一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法及其裝置的製作方法

2023-07-12 03:57:11 4

專利名稱：一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及材料加工領域，具體是指一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法及其裝置。
背景技術：
目前國內外對於粉末在壓制過程中側壓力的測試，均採用間接測試的方法，如平均側壓力測定法、點測法、電阻應變片測量法等，這些測試方法有一個共同的缺點不能夠直接表現和描述粉末在壓制過程中的真實受力情況，試驗結果誤差較大。此外，這些測試方法對模具加工工藝要求很高。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，為描述、分析粉末在壓制過程中力的變化而提供一種簡單、動態的直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法及其裝置。
一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法，其特徵在於將階梯頂杆自小端始插入開有與階梯頂杆相配合的內外模腔孔道直至與粉末接觸，階梯頂杆大端通過鋼球、頂柱與壓力傳感器連接或者階梯頂杆大端通過頂柱與壓力傳感器連接，側壓力的變化連續、直接地顯示在與壓力傳感器相連的指示儀器上。
實現上述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法的裝置，其特徵在於它由1～8根階梯頂杆、開有與階梯頂杆相配合孔道的內外模腔、壓力傳感器、指示儀器所組成；自階梯頂杆的小端始插入與階梯頂杆相配合的內外模腔孔道，階梯頂杆大端通過鋼球、頂柱與壓力傳感器連接或者階梯頂杆大端通過頂柱與壓力傳感器連接，壓力傳感器與指示儀器相連接。所述階梯頂杆分為二階梯頂杆或三階梯頂杆，二階梯頂杆是由大端和小端所組成，三階梯頂杆是由大端、中端和小端所組成。階梯頂杆的橫截面可以是圓形也可以是方形。如果它是圓形，即為一根圓柱形階梯狀整體，它的小端直徑範圍為1～5cm，長度與內模腔壁厚相等；三階梯頂杆的中端或者二階梯頂杆的大端的長度長於外模腔壁厚，其直徑由小端到大端依次變大。
階梯頂杆的大端和頂柱分別加工有與鋼球配合的圓弧面；階梯頂杆通過鋼球、頂柱與壓力傳感器相連。
階梯頂杆的小端與內模腔孔道為小間隙配合，階梯頂杆的中端與外模腔孔道為大間隙配合。裝置的內外模腔之間為過盈配合。
階梯頂杆根據測試所需的根數，均勻分布在內外模腔的不同高度和/或內、外模腔截面的不同角度。也可以根據測試要求確定測試位置。
與現有技術相比，本發明具有如下優點1、本發明為描述、分析粉末在壓制過程中側壓力的變化而提供了簡單、動態的直接測試側壓力的試驗方法及其裝置，可以取代目前的粉末壓制間接測試法，在很大程度上解決了當前側壓力測試困難的問題，為研究粉末壓制過程中不同階段的緻密化以及密度的均勻化提供重要的依據，對提高粉末冶金零件密度，擴大粉末冶金零件的應用範圍等方面有重大的意義。
2、本發明通過頂杆將不同高度的側壓力直接傳遞給壓力傳感器，並顯示在指示儀器上，避免間接測量帶來實驗結果的偏差。
3、本發明僅有頂杆的小端與粉末接觸，接觸面積相對小，測出的力可近似看成為沿頂杆中心線同一高度粉末承受的壓強，從而達到分層研究側壓力的目的。
4、研究表明，頂杆在測量中的摩擦力較小，每次測量完畢，頂杆可以輕易取出，因此摩擦力可以忽略不計。
5、本發明應用範圍廣，可用於直接測量不同材料在壓制過程中側壓力等的大小。如用於金屬粉末，陶瓷粉末和塑料粉末等材料壓制過程中側壓力的測試。
6、本發明同時與測試軟體相結合，從而獲得更高的可靠性、直觀性及測力簡便等優點。
7、本發明結構簡單，製造方便；材料普通，成本低。


圖1為一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置主視結構示意圖。
圖2為圖1俯視結構示意圖。
圖3為圖1中I部分的放大示意圖。
圖4為有鋼球連接的三階梯頂杆結構示意圖。
圖5為有鋼球連接的二階梯頂杆結構示意圖。
圖6為無鋼球連接的二階梯頂杆結構示意圖。
圖7為無鋼球連接的二階梯頂杆結構示意圖。
圖8為實施例2階梯頂杆分布示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
實施例1如圖1、圖2所示，實現一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法的裝置，是由4根圓柱形三階梯頂杆6、開有與三階梯頂杆6相配合孔道的內外模腔8、7、壓力傳感器3、指示儀器所組成；圓柱形階梯頂杆6是關鍵部分，如圖4所示的三階梯頂杆，它是一個由大端17、中端16、小端15所組成的圓柱形階梯狀整體。圖3是階梯頂杆6與內外模腔8、7的配合示意圖，插入內模腔8、長度與內模腔8壁厚相等的為階梯頂杆小端15，插入外模腔7、長度略長於外模腔7壁厚的為階梯頂杆中端16，加工有與鋼球5配合的圓弧面為階梯頂杆大端17；階梯頂杆6的大端17通過鋼球5和加工有與鋼球5配合的圓弧面頂柱4相連，頂柱4的另一端與壓力傳感器3連接，壓力傳感器3與指示儀器相連接。階梯頂杆6的小端15直徑範圍為1～5cm，小、中、大端直徑依次變大，階梯頂杆6的小端15與內模腔8孔道為小間隙配合，頂杆6的中端16與外模腔7孔道為大間隙配合。內外模腔之間為過盈配合。階梯頂杆6可以在1～8根的範圍內根據測試所需選用，均勻分布在內外模腔的不同高度和/或內、外模腔截面的不同角度。如圖2所示，是一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置俯視圖即為4根階梯頂杆的分布示意圖。4個階梯頂杆6，成90°均勻分布在模具的不同高度上，用於測試不同高度粉末壓制過程中側壓力的動態變化情況。階梯頂杆6的小端15插入開有與階梯頂杆相配合的內外模腔8、7孔道直至與粉末13接觸，階梯頂杆6大端通過鋼球5、頂柱4與壓力傳感器3間接連接，側壓力的變化連續、直接地顯示在與壓力傳感器3相連的指示儀器上。
階梯頂杆6的大端17通過鋼球5與壓力傳感器3間接連接，這是因為，考慮到材料的剛度，採用階梯形可以儘可能地減少階梯頂杆6在壓制過程中的變形量，同時也考慮到便於階梯頂杆6以及與其相配合的內、外模腔8、7上的孔道的加工。階梯頂杆小端15與內模腔8的孔道採用小間隙配合，即要使階梯頂杆與模具間有潤滑油，又要減少粉末進入間隙內，使摩擦力減小。另外，為了避免因接觸面積過大引起測量層範圍增大而造成誤差的增加。階梯頂杆6小端15採用小直徑，這樣與粉末的接觸面積也小，從而可近似看作測量頂杆中心線層的側壓力，本實施例小端15直徑為1cm，長度與內模腔8壁厚相等。而中端16與外模腔7則採用大間隙配合，這樣剛度好，變形少，從而使得側壓力的傳遞更均勻，誤差更小。階梯頂杆6中端16長度略長於外模腔7壁厚。階梯頂杆6的大端17加工有與鋼球5配合的圓弧面，並通過鋼球及加工有與鋼球5配合的圓弧面的頂柱4和壓力傳感器3連接。另外考慮到階梯頂杆6在運動的過程中與模壁的摩擦，在階梯頂杆的製造中採用研磨小端的處理方法，使間隙減小。同時，在測力操作過程中可在其表面塗上一層潤滑劑，如機油、PTFE等，使摩擦係數減小，從而更加準確地測量側壓力的大小。圖1中9為上模衝；10為螺栓；11為壓緊塊；12為加熱板；14為下模衝。
當粉末13壓縮時，由於粉末13的相互擠壓作用，壓坯向側面膨脹，根據力的傳遞原理，它所產生的側壓力通過階梯頂杆6的小端15向外傳遞。由小端15、中端16到大端17，通過鋼球5、固定在壓力傳感器3上的頂柱4傳遞至壓力傳感器3。頂柱4的一端與大端17的一端一樣加工有與鋼球相配合的圓弧面，這樣，在調試過程中鋼球5可以起著對中的作用，即使階梯頂杆6中心線與壓力傳感器3中心線保持在同一直線上。而壓力傳感器3通過螺栓1固定在支撐板2上，並使支撐板2有足夠的空間用於壓力傳感器3的中心對中調節。這樣，最終傳遞到壓力傳感器3的側壓力的大小連續、直接地顯示在終端指示儀器上。
實施例2如圖8所示，階梯頂杆6為7根，並成51°25′43″均勻分布在模具不同高度上；頂杆6小端15直徑為2cm，也可以3cm或4cm或5cm。其餘的實施方式均與實施例1一樣。
實施例3一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置可以是二階梯頂杆，如圖5所示，它是由大端17、小端15所組成。插入內模腔8、長度與內模腔8壁厚相等的為二階梯頂杆小端15，插入外模腔7、長度略長於外模腔7壁厚，並加工有與鋼球5配合的圓弧面為二階梯頂杆大端17；二階梯頂杆6的大端17通過鋼球5和加工有與鋼球5配合的圓弧面頂柱4相連，頂柱4的另一端與壓力傳感器3連接，壓力傳感器3與指示儀器相連接。其餘的實施方式均與實施例4如圖6、圖7分別為無鋼球連接的二、三階梯頂杆。階梯頂杆大端17為平面，通過端面也為平面的頂柱4與壓力傳感器3連接。這種狀態要求階梯頂杆大端17的端面與階梯頂杆6中心線的垂直度以及頂柱4端面和頂柱的中心線的垂直度均達到7級垂直度以上時，可避免引起頂杆傾斜，即可滿足測試條件。這樣側壓力的變化也可以連續、直接地顯示在與壓力傳感器3相連的指示儀器上。其餘的實施方式均與實施例1、2和3一樣。
實施例5一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置無論採用二階梯頂杆或三階梯頂杆的方式，它的橫截面還可以是方形的。其餘的實施方式均與實施例1、2、3和4一樣。
權利要求
1.一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法，其特徵在於將階梯頂杆自小端始插入開有與階梯頂杆相配合的內外模腔孔道直至與粉末接觸，階梯頂杆大端通過鋼球、頂柱與壓力傳感器連接或者階梯頂杆大端通過頂柱與壓力傳感器連接，側壓力的變化連續、直接地顯示在與壓力傳感器相連的指示儀器上。
2.實現權利要求1所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法的裝置，其特徵在於它由1～8根階梯頂杆(6)、開有與階梯頂杆(6)相配合孔道的內外模腔(8、7)、壓力傳感器(3)、指示儀器所組成；自階梯頂杆(6)的小端(15)始插入與階梯頂杆(6)相配合的內外模腔孔道，階梯頂杆(6)的大端(17)通過鋼球(5)、頂柱(4)與壓力傳感器(3)相連或者階梯頂杆(6)大端(17)通過頂柱(4)與壓力傳感器(3)連接，壓力傳感器(3)與指示儀器相連接。
3.根據權利要求2所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置，其特徵在於所述階梯頂杆(6)為二階梯頂杆或三階梯頂杆，二階梯頂杆(6)是由大端(17)和小端(15)所組成，三階梯頂杆(6)是由大端(17)、中端(16)、小端(15)所組成。
4.根據權利要求2或3所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置，其特徵在於階梯頂杆(6)是一圓柱形階梯狀的整體，它的小端(15)直徑範圍為1～5cm，長度與內模腔(8)壁厚相等；三階梯頂杆的中端(16)或者二階梯頂杆的大端(17)的長度長於外模腔(7)壁厚，其直徑由小端到大端依次變大。
5.根據權利要求2或3所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置，其特徵在於階梯頂杆(6)的大端(17)和頂柱(4)分別加工有與鋼球(5)配合的圓弧面；階梯頂杆(6)通過鋼球(5)、頂柱(4)與壓力傳感器(3)相連。
6.根據權利要求2或3所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置，其特徵在於階梯頂杆(6)的小端(15)與內模腔(8)孔道為小間隙配合，三階梯頂杆的中端(16)或者二階梯頂杆的大端(17)與外模腔(7)孔道為大間隙配合。
7.根據權利要求2所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置，其特徵在於它的內外模腔(8、7)之間為過盈配合。
8.根據權利要求2或3所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置，其特徵在於階梯頂杆(6)根據測試所需的根數，均勻分布在內外模腔(8、7)的不同高度和/或內、外模腔(8、7)截面的不同角度。
9.根據權利要求2或3所述的一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的裝置，其特徵在於階梯頂杆(6)的橫截面為方形。
全文摘要
本發明涉及材料加工領域，具體是指一種直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法及其裝置。該裝置由1～8根階梯頂杆、開有與階梯頂杆相配合孔道的內外模腔、壓力傳感器及指示儀器所組成。階梯頂杆的大、中、小端為階梯狀的一個整體，自階梯頂杆小端始，插入開有與階梯頂杆相配合的內外模腔孔道直至與粉末接觸，階梯頂杆大端通過或不通過鋼球，然後與頂柱及壓力傳感器連接，側壓力的變化連續、直接地顯示在與壓力傳感器相連的指示儀器上。本發明提供了一種簡單、動態的直接測試粉末壓制過程中側壓力的方法及其裝置，可以取代目前的粉末壓制間接測試法，避免了間接測量帶來實驗結果的偏差，且結構簡單，製造方便；材料普通，成本低。
文檔編號G01L19/08GK1632493SQ20041007752
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者陳維平, 李元元, 屈盛官, 周照耀, 麥明仁 申請人:華南理工大學