CN109605799A - 干袋式等静压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干袋式等静压机，包括：设备框架，所述设备框架内具有高压腔；柔性成型模具，所述柔性成型模具置于所述高压腔内，并且，所述柔性成型模具具有两端开口的细长模腔；第一端盖，所述第一端盖封闭所述细长模腔的一端开口；第二端盖，所述第二端盖封闭所述细长模腔的另一端开口；位移补偿机构，所述位移补偿机构响应于卸荷过程中的压强变化控制所述第一端盖和所述第二端盖在所述细长模腔的轴向方向上的相对位移，从而，将第一端盖和第二端盖之间的距离限制为等于或接近细长制品在卸荷过程中随压强变化的理论实时长度，由此可以缓解细长制品的失稳弯曲。

Description

干袋式等静压机

技术领域

本发明涉及粉末加工技术，特别涉及用于成型无弯曲的细长制品的一种干袋式等静压机。

背景技术

对于传统的干袋式等静压机而言，压制的大长径比的细长制品极易发生弯曲，并且，细长制品的长径比越大、等静压工艺中使用的压强越高，越容易发生弯曲。

若通过等静压工艺加工得到的细长制品存在轻微的弯曲，则可以通过后续的工艺予以校正，但这必然会增加额外的成本。例如，后续的精加工和烧结过程都可以对弯曲的细长制品进行一定程度的校正，但精加工过程的校正势必需要增加加工余量、并浪费更多材料，而烧结过程若要校正，则需要引入专用的夹具或吊具。

若通过等静压工艺加工得到的细长制品的弯曲超过一定的程度，则通过后续的工艺也难以校正，导致废品率的上升。

可见，传统的干袋式等静压机难以抑制细长制品的弯曲，从而导致后续工艺的成本增加和废品率的增加。

发明内容

本发明的实施例提供了一种干袋式等静压机，包括：

设备框架，所述设备框架内具有高压腔；

柔性成型模具，所述柔性成型模具置于所述高压腔内，并且，所述柔性成型模具具有两端开口的细长模腔；

第一端盖，所述第一端盖封闭所述细长模腔的一端开口；

第二端盖，所述第二端盖封闭所述细长模腔的另一端开口；

位移补偿机构，所述位移补偿机构响应于卸荷过程中的压强变化，控制所述第一端盖和所述第二端盖之间的距离跟随于细长制品在卸荷过程中随压强变化的理论实时长度。

可选地，所述位移补偿机构具有动态伸缩量，并且所述位移补偿机构通过连接机构与所述第二端盖固定连接，以将所述第二端盖约束为与所述位移补偿机构的动态伸缩同步移动。

可选地，所述位移补偿机构位于所述第二端盖的外端面与所述设备框架的内壁之间。

可选地，所述位移补偿机构包括：伸缩部，所述伸缩部抵接于所述第二端盖的外端面，并且所述伸缩部具有在所述细长模腔的轴向方向上的移动自由度；驱动部，所述驱动部固定在所述设备框架的内壁，并且所述驱动部在所述细长模腔的轴向方向上驱动所述伸缩部带动所述第二端盖位移。

可选地，所述伸缩部包括活塞，所述驱动部包括油缸。

可选地，进一步包括：压力测量装置，所述压力测量装置检测高压腔内部对细长制品产生的压强；控制器，所述控制器响应于所述压力测量装置检测到的压强产生用于触发所述驱动部动作的控制信号。

可选地，进一步包括：位移检测装置，所述位移监测装置检测所述第一端盖和所述第二端盖的位置，以供所述控制器确定所述第一端盖和所述第二端盖之间的当前距离。

可选地，进一步包括：芯杆，所述芯杆置于所述细长模腔内。

可选地，所述芯杆的两端分别嵌合于所述第一端盖和所述第二端盖的内端面。

可选地，所述芯杆的两端中的至少之一固定于对应的所述第一端盖(30)和/或所述第二端盖。

如上可见，上述实施例中的干袋式等静压机具有位移补偿机构，通过所述位移补偿机构响应于卸荷过程中的压强变化控制所述第一端盖和所述第二端盖在所述细长模腔的轴向方向上的相对位移，从而，将第一端盖和第二端盖之间的距离限制为等于或接近细长制品在卸荷过程中随压强变化的理论实时长度，由此可以缓解细长制品的失稳弯曲。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中的干袋式等静压机的结构示意图；

图2为如图1所示实施例中的干袋式等静压机的位移补偿的原理图；

图3为本发明的另一个实施例中的干袋式等静压机的结构示意图；

图4为如图3所示实施例中的干袋式等静压机的位移补偿的原理图。

附图标记说明

10 设备框架

100 高压腔

11 底侧内壁

12 顶侧内壁

20 柔性成型模具

200 细长模腔

30 第一端盖

40 第二端盖

50 位移补偿机构

51 伸缩部

52 驱动部

60 芯杆

70 位移检测机构

80 连接机构

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明的一个实施例中的干袋式等静压机的结构示意图。请参见图1，在一个实施例中，一种干袋式等静压机可以包括成型部分、框架、液压站等部分，其中，成型部分可以包括设备框架10、柔性成型模具20、第一端盖30、第二端盖40以及位移补偿机构50。

设备框架10可以是刚性的，其内部具有高压腔100。

柔性成型模具20置于高压腔100内，其可以由橡胶或聚氨酯等软性材料制成。柔性成型模具20具有两端开口的细长模腔200，例如，该细长模腔200的长径比大于等于20，填充在该细长模腔200内的粉末材料可通过等静压工艺而加工成棒状细长制品。

第一端盖30封闭细长模腔200的一端开口，第二端盖40封闭细长模腔200的另一端开口。其中，第一端盖30在细长模腔200的轴向方向上的自由度被约束，而第二端盖40则在细长模腔200的轴向方向上具有位移自由度。

在如图1所示的实施例中，以第一端盖30固定于设备框架10的底侧内壁11并封闭细长模腔200的底部开口、第二端盖40位于设备框架10的顶侧内壁12下方并封闭细长模腔200的顶部开口为例，此时，第一端盖30可以理解为下盖，第二端盖40则可以理解为上盖。

位移补偿机构50可以响应于卸荷过程中的压强变化控制第一端盖30和第二端盖40在细长模腔200的轴向方向上的相对位移，从而，将第一端盖30和第二端盖40之间的距离限制为跟随于细长制品在卸荷过程中随压强变化的理论实时长度。

图2为如图1所示实施例中的干袋式等静压机的位移补偿的原理图。

请在参见图1的同时进一步结合图2，在等静压工艺的加压过程中，当超高压介质(油或水或其它流动性介质)作用在柔性成型模具20外侧的四周时，柔性成型模具20在细长模腔200的径向方向上会受到如图2中示出的压强P1，由于柔性成型模具20是软性材质，因而其会产生形变，包括细长模腔200的轴向方向(纵向)和径向方向(横向)上的形变。

当柔性成型模具20在细长模腔200的径向方向上的形变作用于细长模腔200内的粉料后，会将粉料压实成为棒状细长制品。由于粉料在径向方向挤压而成型，同时，粉料会使第一端盖30和第二端盖40受到一个轴向的压应力P2，这个压应力基本等于或接近于粉料所受的径向压强P1。实际加工时，径向压强P1和压应力P2的差距取决于粉料和模具的特性，但通常差别微小，因此，在下文的推导分析中假设径向压强P1和压应力P2相等，并且，径向压强P1的最大值P1_max和压应力P2的最大值P2_max也相等。

随着加压过程中，径向压强P1逐渐升高，由粉料成型的细长制品会产生沿细长模腔200的轴向方向逐渐伸长的趋势，由此使第一端盖30和第二端盖40受到的压应力P2也会逐渐升高、直至达到最大值P2_max。上述的伸长趋势有可能使细长制品产生伸长或者轻微伸长的真实长度变化，或者也有可能不会发生真实的长度变化，但无论细长制品的长度变化是否真实发生，在卸荷过程中都会发生弹性膨胀现象。

具体地，在成型之后的卸荷过程中，径向压强P1逐渐降低，柔性成型模具20会逐渐失去对粉料压实形成的细长制品的周向约束。但此过程中，粉料压实形成的细长制品对第一端盖30和第二端盖40产生的压应力P2(其取值此时可能为最大值P2_max)并不会降低，因为第一端盖30和第二端盖40之间的相对位置并没有发生变化，由于失去周向约束，细长制品最终会在第一端盖30和第二端盖40的压应力P2(其取值此时仍有可能是其最大值P2_max)作用下而发生失稳弯曲。

对于长径比不大的压型制品，那么其有可能始终承受这样的压应力P2(其取值此时可能为最大值P2_max)直到打开第一端盖30和第二端盖40，即，脱模过程，此时可以使压应力P2(其取值此时仍可能保持在最大值P2_max)释放；

但对于长径比较大或很大的细长制品而言，其极易在压应力P2(其取值此时仍有可能是其最大值P2_max)的作用下失稳弯曲、同时伸长，由于开始发生弯曲时尚未脱模，因而等到脱模时，弯曲的形态已经定型。

上述的现象属于弹性后效或弹性膨胀现象。假设长度为L的细长制品在两端受到压应力P而压缩，则压缩后的长度变为L'。

若细长制品的杨氏模量为E，则通过公式(1)可以计算得到细长制品相对于两端无压缩时长度的变化量ΔL。

ΔL＝(P×L')/(E-P) (1)

上述公式(1)可以表示出杨氏模量E与长度变化量ΔL的反比关系，E是粉料压型为细长制品后的模量、而不是离散态的粉料自身的模量，E越小，细长制品的伸长程度越大，反之，E越大，细长制品的伸长程度越小。因此，在第一端盖30和第二端盖40对细长制品的伸长形成约束时，就表现为E越小，细长制品的弯曲程度越大，以及，压应力P越大，细长制品的弯曲程度越大。

根据对上述公式(1)的描述，可以假设细长制品在两端受到的压应力P为高压腔100内的最大压力(例如，前文所述的径向压强P1的最大值P1_max或压应力P2的最大值P2_max)，压缩后的长度L'则对应于细长制品在上述最大压力时的真实长度，细长制品的实际长度L则对应于细长制品在高压腔100内的卸荷压力恢复到0时的长度，以及，长度变化量ΔL就是细长制品在高压腔卸荷后的伸长量。

在卸荷过程中，压强变量Pr从上述对应最大压力的压应力P逐渐降低到0，其中：

相比于压强变量Pr为0时的细长制品长度L＝L'+ΔL相比，细长制品在0～P之间的某个卸荷点的长度Lr'存在ΔLr的长度差；

相比于压强变量Pr为最大压力P时的细长制品长度L'相比，细长制品在0～P之间的某个卸荷点的长度Lr'存在ΔLs的伸长量。

基于上述的公式(1)可以变形得到以下的公式(2)：

ΔLr＝(P r×Lr')/(E-Pr) (2)

基于上述的公式(2)并结合下述公式(3)和(4)，可以得到公式(5)。

Lr'＝L'+ΔLs (3)

ΔLs＝ΔL－ΔLr (4)

ΔLs＝(P－P r)×L'/(E-P) (5)

在具体的压制过程中，最大压力P时的细长制品长度L'可以通过检测得到或通过设计保证、属于已知量。

杨氏模量为E也是已知量，可以通过例如实验等手段来确定。

最大压力P可以为预先设定的工艺参数，其也属于已知量。

因此，在卸荷过程中，只要将实时的压强变量Pr带入公式(5)，就可以算出细长制品的实时长度相比于细长制品在最大压力P时的长度L'的伸长量ΔLs。

将该伸长量ΔLs用于控制位移补偿机构50，即可将第一端盖30和第二端盖40之间由于相对位移而产生的距离变化量限制为等于或接近ΔLs，并消除弹性后效带来的伸长。

因此，基于伸长量ΔLs控制的位移补偿机构50可以响应于卸荷过程中的压强变化控制第一端盖30和第二端盖40在细长模腔200的轴向方向上的相对位移，从而将第一端盖30和第二端盖40之间的距离变化量限制为等于或接近细长制品在卸荷过程中随压强变化的理论实时长度相比于最大压力P时的细长制品长度L'的伸长量ΔLs。

例如，如图1和图2所示，位移补偿机构50可以布置在设备框架10的内壁(如顶侧内壁12)与第二端盖40朝向该内壁(如顶侧内壁12)的外端面之间，并且，位移补偿机构50可以具有动态伸缩量。

位移补偿机构50可以通过连接机构80与第二端盖40固定连接，以将第二端盖40约束为与位移补偿机构50的动态伸缩同步移动。位移补偿机构50与第二端盖40之间通过连接机构80的固定连接可以是可拆卸的。或者，位移补偿机构50和第二端盖40可以设计为一个零件或组件。或者，也可以将柔性模具20设计的刚度足够大，使之可以支撑第二端盖40与位移补偿机构50的动态伸缩同步移动。

基于上述结构，可以避免细长制品在等静压成型过程中由于第一端盖30和第二端盖40之间的挤压约束而失稳弯曲。另外，位移补偿机构50还可以进一步吸收设备框架10在细长模腔200的轴向方向上的形变，以避免设备框架10的该形变对细长制品的影响。

上述实施例是以第二端盖40约束为与位移补偿机构50的动态伸缩同步移动为例，但实际上，第一端盖30和第二端盖40具有互换性，因此，作为一种等同的替换，也可以将第一端盖30约束为与位移补偿机构50的动态伸缩同步移动。

从图1和图2中可以看出，在该实施例中，仍以第二端盖40约束为与位移补偿机构50的动态伸缩同步移动为例，位移补偿机构50可以包括伸缩部51和驱动部52。

伸缩部51连接第二端盖40的外端面，并且伸缩部51具有在细长模腔200的轴向方向上的移动自由度。例如，该伸缩部51可以包括活塞。

驱动部52则固定在设备框架10的内壁(如顶侧内壁12)，并且驱动部52在细长模腔200的轴向方向上对伸缩部51提供可变压力P0，以使伸缩部51将第二端盖40调节至合适的位置处。例如，驱动部52可以包括油缸。

另外，该实施例中的干袋式等静压机还可以进一步包括位移检测装置70以及压力测量装置和控制器(均未在附图中示出)，位移监测装置70检测第一端盖30和第二端盖40的位置，压力测量装置可以检测高压腔100内部对细长制品产生的压强，而控制器则可以根据位移监测装置70检测到的位置确定第一端盖30和第二端盖40之间的当前距离、并响应于压力测量装置检测到的压强产生用于触发驱动部52动作的控制信号，从而，通过驱动伸缩部51而使第一端盖30和第二端盖40之间的实际距离与细长制品的理论实时长度保持一致或者基本一致。

图3为本发明的另一个实施例中的干袋式等静压机的结构示意图。图4为如图3所示实施例中的干袋式等静压机的位移补偿的原理图。在如图3和图4所示的另一个实施例中，干袋式等静压机可以进一步包括芯杆60，该芯杆60置于细长模腔200内，并且，该芯杆60的两端分别嵌合于第一端盖30和第二端盖40的内端面。由于该芯杆60的存在，细长模腔200内的粉料可以被压实成为管状细长制品。

如图3和图4所示实施例中的其余结构及工作原理与如图1和图2所示的实施例相同，本文不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种干袋式等静压机，其特征在于，包括：

设备框架(10)，所述设备框架(10)内具有高压腔(100)；

柔性成型模具(20)，所述柔性成型模具(20)置于所述高压腔(100)内，并且，所述柔性成型模具(20)具有两端开口的细长模腔(200)；

第一端盖(30)，所述第一端盖(30)封闭所述细长模腔(200)的一端开口；

第二端盖(40)，所述第二端盖(40)封闭所述细长模腔(200)的另一端开口；

位移补偿机构(50)，所述位移补偿机构(50)响应于卸荷过程中的压强变化，控制所述第一端盖(30)和所述第二端盖(40)之间的距离跟随于细长制品在卸荷过程中随压强变化的理论实时长度。

2.根据权利要求1所述的干袋式等静压机，其特征在于，所述位移补偿机构(50)具有动态伸缩量，并且所述位移补偿机构(50)通过连接机构(80)与所述第二端盖(40)固定连接，以将所述第二端盖(40)约束为与所述位移补偿机构(50)的动态伸缩同步移动。

3.根据权利要求2所述的干袋式等静压机，其特征在于，所述位移补偿机构(50)位于所述第二端盖(40)的外端面与所述设备框架(10)的内壁之间。

4.根据权利要求3所述的干袋式等静压机，其特征在于，所述位移补偿机构(50)包括：

伸缩部(51)，所述伸缩部(51)连接所述第二端盖(40)的外端面，并且所述伸缩部(51)具有在所述细长模腔(200)的轴向方向上的移动自由度；

驱动部(52)，所述驱动部(52)固定在所述设备框架(10)的内壁，并且所述驱动部(52)在所述细长模腔(200)的轴向方向上驱动所述伸缩部(51)带动所述第二端盖(40)位移。

5.根据权利要求4所述的干袋式等静压机，其特征在于，所述伸缩部(51)包括活塞，所述驱动部(52)包括油缸。

6.根据权利要求4所述的干袋式等静压机，其特征在于，进一步包括

压力测量装置，所述压力测量装置检测高压腔内部对细长制品产生的压强；

控制器，所述控制器响应于所述压力测量装置检测到的压强产生用于触发所述驱动部(52)动作的控制信号。

7.根据权利要求5所述的干袋式等静压机，其特征在于，进一步包括：

位移检测装置(70)，所述位移监测装置(70)检测所述第一端盖(30)和所述第二端盖(40)的位置，以供所述控制器确定所述第一端盖(30)和所述第二端盖(40)之间的当前距离。

8.根据权利要求1所述的干袋式等静压机，其特征在于，进一步包括：

芯杆(60)，所述芯杆(60)置于所述细长模腔(200)内。

9.根据权利要求8所述的干袋式等静压机，其特征在于，所述芯杆(60)的两端分别嵌合于所述第一端盖(30)和所述第二端盖(40)的内端面。

10.根据权利要求8所述的干袋式等静压机，其特征在于，所述芯杆(60)的两端中的至少之一固定于对应的所述第一端盖(30)和/或所述第二端盖(40)。