CN113458397B - 金属粉末烧结与原位挤压一体设备及烧结挤压复合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备，包括烧结炉体、挤压模具和挤压驱动系统，挤压模具设置于炉腔内，包括凹模组件和与凹模组件匹配的凸模组件；凹模组件内用于装填金属粉末，以使金属粉末在炉腔内热压烧结形成烧结坯料，凸模组件用于对烧结坯料进行多道次累积反向挤压或累积复合挤压，挤压驱动系统用于驱动凸模组件。通过将挤压模具集成设置在烧结炉体内，使烧结工艺与原位累积反向挤压或原位累积复合挤压工艺有效结合，解决传统压力机上开展相关工作还需将烧结金属材料冷却后转运以及二次加热或多次加热，从而造成材料的氧化、晶粒粗化和能源浪费的问题。另外，本发明提出一种烧结挤压复合工艺。

Description

金属粉末烧结与原位挤压一体设备及烧结挤压复合工艺

技术领域

本发明属于金属挤压成形技术领域，特别是涉及一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备及烧结挤压复合工艺。

背景技术

金属材料的大塑性变形工艺是细化材料晶粒尺寸和优化显微组织状态的有效工艺方法之一，可有效提高材料的综合性能。目前，金属材料大塑性变形工艺多见于锻造、轧制、挤压、旋压、扭转等。其中，金属材料的挤压变形工艺利用外加压力使材料在模具的作用下产生大塑性变形，可有效改善材料的性能，生产效率和材料利用率高。金属材料挤压变形可按力的施加方向与材料流动方向的关系分为正挤压变形、反挤压变形和复合挤压变形等。实际生产中，为了获得足够的塑性变形程度和充分细化金属材料的显微组织，往往采用多道次累积挤压变形工艺。

热压烧结是制备粉末冶金新金属材料的一种烧结工艺方法，但由于该工艺方法往往需要在较高的温度下保持较长时间的烧结压力，烧结金属材料往往晶粒粗大，限制了材料综合性能的提高。因此，需对烧结金属材料进行多道次大塑性变形以期改善其综合性能，多道次累积挤压变形工艺也受到了越来越多的重视。

而在传统压力机上进行热压烧结金属材料的多道次累积挤压变形，需要经历烧结金属材料在烧结设备中的冷却、取出以及向传统压力机的转运环节，变形前要进行二次加热或多次加热，二次加热或多次加热不仅极大地浪费了能源消耗，也不利于细化材料的晶粒尺寸和改善材料的综合性能，同时也很难满足易氧化金属材料的惰性气体气氛保护。因此，提出一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备及烧结挤压复合工艺，来克服上述现有技术问题，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备及烧结挤压复合工艺，以解决传统压力机上开展相关工作还需将烧结金属材料冷却后转运以及二次加热或多次加热，从而造成材料的氧化、晶粒粗化和能源浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备，主要包括：

烧结炉体，包括具有前开口的炉腔，所述前开口处设置有炉门；

挤压模具，所述挤压模具设置于所述炉腔内，包括凹模组件和与所述凹模组件匹配的凸模组件；所述凹模组件内用于装填金属粉末，以使所述金属粉末在所述炉腔内热压烧结形成烧结坯料，所述凸模组件用于对所述烧结坯料进行原位多道次累积反向挤压或累积复合挤压；

挤压驱动系统，所述挤压驱动系统与所述凸模组件连接，用于驱动所述凸模组件移动。

可选的，所述凹模组件包括：

模套，所述模套通过下模座安装于所述炉腔底部；

凹模，所述凹模装配于所述模套内，所述凹模上开设有贯穿所述凹模上下两端的内孔。

可选的，所述凸模组件包括：

上第一凸模，所述上第一凸模用于与所述内孔的上端配合；

上第二凸模，所述上第二凸模用于与所述内孔的上端配合，且所述上第二凸模套设于所述上第一凸模的外周；所述上第二凸模用于和所述上第一凸模共同挤压或交替挤压所述烧结坯料的上端面；

下凸模，所述下凸模的外周装配有下镶嵌模，所述下镶嵌模装配于所述内孔的下端，所述下镶嵌模用于托载所述烧结坯料的下端面，所述下凸模用于托载或挤压所述烧结坯料的所述下端面；

所述上第一凸模、所述上第二凸模和所述下凸模均与所述挤压驱动系统连接。

可选的，所述挤压驱动系统为液压驱动系统，其包括：

上工作主缸，所述上工作主缸的缸杆用于驱动所述上第一凸模下行；

上工作副缸，所述上工作副缸的缸杆通过导向柱与所述上第二凸模固定连接，所述上第一凸模的顶端连接固定板，所述固定板与所述导向柱滑动连接；所述上工作副缸用于驱动所述上第二凸模下行；

回程缸，所述回程缸的缸杆与所述上第二凸模连接，用于带动所述上第二凸模上行；当所述上第二凸模上行至与所述固定板相抵后，能够带动所述固定板及所述上第一凸模一同上行；

下工作缸，所述下工作缸的缸杆连接下压头，用于驱动所述下凸模上行。

可选的，还包括框架结构，所述框架结构包括自上而下依次设置的上横梁、活动横梁和下横梁，其中，

所述上横梁和所述下横梁之间通过立柱固定连接，所述活动横梁滑动安装于所述立柱上；

所述烧结炉体固定安装于所述下横梁上，所述活动横梁位于所述烧结炉体的上方；

所述上工作主缸和所述上工作副缸固定安装于所述上横梁上，且所述上工作副缸的缸杆与所述活动横梁固定连接，所述上第一凸模和所述上第二凸模均位于所述活动横梁的下方，且所述上第二凸模与所述活动横梁固定连接，所述上工作主缸的缸杆在伸缩时能够贯穿所述活动横梁；

所述回程缸和所述下工作缸均安装于所述下横梁上，所述回程缸的缸杆与所述活动横梁连接；所述下凸模贯穿所述下横梁设置。

可选的，还包括固定工作台和用于装载所述挤压模具的移动工作台，所述烧结炉体固定于所述固定工作台上，所述固定工作台的一侧设置有承重台，所述移动工作台通过滑动组件安装于所述固定工作台上；其中，所述滑动组件包括：

第一丝杠，所述第一丝杠可转动安装于所述移动工作台与所述承重台之间；

第一丝母，所述第一丝母固定连接于所述移动工作台，且所述第一丝母与所述第一丝杠配合连接；

第一蜗杆，所述第一蜗杆与所述第一丝杠啮合连接；

第一驱动装置，所述第一驱动装置与所述第一蜗杆连接，以驱动所述移动工作台移出或移入所述烧结炉体内。

可选的，所述炉门通过升降组件安装于所述炉腔上，所述升降组件包括：

第二丝杠，所述第二丝杠设置于所述前开口的两侧；

第二丝母，所述第二丝母固定连接于所述炉门，且所述第二丝母与所述第二丝杠配合连接；

第二蜗杆，所述第二蜗杆与所述第二丝杠啮合连接；

第三蜗杆，所述第三蜗杆安装于所述移动工作台与所述承重台之间，所述第三蜗杆与所述第二蜗杆垂直且相互啮合；

第二驱动装置，所述第二驱动装置与所述第三蜗杆连接，以驱动所述炉门打开或封闭所述前开口。

可选的，所述炉腔为碳棒式炉腔，所述碳棒式炉腔内设置有用于环绕所述挤压模具设置的加热碳棒；所述碳棒式炉腔的侧壁设置有保温隔热层。

可选的，还包括惰性气源和/或抽真空系统，所述惰性气源和/或所述抽真空系统均与所述炉腔内部连接。

同时，本发明提出一种烧结挤压复合工艺，用于实现金属粉末的烧结和烧结坯料的原位累积反向挤压或复合挤压，主要包括：

装填金属粉末；

烧结所述金属粉末，以形成烧结坯料；

保持所述烧结坯料位置不变，以对所述烧结坯料进行原位多道次累积反向挤压变形或多道次累积复合挤压变形，形成变形制件；

取出所述变形制件。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的金属粉末烧结与原位挤压一体设备，一体化结构设计，新颖合理，通过将挤压模具集成设置在用于金属粉末烧结的烧结炉体内，使烧结工艺与原位累积反向挤压或原位累积复合挤压工艺有效结合，与传统热压烧结装置加传统压力机开展的金属材料的热压烧结和后续的多道次累积挤压变形相比，解决了传统压力机上开展相关工作还需烧结金属材料冷却后转运以及二次加热或多次加热的问题，不仅有利于细化金属材料的晶粒尺寸和提高金属材料的综合力学性能，避免多次加热造成材料的氧化、晶粒粗化和能源浪费等问题，而且提高了工艺流程的生产效率和能源利用率，也改善了操作人员的工作环境，实用性强。

另外，本发明提出的烧结挤压复合工艺，将粉末烧结工艺与原位累积反向挤压或累积复合挤压工艺有效集成，操作方便，可在不改变制品外形尺寸的情况下有效细化金属材料的晶粒尺寸和提高金属材料的综合性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的金属粉末烧结与原位挤压一体设备的主视图；

图2为本发明实施例所公开的金属粉末烧结与原位挤压一体设备的侧视图；

图3为本发明实施例所公开的金属粉末烧结与原位挤压一体设备的俯视图；

图4为本发明实施例所公开的挤压模具的结构示意图；

图5为本发明实施例所公开的金属粉末烧结-累积反向挤压的工艺流程图；

图6为本发明实施例所公开的金属粉末烧结-累积复合挤压的工艺流程图。

其中，附图标记为：100—金属粉末烧结与原位挤压一体设备、1—下工作缸、2—下横梁、3—回程缸、4—下压头、5—固定工作台、6—隔热板、7—出气孔、8—炉腔、9—加热碳棒、10—进气孔、11—活动横梁、12—紧固螺栓、13—上横梁、14—立柱、15—上工作主缸、16—上工作副缸、17—上压头、18—法兰套、19—冷却水道、20—移动工作台、21—第二丝杠、22—第二蜗杆、23—第二电机、24—第一电机、25—承重台、26—炉门、27—第三蜗杆、28—第一丝杠、29—第一蜗杆、30—下模座、31—下镶嵌模、32—下凸模、33—模套、34—凹模、35—上第二凸模、36—导向柱、37—垫板、38—固定板、39—限位板、40—上第一凸模。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的之一是提供一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备，以解决传统压力机上开展相关工作还需将烧结金属材料冷却后转运以及二次加热或多次加热，从而造成材料的氧化、晶粒粗化和能源浪费的问题。

本发明的另一目的是提供一种烧结挤压复合工艺，以将粉末烧结工艺与原位累积反向挤压或累积复合挤压工艺有效集成。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-4所示，本实施例提供一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备100，其具体为一种具有密闭空间惰性气体气氛保护或真空环境下进行金属粉末烧结和原位累积反向或累积复合挤压功能的液压设备。该设备主要由框架结构、烧结炉体、挤压模具、用于驱动挤压模具的液压驱动系统、气氛保护系统和冷却系统所构成。其中：

挤压模具设置于烧结炉体的炉腔8内，包括凹模组件和与凹模组件匹配的凸模组件，凹模组件主要由下模座30、模套33和凹模34构成，凹模34内用于装填金属粉末，凸模组件与凹模组件使金属粉末在炉腔8内热压烧结形成烧结坯料，凸模组件包括上第一凸模40、上第二凸模35和下凸模32，用于对烧结坯料进行原位多道次累积反向挤压或累积复合挤压。

框架结构具体为一种三梁四柱式框架结构，包括上横梁13、下横梁2、活动横梁11以及四根立柱14，上横梁13、活动横梁11和下横梁2由上至下依次设置，且上横梁13、活动横梁11和下横梁2的四角均开设通孔，上横梁13、下横梁2的四角分别通过立柱螺母与立柱14的上端、下端连接，四根立柱14穿过活动横梁11，上横梁13、活动横梁11和下横梁2与四根立柱14组成上述框架结构。

烧结炉体包括固定式的炉腔8、炉门26、移动工作台20、固定工作台5、炉门升降组件、挤压模具移出或移入组件等。其中，固定工作台5固定在下横梁2上，固定工作台5前端设置承重台25，承重台25上装载上述炉门升降组件和挤压模具移出或移入组件。其中，挤压模具移出或移入组件为一种滑动组件，主要包括第一驱动装置、第一丝杠28、与第一丝杠28配合的丝母以及第一蜗杆29，移动工作台20设置在固定工作台5之上，移动工作台20下端和承重台25上端两侧分别设置一第一丝杠28，移动工作台20上对称设置两个分别与两根第一丝杠28配合的丝母，第一丝杠28与一条与其垂直且置于承重台25上端的第一蜗杆29通过涡轮蜗杆结构啮合传动，从而控制移动工作台20移出或移入炉腔，上述凹模组件优选固连在移动工作台20上端，可以随着移动工作台20的运动实现挤压模具的移出或移入工作，挤压模具移出炉腔8后，可用于挤压模具的拆装或装填金属粉末。其中，第一驱动装置可以为第一电机24，第一电机24的输出端连接与第一蜗杆29啮合涡轮。

进一步地，本实施例中，上述炉门26通过炉门升降组件滑动安装于炉腔8的前开口处，炉门升降组件包括第二电机23、第二蜗杆22、第三蜗杆27、第二丝杠21和与第二丝杠21连接的丝母，第二电机23设置在承重台25中，第二电机23的输出端连接有第二涡轮，移动工作台20下端和承重台25上端之间对称设有两根第二蜗杆22，任意一根第二蜗杆22均与一条与其垂直且置于承重台25上端的第三蜗杆27通过涡轮蜗杆结构啮合传动，炉腔8的前开口处对称设置两根第二丝杠21，炉门26上对称设置两个分别与两根第二丝杠21配合的丝母，第二丝杠21和与其垂直的第二蜗杆22通过涡轮蜗杆结构啮合传动，从而实现炉门26的升降运动，进而控制炉门26的开合。

于本具体实施例中，烧结炉体可优选为碳棒式烧结炉体，主要包括碳棒式加热的炉腔8和炉门26两部分，炉腔8内设置有加热碳棒9、保温隔热层、框架层、进气孔10和出气孔7，进气孔10与气氛保护系统，即惰性气源(惰性气源可以是惰性气体存贮装置)连接，出气孔7与抽真空装置连接，实现炉腔内的惰性气体气氛保护环境或真空环境；碳棒式炉腔8在其顶部设有通孔，上压头17(和下述的“上压头17”为同一装置，下面会具体说到)一端通过该通孔进入炉腔8内部，上压头17另一端与活动横梁11连接，上压头17外部设置与其配合的法兰套18实现炉体和上压头17之间的密封，炉腔8的底部通过螺栓固定在固定工作台5上。其中，作为优选方式，上述抽真空装置可为抽真空泵。

本具体实施例中，如图1所示，液压驱动系统包括一个上工作主缸15、两个上工作副缸16、一个下工作缸1、两个回程缸3，上工作主缸15为活塞式液压缸，上工作主缸15的缸体固定在上横梁13的中心，上工作主缸15的活塞杆依次通过活动横梁11的中间通孔和上压头17内孔，上工作主缸15的活塞杆的下端与挤压模具中的垫板37相抵；上工作副缸16为柱塞式液压缸，两个上工作副缸16缸体对称固定在上横梁13上，上工作副缸16的柱塞杆的自由端连接在活动横梁11上；下工作缸1为活塞式液压缸，下工作缸1的缸体固定在下横梁2的中心，下工作缸1的活塞杆的自由端与下压头4连接；回程缸3为柱塞式液压缸，回程缸3的缸体对称固定在下横梁2的两侧，回程缸3的柱塞穿过活动横梁11两侧通孔并通过螺栓与活动横梁11连接。

于本具体实施例中，如图1-4所示，上压头17下方设置导向柱36，导向柱36下方设置上第二凸模35，上第二凸模35内部套设与其配合的上第一凸模40，上第一凸模40上方设置与其配合的固定板38和垫板37，下压头4上方设置下凸模32，下凸模32外部设置与其配合的下镶嵌模31，下镶嵌模31与粉末接触并与凹模34内孔配合，凹模34、下镶嵌模31、下凸模32、上第一凸模40和上第二凸模35组成容纳金属粉末和烧结的模腔。

于本具体实施例中，移动工作台20下端与固定工作台5的上端设有相互配合的T型导向装置。该T型导向装置包括设置于固定工作台5的上端的T型导槽和固定于移动工作台20下端的导向滑块，该导向滑块与T型导槽滑动连接。移动工作台20可在上述滑动组件的驱动下沿T型导槽滑动，有利于提高移动工作台20移动式的稳定性。

于本具体实施例中，如图1所示，上压头17以及上工作主缸15的活塞杆下端设有冷却水道19，冷却水道19外接冷却水箱，以实现对上压头17以及上工作主缸15的活塞杆的循环冷却。

于本具体实施例中，如图1所示，炉腔8的下端与固定工作台5之间还设置有隔热板6，炉腔8通过螺钉固定在隔热板6及固定工作台5上。

于本具体实施例中，炉腔8上还设置有测温装置和观察室孔来测量炉腔内温度和观察炉腔内工作。其中的测温装置可以是温度探头。

本实施例还提供一种烧结挤压复合工艺，用于实现金属粉末的烧结和烧结坯料的原位挤压，主要包括装填金属粉末、烧结金属粉末以形成烧结坯料、保持烧结坯料位置不变以对烧结坯料进行原位多道次累积反向挤压变形或多道次累积复合挤压变形，形成变形制件以及取出变形制件等过程。其中，烧结金属粉末形成的烧结坯料是具有初始坯料形状的，原位多道次累积反向挤压或多道次累积复合挤压变形后制件的形状与烧结金属粉末形成的烧结坯料一致。

下面结合上述金属粉末烧结与原位挤压一体设备100来对上述烧结挤压复合工艺进行具体说明。

(一)金属粉末烧结和原位多道次累积反向挤压成形工艺，如图5所示，主要包括以下步骤：

第一步：首先对上工作主缸15进行加载，在上工作主缸15的驱动作用，上工作主缸15的活塞杆向上回程，直至到达设置位置后停止运动；然后对回程缸3进行加载，驱动回程缸3的柱塞杆带动活动横梁11向上运行，在活动横梁11带动作用下实现上压头17、导向柱36和上第二凸模35同步向上运动，待上第二凸模35上端与固定板38下端接触后带动固定板38、垫板37和上第一凸模40一起向上运动，直至上第一凸模40和上第二凸模35完全退出凹模的限位板39后停止运动；最后驱动下工作缸1，带动下工作缸1的活塞杆向下运动，下工作缸1的活塞杆带动下压头4向下运动，下凸模32依靠自重向下运动至下限位置；

第二步：启动第二电机23，通过基于蜗轮蜗杆以及丝杠丝母配合的炉门升降组件带动炉门26向上运动打开后，启动第一电机24通过基于蜗轮蜗杆以及丝杠丝母配合的滑动组件带动移动工作台20和凹模组件移出炉体，定量称取金属粉末后将金属粉末加入凹模34型腔内后，第一电机24再通过上述滑动组件带动移动工作台20和凹模组件移入炉体，随后第二电机23通过上述炉门升降组件带动炉门26向下运动关闭炉腔8；

第三步：下工作缸1驱动下工作缸1的活塞杆带动下凸模32向上运动，待下凸模32与下镶嵌模31上端面平齐后停止；上工作副缸16驱动上工作副缸16的柱塞带动活动横梁11向下运动，活动横梁11带动上压头17、导向柱36、上第二凸模35、上第一凸模40、固定板38和垫板37一起向下运动，直至与金属粉末接触后停止；通过上工作主缸15驱动上工作主缸15的活塞杆向下运动，下端与垫板37上端相接触后继续运动以下压上第一凸模40，直至上第一凸模40和上第二凸模35下端平齐后停止；同时将上工作主缸15和上工作副缸16的压力升至预压实压力完成对金属粉末预压实后，将上工作主缸15和上工作副缸16的压力升至预定烧结压力；

第四步：通过气氛保护系统或抽真空装置使炉腔8内保持惰性气体保护气氛或真空环境，以开展金属粉末的热压烧结；然后依次打开冷却装置(即给冷却水道19内通入冷却介质)、炉腔8内的加热装置(即加热碳棒9)，将炉体温度升至预定的烧结温度进行热压烧结；

第五步：完成热压烧结后，下工作缸1的活塞杆继续保持下凸模32固定不动，将上工作副缸16压力调节至工艺背压值，上工作主缸15压力调至杯型反向挤压压力，上工作主缸15活塞驱动上第一凸模40完成杯型反挤压变形；随后，下工作缸1的活塞杆继续保持下凸模32固定不动，将上工作主缸15压力调节至工艺背压值，上工作副缸16压力调至棒型反向挤压压力，上工作副缸16的柱塞驱动上第二凸模35完成棒型反挤压变形，待坯料恢复初始坯料形状时上工作副缸16停止工作，完成累积1次反向挤压变形，循环上述反向挤压工艺，进行多道次累积反向挤压工艺；

第六步：待完成预定的反向挤压变形次数后，关闭上述加热装置(即加热碳棒9)，上工作主缸15的活塞杆卸载并向上回程，上工作副缸16卸载，回程缸3驱动活动横梁11向上回程并实现上第一凸模40和上第二凸模35向上退出模具限位板39，下工作缸1的活塞杆驱动下凸模32向上运动完成变形制件的顶出，待变形制件冷却至设定温度后，关闭气氛保护系统或抽真空系统，打开炉门26，取出变形制件，进行淬火，关闭炉门26，待炉体内温度降至室温时，关闭炉体内的冷却装置。

(二)金属粉末烧结和原位多道次累积复合挤压成形工艺，如图6所示，主要包括以下步骤：

第一步：首先对上工作主缸15进行加载，在上工作主缸15的驱动作用，上工作主缸15的活塞杆向上回程，直至到达设置位置后停止运动；然后对回程缸3进行加载，驱动回程缸3的柱塞杆带动活动横梁11向上运行，在活动横梁11带动作用下实现上压头17、导向柱36和上第二凸模35同步向上运动，待上第二凸模35上端与固定板38下端接触后带动固定板38、垫板37和上第一凸模40一起向上运动，直至上第一凸模40和上第二凸模35完全退出凹模的限位板39后停止运动；最后驱动下工作缸1，带动下工作缸1的活塞杆向下运动，下工作缸1的活塞杆带动下压头4向下运动，下凸模32依靠自重向下运动至下限位置；

第二步：启动第二电机23，通过基于蜗轮蜗杆以及丝杠丝母配合的炉门升降组件带动炉门26向上运动打开后，启动第一电机24通过基于蜗轮蜗杆以及丝杠丝母配合的滑动组件带动移动工作台20和凹模组件移出炉体，定量称取金属粉末后将金属粉末加入凹模34型腔内后，第一电机24再通过上述滑动组件带动移动工作台20和凹模组件移入炉体，随后第二电机23通过上述炉门升降组件带动炉门26向下运动关闭炉腔8；

第三步：下工作缸1驱动下工作缸1的活塞杆带动下凸模32向上运动，待下凸模32与下镶嵌模31上端面平齐后停止；上工作副缸16驱动上工作副缸16的柱塞带动活动横梁11向下运动，活动横梁11带动上压头17、导向柱36、上第二凸模35、上第一凸模40、固定板38和垫板37一起向下运动，直至与金属粉末接触后停止；通过上工作主缸15驱动上工作主缸15的活塞杆向下运动，下端与垫板37上端相接触后继续运动以下压上第一凸模40，直至上第一凸模40和上第二凸模35下端平齐后停止；同时将上工作主缸15和上工作副缸16的压力升至预压实压力完成对金属粉末预压实后，将上工作主缸15和上工作副缸16的压力升至预定烧结压力；

第四步：通过气氛保护系统或抽真空装置使炉腔8内保持惰性气体保护气氛或真空环境，以开展金属粉末的热压烧结；然后依次打开冷却装置(即给冷却水道19内通入冷却介质)、炉腔8内的加热装置(即加热碳棒9)，将炉体温度升至预定的烧结温度进行热压烧结；

第五步：完成热压烧结后，将上工作副缸16压力调节至工艺背压值，将下工作缸1调节至工艺背压值，上工作主缸15压力调至杯-棒型复合挤压压力，上工作主缸15的活塞杆驱动上第一凸模40完成杯-棒型复合挤压变形；随后，将上工作主缸15的压力调节至工艺背压值，上工作副缸16的压力调至杯-棒型复合挤压压力，下工作缸1调至杯-棒型复合挤压压力，上工作副缸16柱塞驱动上第二凸模35、下工作缸1驱动下凸模32完成杯-棒型反挤压变形，待坯料恢复初始坯料形状时上工作副缸16和下工作缸1停止工作，完成累积1次复合挤压变形；循环上述复合挤压工序，完成累积复合挤压变形工艺；

第六步：待完成预定的反向挤压变形次数后，关闭上述加热装置(即加热碳棒9)，上工作主缸15的活塞杆卸载并向上回程，上工作副缸16卸载，回程缸3驱动活动横梁11向上回程并实现上第一凸模40和上第二凸模35向上退出模具限位板39，下工作缸1的活塞杆驱动下凸模32向上运动完成变形制件的顶出，待变形制件冷却至设定温度后，关闭气氛保护系统或抽真空系统，打开炉门26，取出变形制件，进行淬火，关闭炉门26，待炉体内温度降至室温时，关闭炉体内的冷却装置。

上述成形工艺中所提及的气氛保护系统或抽真空系统主要是在待烧结的金属粉末为易氧化金属粉末的情况下开启，炉腔8为其提供了密闭空间，可有效防止易氧化、易燃烧等金属材料在烧结与累积挤压变形过程中发生氧化和燃烧，保证了金属制品的制备质量。在实际操作中，气氛保护系统内所涉及的惰性气体可为氮气、氩气等常见惰性气体。

由此可见，与现有技术相比，本实施例提出的金属粉末烧结与原位挤压一体设备100以及烧结挤压复合工艺主要具有以下益处：

1、本实施例提出的金属粉末烧结与原位挤压一体设备100，集成了热压烧结工艺与原位累积反向挤压或累积复合挤压大变形工艺，与传统热压烧结装置+传统压力机开展金属材料的热压烧结和后续的多道次累积挤压变形相比，有效提高了工艺流程的生产效率和能源利用率，改善了操作人员的工作环境；

2、本实施例可为热压烧结工艺与原位累积反向挤压或累积复合挤压大变形工艺全过程提供惰性气体保护气氛或真空环境，可有效防止易氧化、易燃烧金属材料在烧结与累积挤压变形过程中发生氧化和燃烧，保证了金属制品的制备质量；

3、本实施例提供的烧结挤压复合工艺，将热压烧结工艺与原位累积反向挤压或累积复合挤压大变形工艺有效集成结合，可有效细化金属材料的晶粒尺寸和提高金属材料的综合性能。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种金属粉末烧结与原位挤压一体设备，其特征在于，包括：

烧结炉体，包括具有前开口的炉腔，所述前开口处设置有炉门；

挤压模具，所述挤压模具设置于所述炉腔内，包括凹模组件和与所述凹模组件匹配的凸模组件；所述凹模组件内用于装填金属粉末，以使所述金属粉末在所述炉腔内热压烧结形成烧结坯料，所述凹模组件包括模套和凹模，所述模套通过下模座安装于所述炉腔底部，所述凹模装配于所述模套内，所述凹模上开设有贯穿所述凹模上下两端的内孔；所述凸模组件用于对所述烧结坯料进行原位多道次累积反向挤压或累积复合挤压，所述凸模组件包括上第一凸模、上第二凸模和下凸模，所述上第一凸模用于与所述内孔的上端配合，所述上第二凸模用于与所述内孔的上端配合，且所述上第二凸模套设于所述上第一凸模的外周，所述上第二凸模用于和所述上第一凸模共同挤压或交替挤压所述烧结坯料的上端面，所述下凸模的外周装配有下镶嵌模，所述下镶嵌模装配于所述内孔的下端，所述下镶嵌模用于托载所述烧结坯料的下端面，所述下凸模用于托载或挤压所述烧结坯料的所述下端面；

挤压驱动系统，所述挤压驱动系统与所述凸模组件的所述上第一凸模、所述上第二凸模和所述下凸模均连接，所述挤压驱动系统用于驱动所述凸模组件移动；所述挤压驱动系统为液压驱动系统，其包括上工作主缸、上工作副缸、回程缸和下工作缸，所述上工作主缸的缸杆用于驱动所述上第一凸模下行，所述上工作副缸的缸杆通过导向柱与所述上第二凸模固定连接，所述上第一凸模的顶端连接固定板，所述固定板与所述导向柱滑动连接；所述上工作副缸用于驱动所述上第二凸模下行，所述回程缸的缸杆与所述上第二凸模连接，用于带动所述上第二凸模上行，当所述上第二凸模上行至与所述固定板相抵后，能够带动所述固定板及所述上第一凸模一同上行，所述下工作缸的缸杆连接下压头，用于驱动所述下凸模上行；

框架结构，所述框架结构包括自上而下依次设置的上横梁、活动横梁和下横梁，其中，所述上横梁和所述下横梁之间通过立柱固定连接，所述活动横梁滑动安装于所述立柱上；所述烧结炉体固定安装于所述下横梁上，所述活动横梁位于所述烧结炉体的上方；所述上工作主缸和所述上工作副缸固定安装于所述上横梁上，且所述上工作副缸的缸杆与所述活动横梁固定连接，所述上第一凸模和所述上第二凸模均位于所述活动横梁的下方，且所述上第二凸模与所述活动横梁固定连接，所述上工作主缸的缸杆在伸缩时能够贯穿所述活动横梁；所述回程缸和所述下工作缸均安装于所述下横梁上，所述回程缸的缸杆与所述活动横梁连接；所述下凸模贯穿所述下横梁设置。

2.根据权利要求1所述的金属粉末烧结与原位挤压一体设备，其特征在于，还包括固定工作台和用于装载所述挤压模具的移动工作台，所述烧结炉体固定于所述固定工作台上，所述固定工作台的一侧设置有承重台，所述移动工作台通过滑动组件安装于所述固定工作台上；其中，所述滑动组件包括：

第一丝杠，所述第一丝杠可转动安装于所述移动工作台与所述承重台之间；

第一丝母，所述第一丝母固定连接于所述移动工作台，且所述第一丝母与所述第一丝杠配合连接；

第一蜗杆，所述第一蜗杆与所述第一丝杠啮合连接；

第一驱动装置，所述第一驱动装置与所述第一蜗杆连接，以驱动所述移动工作台移出或移入所述烧结炉体内。

3.根据权利要求2所述的金属粉末烧结与原位挤压一体设备，其特征在于，所述炉门通过升降组件安装于所述炉腔上，所述升降组件包括：

第二丝杠，所述第二丝杠设置于所述前开口的两侧；

第二丝母，所述第二丝母固定连接于所述炉门，且所述第二丝母与所述第二丝杠配合连接；

第二蜗杆，所述第二蜗杆与所述第二丝杠啮合连接；

第三蜗杆，所述第三蜗杆安装于所述移动工作台与所述承重台之间，所述第三蜗杆与所述第二蜗杆垂直且相互啮合；

第二驱动装置，所述第二驱动装置与所述第三蜗杆连接，以驱动所述炉门打开或封闭所述前开口。

4.根据权利要求1所述的金属粉末烧结与原位挤压一体设备，其特征在于，所述炉腔为碳棒式炉腔，所述碳棒式炉腔内设置有用于环绕所述挤压模具设置的加热碳棒；所述碳棒式炉腔的侧壁设置有保温隔热层。

5.根据权利要求1所述的金属粉末烧结与原位挤压一体设备，其特征在于，还包括惰性气源和/或抽真空系统，所述惰性气源和/或所述抽真空系统均与所述炉腔内部连接。

6.一种采用权利要求1~5任意一项所述金属粉末烧结与原位挤压一体设备实施的烧结挤压复合工艺，用于实现金属粉末的烧结和烧结坯料的原位累积反向挤压或复合挤压，其特征在于，包括：

装填金属粉末；

烧结所述金属粉末，以形成烧结坯料；

保持所述烧结坯料位置不变，以对所述烧结坯料进行原位多道次累积反向挤压变形或多道次累积复合挤压变形，形成变形制件；

取出所述变形制件。

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