套外，模具芯棒下端轴定位安装在滑动套管的支承臂上，用顶杆顶住模具芯棒上端，将盲管等静压成型模安装固定在振动架上。

所述顶杆外套置一装料漏斗，所述装料漏斗内壁分别通过多根辐条与顶杆固定连接，所述装料漏斗的出料口的外径小于填料型腔的进料出口的内径，所述顶杆的下端伸出装料漏斗的下端的出料口。

所述顶杆的下端设置球形或者锥形凸起，所述模具芯棒的上端设置与球形或者锥形配合的定位凹腔。

本发明的有益效果是：采取等静压成型法成型的管坯经过等静压后内部密度均为ρ_压，振实步骤中由于受到重力影响导致在轴向上不同高度处的ρ_振呈变化，等静压中，粉体径向收缩变形显著，要实现等静压后的管壁壁厚一致，需保持两任何相等高度的横截管段的粉体质量相等，该轴向高度为ΔL。步骤1至步骤6通过试制试制管坯，测量经过等静压压制后的试制管坯尺寸，记录试制管坯各分段的直径，利用公式ρ_压ΔLπ(r² _试制管坯-r² _芯棒)＝ρ_振ΔLπ(r² _{修模前胶模套内径}-r² _芯棒)，即r² _芯棒由步骤1已知，ρ_压由步骤1，r² _{修模前胶模套内径}由步骤2可知，r² _试制管坯由步骤5测得，综上，可得出对应各分段的ρ_振。各分段的轴向高度ΔL取值越小，ρ_振数据分布的越致密，则计算出的ρ_振就越趋近于真实_ρ振分布规律。成品盲管的制造时，保持相同的振动参数，利用公式ρ_压ΔLπ(r² _成品管坯-r² _芯棒)＝ρ_振ΔLπ(r² _{修模后胶模套内径}-r² _芯棒)，即其中r² _成品管坯由步骤1可知，r² _芯棒由步骤1已知，ρ_压由步骤1可知，由步骤6可知各分段的ρ_振；即可求出每个ρ_振对应的高度处的横截面的r² _{修模后胶模套内径}，各点的连线构成了胶套模内壁的轮廓线，根据轮廓线可制造胶套模内腔，各分段的轴向高度值ΔL越小则与理论形状的误差越小。本发明给出了一种管状制品成型模套锥度计算方法，该方法抓住外貌规则平直、壁厚相等管状制品相等高度的横截管段粉体质量相等的原则。等静压后的密度ρ_压只跟等静压时候设备(施压介质的压力)有关，振动密度ρ_振受振动参数、轴向高度(受重力影响)的影响显著，通过试制管坯获得了ρ_振，根据ρ_振可推算出模套内径分布。采用本发明，经等静压压制后得到外径尺寸一致、壁厚分布相等的大长径比盲管制品，制品形貌规则、平直度高、尺寸可控、使用性能显著提高，还大大提高盲管产品成型成品率。

所述的芯棒采用低碳钢、模具钢或不锈钢制得，在整个制作过程中芯棒变形量小。

所述铁模套套在胶模套外，模具芯棒下端轴定位安装在滑动套管的支承臂上，用顶杆顶住模具芯棒上端，将盲管等静压成型模安装固定在振动架上。包括一振动架，所述振动架的底座上竖直设置一导向柱，所述导向柱上套置一可上下滑动的滑动套管，在竖直方向上滑动套管能够上下振动，振动的能量使粉料具有一定的流动性，能使粉料颗粒密集地填充于模型的每个角落，并排出空气，因此振动成型即使在很小的压力下也能得到较高密度的制品，设置弹簧能够吸收振动和冲击能量，防止振动幅度过大，损坏设备；也能储存及输出能量作为动力。所述悬臂上设置用于固定盲管等静压成型模的顶杆，用顶杆顶住模具芯棒上端，将盲管等静压成型模安装固定在振动架上，由于顶杆顶住模具的芯棒，能够有效防止等静压成型模偏斜，导致粉体单方向堆积，造成横截面壁厚不均。所述顶杆与悬臂上设置螺纹孔螺纹配合，采用螺纹配合将旋转运动转化为向下压机芯棒的压紧力，设置螺纹也便于调整轴向距离。所述盲管等静压成型模包括模具芯棒、胶模套、铁模套，将所述模具芯棒的下端设有环形凸台，模具芯棒插入胶模套中，使胶模套下端套在模具芯棒的环形凸台上固定，让模具芯棒与胶模套之间形成填料型腔。采用这种结构，能够振实粉体，另一方面，粉体在装填振实过程中，芯棒始终与顶杆处于同一条垂直直线上，不发生倾斜，能有效保证装填的管子经振实后同一横截面的密度壁厚各处均匀一致。

所述顶杆外套置一装料漏斗，所述装料漏斗内壁分别通过多根辐条与顶杆固定连接，通过旋转顶杆来控制装料漏斗的升降，所述装料漏斗的出料口的外径小于填料型腔的进料出口的内径，以便于粉体下漏过程中气体排出，所述顶杆的下端伸出装料漏斗的下端的出料口。

所述顶杆的下端设置球形或者锥形凸起，所述模具芯棒的上端设置与球形或者锥形凸起配合的定位凹腔。通过旋转顶杆来控制装料漏斗的升降，球形或者锥形凸起和定位凹腔配合能够快速进行对中和固定。

下面结合具体实施例作进一步的说明。

说明书附图

图1为振动架振实粉体后用橡胶堵头将粉体密封在模具中的状态示意图。

附图中，2为弹簧，3为支承臂，4为芯棒，6为铁模套，7为装料漏斗，8为悬臂，9为顶杆，10为滑动套管，11为振动架，12为环形凸台，13为抱箍，15为胶模套，16为橡胶堵头，11a为导向柱，b为辐条。

具体实施方式

制备一种长＝550mm、外径D_外＝40mm、内径D_内＝24mm盲端厚度h＝12mm，外貌规则、壁厚相等的二硅化钼盲管。

步骤1：根据设计的成品盲管管坯的长度L、内径D_内、外径D_外、盲端的厚度h，以及粉体经等静压压制后的密度ρ_压，本实施例中二硅化钼粉经150MPa冷等静压保压90秒压制后密度ρ_压＝4.3g/cm³，计算出成品盲管管坯盲端需要的粉体总重量M_盲；成品盲管粉体总重量M_总的公式为M_总＝M_管+M_盲＝[π(D_外/2)2-π(D_内/2)2](L-h)ρ_压+π(D_外/2)2hρ_压

＝[3.14*(40/2)2-3.14*(24/2)2]*(550-12)*4.3+3.14*(40/2)2*12*4.3

＝1859.6(M_管)+64.8(M_盲)＝1924.4g；

M_盲可直接计算；也可通过M_盲＝M_总-M_管计算得到，由于盲管管坯的中空管段部分的模具尺寸已知，振实后密度可知，调整好内径尺寸的胶模套后填料并振实，直到粉体与芯棒上端齐平不再变化时，所填粉体质量即为M_管，粉体总重量M_总既可计算得到，粉体总重量M_总也可通过对成品盲管的样件称重得到。

步骤2：根据拟等静压压制成型的盲管尺寸制作模具，模具包括一芯棒4，一胶模套15，一铁模套6，一橡胶堵头16，所述芯棒4为刚性结构，所述的芯棒4可采用低碳钢、模具钢或不锈钢制得，本实施例中采用冷作模具钢中Cr12MoV钢作为芯棒4的制作材料，Cr12MoV钢有高淬透性，并具有良好硬度和耐磨性，体积变化量小，可用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。

所述芯棒4的模型段长度与成品盲管内孔深度相同，芯棒4的模型段的直径与盲管内径D_内吻合，根据拟等静压压制成型的成品盲管内径尺寸D内＝24mm，长度L＝550mm，盲端厚度h＝12mm，设计芯棒4尺寸为：长＝538mm，外径＝24mm。该芯棒4一端设有一环形凸台12，该环形凸台12的径向延伸长度与成品盲管壁厚相同，所述胶模套15长度大于芯棒4模型段长度。根据拟压制成型盲管外径尺寸D_外及长度L，预设计用于试制盲管成型的胶模套15尺寸为：长＝600mm，内径＝44mm，使试制盲管的内径趋近于成品盲管内径，提高ρ_振精度，根据需要设计适配的带孔的铁模套6及橡胶堵头16。胶模套15的内腔、橡胶堵头16、环形凸台12共同构成一个封闭的填料型腔，所述铁模套6的长度大于芯棒4模型段长度，小于胶模套15长度，铁模套6的内径与胶模套15外径吻合。

步骤3：参见图1，模具组装，将芯棒4置入胶模套15内，使胶模套15一端套在芯棒4的环形凸台12上并用抱箍13固定，让芯棒4与胶模套15内壁之间形成填料型腔，再将铁模套6套在胶模套15外，将组装好的模具竖直固定在一振动架11上；

步骤4：缓慢向填料型腔加入粉体，同时进行振实，直到胶模套内粉体与芯棒上端齐平不再变化，记录此时振实参数；

步骤5：用橡胶堵头16将粉体密封在模具中，并通过抱箍13将胶模套15一端与橡胶堵头16固定，从振动架11上取下模具进行等静压压制处理，试制管坯等静压压制完成后，测量试制管坯的总长以及单位长度相同的各分段径向尺寸，本实施例中ΔL取值为20mm，既能满足生产精度要求的同时能够降低测量工作量，保证生产效率。经测量，盲端厚5mm，直径38.2mm，管体开口端外径41.4mm，除盲端外管体最上端直径38.23mm，管体外径D_外与管体到开口端长度L(0≤L≤538mm)的分布关系见下表(单位：mm)。

步骤6：根据测量得到的试制管坯的尺寸计算出试制管坯沿轴向从下往上各分段密度ρ_振的分布规律，其计算公式为：ρ_压ΔLπ(r² _试制管坯-r² _芯棒)＝ρ_振ΔLπ(r² _{修模前胶模套内径}-r² _芯棒)，即式中ΔL为各分段的轴向高度，r² _芯棒由步骤1已知，ρ_压由步骤1，r² _{修模前胶模套内径}由步骤2可知，r² _试制管坯由步骤5测得；

ρ_振与管体到开口端长度L(0≤L≤538mm)的分布关系见下表(单位：g/cm³)。

步骤7：根据步骤6计算出的各分段密度ρ_振的分布规律对胶模套15进行修模，重新制作胶模套15，只调整胶模套15各分段的内径尺寸用以弥补各分段的ρ_振差导致的质量差，使之在采用步骤4的振动参数下，以保证成品盲管管坯振实后的各分段的质量相等，其计算公式为：ρ_压ΔLπ(r² _成品管坯-r² _芯棒)＝ρ振ΔLπ(r² _{修模后胶模套内径}-r2芯棒)，即其中r² _成品管坯由步骤1可知，r² _芯棒由步骤1已知，芯棒4尺寸为：长＝538mm，外径＝24mm，所述芯棒4一端设有一环形凸台12，该环形凸台12的径向延伸长度与成品盲管壁厚相同，本实施例中，径向延伸8mm。ρ_压由步骤1可知，由步骤6可知各分段的ρ_振；

r² _{修模后胶模套内径}与管体到开口端长度L(0≤L≤538mm)的分布关系见下表(单位：mm)。

步骤8：将步骤7调整好内径尺寸的胶模套15，再按照步骤3进行模具组装，按照步骤4加入粉体，振实，直到粉体与芯棒上端齐平不再变化。由于盲端的整体轴向高度较小，盲端不同高度处之间的径向收缩差较小，本实施例中，可忽略不计，在振实后的管体部分上端再加入总重量为M_盲的粉体，用橡胶堵头将粉体密封在模具中，从振动架11上取下并进行等静压成型，等静压压制后得到外貌平直规则、壁厚相等、尺寸为L＝550mm、D外＝40mm、D内＝24mm、盲端厚度h＝12mm的二硅化钼成品盲管管坯，然后进行烧结，完成成品盲管制作。

Claims (7)

1.一种用粉末冶金等静压制作盲管的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，根据设计的成品盲管管坯的长度L、内径D_内、外径D_外、盲端的厚度h，以及粉体经等静压压制后的密度ρ_压，计算出成品盲管管坯盲端需要的粉体总重量M_盲；

步骤2，根据拟等静压压制成型的盲管尺寸制作模具，模具包括一芯棒，一胶模套，一铁模套，一橡胶堵头，所述芯棒为刚性结构，所述芯棒的模型段长度与盲管内孔深度相同，芯棒的模型段的直径与成品盲管内径D_内吻合，该芯棒一端设有一环形凸台，该环形凸台的径向延伸长度与盲管壁厚相同，所述胶模套长度大于芯棒模型段长度，胶模套的内腔、橡胶堵头、环形凸台共同构成一个封闭的填料型腔，所述铁模套的长度大于芯棒模型段长度，小于胶模套长度，铁模套的内径与胶模套外径吻合；

步骤3：模具组装，将芯棒置入胶模套内，使胶模套一端套在芯棒的环形凸台上并用抱箍固定，让芯棒与胶模套内壁之间形成填料型腔，再将铁模套套在胶模套外，将组装好的模具竖直固定在一振动架上；

步骤4：缓慢向填料型腔加入粉体，同时进行振实，直到粉体与芯棒上端齐平不再变化，记录此时振实参数；

步骤5：用橡胶堵头将粉体密封在模具中，并通过抱箍将胶模套一端与橡胶堵头抱箍固定，从振动架上取下模具进行等静压压制处理，试制管坯等静压压制完成后，测量试制管坯的总长以及单位长度相同的各分段径向尺寸；

步骤6：根据测量得到的试制管坯的尺寸计算出试制管坯沿轴向从下往上各分段密度ρ_振的分布规律，其计算公式为：ρ_压ΔLπ(r² _试制管坯-r² _芯棒)＝ρ_振ΔLπ(r² _{修模前胶模套内径}-r² _芯棒)，即式中ΔL为各分段的轴向高度，r² _芯棒由步骤1已知，ρ_压由步骤1，r² _{修模前胶模套内径}由步骤2可知，r² _试制管坯由步骤5测得；

步骤7：根据步骤6计算出的各分段密度ρ_振的分布规律对胶模套进行修模，调整胶模套各分段的内径尺寸用以弥补各分段的ρ_振差导致的质量差，使之在采用步骤4的振动参数下，以保证成品盲管管坯振实后的各分段的质量相等，其计算公式为：ρ_压ΔLπ(r² _成品管坯-r² _芯棒)＝ρ_振ΔLπ(r² _{修模后胶模套内径}-r² _芯棒)，即其中r² _成品管坯由步骤1可知，r² _芯棒由步骤1已知，ρ_压由步骤1可知，由步骤6可知各分段的ρ_振；

步骤8：将步骤7调整好内径尺寸的胶模套，再按照步骤3进行模具组装，按照步骤4加入粉体，振实，在振实后的管体部分上端再加入总重量为M_盲的粉体，用橡胶堵头将粉体密封在模具中，从振动架上取下模具进行等静压成型，完成成品盲管管坯成型制作。

2.根据权利要求1所述的用粉末冶金等静压制作盲管的方法，其特征在于：步骤5中测量试制管坯的尺寸，各分段的轴向长度均为20mm。

3.根据权利要求1所述的用粉末冶金等静压制作盲管的方法，其特征在于：成品盲管的粉体总重量M_总的公式为M_总＝M_管+M_盲＝[π(D_外/2)²-π(D_内/2)²](L-h)ρ_压+π(D_外/2)²hρ_压；其中D_内、D_外分别为盲管的内外径，L为盲管长度，h为盲管盲端的厚度。

4.根据权利要求1所述的用粉末冶金等静压制作盲管的方法，其特征在于：所述的芯棒采用低碳钢、模具钢或不锈钢制得。

5.根据权利要求1所述的用粉末冶金等静压制作盲管的方法，其特征在于：所述振动架的底座上竖直设置一导向柱，所述导向柱上套置一可上下滑动的滑动套管，一弹簧套置在导向柱上，位于滑动套管与振动架的底座之间，所述滑动套管下段设置径向延伸的支承臂，所述支承臂的延伸端上安装盲管等静压成型模，所述滑动套管上端设有径向延伸的悬臂，所述悬臂上设置用于固定盲管等静压成型模的顶杆，所述顶杆与悬臂上设置螺纹孔螺纹配合，所述盲管等静压成型模包括模具芯棒、胶模套、铁模套，所述模具芯棒的下端设有环形凸台，所述环形凸台的径向延伸距离为盲管的壁厚，模具芯棒插入胶模套中，使胶模套下端套在模具芯棒的环形凸台上固定，让模具芯棒与胶模套之间形成填料型腔，所述铁模套套在胶模套外，模具芯棒下端轴定位安装在滑动套管的支承臂上，用顶杆顶住模具芯棒上端，将盲管等静压成型模安装固定在振动架上。

6.根据权利要求5所述的用粉末冶金等静压制作盲管的方法，其特征在于：所述顶杆外套置一装料漏斗，所述装料漏斗内壁分别通过多根辐条与顶杆固定连接，所述装料漏斗的出料口的外径小于填料型腔的进料口的内径，所述顶杆的下端伸出装料漏斗下端的出料口。

7.根据权利要求5所述的用粉末冶金等静压制作盲管的方法，其特征在于：所述顶杆的下端设置球形或者锥形凸起，所述模具芯棒的上端设置与球形或者锥形配合的定位凹腔。