CN112077304B - 一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置，其特征在于：包括上固定板(1)，绝缘板(2)，线圈座(3)，平板线圈(4)，固定环(5)，驱动片(6)，放大器(7)，立柱(8)，冲头(9)，丝杠(10)，限位板(11)，上模冲(12)，阴模(13)，下模冲(14)，导轨(15)，丝杆(16)，中板(17)，千斤顶(18)，下固定板(19)，方管(20)，高速相机(21)，磁脉冲放电设备(22)，传感器(23)。本发明一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置利用平板线圈放电，通过放大器作用使冲头高速压制粉末。通过阴模周向环绕的六个加热棒对粉末加热，实现金属基复合材料的温压。
Description
技术领域
本发明属于粉末压制技术领域，特别涉及一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置。
背景技术
在现代冶金工业中，粉末冶金技术能够实现高密度、高精度、高强度粉末冶金制品的研发，粉末压制流程主要包括：装粉、压制、脱模。其技术水平的高低决定着坯件的精度和致密性，进而对零件的最终性能产生影响。
电磁成型作为一种新兴的高能率成型技术，是利用瞬间的高压脉冲磁场迫使粉末体在冲击电磁力作用下，高速成型的一种成型方法。相比于爆炸成型、电液成型，电磁成型更加安全、更加方便。
传统的粉末压制以冷压为主，压制时粉末体易产生加工硬化，致密度不高。而磁脉冲粉末温压技术以电磁力作为驱动力，压制时间短(毫秒级)，压制速度高(米/秒)，粉末体的加工硬化作用小，可以实现高速致密压实。相比于传统的粉末压制，电磁压制由电路控制，可实现放电能量的精确调节，安全稳定，效率高，可实现自动化控制。
发明内容
为了克服粉末冷压时致密度不均匀的缺点，本发明的目的在于提供一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置。电磁力由水平放置的平板线圈提供，粉末体位于可加热的阴模内，当线圈通电时，电磁力驱动冲头竖直向下运动，继而实现对粉末体的温压。由于采用电磁力及温压压制，使粉末体的致密度更高。
本发明所采取的技术方案提供了一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置，其特征在于：包括上固定板，绝缘板，线圈座，平板线圈，固定环，驱动片，放大器，立柱，冲头，丝杠，限位板，上模冲，阴模，下模冲，导轨，丝杆，中板，千斤顶，下固定板，方管，高速相机，磁脉冲放电设备，传感器；其中：
下固定板下表面连接方管，下固定板上表面开有螺纹孔，用以固定立柱与丝杠；下固定板上表面安置两个千斤顶，用以实现脱模、中板的运动；
丝杠通过螺母固定中板与限位板；
中板左侧开有通孔，并与阴模的内孔实现同轴心重合，进而进行脱模；中板上表面两侧各开有两个螺纹孔，用以固定导轨；
导轨中心为通孔，以安置测定压制力的传感器，导轨上开有螺纹孔，用于固定丝杆，实现阴模沿导轨凹槽的左右移动；导轨上表面两侧设置楔形凹槽，用以固定并限定阴模的运动方向；
阴模周向环绕开有6个加热棒安置孔，用以放置电加热棒；阴模中心开有直径为20mm的通孔，用以放置粉末体、上模冲、下模冲；
限位板中心开有通孔，以实现冲头的运动导向；其四周开有通孔，以贯穿丝杠；
冲头通过螺钉固定在放大器上；放大器通过螺钉与驱动片连接；驱动片在压制前与平板线圈紧密贴合；
平板线圈通过固定环与线圈座的作用，实现固定；其通过铜线与磁脉冲放电设备连接；
固定环通过螺栓将线圈座、绝缘板、线圈固定在上固定板上；上固定板通过螺钉连接立柱；
高速相机通过支架固定放置在下固定板的一侧。
进一步地，平板线圈由紫铜带绕制而成，紫铜带用绝缘胶带进行绝缘，铜带外侧涂覆环氧树脂和凝固剂，以固定在线圈座上；线圈座上开有导孔，以使线圈与外电路相连。
进一步地，阴模右侧开有两个M6的螺纹孔，以固定丝杆；阴模左侧开有直径为3mm的盲孔，盲孔距离阴模的内壁为5mm，以安置热电偶，阴模的外形与导轨的楔形槽相互贴合。
进一步地，导轨长度与中板长度一致；导轨中心开有通孔，通孔的尺寸与要放置的传感器尺寸一致；导轨左侧开有通孔，通孔孔心与阴模、中板的通孔实现同轴心。
进一步地，中板通过千斤顶的作用，带动导轨、阴模实现上下移动。
进一步地，脱模时，中板的位置固定不动，推动丝杆，使阴模沿导轨的凹槽向左移动，当阴模的通孔与导轨的通孔同轴心时，使用千斤顶，将粉末压坯自下而上从阴模内脱出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)使用电磁力进行粉末压制，所制备的粉末坯体致密度更加均匀。
(2)使用温压装置，使粉末体的加工硬化现象更加微弱，压坯的致密度进一步上升。
(3)利用导轨的楔形槽与千斤顶配合使用，可较为快捷的实现压坯的脱模。
附图说明
图1为金属基复合材料磁脉冲温压装置的左右二等角轴测图；
图2为金属基复合材料磁脉冲温压装置的剖面图；
图3为导轨的上下二等角轴测图；
图4为中板的上下二等角轴测图。
图5为阴模的剖面图；
图6为阴模的上下二等角轴测图；
图7为平板线圈及线圈座的上下二等角轴测图；
其中：1-上固定板，2-绝缘板，3-线圈座，4-平板线圈，5-固定环，6-驱动片，7-放大器，8-立柱，9-冲头，10-丝杠，11-限位板，12-上模冲，13-阴模，14-下模冲，15-导轨，16-丝杆，17-中板，18-千斤顶，19-下固定板，20-方管，21-高速相机，22-磁脉冲放电设备，23-传感器。
具体实施方式
以下将结合附图1-7对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1-2所示，该实施例提供了一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置，包括上固定板1，绝缘板2，线圈座3，平板线圈4，固定环5，驱动片6，放大器7，立柱8，冲头9，丝杠10，限位板11，上模冲12，阴模13，下模冲14，导轨15，丝杆16，中板17，千斤顶18，下固定板19，方管20，高速相机21，磁脉冲放电设备22，传感器23，其中：
下固定板19下表面连接方管20，以支撑整个装置；其上表面开有螺纹孔，用以固定立柱8与丝杠10。
所述立柱8可为直径60mm的实心钢柱，起到支撑整个装置的作用。
所述丝杠10可为直径32mm的丝杠，通过螺钉固定在下固定板19，丝杠10上安置螺母可实现中板17、限位板11的移动与固定。
所述中板17下表面放置千斤顶18，松动螺母，通过千斤顶18可实现中板17的上下移动；所述中板17上表面通过螺钉固定导轨15，所述中板17左侧开有用以脱模的通孔，具体的通孔直径可为30mm。
所述导轨15上表面开有深度20mm，宽度6mm的楔形槽，用以限定阴模13的运动；所述导轨15上表面两侧开有螺纹孔，以固定在中板17上，并同时固定丝杆16；所述导轨17左侧开有用以脱模的通孔，具体的通孔直径可为30mm；所述导轨17中心开有通孔，用以安置测定电磁压制力的传感器23。
所述阴模13周向环绕开有六个用以加热的加热孔，具体的加热孔孔径与加热棒的尺寸一致；所述阴模13右侧开有两个M6的螺纹孔，以固定连接丝杆16；所述阴模13左侧开有直径为3mm的盲孔，用以安置热电偶，进行加热温度的实时监控；所述阴模13中心开有尺寸为20mm的通孔，用以安置下模冲14、粉末、上模冲12，上模冲12与冲头9可直接接触，具体的，通孔尺寸可根据所需压坯的尺寸而变。
冲头9通过M6的螺钉连接至放大器7，放大器7通过M6的螺钉连接至驱动片6，驱动片6上表面与安置在线圈座3内的平板线圈4紧密贴合。
所述冲头9由限位板11进行运动导向；所述冲头9应具有良好的耐磨性、较高的强度，可由合金钢等制成。
所述平板线圈4由截面为3.5mm×15mm的紫铜带绕制而成，匝数为30，紫铜带用绝缘胶带进行绝缘，铜带外侧涂覆环氧树脂和凝固剂，以固定在线圈座3上。线圈座3上开有导孔，以使平板线圈4与磁脉冲放电设备22相连。
所述驱动片6由高导电率材料制成，如纯铜、纯铝等。
所述线圈座3、平板线圈4及固定环5、绝缘板2通过螺栓固定在上固定板1。
所述绝缘板2、线圈座3由绝缘材料制成，如环氧树脂、玻璃纤维等。
高速相机21通过支架固定放置在下固定板19的一侧。所述高速相机21配备分析散斑像素变化的软件系统，具体的可为VIC-2D操作系统；所述高速相机21在实验开始前，镜头对准冲头9上的散斑，并在实验中以较高的帧率采集压制中的位移照片。
所述磁脉冲放电设备22在实验前，通过设定一定的放电能量，进而在实验中将能量通过铜线传输至平板线圈4。
本发明还提供了一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压的方法，其特征在于如下步骤：
步骤1，将粉末体放入阴模13中，粉末体上下放置上模冲12、下模冲14以传递载荷。
步骤2，推动丝杆16，使阴模13与冲头9保持同轴。
步骤3，通过千斤顶18移动中板17，使上模冲12与冲头9紧密贴合。
步骤4，将电加热棒安置于阴模13的六个加热孔内，将热电偶安置在直径为3mm的盲孔内，设定加热温度，将阴模13内的粉末体加热到需要的温度。
步骤5，将高速相机21的镜头对准冲头9，打开相机，通过电脑自动采集冲头9上散斑的实时变化，以记录电磁脉冲粉末压制的速度、位移数据，连接传感器23至电脑，以记录压制中的力数据。。
步骤6，磁脉冲放电设备22向平板线圈4通电，由于电流变化，平板线圈4中产生感应磁场，感应磁场在驱动片6中激发出另一个感应磁场，两个磁场之间的强大排斥力推动驱动片6、放大器7、冲头9竖直向下移动，进而将力作用到上模冲12上，实现磁脉冲粉末温压。
步骤7，放电结束后，移动丝杆16使阴模13向左移动至脱模位置，进而通过千斤顶18将粉末体自上而下脱出，完成整个实验流程。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
Claims (3)
1.一种半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置，其特征在于：包括上固定板(1)，绝缘板(2)，线圈座(3)，平板线圈(4)，固定环(5)，驱动片(6)，放大器(7)，立柱(8)，冲头(9)，丝杠(10)，限位板(11)，上模冲(12)，阴模(13)，下模冲(14)，导轨(15)，丝杆(16)，中板(17)，千斤顶(18)，下固定板(19)，方管(20)，高速相机(21)，磁脉冲放电设备(22)，传感器(23)；其中：
下固定板(19)下表面连接方管(20)，下固定板(19)上表面开有螺纹孔，用以固定立柱(8)与丝杠(10)；下固定板(19)上表面安置两个千斤顶(18)，用以实现脱模、中板(17)的运动；
丝杠(10)通过螺母固定中板(17)与限位板(11)；
中板(17)左侧开有通孔，并与阴模(13)的内孔实现同轴心重合，进而进行脱模；中板(17)上表面两侧各开有两个螺纹孔，用以固定导轨(15)；
导轨(15)中心为通孔，以安置测定压制力的传感器(23)，导轨(15)上开有螺纹孔，用于固定丝杆(16)，实现阴模(13)沿导轨(15)凹槽的左右移动；导轨(15)上表面两侧设置楔形凹槽，用以固定并限定阴模(13)的运动方向；
阴模(13)周向环绕开有加热棒安置孔，用以放置电加热棒；阴模(13)中心开有通孔，用以放置粉末体、上模冲(12)、下模冲(14)；
限位板(11)中心开有通孔，以实现冲头(9)的运动导向；其四周开有通孔，以贯穿丝杠(10)；
冲头(9)通过螺钉固定在放大器(7)上；放大器(7)通过螺钉与驱动片(6)连接；平板线圈(4)通过固定环(5)与线圈座(3)的作用，实现固定；其通过铜线与磁脉冲放电设备(22)连接；
固定环(5)通过螺栓将线圈座(3)、绝缘板(2)、线圈(4)固定在上固定板(1)上；上固定板(1)通过螺钉连接立柱(8)；
高速相机(21)通过支架固定放置在下固定板(19)的一侧；
导轨(15)长度与中板(17)长度一致；导轨(15)中心开有通孔，通孔的尺寸与要放置的传感器(23)尺寸一致；导轨(15)左侧开有通孔，通孔孔心与阴模(13)、中板(17)的通孔实现同轴心；
中板(17)通过千斤顶(18)的作用，带动导轨(15)、阴模(13)实现上下移动；
脱模时，中板(17)的位置固定不动，推动丝杆(16)，使阴模(13)沿导轨(15)的凹槽向左移动，当阴模(13)的通孔与导轨(15)的通孔同轴心时，使用千斤顶(18)，将粉末压坯自下而上从阴模(13)内脱出；
磁脉冲温压装置通过以下方式工作：
步骤1，将粉末体放入阴模(13)中，粉末体上下放置上模冲(12)、下模冲(14)以传递载荷；
步骤2，推动丝杆(16)，使阴模(13)与冲头(9)保持同轴；
步骤3，通过千斤顶(18)移动中板(17)，使上模冲(12)与冲头(9)紧密贴合；
步骤4，将电加热棒安置于阴模(13)的六个加热孔内，将热电偶安置在直径为3mm的盲孔内，设定加热温度，将阴模(13)内的粉末体加热到需要的温度；
步骤5，将高速相机(21)的镜头对准冲头(9)，打开相机，通过电脑自动采集冲头(9)上散斑的实时变化，以记录电磁脉冲粉末压制的速度、位移数据，连接传感器(23)至电脑，以记录压制中的力数据；
步骤6，磁脉冲放电设备(22)向平板线圈(4)通电，由于电流变化，平板线圈(4)中产生感应磁场，感应磁场在驱动片(6)中激发出另一个感应磁场，两个磁场之间的强大排斥力推动驱动片(6)、放大器(7)、冲头(9)竖直向下移动，进而将力作用到上模冲(12)上，实现磁脉冲粉末温压；
步骤7，放电结束后，移动丝杆(16)使阴模(13)向左移动至脱模位置，进而通过千斤顶(18)将粉末体自上而下脱出，完成整个实验流程。
2.根据权利要求1所述的半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置，其特征在于：平板线圈(4)由紫铜带绕制而成，紫铜带用绝缘胶带进行绝缘，铜带外侧涂覆环氧树脂和凝固剂，以固定在线圈座(3)上；线圈座(3)上开有导孔，以使线圈与外电路相连。
3.根据权利要求1所述的半自动化的基于金属基复合材料的磁脉冲温压装置，其特征在于：阴模(13)右侧开有两个M6的螺纹孔，以固定丝杆(16)；阴模(13)左侧开有直径为3mm的盲孔，盲孔距离阴模(13)的内壁为5mm，以安置热电偶，阴模(13)的外形与导轨(15)的楔形槽相互贴合。
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