一种实现粉体高密度振压成形的设备，包括：机座1、机械振动装置2、夹具3、模具组件4、液压系统5、超声振动装置6、轴承座7、数据采集系统8、电动机9及变频控制系统10。本发明专利技术的优点在于将振幅和频率精确可控的三维机械振动、不同冲击速度及压力的双向轴压、以及可调频的超声振动用于粉体的冷态成形，综合考虑了从粉体在模具内的初始充填到传输再到在振压条件下紧实各个环节的有机结合，从而获得内部密度和应力分布均匀的高性能致密压坯，提高了粉末冶金部件及陶瓷产品的质量和性能，降低了生产成本。整个过程采用PLC进行控制，通过数据采集及转换可实现粉体紧实过程中压坯宏观性能变化的可视化，便于实现工艺优化及生产的自动化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及物理实验设备，一种实现粉体高密度振压成形的设备，用于冶金、陶瓷及化工领域粉体粒子的成形，特别是适用于制备内部压力及密度分布均匀的高质量致密压坯，也可以用于部分粉体的近、净成形。
技术介绍
粉体的成形是粉末冶金及 陶瓷工业生产的一个重要环节，对成形后的压坯进行烧结和后处理可以获得全致密的粉末产品，目前的研究主要集中在烧结的环节，而对成形过程的研究则比较少，尤其是综合从初始的粉体充填到其在模具内的传输到在外部能量作用下紧实的高密度成形设备并未见相关报导。实际上，密度相对较低的压坯虽然通过烧结可以实现全致密，但需要的烧结温度高、烧结时间长，因此能耗大，环境污染严重，生产成本很高。虽然通过高速压制获得的压坯密度较高，但由于其通常只着重于压制的过程，对压制前易形成团聚的细粉则无法有效消除由粉体间弱的作用力如范德华力、毛细力及静电力等形成的粉体团聚，从而导致压坯内部的密度及应力分布不均匀，这不但可能会引起压坯掉边、掉角和裂纹，也会引起产品烧结收缩不均，造成产品性能不均匀或变形与开裂。而压坯密度的均匀性，首先取决于粉体充填过程的均匀性，这一点在绝大部分的粉体成形过程中均没有考虑。同样，从粉体在模具内的传输到在外部压力作用下的紧实，除自身的性能外，粉体粒子之间的重排十分关键，因此必须采取一定的措施加速粒子之间的重排，从而促进粒子间孔隙的填充，实现压坯的致密化，而这一点在现有的实验中也未充分体现。实际上粉体冷态成形的过程十分关键，它决定了未来粉末产品烧结的工艺、制度及最终产品的质量。一个密度高、内部密度及应力分布均匀的高质量压坯通常可以不烧结(近、净成形)或很少的烧结(烧结温度可以很低，烧结时间也可以大大缩短)就可以实现全致密，同时烧结后可以不加工或很少加工，因此，大大降低了成本，提高了产品的质量。冷态成形的过程包括粉体在模具内的初始充填、粉体在模具内的传输及在外部能量作用下的紧实三个环节，目前国内外的研究大多集中在第三个环节，虽然采用特殊的压制方式可以获得较高的压坯密度，但由于对前两个环节准备不足，因此导致对细粉的压坯质量控制不好，造成最终的粉末产品质量不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实现粉体高密度振压成形的设备，实现粉体初始充填阶段的超声振动、粉体在模具内传输阶段的可精确调频及调幅的三维机械振动以及粉体在紧实阶段的振、压成形，实现粉体冷态成形的三个环节的有机结合。对初始充填的粉体输入不同形式的超声振动能量，可以有效的减少或防止粉体之间的团聚，有利于提高粉体的均匀性；装粉结束后，在压制过程中对粉体同时施加三维的周期性机械振动，可以促进粉体粒子在紧实过程中的重排，配合加在粉体粒子上的不同冲击速度的双向轴压可以实现高质量和性能的致密压坯。一种实现粉体高密度振压成形的设备，包括机座(I)、机械振动装置(2)、夹具(3)、模具组件(4)、液压系统(5)、超声振动装置(6)、轴承座(7)、数据采集系统(8)、电动机(9)及变频控制系统(10)。位于机座(I)上的机械振动装置(2)与液压系统(5)及超声振动装置(6)共同作用于粉体的紧实，数据采集系统(8)将粉体紧实过程中搜集的压力和位移信号进行转换并将结果以图表的形式适时显示于远程的计算机终端。电动机(9)受变频控制系统(10)的控制，实现对三个互相垂直方向中机械振动的驱动。机械振动装置(2)固定在机座(I)上，机械振动装置(2)上的两个水平方向的X向导板(13)和Y向导板(12)分别在电动机(9)中的X向电动机和Y向电动机的驱动下通过滑块(14)沿着各自的导轨(15)作水平方向运动，X向导板(13)上表面固定竖直的Z向导柱(16)，每根导柱(16)上都有一个可以滑动的导套(17)与容器固定板(18)相联，导套 (17)的上端与弹簧(19)的下端接触，弹簧(19)的上端由夹紧器(20)固定，电动机(9)中的Z方向电动机通过与容器固定板(18)相连的下顶杆(21)实现振动台通过导套(17)沿着导柱(16)的Z方向运动。每个方向的电动机(9)输出轴都是通过不同偏心度的偏心轴套(63)实现各个方向不同振幅的振动，振动的幅度可以在几十微米到几毫米的范围内变化，同时每个电动机(9)都配有变频调速器(10)来控制其转数，从而精确控制每个方向上的振动频率；每个方向上的振动都是通过独立的电动机和变频调速器分别控制，因此振动台可以分别实现一维、二维及三维的机械振动，且振动的振幅和频率都精确可控。每个电动机(9)的输出轴通过皮带轮￠1)与连接轴￠2)的一端相连，连接轴￠2)的另一端通过偏心套出3)与轴承￠4)相连，连接轴￠2)位于轴承座￠5)上，轴承座￠5)可以保证电动机(9)传动较小的轴向跳动，从而减少实验误差。液压系统(5)由液压站(51)和油缸(52)组成，油缸(52)固定在夹具(3)下部。夹具(3)位于机械振动装置(2)的振动台上，模具组件(4)的上下两端分别与上压力传感器(31a)和下压力传感器(31b)相联，下压力传感器(31b)的下表面通过垫板(32)与油缸(52)的顶端相联，下压力传感器(31b)的上表面通过托板(33)与模具组件(4)的下端相联，上压力传感器(31a)的上表面固定在夹具(3)的顶板(34)上，下表面与模具组件(4)的上端相联，夹具(3)由四个夹具杆(35)支撑，其中的一个夹具杆(35)上有与模具组件(4)中的压头相连的限位套(36)和定位器(37)，它们与位移传感器(38)相联用来测定凸模(41)的位移。超声振动装置￠)与模具(4)相联，超声振动装置￠)的输出端与模具(4)的连接方式有两种，一种是直接与模具壁相连，实现超声能量在模具内部的传播，另一种是输出端通过金属片直接伸入到凹模(42)内部的粉体中，从而实现超声能量的传播，超声振动装置(6)的振动频率可以调节，从而实现不同能量的输入。模具组件(4)由凸模(41)、凹模(42)、起模器(43)及起模器座(44)组成，根据不同的零件要求，凸模(41)和凹模(42)的形状可以发生改变。数据采集系统(8)通过三个数据采集模块(71)分别与上压力传感器(31a)、下压力传感器(31b)和位移传感器(38)相联，采集到的信号通过数据转换模块(72)进行转换，既而在远程计算机终端(73)上实现粉体紧实过程中宏观性能如压力及密度演变的适时可视化。每个方向的振动通过PLC设置一个自动控制开关，将每个电动机的驱动通过变频器柜单独控制，从而很方便地实现不同振动参数的输入，实现该设备的自动执行功能。本专利技术的优点在于将振幅和频率精确可控的三维机械振动、不同冲击速度及压力的双向轴压、以及可调频的超声振动用于粉体的冷态成形，综合考虑了从粉体在模具内的初始充填到传输再到在振压条件下紧实各个环节的有机结合，从而获得内部密度和应力分布均匀的高性能致密压坯，提高了粉末冶金部件及陶瓷产品的质量和性能，同时降低了生产成本。整个过程采用PLC进行控制，通过对压头位移和压力数据的适时采集，可实现粉体紧实过程中压坯宏观性能变化的可视化，便于实现工艺优化及生产的自动化。附图说明图I是根据本专利技术的实现粉体高密度振压成形的设备示意图；图2是图I中粉体高密度振压成形设备的机械振动装置示意图；图3是夹具示意图；图4是模具组件示意图；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实现粉体高密度振压成形的设备，包括机座(1)、机械振动装置(2)、夹具(3)、模具组件(4)、液压系统(5)、超声振动装置(6)、轴承座(7)、数据采集系统(8)、电动机(9)及变频控制系统(10)，其特征在于位于机座(1)上的机械振动装置(2)与液压系统(5)及超声振动装置(6)共同作用于粉体的紧实，数据采集系统(8)将粉体紧实过程中搜集的压力和位移信号进行转换并将结果以图表的形式适时显示于远程的计算机终端。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：安希忠，冯百鸣，李超，黄飞，邢志涛，李长兴，董乐，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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