CN1117418A - 用于用粉末材料制造压制品的方法及相应的压制机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于用粉末材料制造压制品的方法，按照该方法，使下部冲头朝向处于闭合位置的上部冲头移动来进行压制。

Description

用于用粉末材料制造压制品 的方法及相应的压制机

本发明涉及一种用于用粉末材料制造压制品的方法和一种用于实现上述方法的压制机。具体讲，本发明涉及一种用于用陶质的或金属的颗粒制造压制品的方法，这种制品的生产是利用一种由一个下部冲头、一个上部冲头和一个模具构成的压制设备进行压制来完成的。

当压制品是用陶质的或金属的粉末在一个压缩模具中制造的时候，这些压制品的密度和密度分布主要取决于压力和压制方式。为了进行压制，通常使用由一个上部冲头、一个下部冲头和一个模具构成的压制设备。对于压制工艺来说，因为不仅必须克服各个粉末颗粒之间的摩擦力以及它们的弹性的和塑性的形变，而且还必须克服粉末在模具壁上的摩擦力，所以在压制过程中沿柱状粉末压制品的高度方向产生了密度的不均匀性。在压头以下密度最大，而在制品的下部区域密度最小。

如果在制造所述压制设备时使得可以利用在压缩方向上的壁面摩擦力来移动一个活动模具，那么就可以减少密度的波动。这使得粒状粉末制品将要受到上部冲头的压缩并且同时被按压在下部冲头上，且大致均匀地受到从两侧施加的压力。因为在压缩方向上的模具冲程取决于摩擦条件并因此不能清楚地确定它的界限，所以所产生的密度分布难以重复。人们就将推出法和拉出法区分开。

按照推出法(push out)，所述模具被安装在一些弹簧上，并且在压制过程中由于壁面摩擦力的存在而完成在压缩方向上的相对运动。当上部冲头返回时，由于弹簧力的作用，所述模具被弹回它的起始位置。借此，将所述压制品从下部冲头抬高，结果，在所述压制品上会出现不希望的碎裂现象或者表面片状剥落现象。所述压制品可以在顶出位置被取出来。

按照目前被广泛采用的拉出法(pull off)，在压制过程中，在与所述上部冲头的强制耦合时，所述模具被向下移动。上部冲头和模具之间的关系可以与所述压制品的一种均匀的密度分布相协调。在顶出位置所述模具被向下移动，以便取出所述压制品。拉出法基本上避免了片状剥落。

目前被广泛采用的这种拉出法的缺点是所述上部冲头的复杂的运动。所述上部冲头首先被移动到闭合位置并接着推动到压缩位置，这意味着所述上部冲头及其驱动装置必须根据相应的闭合动作和压缩这两者来确定尺寸。此外，为了实现到闭合位置的动作并接下去进行压缩动作，需要复杂的控制系统。模具的控制也是复杂的，因它必须与上部冲头的压缩冲程保持协调。因此，必须将模具由填充位置移至压缩位置，并保持在压缩位置(模具支撑)。此外，在上部冲头移开后，必须将模具向下移动并在所述压制品被推出后重新向上移动，这就需要一种复杂的构造和复杂的控制。

总而言之，上部冲头的运动的与力有关的设计，包括从主轴传递来的功率和模具的复杂的控制，涉及相应的空间要求以及压制设备本身的复杂的结构。

本发明的课题是提供一种用于用粉末材料生产压制品的方法和一种压制设备，以便消除以上所述的那些缺点，具体讲就是为了实现一种具有简单的运动和控制的压制方法以及一种结构简单的压制设备。

为实现上述目的，本发明提供一种用于用粉末状材料，尤其是陶质的或金属的颗粒，通过压缩制造压制品的方法，其中，在一个具有一个下部冲头、一个上部冲头和一个模具的压制机中，将被倒入由所述模具限定的模腔中的粉末在所述模腔闭合后通过使一个冲头移动到压缩位置进行压制，所述上部冲头被移至闭合位置，而后借助于朝向上部冲头被移至压缩位置的下部冲头进行压缩，以便对所述粉末进行压制，这样，在下部冲头的压缩冲程结束时，模具按照强制的方式与下部冲头一起被移动一段预先确定的距离，以便进行重复压制，或者按照强制的方式与下部冲头同步按照一种可调节的速度比和路程移动模具，以便进行滑动上部压缩。

一种用于实施以上所述方法的压制机，包括一个上部冲头、一个下部冲头和一个模具，其中，一个可移动到所述压缩位置的下部冲头和一个适合于被固定用来进行压制操作和/或在下部冲头的至少部分压制运动过程中与下部冲头一起移动的模具。

根据本发明，压制不是由上部冲头完成的，而是由下部冲头完成的。所述下部冲头压住被移至闭合位置并被固定的上部冲头，因此涉及到完全偏离所述推出法和拉出法的常规的原理。为了实现均匀的压缩和可再现的密度分布，还必须进一步使所述模具在所述下部冲头的部分压缩冲程中被同步移动，以便进行压缩，这最好能按照强制的方式由一个从动装置来完成，所述的从动装置在下部冲头的压缩冲程结束时的位置将模具向上移动一微小的距离，例如最大为6mm。在另外一种变化形式中，按照一种与下部冲头保持协调的强制方式将模具向上移动，可以实现滑动上部压缩(Sliding Upperpressing)，速度比是可以调节的。这使得确定的和以上所有可再现的密度条件在压制过程中都是可调整的。现在要求将上部冲头的运动和控制完全集中到闭合运动上，这基本上简化了上部冲头的运动和控制，这是因为上部冲头的结构不需要设计用于压制。如果所述上部冲头的运动是由一对肘杆完成的，这对所述压制装置是有益的，因为压力基本上可以在处于闭合位置的这对肘杆的伸展状态下被接受。

向上移动下部冲头至它的压缩位置之外，将所述压制品推出，这无需模具运动。总而言之，这使得模具的结构极其简单，它可以利用一些简单的车床加工的零件来制造，因此，模具的控制也极为简单。

这种方法还使得可以借助于一种偏心轮机构从该压制设备的主轴向上部冲头输出功率，这种偏心轮机构优于其它机构，例如连杆；结果可以按需要设计上部冲头的运动方式，即上部冲头仅仅需要被移至闭合位置。例如，上部冲头的闭合运动，这种运动由于与压缩力的产生脱离联系而几乎不需要力，故可以迅速完成，这是不能借助连杆机构来控制的。此外，偏心轮机构可以用专门的齿轮加以调节，使得上部冲头的闭合时间与利用下部冲头压缩开始的时间相一致，所产生的闭合运动的优化设计节省了时间，这对于填充运动也是合适的。上部冲头的这种闭合位置对于带有附加面的设备也是非常有益的，如同在生产阶形产品的过程中那样。在这种情况下，某些在压缩开始之前必须由填充位置移至一个中间位置的冲压件也要被移到上部冲头的停止点的位置，而在拉出法中，上部冲头也要被移动到压缩位置，这些装置部件必须分别制动，这就需要一种包括支撑装置的单独的机构。

由于推顶运动和压缩运动的行程短，偏心轮机构同样可以很好地用于下部冲头的压缩冲程。这种结构连同模具的简单结构以及简单的运动还允许对用压力压缩的过程中的工作高度进行良好的调节，工作高度的范围最高为300mm，而在常规的压制过程中最大工作高度有时可达1700mm，结果，必须在工作人员面前设置相应的工作平台或将压制设备沉到一个凹槽中，以便获得合理的工作高度。对于模具控制来说，之所以形成简单的运动，原因在于压缩力和推顶力都是从下面产生的，即它们是在同一个方向上。

概括起来讲，可以省去按照常规所必须的保持向下压住模具和模具支撑机构的装置，对于滑动上部压缩来说，在底部箱体中有更多的空间。此外，几乎没有运动的块状物，这就缩短了拖尾时间。就上部冲头的运动和下部冲头的运动这两者而言，可以使用偏心轮机构，这为进行相应可能的设计创造了条件。例如，上部冲头的闭合运动可以完成得更快，使得有更多的时间和空间用于填充，这是因为与所述拉出法相比较，模具仍然保持原状。上部冲头的冲程需要完全集中在闭合运动上并且保持绝对必要的那么短。由于在这里不需要很大的力，因此人们也无需象在常规的工艺中那样特别顾及连杆或偏心轮机构的尺寸，并且可以在底部压缩区域内使用一个偏心轮机构，这在结构上具有若干优越性。连同包括简化的模具和下部冲头的控制的简单的模具结构一起，人们还得到一种用于适配器夹紧装置的快速变换系统的低工作高度和充足的空间。使用偏心轮机构使得可以通过对排气、压缩时间和缓慢卸压给以相应的调节来优化上部冲头和下部冲头的运动。由于不用连杆，人们可以更自由地设计装配空间，使得它可以接近边缘。由于没有可移动支撑系统，所以在连续的上部压缩情况下，模具支撑体是不磨损的。由于不必清理在压缩位置和顶推开始位置之间的模具支撑装置，否则要花费一定的时间，就有了更多的填充时间。模具行程短有利于填充装置、取走装置和校正送料装置的安装。对于模具不需要下压装置，以防止它在上部冲头被向上移开时向外凸出。对于下部冲头来说，具有一种使用凸轮盘/轮或使用肘杆的优化的压缩运动。

下面，将参考附图对本发明的一个优选的实施例加以说明。这些附图中：

图1和2示出了一些用于说明常规的拉出法的压制装置的示意图；

图3和图4示出了一些用于说明本发明的压制方法的示意图；

图5a示出了在上部的压制设备结构的示意图；

图5b示出了在底部的压制设备结构的示意图；

图6示出了从侧面看去的压制设备结构的一些部件的示意图；

图7示出了模具板运动与下部冲头连接的示意图。

在图1至4中，指出了上部冲头1、下部冲头2、模具3。图1就所述的拉出法示出了从该压制装置的闭合位置开始的压制操作，借助于这种操作，上部冲头1被移向下部冲头2，而下部冲头是固定的，借此，在压制操作过程中，模具3也被用力向下移动。在图2中示出了压缩位置，在这里标示了压制品4。在向上移开上部冲头1之后，通过将模具3向下移至排出位置，压制品4就被推顶出来，使得可以将压制品从下部冲头2上取走。

在图3和4所示方法中，在模腔5用粉末原料填满后，上部冲头1被移至从图3可以显示出的闭合位置。然后，利用下部冲头2进行压缩，下部冲头2朝向上部冲头1被移动到从图4可显示出的压缩位置。在图3和4说明的压制方法中，在压制操作过程中模具3是固定的，并且上部冲头1在其闭合位置也是固定的。

如果为了改善密度分布的同时，准备进行滑动上部压缩，那么可以在下部冲头2的压缩冲程结束时用下部冲头2将模具3向上移动通过一段预定的路程。在以下一个以同样方式加以描述的可供选择的变化形式中，相对于位于闭合位置的被固定住的上部冲头1，按照预先设定的与下部冲头2的速度相互衔接的速度，移动模具3与下部冲头2同步向上通过一段预先设定的距离。

图5b示出了所述压制设备底部的构造，在这里指出了带有下部冲头2的底板6，模具7，连接件8，相对于该连接件8，借助于杆9，以滑动方式引导模具7。

由底板6携带的、在图5b中未示出的下部冲头2的由填充位置向上至由图5可显示出的压缩位置的冲程是借助于主轴53完成的，该主轴53是由一个驱动装置(未示出)和固定于其中的一对偏心轮11驱动的，该偏心轮的曲线轮廓是由以可转动方式安装的、经由横梁13作用在下部冲头2上的滚轮12感知的。横梁13与杆14连接，而杆14则牢固地与底板6相连。在图5所示的压缩位置中，横梁13位于最高处。

由于只有下部冲头才可以借助偏心轮11向上运动，所以下部冲头要借助于弹簧系统15返回到填充位置，所述弹簧系统15包括一对在其上端16牢固地与底板6并因此与下部冲头2相连的相面对的拉簧。也可以任何其它的相应的装置代替弹簧系统，如气动的或液压的复原装置，但是复原也可以借助于底板6自身的重量和一些连接部件来完成。

填充位置的端部截止位置(end stop)是由止动环17来确定的，该止动环是借助于轴18和配合齿轮19进行调节并用螺母20固定。由利用止动环17形成的可调节的填充位置到压缩位置的实际压缩冲程在图5中用P表示。

如开头解释的那样，在压制过程中可以将模具固定(根据图5)，在所示实施例中，固定是借助于可从外面操作并配合有螺纹部件22的螺杆21完成的，在所示实施例中，将带有螺纹的环22向上旋转，结果将模具固定。模具的气动活塞23靠紧气缸24，结果使模具不可能向上移动。换句话说，模具系统是由带止动环25的气动活塞23、部件26a和26b以及穿过底板6并牢固地与模具板7相连的杆27构成的。

在一种变化形式中，模具7可以借助蜗轮蜗杆机构21和22脱离开，以便进行重复压制，通过移动带螺纹的环22由顶部向下移动，借此得到一个预先确定的距离，用于在压缩过程中使模具7与向上移动的下部冲头一起向上运动，结果，模具就可以与下部冲头一起向上移动而离开填充位置，移向压缩位置。模具的填充位置借助于以上所述用螺纹环22调节的措施被定位在下部。由于模具借助于轴18和止动环17与下部冲头相连，所以下部冲头也借助于用螺纹环22调节的措施被定位于下部，结果，在所示的实施例中，可利用螺纹环22调节的可移动距离在下部冲头的上冲程结束时为大约5mm。如果将螺纹环22向下旋转，就能得到施加到模具7上的活塞23相对于气缸24的一段距离。这使得模具在所述下部冲头的运动结束时被牵引到压缩位置，在这个位置上活塞23紧贴气缸24的底部。模具借助于安装在横梁13上的两个制动块28被一道移动。止动块25上的抛光板(未示出)被用来相对于所述压缩位置作精确的调节。结果发现，为了重复压制移动模具不需运动力，具体讲就是不需要单独的驱动装置，因为它可以借助于横梁13被携带一道移动。这使得可以将模具制成只需要很小空间的紧凑的环形部件，结果，模具元件可以利用简单的车床加工零件来制成，复杂的模具控制也就被省去。

在所述压缩操作之后的推顶运动是通过利用底板6向上移动下部冲头2离开图5所示的压缩位置而实现的。为此提供了一对设置在主轴9上的偏心轮31。偏心轮31与滑块32配合，每一滑块32被保持在滑架33中。每一个滑架33又被保持在芯轴元件34中，该芯轴元件可以利用指示小齿轮35调节，该小齿轮用来调节图5b所示的推顶路程A。通过旋转芯轴34进行调节是借助于与滑架34相连的螺纹进行的。由偏心轮31启动的运动由连杆14传递给底板6，使得下部冲头离开压缩位置向上移动，以便将压制品推顶出来。当然，也可以使用其它的机构代替滑块32，如滚轮。

在所示的压制方法中，上部冲头只影响闭合过程而不影响压缩过程。上部冲头的运动最好参考图5a和6来说明。

由于上部冲头仅需要完成闭合动作而不需要完成压缩动作，所以只需要简单的运动就足够了，因为不需要传递很大的力。驱动装置的输出是借助于从图5a可显示出的与一个或多个滚轮37相配合的偏心轮36来实现的，借此，利用安装在38处经由绞接点40连接到连杆41上的手柄39引发被启动的运动，该连杆41的上端与一个双杠杆42相连，双杠杆42的另一端有气动的或液压的缸体43，由该缸体43来完成上部冲头的闭合动作。打开动作，即上部冲头的向上移动是借助于连杆41和偏心轮机构36、37引发的。为了使上部冲头闭合，气缸43使双杠杆42运动，双杠杆42又使轴44转动，见图5a。这使固定在轴44上的一对肘杆45向外移动，具体讲是使它们处于伸展位置(见图5a)，在这一位置，上部冲头处于闭合位置。一对肘杆45作用于导向横梁46并作用于用来接纳上部冲头1的以可运动方式固定在其上的连接件47，这在图5中未示出。上部冲头可以相对于横梁46、经由连接件47利用在所示实施例中未加描述的适当的调节单元加以调节。简单的运动对于上部冲头就足够了，因为不需要借助于上部冲头的边界闭合运动来传递很大的力，并且在压缩位置，压缩力很容易通过处在伸展位置的肘杆释放出来。因为基本上没有力传递给连杆，因此，只需使用一个适当小的杆作为连接件。

由于采用了滑动上部压缩的原理，模具可以按照一个协调的速度和一协调的路程，例如按照下部冲头的速度的一半和通过下部冲头路程的一半，或者按照下部冲头速度的四分之一和通过下部冲头路程的四分之一，与下部冲头一起向上移动，这可以利用图7所示的一种装置来进行。

由于采用了滑动上部压缩，这就将模具的运动同下部冲头的运动结合在一起，这是借助于牢固地安装在与机箱相连的支承50上的杆49来实现的。杆49的另一端靠在横梁13上的51处，使得杆49被绞接，并随着下部冲头的运动，经由横梁13绕支承50的点转动。杆49的绞接转动经由滑块52传递给模具7，这决定了模具的运动同下部冲头和/或导向横梁13的运动结合的速度比。当导向横梁13向上移动时，杆49向上转动，结果模具7借助于滑块52与下部冲头的运动同步移动，但具有相应的速度比。当模具存在阶梯形结构时，滑动上部压缩具有优于以上所述情况的优点。随着顺序地重复压缩，即首先从下面压缩，然后从上面压缩，在第一次压制过程之后，材料将围绕着阶梯被推动，这还是个悬而未决的问题。

这个实施例的特殊的优点在于模具可以主动地向上移动。这就平衡了由于模具中的阶梯形状所带来的压缩力分量所产生的模具力。力呈现出平衡。

在常规的拉出法中，模具在与压缩力分量起作用的同一方向上运动。因此，在压缩操作过程中，这种压缩力分量必须用压缩装置中的附加的装置除去。

Claims (14)

1、一种用于用粉末状材料，尤其是陶质的或金属的颗粒，通过压缩制造压制品的方法，其中，在一个具有一个下部冲头(2)、一个上部冲头(1)和一个模具(3)的压制机中，将被倒入由所述模具限定的模腔(5)中的粉末在所述模腔闭合后通过使一个冲头移动到压缩位置进行压制，其特征在于：所述上部冲头被移至闭合位置，而后借助于朝向上部冲头(1)被移至压缩位置的下部冲头(2)进行压缩，以便对所述粉末进行压制，这样，在下部冲头(2)的压缩冲程结束时，模具(7)按照强制的方式与下部冲头(2)一起被移动一段预先确定的距离，以便进行重复压制，或者按照强制的方式与下部冲头(2)同步按照一种可调节的速度比和路程移动模具(7)，以便进行滑动上部压缩。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：压制是在上部冲头(1)已被移至闭合位置之后对被固定的上部冲头(1)进行的。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：借助于被移至闭合位置的上部冲头进行重复压制。

4、根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于：下部冲头(2)被向下移至所述填充位置。

5、根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于：通过将下部冲头(2)向上移动超过所述压缩位置而将压制品推顶出来。

6、根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于：压制是通过将下部冲头(2)连同模具(7)和被固定的上部冲头(1)一起移动进行的。

7、一种用于实施以上权利要求之一所述方法的压制机，包括一个上部冲头、一个下部冲头和一个模具，其特征在于：一个可移动到所述压缩位置的下部冲头(2)和一个适合于被固定用来进行压制操作和/或在下部冲头(2)的至少部分压制运动过程中与下部冲头(2)一起移动的模具(7)。

8、根据权利要求7所述的压制机，其特征在于：下部冲头(2)可以借助于一个底板(6)被移至所述压缩位置，所述下部冲头的压缩冲程由至少一个安装在所述压制机的主轴(53)上的偏心轮(11)控制。

9、根据权利要求7或8所述的压制机，其特征在于：压制品的推顶运动是由下部冲头(2)完成的并且由至少一个安装在主轴(9)上的偏心轮(31)控制，处于压缩位置的下部冲头(2)借助于偏心轮(31)向上移动。

10、根据权利要求9所述的压制机，其特征在于：偏心轮(31)之中的每一个与滑块(32)或滑架(33)的滚轮相配合，所述滑块或滚轮中的每一个都以可调节的方式安装在与一个同底板(6)固定在一起的部件，最好是横梁(13)，相连接的空心轴(34)中。

11、根据权利要求7至10之中任意一项所述的压制机，其特征在于：模具(7)可以在至少一部分压缩冲程中借助于同携带下部冲头(2)的底板(6)固定在一起的部件，最好是横梁(13)，被一道移动，这样，横梁(13)作用于被容纳在缸体(24)中的模具(7)的活塞(23)。

12、根据权利要求11所述的压制机，其特征在于：模具(7)的被携带一起运动是可以调节的，固定模具的调节装置最好采用蜗轮(21、22)的形式。

13、根据以上权利要求之一所述的压制机，其特征在于：对于上部冲头(1)的闭合动作，提供了一种肘杆机构(25)，所述肘杆机构最好是由一对在闭合位置基本上处于一种伸展状态的肘杆构成。

14、根据权利要求7至13中任意一项所述的压制机，其特征在于：为了进行滑动上部压缩，固定在所述压制机上的一个杆(49)适合于借助与底板(6)固定在一起的一个部件，最好是横梁(13)，被一道移动，模具(7)借助于紧靠杆(49)的部件(52)被携带一道移动，它在杆(49)上的附着点使得能够调节携带模具(7)一道移动的速度比。

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