CN114082947B - 粉末成型装置及粉末成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末成型装置及粉末成型方法，装置包括模体、上冲头、下冲头、芯杆和侧冲头，下冲头包括下外冲头和下内冲头，模体设有成型孔，上冲头和下外冲头可在成型孔内上下移动，下外冲头的上端面设有台阶孔，下内冲头可在台阶孔内上下移动，下内冲头设有芯孔，芯杆可在芯孔内上下移动，模体的侧面设有侧贯通孔，侧贯通孔与成型孔连通，侧冲头可在侧贯通孔内往复移动。方法包括填料、压制和脱模。本发明通过将下冲头设计为独立的下外冲头和下内冲头，可以直接压制出外部带台阶的产品，通过侧冲头的设置，在压坯的侧面直接压制出侧面槽型，不需要成型后再单独加工，减少了生产工艺流程，节约生产成本，提高了产品质量。

Description

粉末成型装置及粉末成型方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种粉末成型装置及粉末成型方法。

背景技术

粉末冶金技术中，粉末成形工艺是数控刀片生产中最重要的一个工序。一般情况下粉末成形采用由模体、上下冲头以及芯杆组成的装置，但这种装置成型的产品结构相对简单，只能针对产品脱模方向上具有槽型结构的产品成型，无法实现侧面带有槽型的产品成型，同时单一的下冲头对于台阶形状结构产品也无法实现压坯密度的可调性，因此常规的成型装置和压机无法实现其成型要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种通过将下冲头设计为独立的下外冲头和下内冲头，可以直接压制出外部带台阶的产品，通过侧冲头的设置，在压坯的侧面直接压制出侧面槽型，不需要成型后再单独加工，减少了生产工艺流程，节约生产成本，提高了产品质量的粉末成型装置及粉末成型方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种粉末成型装置，包括模体、上冲头、下冲头、芯杆和侧冲头，所述下冲头包括下外冲头和下内冲头，所述模体设有成型孔，所述上冲头和下外冲头可在成型孔内上下移动，所述下外冲头的上端面设有台阶孔，所述下内冲头可在台阶孔内上下移动，所述下内冲头设有芯孔，所述芯杆可在芯孔内上下移动，所述模体的侧面设有侧贯通孔，所述侧贯通孔与成型孔连通，所述侧冲头可在侧贯通孔内往复移动。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述上冲头的下端面设有沉孔成型凸台。

所述沉孔成型凸台与上冲头为可拆卸连接。

所述沉孔成型凸台与上冲头通过螺钉连接，所述上冲头内设有阶梯安装孔，所述阶梯安装孔包括从上至下设置的第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔与第二安装孔之间设有限位台阶面一，所述沉孔成型凸台具有连接柄，所述连接柄位于第二安装孔内，所述螺钉的头部位于第一安装孔内且尾部与连接柄螺纹连接，所述限位台阶面一对螺钉的头部进行限位。

所述侧冲头包括侧冲头柄部和固定在侧冲头柄部一端的侧冲头成型部，所述侧冲头成型部为方形体，所述侧冲头柄部为圆柱体。

所述侧冲头设置多个，沿模体外周方向间隔布置。

一种基于上述的粉末成型装置的粉末成型方法，包括以下步骤：

S1、填料：上冲头上升离开成型孔，下外冲头上升进入成型孔内，下内冲头上升进入台阶孔内并低于台阶孔的台阶面，芯杆上升进入芯孔并伸出芯孔位于成型孔内，侧冲头进入侧贯通孔，此时，成型孔的侧壁、下外冲头的上端面、台阶孔的台阶面、下内冲头的上端面、芯杆外壁之间围成粉末填充腔，向该粉末填充腔内填充粉末，完成粉末填充后，模体、侧冲头、芯杆同步上升，填充的粉末嵌装进入模体中部位置；

S2、压制：上冲头下降进入成型孔，模体下降且侧冲头同步下降，上冲头下降速度大于模体下降速度，下外冲头保持不动，下内冲头上升，芯杆下降，当上冲头、模体、下内冲头、芯杆到达压制设定位置后，侧冲头向成型孔内移动达到压制设定位置，共同挤压粉末使粉末成型为压坯；

S3、脱模：侧冲头后退离开压坯，模体继续下行直至下外冲头上端面与模体上端面平齐或者伸出模体，下内冲头上升顶出压坯，取出压坯，此后，上冲头、模体、下外冲头、下内冲头和芯杆回到初始位置。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤S2中，上冲头下降的速度为模体下降速度的两倍。

步骤S2中，达到压制设定位置时，下内冲头的上端面与台阶面的下端对齐。

一种基于上述的粉末成型装置的粉末成型方法，包括以下步骤：

S1、填料：上冲头上升离开成型孔，下外冲头上升进入成型孔内，下内冲头上升进入台阶孔内并低于台阶孔的台阶面，芯杆上升进入芯孔并伸出芯孔位于成型孔内，侧冲头进入侧贯通孔，此时，成型孔的侧壁、下外冲头的上端面、台阶孔的台阶面、下内冲头的上端面、芯杆外壁之间围成粉末填充腔，向该粉末填充腔内填充粉末，完成粉末填充后，下外冲头、下内冲头同步下行，填充的粉末嵌装进入模体中部位置；

S2、压制：上冲头下降进入成型孔，模体保持不动，下外冲头与下内冲头同步上升，芯杆下降，当上冲头、下外冲头、下内冲头、芯杆到达压制设定位置后，侧冲头向成型孔内移动达到压制设定位置，共同挤压粉末使粉末成型为压坯；

S3、脱模：侧冲头后退离开压坯，下外冲头与下内冲头同步上升直至压坯伸出成型孔，下内冲头继续上升顶出压坯，取出压坯，此后上冲头、下外冲头、下内冲头和芯杆回到初始位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的粉末成型装置及方法，通过将下冲头设计为独立的下外冲头和下内冲头，在压制时下内冲头低于下外冲头，从而可以直接压制出外部带台阶的产品，可以实现特定结构类产品的成形工艺，通过侧冲头的设置，在压坯的侧面直接压制出侧面槽型，使得带有侧面槽型结构的产品能够得以成型，从而可以直接成型带台阶和侧面带槽的复杂结构产品，不需要成型后再单独加工，减少了生产工艺流程，节约生产成本，提高了产品质量。其中双下冲头结构可以针对台阶状类型产品填粉体积进行调整，可以有效改变压坯的密度相对分布，改善产品变形以及避免压坯裂纹缺陷产生，此装置结构简单，其成形方法易于操作，能够实现复杂压坯的压制。

附图说明

图1是本发明实施例1的粉末成型装置的结构示意图。

图2是本发明实施例1中模体的剖面图。

图3是图2的A-A视图。

图4是本发明实施例1中上冲头的结构示意图。

图5是本发明实施例1中下外冲头的主视图。

图6是本发明实施例1中下外冲头的俯视图。

图7是本发明实施例1中下内冲头的主视图。

图8是本发明实施例1中下内冲头的俯视图。

图9是本发明实施例1中侧冲头的结构示意图。

图10是本发明实施例1的粉末成型方法中填料前准备过程示意图。

图11是图10的B处放大图。

图12是本发明实施例1的粉末成型方法中填料过程示意图。

图13是本发明实施例1的粉末成型方法中压制过程示意图

图14是图13的C处放大图。

图15是本发明实施例1中压坯的结构示意图。

图中各标号表示：

1、上冲头；111、第一安装孔；112、第二安装孔；113、限位台阶面一；114、上第二安装孔；115、下第二安装孔；116、限位台阶面二；2、模体；21、成型孔；22、侧贯通孔；221、侧方孔；222、侧圆孔；3、侧冲头；31、侧冲头柄部；32、侧冲头成型部；4、下外冲头；41、台阶孔；411、台阶面；412、底孔；5、下内冲头；51、芯孔；6、芯杆；7、沉孔成型凸台；71、连接柄；8、螺钉；9、粉末填充腔；100、压坯；110、台阶；120、中心孔；130、侧面槽。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1至图9所示，本实施例的粉末成型装置，包括模体2、上冲头1、下冲头、芯杆6和侧冲头3，下冲头包括下外冲头4和下内冲头5，模体2设有成型孔21，上冲头1和下外冲头4可在成型孔21内上下移动，下外冲头4的上端面设有台阶孔41，下内冲头5可在台阶孔41内上下移动，下内冲头5设有芯孔51，芯杆6可在芯孔51内上下移动，模体2的侧面设有侧贯通孔22，侧贯通孔22与成型孔21连通，侧冲头3可在侧贯通孔22内往复移动。

台阶孔41分为底孔412和台阶面411，台阶面411连接下外冲头4的上端面M与底孔412的壁面。上端面M与台阶面411用于成型压坯100的台阶110。上冲头1的下端面N与下内冲头5的上端面P用于成型压坯100的上端面和下端面，芯杆6用于成型压坯100的中心孔120，侧冲头3用于成型压坯100的侧壁上的侧面槽130。如图15所示，压坯100以三角形为例，相应的成型孔21、台阶孔41的底孔412均为三角形，上冲头1成型部分的外轮廓、下外冲头4成型部分的外轮廓、以及下内冲头5的外轮廓均为三角形。

该成型装置在填料时，下外冲头4和下内冲头5均伸入成型孔21内，且下内冲头5低于台阶面411，芯杆6伸入芯孔51内，并与模体2的顶面平齐，侧冲头3伸入侧贯通孔22内与成型孔21侧壁平齐，且不进入成型孔21，此时，成型孔21的侧壁、下外冲头4的上端面M、台阶孔41的台阶面411、下内冲头5的上端面P、芯杆6外壁之间围成粉末填充腔9，向该粉末填充腔9内填充粉末。压制时，上冲头1、下外冲头4和下内冲头5上下对冲，侧冲头3侧冲，形成压坯100。需要说明的时，除本实施例外，在填料时芯杆6的顶端可以低于模体2的顶面。

本发明的粉末成型装置，通过将下冲头设计为独立的下外冲头4和下内冲头5，在压制时下内冲头5低于下外冲头4，从而可以直接压制出外部带台阶的产品(合金刀片)，可以实现特定结构类产品的成形工艺，通过侧冲头3的设置，在压坯100的侧面直接压制出侧面槽型，使得带有侧面槽型结构的产品能够得以成型，从而可以直接成型带台阶和侧面带槽的复杂结构产品，不需要成型后再单独加工，减少了生产工艺流程，节约生产成本，提高了产品质量。其中双下冲头结构可以针对台阶状类型产品填粉体积进行调整，可以有效改变压坯的密度相对分布，改善产品变形以及避免压坯裂纹缺陷产生，此装置结构简单，其成形方法易于操作，能够实现复杂压坯的压制。

需要说明的是，除本实施例外，压坯100也可以为圆形、椭圆、或者其他多边形等。

本实施例中，上冲头1的下端面设有沉孔成型凸台7。沉孔成型凸台7用于使压坯100的中心孔120为沉台孔。

本实施例中，沉孔成型凸台7与上冲头1为可拆卸连接。

具体的，沉孔成型凸台7与上冲头1通过螺钉8连接，上冲头1内设有阶梯安装孔，阶梯安装孔包括从上至下设置的第一安装孔111和第二安装孔112。第一安装孔111与第二安装孔112之间设有限位台阶面一113，沉孔成型凸台7具有连接柄71，连接柄71位于第第二安装孔112内，螺钉8的头部位于第一安装孔111内且尾部与连接柄71螺纹连接。其中，第二安装孔112分为上第二安装孔114和下第二安装孔115，上第二安装孔114和下第二安装孔115之间具有限位台阶面二116，螺钉8的中间部分位于上第二安装孔114内，连接柄71位于下第二安装孔115。限位台阶面一113对螺钉8的头部进行限位，即螺钉8的头部抵靠在限位台阶面一113上。

该结构通过螺钉8和连接柄71实现沉孔成型凸台7与上冲头1紧固连接，将上冲头1与沉孔成型凸台7做成分体式，二者均是独立加工，加工完成后再进行装配，加工效率高、成本低，可以通过更换沉孔成型凸台7压制出不同的沉孔，(现有技术中为一体成型的结构，成型工艺复杂，不可通用)。

本实施例中，侧冲头3包括侧冲头柄部31和固定在侧冲头柄部31一端的侧冲头成型部32，侧冲头成型部32为方形体，成型出的侧面槽130对应为方形槽。侧冲头柄部31为圆柱体。侧贯通孔22对应包括侧方孔221和侧圆孔222。侧冲头成型部32与侧冲头柄部31材质不同。

本实施例中，侧冲头3设置多个，沿模体2外周方向间隔布置，便于压制多个侧面槽130，同时，多个侧冲头3朝中心压制，可以提高受力的均匀性。

本实施例中，上冲头1、下外冲头4与模体2的成型孔21的配合间隙为W1，满足关系：0.005mm≤W1≤0.01mm，优选为W1＝0.005mm，保证成型的合金产品周边毛刺达到技术要求。下内冲头5与下外冲头4的台阶孔41之间的配合间隙为W2，满足关系：0.005mm≤W2≤0.01mm，优选为W2＝0.005mm，保证产品底面接缝处无毛刺。侧冲头3的侧冲头成型部32与侧贯通孔22的侧方孔221之间的配合间隙为W3，满足关系：0.005mm≤W3≤0.01mm，优选为W3＝0.005mm。侧圆孔222的直径为D，侧冲头柄部31的直径为d，满足关系D＞d，优选为0.5mm≤D-d≤1mm。芯杆6与下内冲头5的芯孔51之间的配合间隙为W4，满足关系：0.01mm≤W4≤0.015mm，优选为W4＝0.01mm。

本实施例中，模体2、上冲头1、芯杆6、侧冲头3和下内冲头5均具有独立的动力驱动单元。

如图11至14所示，本实施例的粉末成型装置的粉末成型方法，包括以下步骤：

S1、填料：上冲头1上升离开成型孔21，下外冲头4上升进入成型孔21内，下内冲头5上升进入台阶孔41内并低于台阶孔41的台阶面411，芯杆6上升进入芯孔51并伸出芯孔51位于成型孔21内，侧冲头3进入侧贯通孔22，此时，成型孔21的侧壁、下外冲头4的上端面、台阶孔41的台阶面411、下内冲头5的上端面、芯杆6外壁之间围成粉末填充腔9，向该粉末填充腔9内填充粉末，完成粉末填充后，模体2、侧冲头3、芯杆6同步上升，填充的粉末嵌装进入模体2中部位置；

S2、压制：上冲头1下降进入成型孔21，模体2下降且侧冲头3同步下降，上冲头1下降速度大于模体2下降速度，下外冲头4保持不动，下内冲头5上升，芯杆6下降，当上冲头1、模体2、下内冲头5、芯杆6到达压制设定位置后，侧冲头3向成型孔21内移动达到压制设定位置，共同挤压粉末使粉末成型为压坯100；

S3、脱模：侧冲头3后退离开压坯100，模体2继续下行直至下外冲头4上端面与模体2上端面平齐或者伸出模体2，下内冲头5上升顶出压坯100，取出压坯100，此后，上冲头1、模体2、下外冲头4、下内冲头5和芯杆6回到初始位置。

此方法采用的压机是模体下拉式脱模压机，即通过冲头与模体按照速度比2:1运动，下外冲头4固定不动，实现上冲头1与下外冲头4同步相向运动，其中模体2、下内冲头5动力是直流伺服驱动电机，下外冲头4固定不动不需要动力源，位置固定不需要上升。

本实施例中，步骤S2中，上冲头1下降的速度为模体2下降速度的两倍。步骤S2中，达到压制设定位置时，下内冲头5的上端面与台阶面411的下端对齐。

实施例2

本实施例的粉末成型装置的粉末成型方法，采用上述实施例1的粉末成型装置，但成型方法有所区别，该粉末成型包括以下步骤：

S1、填料：上冲头1上升离开成型孔21，下外冲头4上升进入成型孔21内，下内冲头5上升进入台阶孔41内并低于台阶孔41的台阶面411，芯杆6上升进入芯孔51并伸出芯孔51位于成型孔21内，侧冲头3进入侧贯通孔22，此时，成型孔21的侧壁、下外冲头4的上端面、台阶孔41的台阶面411、下内冲头5的上端面、芯杆6外壁之间围成粉末填充腔9，向该粉末填充腔9内填充粉末，完成粉末填充后，下外冲头4、下内冲头5同步下行，填充的粉末嵌装进入模体2中部位置；

S2、压制：上冲头1下降进入成型孔21，模体2保持不动，下外冲头4与下内冲头5同步上升，芯杆6下降，当上冲头1、下外冲头4、下内冲头5、芯杆6到达压制设定位置后，侧冲头3向成型孔21内移动达到压制设定位置，共同挤压粉末使粉末成型为压坯100；

S3、脱模：侧冲头3后退离开压坯100，下外冲头4与下内冲头5同步上升直至压坯100伸出成型孔21，下内冲头5继续上升顶出压坯100，取出压坯100，此后上冲头1、下外冲头4、下内冲头5和芯杆6回到初始位置。

本实施例的粉末成型方法采用的压机是顶出式脱模压机结构，即模体2保持不动，下外冲头4在成型孔21内升降。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种粉末成型装置，其特征在于：包括模体(2)、上冲头(1)、下冲头、芯杆(6)和侧冲头(3)，所述下冲头包括下外冲头(4)和下内冲头(5)，所述模体(2)设有成型孔(21)，所述上冲头(1)和下外冲头(4)可在成型孔(21)内上下移动，所述下外冲头(4)的上端面设有台阶孔(41)，所述下内冲头(5)可在台阶孔(41)内上下移动，所述下内冲头(5)设有芯孔(51)，所述芯杆(6)可在芯孔(51)内上下移动，所述模体(2)的侧面设有侧贯通孔(22)，所述侧贯通孔(22)与成型孔(21)连通，所述侧冲头(3)可在侧贯通孔(22)内往复移动，所述上冲头(1)的下端面设有沉孔成型凸台(7)，上冲头(1)的下端面用于成型压胚(100)的上端面，芯杆(6)用于成型压胚(100)的中心孔(120)，沉孔成型凸台(7)用于使压胚(100)的中心孔(120)为沉台孔，所述沉孔成型凸台(7)与上冲头(1)为可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的粉末成型装置，其特征在于：所述沉孔成型凸台(7)与上冲头(1)通过螺钉(8)连接，所述上冲头(1)内设有阶梯安装孔，所述阶梯安装孔包括从上至下设置的第一安装孔(111)和第二安装孔(112)，第一安装孔(111)与第二安装孔(112)之间设有限位台阶面一(113)，所述沉孔成型凸台(7)具有连接柄(71)，所述连接柄(71)位于第二安装孔(112)内，所述螺钉(8)的头部位于第一安装孔(111)内且尾部与连接柄(71)螺纹连接，所述限位台阶面一(113)对螺钉(8)的头部进行限位。

3.根据权利要求1至2任意一项所述的粉末成型装置，其特征在于：所述侧冲头(3)包括侧冲头柄部(31)和固定在侧冲头柄部(31)一端的侧冲头成型部(32)，所述侧冲头成型部(32)为方形体，所述侧冲头柄部(31)为圆柱体。

4.根据权利要求1至2任意一项所述的粉末成型装置，其特征在于：所述侧冲头(3)设置多个，沿模体(2)外周方向间隔布置。

5.一种基于权利要求1至4任意一项所述的粉末成型装置的粉末成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、填料：上冲头(1)上升离开成型孔(21)，下外冲头(4)上升进入成型孔(21)内，下内冲头(5)上升进入台阶孔(41)内并低于台阶孔(41)的台阶面(411)，芯杆(6)上升进入芯孔(51)并伸出芯孔(51)位于成型孔(21)内，侧冲头(3)进入侧贯通孔(22)，此时，成型孔(21)的侧壁、下外冲头(4)的上端面、台阶孔(41)的台阶面(411)、下内冲头(5)的上端面、芯杆(6)外壁之间围成粉末填充腔(9)，向该粉末填充腔(9)内填充粉末，完成粉末填充后，模体(2)、侧冲头(3)、芯杆(6)同步上升，填充的粉末嵌装进入模体(2)中部位置；

S2、压制：上冲头(1)下降进入成型孔(21)，模体(2)下降且侧冲头(3)同步下降，上冲头(1)下降速度大于模体(2)下降速度，下外冲头(4)保持不动，下内冲头(5)上升，芯杆(6)下降，当上冲头(1)、模体(2)、下内冲头(5)、芯杆(6)到达压制设定位置后，侧冲头(3)向成型孔(21)内移动达到压制设定位置，共同挤压粉末使粉末成型为压坯(100)；

S3、脱模：侧冲头(3)后退离开压坯(100)，模体(2)继续下行直至下外冲头(4)上端面与模体(2)上端面平齐或者伸出模体(2)，下内冲头(5)上升顶出压坯(100)，取出压坯(100)，此后，上冲头(1)、模体(2)、下外冲头(4)、下内冲头(5)和芯杆(6)回到初始位置。

6.根据权利要求5所述的粉末成型方法，其特征在于：步骤S2中，上冲头(1)下降的速度为模体(2)下降速度的两倍。

7.根据权利要求5所述的粉末成型方法，其特征在于：步骤S2中，达到压制设定位置时，下内冲头(5)的上端面与台阶面(411)的下端对齐。

8.一种基于权利要求1至4任意一项所述的粉末成型装置的粉末成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、填料：上冲头(1)上升离开成型孔(21)，下外冲头(4)上升进入成型孔(21)内，下内冲头(5)上升进入台阶孔(41)内并低于台阶孔(41)的台阶面(411)，芯杆(6)上升进入芯孔(51)并伸出芯孔(51)位于成型孔(21)内，侧冲头(3)进入侧贯通孔(22)，此时，成型孔(21)的侧壁、下外冲头(4)的上端面、台阶孔(41)的台阶面(411)、下内冲头(5)的上端面、芯杆(6)外壁之间围成粉末填充腔(9)，向该粉末填充腔(9)内填充粉末，完成粉末填充后，下外冲头(4)、下内冲头(5)同步下行，填充的粉末嵌装进入模体(2)中部位置；

S2、压制：上冲头(1)下降进入成型孔(21)，模体(2)保持不动，下外冲头(4)与下内冲头(5)同步上升，芯杆(6)下降，当上冲头(1)、下外冲头(4)、下内冲头(5)、芯杆(6)到达压制设定位置后，侧冲头(3)向成型孔(21)内移动达到压制设定位置，共同挤压粉末使粉末成型为压坯(100)；

S3、脱模：侧冲头(3)后退离开压坯(100)，下外冲头(4)与下内冲头(5)同步上升直至压坯(100)伸出成型孔(21)，下内冲头(5)继续上升顶出压坯(100)，取出压坯(100)，此后上冲头(1)、下外冲头(4)、下内冲头(5)和芯杆(6)回到初始位置。