CN115255362A - 一种粉末电磁轴向压制装置及压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粉末电磁轴向压制装置及压制方法，包括上固定板、集磁器、驱动件、凸模、凹模和下固定板，集磁器上环绕环形螺旋管线圈，环形螺旋管线圈与充放电电路相连，集磁器和环绕环形螺旋管线圈通过绝缘材料封装成电磁驱动器，电磁驱动器固定在上固定板上，集磁器内设有自上而下贯通设置的第一内孔和第二内孔，第一内孔为圆柱形，第二内孔为漏斗形，集磁器侧面设有与第一内孔和第二内孔相通的狭缝，驱动件设置在第二内孔内，驱动件和集磁器通过绝缘材料隔开，凸模卡嵌在驱动件底部，凹模设置在下固定板顶部，凸模和凹模间放置粉末，能够提升电磁力的聚集效果，大大提高粉末电磁压制过程的能量利用率，且取件便利，加工效率大幅提高。

Description

一种粉末电磁轴向压制装置及压制方法

技术领域

本发明属于粉末压制技术领域，具体涉及一种粉末电磁轴向压制装置及压制方法。

背景技术

在粉末冶金工艺中制备高性能材料中，粉末压制是其中一个重要环节，其是指采用一定工艺来使得粉末成形为具有相当密度以及尺寸形状的粉末压坯的过程。采用粉末冶金技术得到的零件产品的质量好坏直接影响着产品的性能以及使用寿命，而经过粉末成形得到的粉末压坯的好坏又是粉末冶金零件产品质量的重要影响因素。在粉末压坯中，致密度是决定其性能以及质量好坏的主要因素之一。通常情况下，高致密度的粉末压坯具有更好的力学性能，从而使得粉末制件质量更好。因此，如何提升粉末压坯的致密度是目前粉末压制技术的研究重点。

粉末电磁压制是指通过高压储能电容对线圈瞬时放电产生强脉冲磁场，使粉末在在电磁力的作用下最终形成致密的粉末压制坯体。在粉末电磁压制过程中，其放电周期短，放电能量大，因此有很高的压制速度，相比与其他传统的压制方法，电磁压制成形的粉末压坯具有致密度高、回弹小等优点。同时，该方法还具备模具简单、易于自动化控制、生产率高且无污染等优点。

粉末电磁压制有两种压制技术：一种是采用螺线管线圈的径向压制，另一种是采用平板线圈的轴向压制。螺线管线圈电磁压制技术主要是通过螺线管线圈获得高频磁场，从而对金属包套产生二维的径向电磁力，使金属包套颈缩，实现对金属包套内的粉末进行压制。采用这种方法时，取出粉末压坯较为繁琐，需要将包套切开才能取出其内部的粉末压坯，这大大降低了加工效率。同时，由于趋肤效应，磁场较难渗透到粉末体内，所以中心部分可能压制不足。平板线圈电磁压制技术则是利用平板线圈产生高频磁场，使驱动片在高强电磁力的驱动下推动放大器以及凸模向下加速运动，实现粉末的压制。而在采用平板线圈对粉末进行压制时，能量利用率不高。原因是平板线圈边缘处所产生的电磁力有些许发散，在粉末的压制过程中利用率较低，造成了能量损失，从而影响了凸模下压的速度以及所获得粉末压坯的致密度。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种粉末电磁轴向压制装置及压制方法，能够大幅度提升了电磁力的聚集效果，使所产生的电磁力可以完全被利用到粉末压制过程，大大提高了粉末电磁压制过程的能量利用率，且取件也较为便利，加工效率大幅提高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种粉末电磁轴向压制装置，包括上固定板、集磁器、驱动件、凸模和下固定板，所述集磁器外壁上环绕环形螺旋管线圈，所述环形螺旋管线圈与充放电电路相连，所述充放电电路上设有电容，所述电容能够对所述环形螺旋管线圈放电，所述集磁器和所述环绕环形螺旋管线圈通过绝缘材料封装成电磁驱动器，所述电磁驱动器固定在上固定板上，所述集磁器为圆筒状结构，所述集磁器内设有自上而下贯通设置的第一内孔和第二内孔，所述第一内孔为圆柱形，所述第二内孔为漏斗形，且所述第二内孔底端的直径大于所述第二内孔顶端的直径，所述集磁器侧面设有狭缝，所述狭缝与所述第一内孔和所述第二内孔相通，所述驱动件设置在所述第二内孔内，所述驱动件和所述集磁器通过绝缘材料隔开，所述凸模卡嵌在所述驱动件底部，所述凹模设置在所述下固定板顶部，所述凸模和所述凹模间放置粉末。

进一步地，所述充放电电路包括主电路、第一支路和第二支路，所述主电路上设有电源、电阻和第二开关，所述第一支路上设有电容，所述第二支路上设有第一开关且与所述环形螺旋管线圈电性连接。

进一步地，所述绝缘材料为绝缘环氧树脂。

进一步地，所述电磁驱动器为圆柱形，所述电磁驱动器顶部为圆形固定板，所述圆形固定板通过多个环形分布的螺钉固定在所述上固定板底部。

进一步地，所述上固定板上设有第一凹槽，所述电磁驱动器顶部的圆形固定板卡设在所述上固定板底部。

进一步地，所述下固定板顶部设有第二凹槽，所述第二凹槽上卡嵌有垫板。

进一步地，所述垫板上设有第三凹槽，所述第三凹槽上卡嵌凹模，所述凹模内设有垫块。

进一步地，所述驱动件底端的直径小于凸模的直径且略小于所述第二内孔底端的直径，所述驱动件顶端的直径大于第一内孔的直径且略小于所述第二内孔顶端的直径，所述第一内孔的直径小于所述第二内孔顶端的直径。

进一步地，所述第一内孔的直径取5～20mm。

一种粉末电磁轴向压制方法，包括以下步骤：

步骤1、将粉末倒入凹模内，在粉末上面放置凸模；

步骤2、将装有粉末的凹模设在下固定板上，将驱动件置于凸模顶部；

步骤3、将集磁器与环形螺线管线圈封存在绝缘材料内，形成电磁驱动器，将电磁驱动器与上固定板固定；

步骤4、将整个装置放在压力机的工作台上，上固定板与压力机的滑块固定，启动压力机，滑块向下运动，整个装置被压力机压住，实现固定；

步骤5、电磁压制，通过充放电电路对环形螺旋管线圈放电，驱动件带动凸模向下运动进行粉末压制，形成粉坯；

步骤6、粉末压制完成后，启动压力机，使滑块向上运动，取出凸模和驱动件，从凹模中取出粉坯。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明提供一种粉末电磁轴向压制装置及压制方法，采用此种带漏斗形第二内孔的集磁器、环形螺线管线圈以及驱动件相结合的结构大幅度提升了电磁力的聚集效果，使所产生的电磁力可以完全被利用到粉末压制过程，大大提高了粉末电磁压制过程的能量利用率。

2、本发明提供一种粉末电磁轴向压制装置及压制方法，粉末电磁压制装置模具简单，无需改变环形螺线管线圈和模具结构，只需根据需要压制不同尺寸的粉末压坯来更换不同尺寸的凸模或凹模，同时，相比于传统采用螺线管线圈的径向压制，其取件也较为便利，直接从凹模中取出即可，加工效率大幅提高。

附图说明

为了使本专利发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步的详细说明，其中：

图1为粉末电磁轴向压制装置的纵向剖面图；

图2为带漏斗形的第二内孔的集磁器电流示意图；

图3为带漏斗形的第二内孔的集磁器纵向剖视图；

图4为驱动件受力示意图；

图5为粉末电磁轴向压制装置的装配轴测图。

其中：1、上固定板；101、第一凹槽；2、螺钉；3、绝缘材料；4、环形螺线管线圈；5、集磁器；51、第一内孔；52、第二内孔；53、狭缝；6、驱动件；7、凸模；8、凹模；9、粉末；10、下固定板；1001、第二凹槽；11、垫板；1101、第三凹槽；12、垫块；13、第一开关；14、第二开关；15、电源；16、电容；17、电阻；18、电磁驱动器。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提供一种粉末电磁轴向压制装置，如图1-图5所示，包括上固定板1、集磁器5、驱动件6、凸模7、凹模8和下固定板10，集磁器5外壁上环绕环形螺旋管线圈4，环形螺旋管线圈4与充放电电路相连，充放电电路上设有电容16，电容16能够对环形螺旋管线圈4放电，集磁器5和环形螺旋管线圈4通过绝缘材料3封装形成电磁驱动器，电磁驱动器固定在上固定板1上，集磁器5为圆筒状结构，集磁器5内设有自上而下贯通设置的第一内孔51和第二内孔52，第一内孔51为圆柱形，第二内孔52为漏斗形，且第二内孔52底端的直径大于第二内孔52顶端的直径，集磁器5侧面设有狭缝53，狭缝53与第一内孔51和第二内孔52相通，驱动件6设置在第二内孔52内，驱动件6和集磁器5间通过绝缘材料3隔开，凸模7卡嵌在驱动件6底部，凹模8设置在下固定板10顶部，凸模7和凹模8间放置粉末。

本发明根据趋肤效应设计了集磁器5，当集磁器5中加载瞬态变化的电流时，电流会汇集于集磁器5件表面，而非均匀分布于集磁器5中。

本发明中，利用趋肤效应，使得环形螺旋管线圈4在集磁器5中感应涡流主要集中于集磁器5的内壁，本发明通过在集磁器5外壁上设置有狭缝53，狭缝53与第一内孔51和第二内孔52相通，能够使集磁器5外壁的感应电流通过狭缝53流向集磁器5内壁，进而通过狭缝53流向集磁器5外壁，形成回路。

通过设置第一内孔51和第二内孔52，第一内孔51和第二内孔52形成集磁器5的内壁，第一内孔51为圆柱形，第二内孔52为漏斗形，且第二内孔52底端的直径大于第二内孔52顶端的直径，使集磁器5形成非对称结构，实现集磁器5内壁高频磁场的集中，使驱动件6获得较大的电磁力，从而带动凸模7向下运动，实现粉末9的压制。

将第一内孔51设置为圆柱形，第二内孔52设置为漏斗形，集磁器5外壁的高度远高于第一内孔51内壁的高度，从而使得第一内孔51汇聚了大量的脉冲电流，不仅有利于磁场的集中，也有利用加工。

同时由于集磁器5采用了带漏斗形第二内孔52的结构，因此产生的电磁场会集中在集磁器5内壁，使得驱动件6电磁力，带动凸模7下压。

同时，此种粉末压制装置无需改变放电的环形螺旋管线圈4和模具结构，只需根据需要压制不同尺寸的粉坯来更换不同尺寸的凸模7和凹模8，大大简化了压制不同尺寸粉末9压坯的过程，也使得压制的成本大幅降低。

本发明取件也较为便利，上移上固定板1，直接从凹模8中取出压制后的粉坯，生产效率大幅提高。

为了方便工作，将整个装置放在压力机的工作台上，启动压力机，压力机的滑块与上固定板1固定，滑块向下运动，能够使整个装置被压力机压住，从而实现了固定的效果。

当压制完成后，启动压力机，使滑块向上运动，启动压力机，使滑块向上运动，取出凸模7和驱动件6，从凹模8中直接取出粉坯。

本发明中，如图1和图4所示，驱动件6为漏斗型结构，驱动件6外侧面倾斜的角度和第二内孔52内壁倾斜的角度一致，在高频磁场中，驱动件6侧面获得法向方向的电磁力，顶部获得垂直向下的电磁力，则驱动件6所获合力的方向垂直向下。与传统的电磁轴向压制装置相比，驱动件6所获得的电磁力更大，因此粉末9压坯的致密度更高。

本发明中，如图1所示，充放电电路包括主电路、第一支路和第二支路，主电路上设有电源15、电阻17和第二开关14，第一支路上设有电容16，第二支路上设有第一开关13且与环形螺旋管线圈4电性连接。

在使用过程中，关闭第二开关14，打开第一开关13，对电容16充电；关闭第一开关13，打开第二开关14，电容16对环形螺旋管线圈4放电，使得环形螺旋管线圈4在集磁器5中感应涡流主要集中于集磁器5表面区域，为了使电流流向集磁器5内壁，本发明在集磁器5外壁上设置有狭缝53，狭缝53与第一内孔51和第二内孔52相通，实现电流向集磁器5内壁第一内孔51汇聚，实现集磁器5内壁端部磁场的集中，使驱动件6获得更大的电磁力。

本发明中，如图1所示，绝缘材料3为绝缘环氧树脂。通过设置绝缘材料3，防止环形放置槽对集磁器5造成影响。环形螺旋管线圈4、集磁器5、驱动件6三者都不能直接接触，但又不能有太大距离，通过填充绝缘材料3，一是起到隔离绝缘作用，二是起到安装固定、增加强度的作用，防止环形螺旋管线圈4、集磁器5、驱动件6之间相互作用力与反作用力带来的位置移动与可能的变形。

本发明中，通过将集磁器5以及环形螺旋管线圈4放入绝缘环氧树脂以后再进行封装，形成电磁驱动器18。

本发明中，如图1所示，集磁器5与驱动件6之间的绝缘材料3的厚度为1～2mm，即绝缘环氧树脂的厚度为1～2mm，因此驱动件6顶端的直径小于略小于第二内孔52顶端的直径，驱动件6底端的直径小于略小于第二内孔52底端的直径。

本发明中，如图1所示，电磁驱动器18为圆柱形，电磁驱动器18顶部为圆形固定板，圆形固定板通过多个环形分布的螺钉2固定在上固定板1底部。

本发明中，如图1所示，上固定板1上设有第一凹槽101，电磁驱动器18顶部的圆形固定板卡设在上固定板1底部，能够防止电磁驱动器18及集磁器5移动。

本发明中，如图1所示，下固定板10顶部设有第二凹槽1001，第二凹槽1001上卡嵌有垫板11，不仅可以防止垫板11移动，也能散开压力，起到平衡作用，可以提高下固定板10的使用寿命。

本发明中，如图1所示，垫板11上设有第三凹槽1101，第三凹槽1101上卡嵌凹模8，凹模8内设有垫块12，垫块12的设置是在压制的准备阶段便于装粉，因为凹模8是中空的，需要设置垫块12将其一端堵住便于准备阶段在凹模8内部装粉末，也能提高下固定板10及寿命。

本发明中，第一内孔51的直径不能过小，过小会导致火花放电，也不能过大，凸模7的直径与粉坯直径一致，驱动件6底端的直径小于凸模7的直径，驱动件6顶端的直径大于第一内孔51的直径，因此第一内孔51的直径小于第二内孔52顶端的直径。

本发明实施例中，第一内孔51的直径取5～20mm。

本发明还提供一种粉末电磁轴向压制方法，使用上述的粉末电磁轴向压制装置，包括以下步骤：

步骤1、将粉末9倒入凹模8内，在粉末9上面放置凸模7；

步骤2、将装有粉末9的凹模8设在下固定板10上，将驱动件6置于凸模7顶部；

步骤3、将集磁器5与环形螺线管线圈4封存在绝缘材料3内，形成电磁驱动器18，然后将电磁驱动器18与上固定板1固定；

步骤4、将整个装置放在压力机的工作台上，上固定板1与压力机的滑块固定，启动压力机，滑块向下运动，整个装置被压力机压住，实现固定；

步骤5、电磁压制，通过充放电电路对环形螺旋管线圈4放电，驱动件6带动凸模7向下运动进行粉末9压制，形成粉坯；

步骤6、粉末9压制完成后，启动压力机，使滑块向上运动，取出凸模7和驱动件6，从凹模8中取出粉坯。

在步骤1中，凹模8内设有垫块12，粉末9设在垫块12顶部。

在步骤2中，上固定板1上设有第一凹槽101，电磁驱动器18顶部的圆形固定板卡设在上固定板1底部，圆形固定板通过多个环形分布的螺钉2固定在上固定板1底部。

在步骤3中，下固定板10顶部设有第二凹槽1001，第二凹槽1001上卡嵌有垫板11，垫板11上设有第三凹槽1101，第三凹槽1101上卡嵌凹模8，凹模8内设有垫块12。

在步骤5中，充放电电路包括主电路、第一支路和第二支路，主电路上设有电源15、电阻17和第二开关14，第一支路上设有电容16，第二支路上设有第一开关13且与环形螺旋管线圈4电性连接，关闭第二开关14，打开第一开关13，对电容16充电；关闭第一开关13，打开第二开关14，电容16对环形螺旋管线圈4放电。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：包括上固定板、集磁器、驱动件、凸模、凹模和下固定板，所述集磁器外壁上环绕环形螺旋管线圈，所述环形螺旋管线圈与充放电电路相连，所述充放电电路上设有电容，所述电容能够对所述环形螺旋管线圈放电，所述集磁器和所述环绕环形螺旋管线圈通过绝缘材料封装成电磁驱动器，所述电磁驱动器固定在上固定板上，所述集磁器为圆筒状结构，所述集磁器内设有自上而下贯通设置的第一内孔和第二内孔，所述第一内孔为圆柱形，所述第二内孔为漏斗形，且所述第二内孔底端的直径大于所述第二内孔顶端的直径，所述集磁器侧面设有狭缝，所述狭缝与所述第一内孔和所述第二内孔相通，所述驱动件设置在所述第二内孔内，所述驱动件和所述集磁器通过绝缘材料隔开，所述凸模卡嵌在所述驱动件底部，所述凹模设置在所述下固定板顶部，所述凸模和所述凹模间放置粉末。

2.根据权利要求1所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述充放电电路包括主电路、第一支路和第二支路，所述主电路上设有电源、电阻和第二开关，所述第一支路上设有电容，所述第二支路上设有第一开关且与所述环形螺旋管线圈电性连接。

3.根据权利要求1所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述绝缘材料为绝缘环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述电磁驱动器为圆柱形，所述电磁驱动器顶部为圆形固定板，所述圆形固定板通过多个环形分布的螺钉固定在所述上固定板底部。

5.根据权利要求4所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述上固定板上设有第一凹槽，所述电磁驱动器顶部的圆形固定板卡设在所述上固定板底部。

6.根据权利要求1所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述下固定板顶部设有第二凹槽，所述第二凹槽上卡嵌有垫板。

7.根据权利要求6所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述垫板上设有第三凹槽，所述第三凹槽上卡嵌凹模，所述凹模内设有垫块。

8.根据权利要求1所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述驱动件底端的直径小于凸模的直径且略小于所述第二内孔底端的直径，所述驱动件顶端的直径大于第一内孔的直径且略小于所述第二内孔顶端的直径，所述第一内孔的直径小于所述第二内孔顶端的直径。

9.根据权利要求8所述的粉末电磁轴向压制装置，其特征在于：所述第一内孔的直径取5～20mm。

10.一种粉末电磁轴向压制方法，使用权利要求1-9任一项所述的粉末电磁轴向压制装置，包括以下步骤：

步骤1、将粉末倒入凹模内，在粉末上面放置凸模；

步骤2、将装有粉末的凹模设在下固定板上，将驱动件置于凸模顶部；

步骤3、将集磁器与环形螺线管线圈封存在绝缘材料内，形成电磁驱动器，将电磁驱动器与上固定板固定；

步骤4、将整个装置放在压力机的工作台上，上固定板与压力机的滑块固定，启动压力机，滑块向下运动，整个装置被压力机压住，实现固定；

步骤5、电磁压制，通过充放电电路对环形螺旋管线圈放电，驱动件带动凸模向下运动进行粉末压制，形成粉坯；

步骤6、粉末压制完成后，启动压力机，使滑块向上运动，取出凸模和驱动件，从凹模中取出粉坯。

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