CN1886219B - 用粉末或粉末混合物填充模具的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用至少一种粉末(3)填充至少一个模具(2)的装置(1)，其特征在于，所述装置包括：用于添加至少一种粉末(3)的器具(4)；用于将添加在所述装置中的所述粉末抛成层(7)形式的至少一个排抛器具(5)；至少一个偏导件(9)，其可局部拦截抛成层形式的所述粉末(3)，并且将其重新指向朝着所述模具(2)中的确定位置。

Description

用粉末或粉末混合物填充模具的装置

技术领域

本发明涉及用粉末或粉末混合物填充模具、更具体地讲填充压紧模具的装置，其中所述粉末包括多种材料，例如建筑材料、药材、食品加工材料、水泥、烧结的金属粉末。

背景技术

本发明的技术领域涉及利用精细的材料以有助于它们的压紧的型腔填充系统。在该技术领域中，搜索适合的方案从而将粉末以受控、均匀和快速的方式沉积并输送到压紧模具中。更具体地讲，其目的在于用粉末混合物可控并可调节填充模具，以便单轴向压紧、或热等静压压紧、或烧结。

在粉末冶金中，通过压紧由热化学方法或雾化法所获得的金属粉末而制造多种构件。粉末沉积在模具的用于形成构件形状的模腔或型腔中，并且然后在很高压力作用下压紧粉末。所得到的粒料(pellet)然后被烧结，换句话说，被加热至非常高的温度，从而所压紧的粉末结合在一起成为具有足够良好机械性能的紧凑质量块以形成实体。

存在多种用粉末填充压紧型腔的方法。

一种最经常使用的方法是利用重力来容积填充型腔。这种技术的缺点在于其不可被用来控制模腔的填充。因而，可观察到在模腔中粉末比重的很大变化，以及粉末在模腔中非均匀分布。

其它方法包括流化粉末。现在可采用多种流化系统并且市场上有售。对于一些系统而言，可以在粉末存储装置中(见参考文献[1]、[2]、[3])或者直接在模腔中(见参考文献[4])流化粉末。然而，在这两种情况中，系统具有共有的主要缺点。通过将气体注射进入填充系统而实现流化处理。因而，必须非常精确控制气流，并且这产生了系统在强度方面的问题。此外，粉末中的气体可最初不稳定。因而，气体的使用导致了粉末有利沉积但是控制的级别保持很低。

存在针对用粉末填充模腔的问题提出部分改进的其它系统。例如，一些系统通过在底座(shoe)中采用压力波而致密粉末(见参考文献[5])，而其他系统利用横向运动的底座(见参考文献[6])或输出预致密粉末的底座(见参考文献[7])。

然而，尤其是在粉末将随后被显著压紧的复杂模具的情况中，这些技术不能准确填充模腔中的空间，也不能均匀填充模腔。在这些系统中仍旧很难在时间方面和空间方面控制粉末流。

发明内容

本发明的目的在于提供没有这些缺点的装置。该目的通过用至少一种粉末填充至少一个模具的填充装置而实现，其特征在于，所述填充装置包括：

用于添加至少一种粉末的器具；

用于将添加在所述填充装置中的所述粉末抛(eject)成层形式的至少一个排抛器具；

至少一个偏导件，其可局部拦截抛成层形式的所述粉末，并且将其重新指向朝着所述模具中的确定位置。

换句话说，根据本发明的装置提供了以悬浮方式将粉末抛射成层形式的器具，其中所述粉末层被安放在所述粉末路径上的偏导件拦截，并且所述偏导件安置成所拦截的粉末落在待填充模具中的准确位置处。

有利地，所述装置可包括用于将添加在所述装置中的粉末抛成层形式的多个排抛器具，每个这些器具构造成分配不同的粉末。

“粉末层”意味着一组粒料，它们占据了厚度比其表面尺寸还要小的体积。这组粒料形成了平坦的部分，或其可以是凹形的、凸形的或任何其它形状。

有利地，偏导件可以定向。

有利地，偏导件是活动的。因而，例如，偏导件可以竖直移动并且本身可转动。

例如，偏导件可以是平坦的部件，或者其可以是凸形的，或者其可包括螺旋形部分等。

根据一个特定实施例，用于将粉末抛成层形式的排抛器具是转动装置。

根据第一种情况，转动装置的形状有利被选成盘、圆锥体或碗。有利地，所述装置绕位于所述填充装置的对称中心的转动轴线转动。

有利地，转动装置包括至少一个肋部。在这种情况中，肋部将有利沿所述盘、圆锥体或碗的径向安置。注意，肋部的形状与偏导件相同，换句话说，它们可以是平坦的、凹形的、凸形的、螺旋形的等。

在盘、圆锥体或碗上设置肋部的目的在于使得粉末容易飞出并且控制粉末。将可以使用粗糙的蒙皮或带有微型凹槽的蒙皮来替代肋部，从而传输形成粉末层所必须的能量。

有利地，所述至少一个肋部是可转动的。

根据第二种情况，转动装置包括下侧部件以及上侧部件，所述下侧部件与所述上侧部件彼此相互隔开确定的距离，所述上侧部件包括所述粉末进入穿过的开口，而所述粉末可以通过所述两个部件之间的空间排出。

根据第三种情况，转动装置是具有粉末入口和粉末出口的元件，所述元件被布置成粉末离开出口的惯性足够高从而粉末被抛射在元件外侧。有利地，该元件是弯曲管。有利地，该转动装置的转动轴线与管中粉末入口所位于的部分对正。

根据另一个特定实施例，用于添加至少一种粉末的器具是至少一个容器，其包括粉末入口和粉末出口，而用于将粉末抛成层形式的排抛器具是这样一种器具，其用于快速移动所述至少一个容器并且突然将所述容器停止，从而容纳在所述器具中的粉末由于惯性作用被抛洒在容器外侧。注意，粉末入口可与粉末出口一致。

如果用于排抛粉末的排抛器具是转动装置，则所述至少一个偏导件有利安置成与所述排抛器具转动所绕的转动轴线平行，以将粉末抛成层形式。

有利地，所述至少一个偏导件还可安置成垂直于粉末层所在的中间排抛面，并且用于排抛粉末的排抛器具可以是转动装置或非转动装置。

有利地，所述至少一个偏导件是根据本发明的填充装置的内壁的一部分。

有利地，所述至少一个偏导件的形状适于待填充的模具的确定位置的形状。换句话说，所述至少一个偏导件有利安置在将被填充的模腔上方，并且其形状与所述模腔的形状相同或相似。

根据本发明的装置具有多个优点。

首先，装置可用于快速填充模具。

同样，使得可以在所述装置中混合粉末。

完成粉末填充而不需要在粉末运动时将补充量的气体添加进入系统。

根据本发明的装置提供了将受控的粉末流供给型腔的每个不同区域的器具。

因而根据本发明的装置导致了在时间方面和空间方面控制供给至模具或模腔的每个选定区域的粉末流。

因而，利用该装置，可以产生并将其中不同成分具有显著不同密度的粉末混合物沉积在模具中而不用摇动所述模具。

以粉末的不同成分和流可以在空间方面得到控制的相同方式，可以调节混合物的成分以及所沉积的粉末的表观密度，从而调节将获得的压紧部件的高度。更具体地讲，可以控制所沉积的粉末的水平度以及平整度。

此外，装置无需使用具有良好流动性能的粉末。不用经过小直径管进行流动。因而，粉末可在宽广范围内选择。

本发明通过在粒状粉末添加进入系统中时粉末的冲击可以实现粉碎，这对于碳化物和核材料而言非常有用。

利用该装置，可以将添加剂添加在模腔的一个或多个选定区域中，例如所述添加剂使得可以改进随后的压紧作用。

附图说明

在参看附图阅读本发明优选实施例之后，将更加清楚本发明的其他特定特征和优点，其中：

图1示出了根据本发明填充装置的特定实施例的剖视图；

图2示出了沿图1中的轴线A-A的音视图；

图3示出了根据本发明填充装置的另一个实施例；

图4示出了圆锥形转动装置的实施例的剖视图；

图5示出了碗形转动装置的实施例的剖视图；

图6示出了转动装置的另一个实施例的剖视图；

图7示出了带有肋部的圆锥形转动装置的剖视图；

图8示出了转动装置的另一个实施例的剖视图；

图9示出了根据本发明填充装置的另一个实施例；

图10是沿图9中的元件37的B-B轴线的剖视图。

具体实施方式

例如，以下所述的实施例应用于用粉末并用粉末混合物填充模具。

所使用的填充材料是这样的粉末，其将例如通过烧结、压紧、压紧-烧结或热静压压紧而被成形。例如，所述粉末包括金属、陶瓷粉末，或它们的混合物。

这些粉末必须满足烧结物体的生产要求，所述要求尤其关注于尺寸等级、纯度以及压缩性。因而，所使用的粉末的直径小于3mm，并且优选小于1mm。

通过安放由在填充装置中预配比容积或比重而限定的多剂粉末，或者通过借助于带有管状连接部的漏斗(截头反四角锥形的容器)添加粉末来供应根据本发明的填充装置。例如，出于尺寸的原因，漏斗可以倾斜或者安放成围绕盘的外周。其也可由蜗杆螺杆或由管等替换。装置的漏斗-本体连接部通常由闭合器(closer)控制，所述闭合器也提供了用于计量添加在托盘上的粉末的量并且控制添加时间的器具。

根据图1和2所示的第一实施例，目的在于利用根据本发明的装置1填充模具2。粉末3容纳在漏斗4中，而所述漏斗形成在装置的本体20的上侧部分中。在所述粉末进入之后其掉落在托盘5上，所述托盘绕中心轴线6转动，并安置成紧邻漏斗4下方。在该实施例中，托盘5为盘形状。快速转动的托盘5将粉末3抛成均匀并几乎水平层7的形式，对于所述层而言，平均方向处于离水平方向正或负90°的角度范围内。如图1所示，由托盘5所抛出的粉末层7撞击装置的本体的壁21：该壁作用为偏导件。壁22安置成低于壁21，并且也可作用为偏导件。

在粉末层7已经被壁21偏向之后，其然后与偏导件9接触，其中所述偏导件相对于转动托盘5径向和竖直固定。在该实施例中，偏导件9固定在筒形中央元件8上。因而，粉末3分配进入位于偏导件9下方的模具2或模腔中。注意，元件8和偏导件9是固定的；而仅仅托盘5转动。

在本体上的第一反射之后，层在偏导件9上反射之前可以被再次指向朝着其他壁(如本体的壁或中央元件)。所有这些壁形成一组控制粒料流的偏导件。

依据粉末以及供应到粉末上的能量，转动托盘的转速是每分钟100至10000转。有利地，该转速是在每分钟100至5000转之间。

在图2中，由于在该实施例中偏导件是固定的并且托盘沿顺时针方向转动，所以可以看出，粉末与偏导件的一侧接触。

根据另一个实施例，需要依据模具的位置，利用不同的粉末混合物填充具有不同深度的模腔的模具。图3示出了根据本发明的装置包括一组粉末偏导件，它们可将几乎水平的粉末的不同的层以受控和可调节的方式(平均方向在相对于水平方向的+或-90°之间)分配在模具中的不同位置处。所述模具10包括两个模腔：深并窄的模腔11，以及浅并宽的模腔12，所述模腔12的底部开口直至模腔11。

在该实施例中，两个盘(13和14)绕公共中心轴线15转动，并且每个盘接收不同的粉末，在这种情况中，被称为粉末A和粉末B，它们抛成具有确定厚度的通气(aerated)粉末层。利用带有两个出口的漏斗或者利用多个漏斗，粉末可加到盘中。明显的是，盘可承载在不同的轴上。

四个具有不同宽度的细长偏导件安装在粉末层A和B的路径上垂直于这两个转动盘(13和14)所在的转动面。实际上存在三个具有相同形状的偏导件(16、17和18)以及一个具有凹陷(recess)的偏导件19，其中所述凹陷处于与粉末A接触的部分。各偏导件安置成型腔的准确位置可充满粉末。由于这四个偏导件为平坦的形状，所以它们被安放成紧邻它们所相应填充的模具的对应模腔上方。因而，这四个偏导件在确定的位置拦截不同的粉末层，所述确定的位置对应所填充的特定型腔的相应模腔。因而，每个偏导件，由于其形状和位置(它们可在填充操作期间调整)，实现将粉末或不同的粉末分配在模具中。

应该注意的是，偏导件的形状是不同的(凹形、平坦的、螺旋形等)，并且偏导件可从托盘所在的平面斜向任何方向。

每个偏导件的形状对偏向型腔的粉末的量产生影响。在图3中，可以看出，在粉末B的拦截区域处，偏导件19比偏导件16、17和18更宽。因而，偏导件19比其它偏导件捕获更多粉末B，并且在所述偏导件19将所拦截的粉末B沉积在模腔(换句话说模腔11)中的位置处，所述偏导件19比其它偏导件填充更快。如果需要填充型腔的相应位置而深度不同的话，则使用不同宽度的偏导件是很有用的。

此外，已经发现，偏导件19在其捕获粉末A的位置处设有凹陷，并且所述凹陷并不位于所述偏导件捕获粉末B的位置。因而，偏导件19拦截比粉末B更多的粉末A。因而，模具10的模腔11将充满粉末A，并且其将包含少量粉末B。而偏导件16、17和18拦截与粉末B一样多的粉末A。

例如，可以在填充时竖直移动偏导件或者转动它们，从而它们偏离出更多粉末，或使得它们适于盘的不同的转速，这对于抛出的粉末速度具有反冲作用。

注意，与根据本发明的该装置一起使用的模腔的尺寸可以是200mm。

图3仅仅示出了单组偏导件以及单个模具。明显地，存在其他组偏导件以及对应的模具，尽管它们并未示出。模具和偏导件围绕转动托盘的周边安置在对应的准确位置处。

未被偏导件偏向的粉末由于重力作用而掉落。在图3中，未被偏向的粉末掉落至外周，并且被回收。在图2中，所有粉末都被使用。

可以以不同的方式获得用于填充模腔的粉末层。

例如，可以通过粉末在转动装置(如图1和3所示的情况)上加速而获得所述粉末层。该转动装置可以是盘、碗、圆锥体等形状。

转动装置可以由金属、陶瓷、聚合物等制成。依据粉末微粒所需的轨迹，所述转动装置的表面状态可从抛光状态改变至非常粗糙的状态。

转动装置的形状不必是平坦的。例如，装置可以是圆锥体(换句话，三角形截面30)(见图4)、碗(圆形或大致圆形截面31)(见图5)或用于引导粉末层7的其他形式的形状。

如果需要检查粉末层的厚度以及将其排出，则可在碗或盘上增加附加的元件。根据图6，设有由小距离(最多至几mm)分开的两个部件，从而限定出粉末可在其中循环的空间：下侧部件32被成形为碗，而上侧部件33也被成形为碗并带有位于其中心处的导管34，粉末7可经由所述导管而进入。

盘、碗或圆锥体可在其表面上包括特定形状，从而可以调整能量从盘传递至粉末。这些形状可以是筒形(例如，通过增加销制成)、半球形(通过盘的局部贯穿制成)或者将影响粉末在盘或碗上保持的任何其他形状。盘或碗可包括位于它们表面上的肋部。例如，图7示出了具有三角形横截面的盘，而肋部35自盘的顶点开始延伸。

还可通过高频喷流扫描(scan)来获得粉末层。该层然后由粉末微粒的不同轨迹的包围被物质化。该粉末层可通过将以高频扫描特定区域的粉末喷流被限定。整个扫描区域将被称为《层》。一个基本实施例示于图8中。在这种情况中，粉末可例如通过弯曲管36的转动而在所述管中加速。所述管的形状将决定所抛出的粉末的路径。在该实施例中，管道的管口为圆形形状。在这种情况中的粉末层将相对于管的转动轴线对称，与使用转动盘或碗时的方式相同。

还可通过包含在容器中的粉末的加速而获得粉末层。根据图9，可以看出，粉末安放在容器37中，而所述容器包括一个或多个隔室，对于所述隔室而言，其高度小于隔室的其它尺寸。容器的竖直面中的一个竖直面并不包括壁，或设有可拆卸的壁，从而使得可触及隔室。在需要将粉末抛到容器外侧时，该壁将被取下。在这种情况中，容器将沿需要产生层的区域的方向加速。容器在离该区域38的短距离处被突然阻止。在所述突然停止时的其惯性的作用下，粉末然后借助于设置用于此目的的开口39(见图10)被抛成“层”的形式。随后，可通过修改容器的出口的形状而控制和/或校准该层。如果容器包括多个隔室，则所述层包括由对应的隔室初始限定的不同的粉末抛射部。有利地，叠置的隔室充满不同的粉末(见图10)。因而，产生不同的平行层。

多个容器还可被用来获得更好的粉末分布，并且避免具有优先的方向。明显地，该结构对于粉末混合的情况而言很有利。例如，在图9所示的情况中，四个容器安放在相同的平面上，并且处于距离标明待填充模具的中心的轴线相同距离处。在该图中，由箭头示意示出粉末的抛出。

注意，偏导件和待填充模具并未在图9中示出。

可采用其他机械系统以形成所述层。例如，可以使用气体加速层，如果可以确保加速气体并不穿过或聚集在模具中或甚至聚集在偏导件所安置的区域中。

在模具充满根据本发明这些技术之一而获得的层之后，保持在模具中的粉末例如可利用单轴向压紧作用而被压紧，包括聚团包含在模具中的粉末或粉末混合物，同时向其施加高压(1至8千巴)。

所获得的粒料然后通过向其应用烧结处理而被机械加强。这对应于粒料在低于主体部分熔点的温度的热处理，从而在其上赋予很大的机械强度。

参考文献

2002年4月19日公开的专利公开文献WO 0126846，“流化填充底座系统”。

1997年3月28日提交的美国专利No.5881357，“填充粉末的方法与装置”。

2001年8月9日公开的专利公开文献WO 0156726，“粉末填充方法以及用于该方法的结构”。

1997年10月8日提交的美国专利No.5897826，“脉冲压力粉末供给系统以及均匀微粒材料输送的方法”。

2000年9月6日提交的专利公开文献EP 1083125，“填塞材料的方法与装置”。

1994年3月14日提交的美国专利No.5647410，“粉末模制机器以及将模制材料填充进入所述粉末模制机器的模腔中的方法”。    

1996年8月29日提交的美国专利No.5885625，“用于预压紧粉末材料的压力供给底座装置”。

Claims (15)

1.一种用至少一种粉末(3；A、B)填充至少一个模具(2；10)的填充装置(1)，其特征在于，所述填充装置包括：

用于添加至少一种粉末(3；A、B)到所述填充装置内的器具(4)；

用于将添加在所述填充装置中的所述粉末抛成粉末层(7)形式的至少一个排抛器具(5)；

多个偏导件(9；16、17、18、19)，它们在所述粉末层的路径上安置并被定位成可局部拦截抛成层形式的所述粉末(3)的至少一部分，并且将其重新指向朝着所述模具(2；10)中的确定位置。

2.根据权利要求1所述的填充装置，其特征在于，所述偏导件(9；16、17、18、19)是可定向的。

3.根据权利要求1所述的填充装置，其特征在于，所述偏导件(9；16、17、18、19)是可移动的。

4.根据权利要求1所述的填充装置，其特征在于，用于将所述粉末抛成层(7)形式的所述排抛器具(5)是转动装置。

5.根据权利要求4所述的填充装置，其特征在于，所述转动装置的形状选自盘、圆锥体或碗。

6.根据权利要求5所述的填充装置，其特征在于，所述转动装置包括至少一个肋部。

7.根据权利要求6所述的填充装置，其特征在于，所述至少一个肋部是可定向的。

8.根据权利要求4所述的填充装置，其特征在于，所述转动装置包括下侧部件和上侧部件，它们之间相互隔开特定的距离，所述上侧部件包括用于使所述粉末进入的开口，而所述粉末适于通过所述两个部件之间的空间排出。

9.根据权利要求4所述的填充装置，其特征在于，所述转动装置是带有粉末入口和粉末出口的元件，所述元件被布置成使得所述粉末离开所述出口时的惯性大到足以使所述粉末抛向所述元件外侧。

10.根据权利要求9所述的填充装置，其特征在于，所述元件是弯曲管。

11.根据权利要求1所述的填充装置，其特征在于，用于添加至少一种粉末的所述器具是至少一个容器(37)，其包括粉末入口与粉末出口，并且用于将所述粉末抛成层形式的所述排抛器具是这样一种器具，其用于快速移动所述至少一个容器(37)并且突然停止所述容器，从而容纳在所述容器中的粉末通过惯性作用被抛洒至所述容器外侧。

12.根据权利要求1至10任一所述的填充装置，其特征在于，所述至少一个偏导件(9)安置成与所述排抛器具(5)转动所绕的转动轴线平行，从而将所述粉末抛成层(7)的形式。

13.根据权利要求1至11任一所述的填充装置，其特征在于，所述至少一个偏导件(9)安置成垂直于所述粉末层所在的中间排抛面。

14.根据权利要求1所述的填充装置，其特征在于，所述至少一个偏导件(9)是所述填充装置的内壁(21、22)的一部分。

15.根据权利要求1所述的填充装置，其特征在于，所述至少一个偏导件(9)适合于待填充的所述模具的确定位置的形状。

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