CN112809888A - 一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具及其方法。一套模具只能成型一种规格靶材的情况，脱模操作繁琐易对已成型靶材造成二次损坏，造成边角处成型质量差。本发明中下膜仁上套装有下膜环体，底座上加工有配合下膜仁的升降孔，下膜仁沿升降孔的高度方向作出上升或下降动作，下膜仁的顶面为下压面，底座上方设置有压圈，底座和压圈之间设置有多个弹性限位件，弹性限位件的调节方向与下膜仁的升降方向同向，压圈的上方配合设置有上膜仁，上膜仁外套装有上定位套，上膜仁的上压面、压圈、底座和下膜仁的下压面之间形成有容积可调的型腔。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具及其方法。
背景技术
粉末压铸成型是材料工程制备靶材的重要工艺手段，是通过压力机对成型模具施加压力，使得材料粉末之间通过PVA粘合形成成固态靶材，靶材形状通常为圆柱形薄片。由于大多数靶材尺寸及厚度均较小，所以对模具的强度及压力机的动力要求较低，目前的粉末压铸成型模具多是由单动力压力机进行轴向加载，而该加载方式的粉末压铸成型模具在脱模及多尺寸靶材粉末成型的适用度上有所不足，特别是当所成型靶材尺寸及厚度较大时，由于模具本身尺寸、结构及压力机动力的限制，不能做到实时调节模腔高度、尺寸，常会出现一套模具只能成型一种规格靶材的情况，同时由于脱模方法较为繁复，脱模易对已成型靶材造成二次损坏，造成边角处成型质量差，影响后续试验结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具及其方法，以解决一套模具只能成型一种规格靶材的情况，同时由于脱模方法较为繁复，脱模易对已成型靶材造成二次损坏，造成边角处成型质量差的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，包括上定位套、上膜仁、下膜环体和下膜仁，所述下膜仁上套装有下膜环体，下膜环体包括压圈、底座和多个弹性限位件，所述底座上加工有配合下膜仁的升降孔，下膜仁沿升降孔的高度方向作出上升或下降动作，下膜仁的顶面为下压面，底座的上方设置有压圈，底座和压圈之间设置有多个弹性限位件，弹性限位件的调节方向与下膜仁的升降方向同向，压圈的上方配合设置有上膜仁，上膜仁外套装有上定位套，上膜仁的上压面、压圈、底座和下膜仁的下压面之间形成有容积可调的型腔。
作为优选方案：压圈与升降孔同轴设置，升降孔的内径与压圈的内孔内径相等。
作为优选方案：上膜仁的上压面与压圈的顶面之间形成有通气缝隙。
作为优选方案：上膜仁和下膜仁均为圆柱体。
作为优选方案：每个弹性限位件包括弹簧，弹簧的两端分别压圈和底座相连接。
作为优选方案：每个弹性限位件还包括伸缩杆，伸缩杆设置在弹簧内，伸缩杆的上端与压圈的下端面相连接，伸缩杆的下端为悬空端。
作为优选方案：下膜仁的底部加工有安装孔，安装孔的孔深方向与下膜仁的轴向方向同向，下膜仁的外侧壁上加工有安装孔相连通的多个下定位孔，每个下定位孔内对应设置有一个贯穿螺栓，底座的外壁上加工有多个第一连接孔。
作为优选方案：底座的外壁上设置有拨料机构，拨料机构包括支撑座体、插销和拨杆，所述支撑座体与底座的外壁可拆卸连接，底座上铰接有插销，插销的顶部加工有插孔，插孔内插设有拨杆。
作为优选方案：上定位套的顶部外壁上加工有多个上定位孔，上定位套的外壁上还加工有与上膜仁可拆卸连接的多个上定位孔，每个上定位孔内对应设置有一个沉头螺栓。
利用具体实施方式一所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具形成的方法，其特征在于：所述方法的操作步骤为：
粉末充填步骤：将下膜环体通过第一连接孔设置在升降机构的两内壁上，将下模仁通过安装孔与升降机构相连接，同时通过下定位孔与贯穿螺栓相配合实现对下模仁与升降机构的进一步定位过程；定位完毕后，启动升降机构，升降机构同时驱动下膜环体和下模仁进行下降动作，下膜环体下降的同时与上定位套分离，从而使多个弹性限位件伸长，下模仁的下压面和压圈之间形成有模槽，利用粉末添加工具在压圈的顶面上添加待铸粉末到模槽中，确保待铸粉末均匀布满在模槽内，待铸粉末的厚度与模槽的槽深相配合；
合模步骤：粉末添加完毕后，操作升降机构使下模仁和下膜环体同时上升，上升速率为4mm/s，直至压圈与上定位套下端面相接触后再进行驱动上升动作直至压圈的下端面与底座的上端面相贴紧，此时弹性限位件被压缩在压圈和底座之间，从而形成待铸粉末全部置于容积可调的型腔中，再确保下膜环体静止不动，控制升降机构将下模仁继续上升，上升速率为1mm/s，保证下模仁在上升过程中待铸粉末始终能够在模腔内处于均匀分布状态，直至下模仁的上端面与底座的上端面处于同一平面上时停止；
压缩步骤：驱动下模仁上升使待铸粉末接触到上模仁的下端面时，给予待铸粉末2～5Mpa的预紧力，使待铸粉末中颗粒之间的间隔变小，实现颗粒间初步接触，提升靶材成型质量；下模仁继续上升待铸粉末处于压缩状态，保持该压缩状态的时间为4～12min，从而确保压缩成型完整性，当处于压缩时间内时，同时还要确保下模仁给待铸粉末每平方厘米的压力值范围为10～50Mpa，当压力值范围在10～50MPa内时，待铸粉末的相对密度和成形压力之间处于正相关关系，直至确保成型靶材的致密度达到47.5％时，即表明完成压缩成型操作；
脱模步骤：待铸粉末压铸成型至成型靶材后，控制升降机构将下膜环体和下模仁同时下降，直至弹性限位件处于自然长度状态，压圈和底座之间形成有空隙，将拨杆穿过插销上的插孔后靠近成型靶材的底部，通过插销在支撑座体上的扭转使拨杆在下模仁的上端面上作出水平转动动作，从而实现剥离成型靶材的过程，从而完成脱模操作。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
一、本发明结构设置合理，操作灵活具有通用性，通过处于静态的上定位套和上膜仁与处于动态的下膜环体和下膜仁之间相互配合，实现全程可停可调的多种压缩成型模式操作，确保粉末压铸成型的质量，能够实现微调效果。
二、本发明的下膜环体中压圈、底座和多个弹性限位件之间相互配合能够实现集中且多阶段的操作效果，配合实现下膜仁动态调节过程中的多种微调处理操作，利于提升成型质量。
三、本发明通过对下模仁、下模环分别独立施加动力，可以根据所需成形靶材的厚度、粉末量自由调节模槽深度，以扩大本模具的适用度，可使用一套模具即可对不同厚度，不同粉末量的靶材进行冲压，同时使得模具损坏后维修、替换更为方便迅速。
四、将下模环分为压边圈、底座两部分并通过弹簧连接，在合模步骤时可以保证上模仁与模腔的同轴度、提高成型质量的同时，降低材料使用量以节省模具制造维修成本。此外，在靶材进行脱模时，下模仁只需将靶材顶出到压边圈与底座间由弹簧形成的间隔中，由拨料机构横向取下靶材，降低脱模难度且避免了靶材摩擦模腔造成的质量下降。
附图说明
图1是本发明中模具的主视结构剖面示意图；
图2是本发明中模具在脱模过程的主视结构示意图；
图3是上定位套和上膜仁之间连接关系的立体结构示意图；
图4是下膜环体和下膜仁之间连接关系的立体结构示意图；
图5为下膜环体、下膜仁和拨料机构之间相互配合的立体结构示意图；
图6为拨料机构的立体结构示意图；
图7为插销的立体结构示意图。
图中，1-上定位套；2-上膜仁；4-下膜环体；41-压圈；42-弹性限位件；43-底座；5-下膜仁；6-拨料机构；61-支撑座体；62-插销；63-拨杆；64-插孔；12-通气缝隙；14-安装孔；15-下定位孔；16-贯穿螺栓；17-第一连接孔；18-上定位孔；19-上定位孔；20-沉头螺栓；21-待铸粉末。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式包括上定位套1、上膜仁2、下膜环体4和下膜仁5，所述下膜仁5上套装有下膜环体4，下膜环体4包括压圈41、底座43和多个弹性限位件42，所述底座43上加工有配合下膜仁5的升降孔10，下膜仁5沿升降孔10的高度方向作出上升或下降动作，下膜仁5的顶面为下压面，底座4-3的上方设置有压圈41，底座43和压圈41之间设置有多个弹性限位件42，弹性限位件42的调节方向与下膜仁5的升降方向同向，压圈41的上方配合设置有上膜仁2，上膜仁2外套装有上定位套1，上膜仁2的上压面、压圈41、底座4-3和下膜仁5的下压面之间形成有容积可调的型腔13。
本实施方式中上定位套1、上膜仁2、下膜环体4和下膜仁5为动静结合的加工模具，有效提高成型质量。
本实施方式中的升降机构为现有产品，优选型号为EC600的板材成型试验平台。
具体实施方式二：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式中压圈41与升降孔10同轴设置，升降孔10的内径与压圈41的内孔内径相等。如此设置能够提升本发明加工质量。
具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定，本实施方式中上膜仁2的上压面与压圈41的顶面之间形成有通气缝隙12。由于待铸粉末21在上膜仁2的上压面和下模仁5下压面之间被紧密压缩，下模仁5向上移动压缩待铸粉末21时型腔13内易残留空气，会导致降低本发明对待铸粉末21的压缩力，而通气缝隙12的设置能够确保型腔13能够及时排出残留空气，保证成型质量。
进一步的，通气缝隙12的间隙宽度为3～5mm。如此宽度范围既能够确保通气缝隙12实现正常的排气性能，还能够不影响上膜仁2和下模仁5之间挤压成型的使用性能。
具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式一、二或三的进一步限定，上膜仁2和下膜仁5均为圆柱体。
具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一、二、三或四的进一步限定，每个弹性限位件42包括弹簧，弹簧的两端分别压圈41和底座43相连接。
本实施方式中弹簧为现有产品，弹簧的优选尺寸为TF15～25×20～30。
具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四或五的进一步限定，每个弹性限位件42还包括伸缩杆，伸缩杆设置在弹簧内，伸缩杆的上端与压圈41的下端面相连接，伸缩杆的下端为悬空端。
本实施方式中伸缩杆的外径小于或等于弹簧外径的一半。
本实施方式中压圈41的下端面加工有上容纳盲孔，底座43的上端面加工有下容纳盲孔。
具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五或六的进一步限定，本实施方式中下膜仁5的底部加工有安装孔14，安装孔14的孔深方向与下膜仁5的轴向方向同向，下膜仁5的外侧壁上加工有安装孔14相连通的多个下定位孔15，每个下定位孔15内对应设置有一个贯穿螺栓16，底座43的外壁上加工有多个第一连接孔17。
具体实施方式八：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六或七的进一步限定，本实施方式中底座43的外壁上设置有拨料机构6，拨料机构6包括支撑座体61、插销62和拨杆63，所述支撑座体61与底座43的外壁可拆卸连接，底座43上铰接有插销62，插销62的顶部加工有插孔64，插孔64内插设有拨杆63。
进一步的，插孔64的形状与拨杆63的纵向截面形状相配合设置。
具体实施方式九：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的进一步限定，上定位套1的顶部外壁上加工有多个上定位孔18，上定位套1的外壁上还加工有与上膜仁2可拆卸连接的多个上定位孔19，每个上定位孔19内对应设置有一个沉头螺栓20。
具体实施方式十：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式中的方法包括如下步骤：
粉末充填步骤：将下膜环体4通过第一连接孔17设置在升降机构的两内壁上，将下模仁5通过安装孔14与升降机构相连接，同时通过下定位孔15与贯穿螺栓16相配合实现对下模仁5与升降机构的进一步定位过程；定位完毕后，启动升降机构，升降机构同时驱动下膜环体4和下模仁5进行下降动作，下膜环体4下降的同时与上定位套1分离，从而使多个弹性限位件42伸长，下模仁5的下压面和压圈41之间形成有模槽，利用粉末添加工具在压圈41的顶面上添加待铸粉末21到模槽中，确保待铸粉末21均匀布满在模槽内，待铸粉末21的厚度与模槽的槽深相配合；
合模步骤：粉末添加完毕后，操作升降机构使下模仁5和下膜环体4同时上升，上升速率为4mm/s，直至压圈41与上定位套1下端面相接触后再进行驱动上升动作直至压圈41的下端面与底座43的上端面相贴紧，此时弹性限位件42被压缩在压圈41和底座43之间，从而形成待铸粉末21全部置于容积可调的型腔13中，再确保下膜环体4静止不动，控制升降机构将下模仁5继续上升，上升速率为1mm/s，保证下模仁5在上升过程中待铸粉末21始终能够在模腔内处于均匀分布状态，直至下模仁5的上端面与底座43的上端面处于同一平面上时停止；
脱模步骤：待铸粉末21压铸成型至成型靶材后，控制升降机构将下膜环体4和下模仁5同时下降，直至弹性限位件42处于自然长度状态，压圈41和底座43之间形成有空隙，将拨杆63穿过插销62上的插孔64后靠近成型靶材的底部，通过插销62在支撑座体61上的扭转使拨杆63在下模仁5的上端面上作出水平转动动作，从而实现剥离成型靶材的过程，从而完成脱模操作。
本发明中未公开部分均为现有技术，其具体结构、材料及工作原理不再详述。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：包括上定位套(1)、上膜仁(2)、下膜环体(4)和下膜仁(5)，所述下膜仁(5)上套装有下膜环体(4)，下膜环体(4)包括压圈(41)、底座(43)和多个弹性限位件(42)，所述底座(43)上加工有配合下膜仁(5)的升降孔(10)，下膜仁(5)沿升降孔(10)的高度方向作出上升或下降动作，下膜仁(5)的顶面为下压面，底座(4-3)的上方设置有压圈(41)，底座(43)和压圈(41)之间设置有多个弹性限位件(42)，弹性限位件(42)的调节方向与下膜仁(5)的升降方向同向，压圈(41)的上方配合设置有上膜仁(2)，上膜仁(2)外套装有上定位套(1)，上膜仁(2)的上压面、压圈(41)、底座(4-3)和下膜仁(5)的下压面之间形成有容积可调的型腔(13)。
2.根据权利要求1所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：压圈(41)与升降孔(10)同轴设置，升降孔(10)的内径与压圈(41)的内孔内径相等。
3.根据权利要求1所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：上膜仁(2)的上压面与压圈(41)的顶面之间形成有通气缝隙(12)。
4.根据权利要求1所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：上膜仁(2)和下膜仁(5)均为圆柱体。
5.根据权利要求1所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：每个弹性限位件(42)包括弹簧，弹簧的两端分别压圈(41)和底座(43)相连接。
6.根据权利要求5所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：每个弹性限位件(42)还包括伸缩杆，伸缩杆设置在弹簧内，伸缩杆的上端与压圈(41)的下端面相连接，伸缩杆的下端为悬空端。
7.根据权利要求1或4所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：下膜仁(5)的底部加工有安装孔(14)，安装孔(14)的孔深方向与下膜仁(5)的轴向方向同向，下膜仁(5)的外侧壁上加工有安装孔(14)相连通的多个下定位孔(15)，每个下定位孔(15)内对应设置有一个贯穿螺栓(16)，底座(43)的外壁上加工有多个第一连接孔(17)。
8.根据权利要求7所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：底座(43)的外壁上设置有拨料机构(6)，拨料机构(6)包括支撑座体(61)、插销(62)和拨杆(63)，所述支撑座体(61)与底座(43)的外壁可拆卸连接，底座(43)上铰接有插销(62)，插销(62)的顶部加工有插孔(64)，插孔(64)内插设有拨杆(63)。
9.根据权利要求1所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具，其特征在于：上定位套(1)的顶部外壁上加工有多个上定位孔(18)，上定位套(1)的外壁上还加工有与上膜仁(2)可拆卸连接的多个上定位孔(19)，每个上定位孔(19)内对应设置有一个沉头螺栓(20)。
10.利用权利要求1所述的一种双动力压力式大尺寸陶瓷靶材成型模具形成的方法，其特征在于：所述方法的操作步骤为：
粉末充填步骤：将下膜环体(4)通过第一连接孔(17)设置在升降机构的两内壁上，将下模仁(5)通过安装孔(14)与升降机构相连接，同时通过下定位孔(15)与贯穿螺栓(16)相配合实现对下模仁(5)与升降机构的进一步定位过程；定位完毕后，启动升降机构，升降机构同时驱动下膜环体(4)和下模仁(5)进行下降动作，下膜环体(4)下降的同时与上定位套(1)分离，从而使多个弹性限位件(42)伸长，下模仁(5)的下压面和压圈(41)之间形成有模槽，利用粉末添加工具在压圈(41)的顶面上添加待铸粉末(21)到模槽中，确保待铸粉末(21)均匀布满在模槽内，待铸粉末(21)的厚度与模槽的槽深相配合；
合模步骤：粉末添加完毕后，操作升降机构使下模仁(5)和下膜环体(4)同时上升，上升速率为4mm/s，直至压圈(41)与上定位套(1)下端面相接触后再进行驱动上升动作直至压圈(41)的下端面与底座(43)的上端面相贴紧，此时弹性限位件(42)被压缩在压圈(41)和底座(43)之间，从而形成待铸粉末(21)全部置于容积可调的型腔(13)中，再确保下膜环体(4)静止不动，控制升降机构将下模仁(5)继续上升，上升速率为1mm/s，保证下模仁(5)在上升过程中待铸粉末(21)始终能够在模腔内处于均匀分布状态，直至下模仁(5)的上端面与底座(43)的上端面处于同一平面上时停止；
压缩步骤：驱动下模仁(5)上升使待铸粉末(21)接触到上模仁(2)的下端面时，给予待铸粉末(21)2～5Mpa的预紧力，使待铸粉末(21)中颗粒之间的间隔变小，实现颗粒间初步接触，提升靶材成型质量；下模仁(5)继续上升待铸粉末(21)处于压缩状态，保持该压缩状态的时间为4～12min，从而确保压缩成型完整性，当处于压缩时间内时，同时还要确保下模仁(5)给待铸粉末(21)每平方厘米的压力值范围为10～50Mpa，当压力值范围在10～50MPa内时，待铸粉末(21)的相对密度和成形压力之间处于正相关关系，直至确保成型靶材的致密度达到47.5％时，即表明完成压缩成型操作；
脱模步骤：待铸粉末(21)压铸成型至成型靶材后，控制升降机构将下膜环体(4)和下模仁(5)同时下降，直至弹性限位件(42)处于自然长度状态，压圈(41)和底座(43)之间形成有空隙，将拨杆(63)穿过插销(62)上的插孔(64)后靠近成型靶材的底部，通过插销(62)在支撑座体(61)上的扭转使拨杆(63)在下模仁(5)的上端面上作出水平转动动作，从而实现剥离成型靶材的过程，从而完成脱模操作。
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