CN110052604A - 一种装设于圆环形模腔的布料装置及布料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：包括用于布料的料斗及刮料板，所述料斗的一端与所述刮料板的一端均装设在一圆筒状转动套上，所述转动套可装拆地设置在所述圆环形模腔的芯轴上，所述料斗与所述刮料板分别水平设置在所述转动套的两侧，所述料斗的底部高出所述刮料板的底部0.05mm‑0.15mm，所述料斗的底部设置有布料区。本发明的装设于圆环形模腔的布料装置布料均匀，操作方便，在布料料层厚度1.0mm以下时，仍能均匀布料，明显减少后续压坯、烧结工序出现圆环形毛坯开裂现象。

Description

一种装设于圆环形模腔的布料装置及布料方法

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金领域模具附件，特别是涉及装设于圆环形模腔的布料装置及其布料方法。

背景技术

硬质合金是采用WC粉和Co粉为原料，通过成形和烧结的粉末冶金方法制成各种制品。对于成形过程，除了要获得必需的形状和尺寸以外，最关键的是保证压坯密度的均匀，这对于形状复杂和尺寸较大的制品尤为重要。

在粉末冶金模压大直径圆环片坯生产中，为使粉末分布平整，采用刀片回旋拨料的传统刮料方式。由于布料本身不均匀，导致集聚度极不均衡，即使料面目测平整的情况下，料层内部仍然存在密度不均的情况。布料的不均匀性导致生产的大圆环片毛坯的尺寸具有较大波动，并且普遍有压制开裂现象。

中国发明专利申请CN101758235A公开了一种硬质合金长条布料方法及装置，先将粉料沿长条形模腔的长度方向上分次均匀下落，然后在粉料下落过程中将长度方向上的粉料均匀间隔地分割后落入模腔，最后振动模具使粉料在模腔中摊平。该方法主要针对的是长条形硬质合金条，面积小、厚度大，粉料进入模腔后是通过振动模具使其摊平，但在制作大直径圆环片时是无法实现的。中国实用新型专利CN202951879U公开了一种板坯模压用刮料器，由底板和刮料板活动连接组成，底板底面平行于模具上表面，刮料板长度与模具内腔宽度相适应、底面与板坯顶面相适应，然后通过人工来回刮料，以达到刮平的目的，该刮料器适用于方形制品，对于生产大直径圆环片，操作性不强。中国实用新型专利CN203448672U公开了一种大直径圆环片毛坯模压刮料器，使用刮料板围绕圆柱组合体中心轴旋转，实现转动刮料，但未公开如何在圆环形模腔中布料。

造成布料不均的原因主要有两点：(1)无法精准的控制落料速度，导致在布料时物料在模腔内已经不均匀，既每个小区域内物料重量并不相等；(2)刮料无法将每个区域内的物料重新分布均匀，即在物料表面处理平整的情况下，无法改变原始布料不均而产生的影响。所以布料的重要要素之一是控制每个小区域内在落料时物料重量都基本相同。

当制作圆环形毛坯所需的的布料层厚度大于1mm时，容易通过刮料装置刮平料面，因为料层厚度大，均匀性要求低，即使在局部存在物料堆积和缺少，但局部小区域物料重量差异不大，压制均匀要求容错率高，后续制得的大直径薄圆环形毛坯表面有裂纹开裂几率小；但制作圆环形毛坯所需的布料层厚度在1mm以下时，常规布料装置布料或手动布料的料面，局部存在物料堆积和缺少，即使刮料器刮平，压坯内部微小的重量差异，也容易导致后续制得的大直径薄圆环形毛坯表面有裂纹。另外，圆环形模腔中由于不同半径处的转动周长不同，容易造成同一布料时间下，与模腔中心处距离近的布料层厚度远大于与模腔边缘距离近的布料层厚度，圆环形模腔中料面均匀性差。

如何开发一种在圆环形模腔的布料料层厚度为1mm以下时仍能实现布料料面均匀的布料装置是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种装设于圆环形模腔的布料装置，所述布料装置能够用于圆环形毛坯制作过程的布料、刮料，料面均匀，操作方便，在布料层厚度为1.0mm以下时，圆环外径大于80mm时，仍能确保物料局部和整体的一致性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种装设于圆环形模腔的布料装置，包括用于布料的料斗及刮料板，所述料斗的一端与所述刮料板的一端均装设在一圆筒状转动套上，所述转动套可装拆地设置在所述圆环形模腔的芯轴上，所述料斗与所述刮料板分别水平设置在所述转动套的两侧，所述料斗的底部高出所述刮料板的底部0.05mm-0.15mm，所述料斗的底部设置有布料区。

本发明的装设于圆环形模腔的布料装置通过在转动套的两侧设置料斗及刮料板，使料斗和刮料板能够绕模具的芯轴转动，转动式地边布料边刮料，实现用于制作圆环形毛坯的圆环形模腔的布料及刮料，通过在所述转动套的两侧设置所述料斗及所述刮料器，在转动布料的同时，能够将料面刮平，提高布料和刮料的整体效率。

本发明的装设于圆环形模腔的布料装置通过设置所述料斗底部高出所述刮料板底部0.05mm-0.15mm，以控制布料的料面比模腔顶部高出的高度范围在0.05mm-0.15mm内，能够减少局部存在粉料堆积和缺少，其造成的料面最大高度差能够通过刮料板刮平，确保所布物料的厚度达到模压的厚度要求；另一方面将所述料斗底部高出刮料板底部0.05mm-0.15mm，所述料斗布的料面的最高高度已被限定在合适的高度，只需转动料斗到不再落料即可完成布料和刮料，而转动布料过程的转动速度、转动圈数采用常规参数即可。本发明的布料装置在所述布料层厚度为1.0mm以下时，圆环半径大于80mm时，仍能确保物料局部和整体的一致性，且操作方便。

所述布料区的起始位置在靠近所述转动套处，所述布料区的终点位置靠近所述圆环形模腔的外环内壁。

与所述转动套距离近的布料区的布料速度小于与所述转动套距离远的布料区的布料速度。

随着圆环形模腔的半径增加，料斗转动布料走过的周长也跟着增加，因此相同转动时间内，圆环形模腔的半径越大处的布料走过的周长越大，在整个料斗的布料速度相同情况下，容易导致与转动套距离近的料面明显高于与转动套距离远的料面，使得料面均匀性较差。通过设置与转动套距离近的所述布料区的布料速度小于与所述转动套距离远的所述布料区的布料速度，使得料斗转动布料过程中圆环形模腔中不同半径处的料面分布均匀性更好。

所述料斗的内腔底部为水平结构，所述布料区沿所述转动套的径向设置，所述布料区内等间距设置有布料孔，所述布料孔孔径沿所述转动套的径向自内而外从小到大排列。

通过将布料区沿转动套的径向设置，确保布料区在沿着转动套的中心转动的过程中，布料区始终对着模具的圆环形模腔内。布料孔布料的时候，圆环形模腔中的料面形成波纹状，随着圆环形模腔的半径增加，料斗转动布料走过的周长也递增，容易导致与转动套距离近的料面明显高于与转动套距离远的料面。通过设置所述料斗底部高出所述刮料板底部0.05mm-0.15mm，料斗转动布料后的料面最大高度差较小，通过将布料孔的孔径设置成沿所述转动套的径向从小到大排列，使得与转动套距离近的所述布料区的布料速度小于与所述转动套距离远的所述布料区的布料速度，料斗转动过程中，圆环形模腔的不同半径处的布料更均匀，能够进一步减小转动布料后的料面最大高度差，刮料板更容易刮平料面。

所述料斗的内腔底部为水平结构，所述料斗底部等间距设置有布料孔，所述布料孔孔径大小一致。

布料孔布料过程中，圆环形模腔中的料面形成波纹状，随着圆环形模腔的半径增加，料斗转动布料走过的周长也递增，容易导致靠近转动套的料面明显高于远离转动套的料面。通过设置所述料斗底部高出所述刮料板底部0.05mm-0.15mm，料斗转动布料后的料面最大高度差较小，即使采用布料孔孔径大小一致，也能够通过刮料板刮平料面。

每相邻两个所述布料孔的间距为3mm-5mm。

由于布料孔布料的时候，圆环形模腔的料面形成波纹状，通过控制布料孔的间距在3mm-5mm之间，以控制相邻的料面波纹间距，使得波纹状料面更容易通过刮料板刮平。

所述刮料板的一端搭接在所述圆环形模腔的顶部。

通过将刮料板的一端搭接在圆环形模腔的外环壁上，能够保持转动过程中刮料板的底部处于水平状态。

所述刮料板与所述料斗的夹角为180°。

所述料斗的粉料容积等于圆环形模腔的粉料容积。

在料斗的容积等于圆环形模腔的容积时，只需转动到料斗中的粉料落完即可完成布料；在料斗的容积大于圆环形模腔的容积时，可在料斗底部设置开关部件，当转动到料斗中的粉料不再落下时，关闭开关部件，即可完成布料。

本发明解决其技术问题所采用的另一种技术方案是：

一种装设于圆环形模腔的布料方法，所述布料方法采用上述的装设于圆环形模腔的布料装置，所述的布料方法包括如下步骤：

a)将所述的装设于圆环形模腔的布料装置的转动套套于所述圆环形模腔中心的芯轴，使所述刮料板与所述模具的圆环形模腔底部平行；

b)称取定量的粉料均匀倒入所述料斗中铺平；

c)转动所述布料装置，所述料斗及刮料板绕所述芯轴转动布料，直到所述料斗不再落料；

d)布料及刮料完成后，将所述转动套沿所述模具的芯轴垂直拿起。

本发明的布料方法，只需安装好布料装置后，在料斗中倒入定量粉料后，转动料斗即可实现边布料边刮料，布料的同时完成刮料，料面均匀，操作简单、方便。

附图说明

图1为本发明实施例Ⅰ的装设于圆环形模腔的布料装置对应模具示意图；

图2为本发明实施例Ⅰ的装设于圆环形模腔的布料装置的立体示意图；

图3为本发明实施例Ⅰ的装设于圆环形模腔的布料装置的剖面示意图；

图4为本发明实施例Ⅰ的装设于圆环形模腔的布料装置的俯视示意图；

图5为本发明实施例Ⅰ的装设于圆环形模腔的布料装置的料斗的剖面示意图；

图6为本发明实施例Ⅱ的装设于圆环形模腔的布料装置的俯视示意图；

图7为本发明实施例Ⅱ的装设于圆环形模腔的布料装置的变形实施例的俯视示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未限定具体结构的，通常按照常规结构实施。

粉末冶金领域中，圆环形毛坯常用的模具包括圆环形模腔和位于模腔中间的芯轴，芯轴的直径大于15mm，圆环形模腔的深度即布料层厚度可根据圆环形毛坯的厚度需求及粉料的压缩比调整。本发明所述的大直径圆环片毛坯是指毛坯的外环半径大于80mm。本发明所述的布料孔的间距或间隔指相邻的两个布料孔之间的圆心距。

实施例Ⅰ

请参照图1-图5，一种设于圆环形模腔的布料装置100包括一料斗10、一转动套30及一刮料板40，所述料斗10及刮料板40分别固定在所述转动套30的两侧。所述转动套30可转动地套设于模具20的芯轴22上，所述料斗10底部、刮料板40的底部与模具20的圆环形模腔21底部平行，所述料斗10及刮料板40通过转动套30绕所述芯轴22转动布料及刮料。

所述转动套30为圆筒状，所述转动套30的上端部密封，所述转动套30的下端部为一开口，使用时，将转动套30的开口端套在芯轴22上，使转动套30绕芯轴22转动。转动套30的直径与芯轴22的顶部的直径相近，保证转动套30与芯轴22之间没有间隙，芯轴22的顶部还设有一台阶，用于转动套30的装配限位。料斗10和刮料板40分别设置在转动套30的两侧，所述料斗10与刮料板40的夹角为180°。当然，料斗10与刮料板40的夹角也可以为90°-270°。

所述料斗10的形状呈V型，料斗10由1mm厚的不锈钢制成，所述料斗10长度为65mm，宽度为50mm，高度为50mm，所述料斗10与转动套30满焊连接。所述料斗10的粉料容积等于所述圆环形模腔21的粉料容积，料斗10的内腔底部为水平结构，内腔底部设有一个半径为4mm的圆弧状倒角101。所述料斗10底部设置有布料区11、12、13，所述布料区11、12、13从所述转动套30的侧边向外沿转动套的径向延伸，所述布料区11、12、13在料斗10底部的总长度为60mm，所述布料区11内分布5个间隔5mm且直径为1.5mm的布料孔111，所述布料区12内分布5个间隔5mm且直径为2.5mm的布料孔121，所述布料区13内分布3个间隔5mm且直径为4mm的布料孔131。

所述刮料板40的长度为68mm，高度为10mm，宽度为2mm，刮料板40与转动套30通过焊接连接在一起，所述刮料板40的一端搭接在所述圆环形模腔21的顶部。所述料斗10底部比所述刮料板40的底部高出的高度为Δh。

实施例Ⅰ的布料装置100应用于制作某一牌号圆环形硬质合金毛坯时，料斗10底部比所述刮料板40的底部高出的高度Δh采用表1中的Δh，根据表1中的布料层厚度h对应调整圆环形模腔的深度为h，表1中的每组试验例及对比例分别采用50份所述硬质合金的原料粉料按照如下步骤转动布料：

a)将所述的设于圆环形模腔的的布料装置100的转动套30套于模具20中心的芯轴22，使所述刮料板40与所述模具20的圆环形模腔21底部平行；

b)称取定量的该硬质合金的原料粉料均匀倒入所述料斗10中铺平；

c)转动所述布料装置100，所述料斗10及所述刮料板40通过转动套30绕所述芯轴22转动布料、刮料，直到所述料斗10不再落料。

布料并刮料完成后，将所述转动套30沿所述模具20的芯轴22垂直拿起，然后模压所述圆环形模腔21中的粉料，得到压制的圆环形生坯，在相同条件下烧结所述圆环形生坯，每组试验例或对比例得到50个圆环形毛坯，观察表1中每组试验例或对比例的圆环形毛坯的开裂情况，并统计其开裂率。

表1不同Δh及h条件下经过所述布料装置100布料的圆环形毛坯表面开裂情况统计

由试验例1-12可知，当料斗10的底部高出所述刮料板40的底部0.05mm-0.15mm时，即使布料层厚度在1.0mm以下，经布料装置100布料后，后续制得的圆环形毛坯的表面开裂率也低于6％。控制布料的料面比模腔顶部高出的高度范围在0.05mm-0.15mm内，能够减少局部存在粉料堆积和缺少，其造成的料面最大高度差能够通过刮料板刮平，确保所布物料的厚度达到模压的厚度要求，确保物料局部和整体的一致性。而当Δh大于0.15mm且布料层厚度在1.0mm以下时，布料后的料面最大高度差相对于布料层厚度过大，局部明显存在粉料堆积和缺少，难以通过转动刮料刮平，后续制得的圆环形毛坯表面开裂率过高。

而当圆环形毛坯厚度大于1mm时，因为布料层厚度厚，均匀性要求低，即使在局部存在物料堆积和缺少，但局部小区域物料重量差异不大，压制均匀要求容错率高，压坯开裂几率小。无论采用现有的手动上料刮料还是采用实施例Ⅰ的布料装置100都能够布料均匀。综上，本发明的布料装置100装设于深度为0.6mm-1.0mm圆环形模腔时，相对于其他布料方式更能明显地降低圆环形毛坯表面开裂率。

作为实施例Ⅰ的变形，本发明的装设于圆环形模腔的布料装置100的料斗10底部的布料区11、12、13也可不沿转动套30径向设置，但需确保所述布料区11、12、13的布料孔都对应在所述圆环形模腔21内，此时所述料斗10及刮料板40保持不动，转动所述模具20，完成料斗10、刮料板40在模具20的圆环形模腔21中布料及刮料。

作为实施例Ⅰ的变形，本发明的装设于圆环形模腔的布料装置100还可以将料斗10的底部设置成倾斜状，所述料斗10的底部从靠近转动套30处向远离转动套30方向向下倾斜。

实施例Ⅱ

请参照图6，实施例Ⅱ与实施例Ⅰ的不同之处在于，本实施例装设于圆环形模腔的布料装置100a的所述布料孔111a、121a、131a的孔径随着所述圆环形模腔21的半径增加而递增。所述布料区11a、12a、13a内共分布15个布料孔，表2中的试验例5-8的布料孔孔之间的间隔设为4mm，试验例5中将靠近转动套30的第一个布料孔111a直径设为1mm，并以0.25mm的孔径增加量递增；试验例6中将靠近转动套30的第一个布料孔111a直径设为1.5mm，并以0.2mm的孔径增加量递增；试验例7中将靠近转动套30的第一个布料孔111a直径设为2.0mm，并以0.15mm的孔径增加量递增；试验例8中将靠近转动套30的第一个布料孔111a直径设为2.5mm，并以0.1mm的孔径增加量递增。

请参照图7，作为实施例Ⅱ的变形，本发明用于制作圆环形毛坯的布料装置100b的所述布料孔111b、121b、131b的直径相同。所述布料区11、12、13内共分布13个布料孔，将布料孔111b、121b、131b直径按照表2的试验例9-12设置，孔之间的间隔设为5mm。

布料装置100、100a、100b分别应用于制作表2中的布料层厚度为h的某一牌号圆环形硬质合金毛坯时，设置所述料斗10底部比所述刮料板40的底部高出的高度Δh为0.1mm，根据布料层厚度h对应调整圆环形模腔的深度为h，试验例1-4采用实施例Ⅰ的布料装置100，但布料区11、12、13的布料孔直径根据表2设置，表2中的每组试验例或对比例分别采用50份所述硬质合金的原料粉料按照如下步骤转动布料：

a)将所述的设于圆环形模腔的的布料装置100、100a、100b的转动套30套于模具20中心的芯轴22，使所述刮料板40与所述模具20的圆环形模腔21底部平行；

b)称取定量的该硬质合金的原料粉料均匀倒入所述料斗10中铺平；

c)转动所述布料装置100、100a、100b，所述料斗10及所述刮料板40通过转动套30绕所述芯轴22转动布料、刮料，直到所述料斗10不再落料。

布料并刮料完成后，将所述转动套30沿所述模具20的芯轴22垂直拿起，然后模压所述圆环形模腔21中的粉料，得到压制的圆环形生坯，在相同条件下烧结所述圆环形生坯，每组试验例或对比例得到50个圆环形毛坯，观察表2中每组试验例或对比例的圆环形毛坯的开裂情况，并统计其开裂率。

表2经不同布料孔分布的布料装置布料后制得的圆环形毛坯的表面开裂情况

试验案例说明，递增式孔径和均匀孔径的布料装置100、100a、100b均能达到明显减少压坯开裂的现象。这是由于Δh为0.1mm时，物料堆积最多多出0.1mm。物料流动性好，料仓内物料可流动到小孔处，布料结束后整个物料均匀性不受影响。根据圆周面积计算，三个孔径分布区的面积不相等，理论上孔径应该以递增的方式，布料均匀性更佳，而表2的试验例1-8也说明通过设置布料区的布料孔孔径自内而外从小到大排列，后续制得的圆环形毛坯的表面开裂率更低。这是由于与转动套30距离近的所述布料区的布料速度小于与所述转动套30距离远的所述布料区的布料速度，料斗10转动过程中，圆环形模腔21的不同半径处的布料更均匀，能够进一步减小转动布料后的料面最大高度差，刮料板40更容易刮平料面。

上述实施例仅用于对本发明所提供的技术方案进行解释，并不能对本发明进行限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：包括用于布料的料斗及刮料板，所述料斗的一端与所述刮料板的一端均装设在一圆筒状转动套上，所述转动套可装拆地设置在所述圆环形模腔的芯轴上，所述料斗与所述刮料板分别水平设置在所述转动套的两侧，所述料斗的底部高出所述刮料板的底部0.05mm-0.15mm，所述料斗的底部设置有布料区。

2.根据权利要求1所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：所述布料区的起始位置在靠近所述转动套处，所述布料区的终点位置靠近所述圆环形模腔的外环内壁。

3.根据权利要求1所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：与所述转动套距离近的布料区的布料速度小于与所述转动套距离远的布料区的布料速度。

4.根据权利要求3所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：所述料斗的内腔底部为水平结构，所述布料区沿所述转动套的径向设置，所述每个布料区内等间距设置有布料孔，所述布料孔孔径沿所述径向自内而外从小到大排列。

5.根据权利要求1所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：所述料斗的内腔底部为水平结构，所述料斗底部等间距设置有布料孔，所述布料孔孔径大小相同。

6.根据权利要求4所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：每相邻两个所述布料孔的间距为3mm-5mm。

7.根据权利要求1所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：所述刮料板的一端搭接在所述圆环形模腔的顶部。

8.根据权利要求1所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：所述刮料板与所述料斗的夹角为180°。

9.根据权利要求1所述的装设于圆环形模腔的布料装置，其特征在于：所述料斗的粉料容积等于所述圆环形模腔的粉料容积。

10.一种装设于圆环形模腔的布料方法，其特征在于：所述布料方法采用如权利要求1-9任一项所述的装设于圆环形模腔的布料装置，所述的布料方法包括如下步骤：

a)将所述的装设于圆环形模腔的布料装置的转动套套于所述圆环形模腔中心的芯轴，使所述刮料板与所述模具的圆环形模腔底部平行；

b)称取定量的粉料均匀倒入所述料斗中铺平；

c)转动所述布料装置，所述料斗及刮料板绕所述芯轴转动布料，直到所述料斗不再落料；

d)布料及刮料完成后，将所述转动套沿所述模具的芯轴垂直拿起。