一種實現粉體高密度振壓成形的設備，包括：機座1、機械振動裝置2、夾具3、模具組件4、液壓系統5、超聲振動裝置6、軸承座7、數據采集系統8、電動機9及變頻控制系統10。本發明專利技術的優點在于將振幅和頻率精確可控的三維機械振動、不同沖擊速度及壓力的雙向軸壓、以及可調頻的超聲振動用于粉體的冷態成形，綜合考慮了從粉體在模具內的初始充填到傳輸再到在振壓條件下緊實各個環節的有機結合，從而獲得內部密度和應力分布均勻的高性能致密壓坯，提高了粉末冶金部件及陶瓷產品的質量和性能，降低了生產成本。整個過程采用PLC進行控制，通過數據采集及轉換可實現粉體緊實過程中壓坯宏觀性能變化的可視化，便于實現工藝優化及生產的自動化。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及物理實驗設備，一種實現粉體高密度振壓成形的設備，用于冶金、陶瓷及化工領域粉體粒子的成形，特別是適用于制備內部壓力及密度分布均勻的高質量致密壓坯，也可以用于部分粉體的近、凈成形。
技術介紹
粉體的成形是粉末冶金及 陶瓷工業生產的一個重要環節，對成形后的壓坯進行燒結和后處理可以獲得全致密的粉末產品，目前的研究主要集中在燒結的環節，而對成形過程的研究則比較少，尤其是綜合從初始的粉體充填到其在模具內的傳輸到在外部能量作用下緊實的高密度成形設備并未見相關報導。實際上，密度相對較低的壓坯雖然通過燒結可以實現全致密，但需要的燒結溫度高、燒結時間長，因此能耗大，環境污染嚴重，生產成本很高。雖然通過高速壓制獲得的壓坯密度較高，但由于其通常只著重于壓制的過程，對壓制前易形成團聚的細粉則無法有效消除由粉體間弱的作用力如范德華力、毛細力及靜電力等形成的粉體團聚，從而導致壓坯內部的密度及應力分布不均勻，這不但可能會引起壓坯掉邊、掉角和裂紋，也會引起產品燒結收縮不均，造成產品性能不均勻或變形與開裂。而壓坯密度的均勻性，首先取決于粉體充填過程的均勻性，這一點在絕大部分的粉體成形過程中均沒有考慮。同樣，從粉體在模具內的傳輸到在外部壓力作用下的緊實，除自身的性能外，粉體粒子之間的重排十分關鍵，因此必須采取一定的措施加速粒子之間的重排，從而促進粒子間孔隙的填充，實現壓坯的致密化，而這一點在現有的實驗中也未充分體現。實際上粉體冷態成形的過程十分關鍵，它決定了未來粉末產品燒結的工藝、制度及最終產品的質量。一個密度高、內部密度及應力分布均勻的高質量壓坯通常可以不燒結(近、凈成形)或很少的燒結(燒結溫度可以很低，燒結時間也可以大大縮短)就可以實現全致密，同時燒結后可以不加工或很少加工，因此，大大降低了成本，提高了產品的質量。冷態成形的過程包括粉體在模具內的初始充填、粉體在模具內的傳輸及在外部能量作用下的緊實三個環節，目前國內外的研究大多集中在第三個環節，雖然采用特殊的壓制方式可以獲得較高的壓坯密度，但由于對前兩個環節準備不足，因此導致對細粉的壓坯質量控制不好，造成最終的粉末產品質量不穩定。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種實現粉體高密度振壓成形的設備，實現粉體初始充填階段的超聲振動、粉體在模具內傳輸階段的可精確調頻及調幅的三維機械振動以及粉體在緊實階段的振、壓成形，實現粉體冷態成形的三個環節的有機結合。對初始充填的粉體輸入不同形式的超聲振動能量，可以有效的減少或防止粉體之間的團聚，有利于提高粉體的均勻性；裝粉結束后，在壓制過程中對粉體同時施加三維的周期性機械振動，可以促進粉體粒子在緊實過程中的重排，配合加在粉體粒子上的不同沖擊速度的雙向軸壓可以實現高質量和性能的致密壓坯。一種實現粉體高密度振壓成形的設備，包括機座(I)、機械振動裝置(2)、夾具(3)、模具組件(4)、液壓系統(5)、超聲振動裝置(6)、軸承座(7)、數據采集系統(8)、電動機(9)及變頻控制系統(10)。位于機座(I)上的機械振動裝置(2)與液壓系統(5)及超聲振動裝置(6)共同作用于粉體的緊實，數據采集系統(8)將粉體緊實過程中搜集的壓力和位移信號進行轉換并將結果以圖表的形式適時顯示于遠程的計算機終端。電動機(9)受變頻控制系統(10)的控制，實現對三個互相垂直方向中機械振動的驅動。機械振動裝置(2)固定在機座(I)上，機械振動裝置(2)上的兩個水平方向的X向導板(13)和Y向導板(12)分別在電動機(9)中的X向電動機和Y向電動機的驅動下通過滑塊(14)沿著各自的導軌(15)作水平方向運動，X向導板(13)上表面固定豎直的Z向導柱(16)，每根導柱(16)上都有一個可以滑動的導套(17)與容器固定板(18)相聯，導套 (17)的上端與彈簧(19)的下端接觸，彈簧(19)的上端由夾緊器(20)固定，電動機(9)中的Z方向電動機通過與容器固定板(18)相連的下頂桿(21)實現振動臺通過導套(17)沿著導柱(16)的Z方向運動。每個方向的電動機(9)輸出軸都是通過不同偏心度的偏心軸套(63)實現各個方向不同振幅的振動，振動的幅度可以在幾十微米到幾毫米的范圍內變化，同時每個電動機(9)都配有變頻調速器(10)來控制其轉數，從而精確控制每個方向上的振動頻率；每個方向上的振動都是通過獨立的電動機和變頻調速器分別控制，因此振動臺可以分別實現一維、二維及三維的機械振動，且振動的振幅和頻率都精確可控。每個電動機(9)的輸出軸通過皮帶輪￠1)與連接軸￠2)的一端相連，連接軸￠2)的另一端通過偏心套出3)與軸承￠4)相連，連接軸￠2)位于軸承座￠5)上，軸承座￠5)可以保證電動機(9)傳動較小的軸向跳動，從而減少實驗誤差。液壓系統(5)由液壓站(51)和油缸(52)組成，油缸(52)固定在夾具(3)下部。夾具(3)位于機械振動裝置(2)的振動臺上，模具組件(4)的上下兩端分別與上壓力傳感器(31a)和下壓力傳感器(31b)相聯，下壓力傳感器(31b)的下表面通過墊板(32)與油缸(52)的頂端相聯，下壓力傳感器(31b)的上表面通過托板(33)與模具組件(4)的下端相聯，上壓力傳感器(31a)的上表面固定在夾具(3)的頂板(34)上，下表面與模具組件(4)的上端相聯，夾具(3)由四個夾具桿(35)支撐，其中的一個夾具桿(35)上有與模具組件(4)中的壓頭相連的限位套(36)和定位器(37)，它們與位移傳感器(38)相聯用來測定凸模(41)的位移。超聲振動裝置￠)與模具(4)相聯，超聲振動裝置￠)的輸出端與模具(4)的連接方式有兩種，一種是直接與模具壁相連，實現超聲能量在模具內部的傳播，另一種是輸出端通過金屬片直接伸入到凹模(42)內部的粉體中，從而實現超聲能量的傳播，超聲振動裝置(6)的振動頻率可以調節，從而實現不同能量的輸入。模具組件(4)由凸模(41)、凹模(42)、起模器(43)及起模器座(44)組成，根據不同的零件要求，凸模(41)和凹模(42)的形狀可以發生改變。數據采集系統(8)通過三個數據采集模塊(71)分別與上壓力傳感器(31a)、下壓力傳感器(31b)和位移傳感器(38)相聯，采集到的信號通過數據轉換模塊(72)進行轉換，既而在遠程計算機終端(73)上實現粉體緊實過程中宏觀性能如壓力及密度演變的適時可視化。每個方向的振動通過PLC設置一個自動控制開關，將每個電動機的驅動通過變頻器柜單獨控制，從而很方便地實現不同振動參數的輸入，實現該設備的自動執行功能。本專利技術的優點在于將振幅和頻率精確可控的三維機械振動、不同沖擊速度及壓力的雙向軸壓、以及可調頻的超聲振動用于粉體的冷態成形，綜合考慮了從粉體在模具內的初始充填到傳輸再到在振壓條件下緊實各個環節的有機結合，從而獲得內部密度和應力分布均勻的高性能致密壓坯，提高了粉末冶金部件及陶瓷產品的質量和性能，同時降低了生產成本。整個過程采用PLC進行控制，通過對壓頭位移和壓力數據的適時采集，可實現粉體緊實過程中壓坯宏觀性能變化的可視化，便于實現工藝優化及生產的自動化。附圖說明圖I是根據本專利技術的實現粉體高密度振壓成形的設備示意圖；圖2是圖I中粉體高密度振壓成形設備的機械振動裝置示意圖；圖3是夾具示意圖；圖4是模具組件示意圖；本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種實現粉體高密度振壓成形的設備，包括機座(1)、機械振動裝置(2)、夾具(3)、模具組件(4)、液壓系統(5)、超聲振動裝置(6)、軸承座(7)、數據采集系統(8)、電動機(9)及變頻控制系統(10)，其特征在于位于機座(1)上的機械振動裝置(2)與液壓系統(5)及超聲振動裝置(6)共同作用于粉體的緊實，數據采集系統(8)將粉體緊實過程中搜集的壓力和位移信號進行轉換并將結果以圖表的形式適時顯示于遠程的計算機終端。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：安希忠，馮百鳴，李超，黃飛，邢志濤，李長興，董樂，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：
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