電火花/等離子活化燒結工業設備的製作方法

2023-05-11 07:53:41 2

專利名稱：電火花/等離子活化燒結工業設備的製作方法
技術領域：
，電火花/等離子活化燒結工業設備，一種對粉末冶金材料進行燒結、固化的專用工業設備。
背景技術：
，一，中國國家知識產權局資料庫中，實用新型專利說明書專利號01213939.4名稱為(等離子活化燒結材料新型設備，以下簡稱該專利)。根據該專利提供的實用新型說明書與附圖，按功能可分為機械部分和電氣部分。機械部分與普通壓力機沒有本質區別，電氣部分中的脈衝電源裝置，逆變式直流電阻加熱裝置技術公開不充分。實施例部分稱，本實施例工作時最關鍵的是設計好脈衝電源裝置和逆變式直流電阻加熱裝置的參數，下面給出一組申請人認為最好的參數，1，脈衝電壓為60V，脈衝電流600A，脈衝接通時間40MS，脈衝斷路時間40MS，總脈衝時間30S。2，逆變式直流電阻加熱溫度1300-14000攝氏度。3，施加壓力5MPA。該實用新型不具備實用性，依據的理由是，1，不同的金屬粉末材料有不同的熔點，相同名稱性質的金屬粉末材料在不同級的晶粒細度、體積大小狀態下其熔點也不會相同，要經過實驗才能最終決定規模生產。2，逆變直流電阻加熱裝置加熱溫度1300-14000攝氏度，其中的14000攝氏度超過了石墨的熔點範圍(該實用新型權力要求書「2」中的特徵模具和衝頭用石墨做成)，無法實施。正確的壓力與加熱溫度的關係是，當壓力增大時，溫度相應降低；而當溫度升高時壓力相應降低，金屬粉末體都能達到理論緻密的密度，這是相同性質的金屬粉末材料在相同加壓加溫範圍的一般工作原理。該專利關鍵部分是脈衝電源裝置和逆變式直流電阻加熱裝置，但該部分技術公開不充分，沒有在說明書及附圖中預以明確表示，不能產生專利法第三章第二十六條第三款「說明書應對發明或實用新型作出清楚完整地說明，以所屬技術領域的技術人員能夠實現為準；必要的時候，應當有附圖，摘要應當簡要說明發明或實用新型的技術要點」的效果，達不到專利法實施細則第二章第十八條第五款「寫明要求保護的發明或實用新型的技術方案，使所屬技術領域的技術人員能夠理解、並且能夠達到發明或實用新型的目的」的規定要求，不能實現專利三性，更談不上規模生產。根據專利法第五章第四十八條「自專利局公告授予專利權之日起六個月後，任何單位或個人認為該專利的授予不符合本法有關規定的，都可以請求專利覆審委員會宣告該專利權無效。」二，清華大學-材料科學與工程系引進日本住友石灰礦業株式會社的1050-SPS放電等離子燒結機是新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室的科學研究和實驗設備，其不足之處是此設備燒結工件直徑僅有5釐米，是實驗室設備，無法實現工業化生產，在改造傳統產業方面不符合國家規模化、產業化政策。資料顯示，我國在新材料的基礎研究水平方面處於國際先進水平，但是往往進入生產階段，新材料的製品性能處於不穩定或落後狀態，根源在於忽視材料的先進位備、成型與加工技術的綜合協調發展。國家創新基金鼓勵發展具有自主創新的先進的材料製備、成型和加工技術並規模化生產高性能新型材料及製品。1冶金，2納米粉，3溫壓成形，4微波、雷射、等離子等快速緻密化燒結技術及低溫燒結技術。可見，具有自主智慧財產權的、先進的材料製備、成型和加工技術並規模化生產高性能新型材料及製品在中國境內是一個不薄弱環節。
本發明要解決的技術問題，提供一種達到工業級水平有產業市場應用價值的智能化電力電子設備。

發明內容
，為解決上述問題，本發明通過以下技術方案實現，提供一種35KV級金屬粉末強電流脈衝放電技術的加工設備，有計算機控制系統-SVC靜止無功補償裝置-真空斷路器-有載調壓變壓器-可控矽整流器-可控矽直流電抗器-強流脈衝電源-脈衝定時放大器-直流電流迴路檢測器-電壓/頻率檢測器-電極升降控制裝置-二次側水冷電纜-真空裝置-氬氣裝置-模具裝置-溫度傳感器-壓力傳感器-間歇式旋轉控制裝置-投料裝置構成。本發明在燒結半徑區有間歇式旋轉控裝置。控制設備與間歇式旋轉控制裝置之間，有過渡橋架。投料裝置有配方資料庫控制，在貯料倉、稱重料鬥、攪拌裝置、輸送帶之後有旋轉螺旋推進器。並根據不同燒結功率的要求，可設為35KV、10KV或6KV的電火花/等離子活化燒結工業設備。
與現有技術相比，本發明的有益效果是粉末冶金領域電力電子設備與機械加工設備的組合結構設備。SVC靜止無功補償裝置能在1MS內對電壓閃變做出響應，控制電壓閃爍和高次諧波對電網的衝擊，無電網汙染，符合國家電力強制標準；整個製造過程不會產生工業三廢，符合國家綠色環保要求。全部關鍵設備有計算機接口模塊，有上位CPU控制，實現操作網絡化、系統化、集成化、自動化；實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產目標。是設計先進的數位化製造技術。機械加工在壓力傳感器、溫度傳感器精確控制下合模一次燒結成形；小致電子零件、大到工業設備零部件一次投料完成燒結，由於工件的淨成形，單位成本相對較低。另外加工用的金屬粉末材料不用粘結，成品純度高。強電流對金屬粉末的燒結是在低溫狀態和相對較短的時間內進行，而且能獲得高的燒結密度。本發明利用金屬粉末冶金淨成形的特性和本發明的技術手段進行組合，對於改造傳統產業、特別是在航空航天、國防工業、汽車工業、材料科學與裝備製造業提高綜合競爭力將發生建設性作用。


，附圖1是電火花/等離子活化燒結工業設備平面結構圖，有計算機控制系統1，SVC靜止無功補償裝置2，真空斷路器3，有載調壓變壓器4，可控矽整流器5，可控矽直流電抗器6，強流脈衝電源7，脈衝定時放大器8，直流電流迴路檢測器9，電壓/頻率檢測器10，材料配方資料庫11，貯料倉給料器12，稱重料鬥13，攪拌器14，輸送帶15，旋轉螺旋推進器16，模具裝置17，上部模具18，電極升降裝置的橫梁19，壓力傳感器20，下部模具21，真空裝置22，氬氣裝置23，溫度傳感器24，數據採樣保持模塊25，A/D數字轉換器26，揚聲器27，溫度顯示器28，間歇式旋轉控制裝置29，過渡橋架30，二次側水冷電纜負極31，二次側電纜正極32構成。附圖2是水套隔熱降溫模具裝置結構圖，有二次側水冷電纜負極1，真空、氬氣裝置2，耐火保溫材料3，熱電偶4，循環水系統5，二次側電纜正極6，絕緣板7，模具內膽上模8，起重吊環9，模具內膽下模10構成。附圖3是附屬設備，有額定40T航吊起重設備1，原料倉庫2，成品倉庫3，模具倉庫4，質量控制設備5，工作人員電磁防護設備6組成。附圖4是間歇式旋轉控制裝置的三角形支架三點結構示意圖，三角形的AB點與C點之間是電火花/等離子活化燒結工業設備的燒結半徑區。
本發明按燒結工件幾何尺寸的大小，本平臺(間歇式旋轉控制裝置，以下同此，不再重複)的半徑分別設計為3米、6米、9米、12米，24米，28米，三角形支架高度相應增高。本平臺上的定位銷在升降導軌車的精確控制下與模具裝置精確定位。模具裝置採用水冷複合設計(圖2)增加模具使用壽命，降低模具單位使用成本，保溫效果好，燒結工件不致因驟冷驟熱影響質量。電源負極，真空裝置、氬氣裝置終端安裝在ab與c之間的升降橫粱上，用低碳鋼或採用真空卡具固定；正極安裝在模具定位銷的圓心上。本平臺與模具裝置之間設有絕緣扳。高溫零部件和模具內膽採用放電石墨、鎢系、鎢鉬系、鉻系、鑄造鎳基高溫合金製作。本平臺控制系統，是伺服驅動裝置控制的旋轉平臺。按順時針、逆時針雙向設計，根據工作需要單向運動。本平臺下面有間距1米的平衡調節裝置，保證本平臺水平旋轉運動。本平臺的中心安裝在三角形的支架c點上。本平臺的燒結半徑區安裝在ab與c之間。燒結半徑區在燒結工件的同時，燒結半徑區以外的工位分別進行投料或更換模具或搬運成品或維修作業。實現連續化自動生產，效率是現有燒結技術的15倍以上。本平臺控制系統發生機械故障時，計算機控制整流電路的晶閘管的導通角，電流回零後，用設定程序控制真空斷路器的分閘、合閘動作，反應時間小於20MS，動作響應速度快，安全可靠。
本發明是配備可控矽整流器的35KV級的電力電子設備。通過可控矽的調節作用產生與本整流器相應的高次諧波，這種高次諧波可使電容器設備過熱或者給可控矽裝置的運行帶來故障。過度的高次諧波電流會引起電流繼電器的錯誤性動作。另外，模具系統燒結工件時，正、負極的短路對接需要強電流衝擊能量，這必然會導致電力系統發生電壓閃爍和高次諧波。為解決高次諧波和電壓閃爍對電網的衝擊，改善功率因數，降低電路損失，減少電路電壓降，提高設備運轉效率，在本發明的前端設計使用SVC靜止無功補償裝置。SVC靜止無功補償裝置有晶閘閥組、控制保護監控系統，純水冷卻系統，相位控制電抗器，濾波支路和各種附件組成。他能自動跟蹤負荷的工作狀態，發出與衝擊負荷相關的晶閘閥的觸發脈衝，通過光電轉換及高壓電纜的傳遞，使觸發脈衝觸發各晶閘管。不同的觸發角，能改變相位控制電抗器的電流量，平滑改變迴路的感性無功率量。通過迴路的感性無功功率的跟隨作用，使用戶流入電網的無功功率趨於零(或一定值)。晶閘管及電子設備的動作響應很快，能實現動態補償功能。同時依靠迴路的作用，濾除高次諧波電流，控制流入系統的高次諧波電流保持在一個比較低的水平，達到提高設備運轉效率，降低電耗的經濟目的。
具體實施例方式
，結合附圖1對本發明作進一步詳細闡述。當本發明進入工作狀態後，有計算機系統(1)控制的根據材料配方資料庫(11)提供的配方比例，給各個貯料倉給料器(12)下達給料指令，帶有稱重傳感器料鬥(13)的物料重量滿足時，重量傳感器控制貯料倉給料器(12)自動關閉，稱重料鬥(13)中的物料送給攪拌裝置(14)，攪拌均勻的物料經過輸送帶(15)致旋轉螺旋推進器(16)進入有水套隔熱降溫結構的模具裝置(17)，上部模具(18)固定在電極升降裝置的橫梁(19)上，在壓力傳感器(20)的精確控制下與下部模具(21)合模，經上部模具(18)上的真空裝置(22)抽真空並把氬氣(23)送入模具裝置(17)，同時鍵盤控制的計算機系統(1)的中央處理器通過直流電流迴路檢測器(9)檢測的電流值和電壓/頻率檢測器(10)檢測的電壓值、溫度傳感器(24)數據採樣保持模塊(25)經過A/D數字轉換器(26)轉換的數值，根據PID控制計算法，計算出調整觸發延遲角a，並將a換算成減法計數器的計算初值，當對應的同步中斷信號到來時，減法計數器初值並同時啟動計數，回零時，計數器輸入一個上升沿，上升沿經過觸發脈衝形成脈衝前後沿都是90度垂直的單脈衝，此單脈衝再和隨後相隔的單脈衝相或，形成雙脈衝，經過脈衝電源(7)的信號隔離器的隔離、放大器(8)輸出致可控矽整流器電路(5)的晶閘管，將可控矽整流器(5)輸出的直流電流，經可控矽直流電抗器(6)、過渡橋架(30)的水冷電纜負極(31)、二次側電纜正極(32)供給模具裝置(17)中的金屬粉末體，使金屬粉末體顆粒間產生等離子弧，起到控制燒結固化金屬粉末的目的。燒結工件溫度高於設定上限位時，經過溫度傳感器(24)，數據採樣保持模塊(25)，A/D數字轉換器(26)致中央處理器控制揚聲器(27)發出報警信息，主鍵盤發出退出指令。經過階段性時間的恆溫保溫、冷卻、減壓，燒結固化的工件溫度有顯示器(28)同步顯示，航吊將成品取走，主鍵盤輸入新的指令，間歇式旋轉控制裝置(29)運來下一個工位的工件燒結固化，以此循環控制，實現工業化生產。
權利要求
1電火花/等離子活化燒結工業設備，其特徵在於有計算機系統(1)控制的根據材料配方資料庫(11)提供的配方比例，給各個貯料倉給料器(12)下達給料指令，帶有稱重傳感器料鬥(13)的物料重量滿足時，重量傳感器控制貯料倉給料器(12)自動關閉，稱重料鬥(13)中的物料送給攪拌裝置(14)，攪拌均勻的物料經過輸送帶(15)致旋轉螺旋推進器(16)進入有水套隔熱降溫裝置的模具裝置(17)，上部模具(18)固定在電極升降裝置的橫梁(19)上，在壓力傳感器(20)的精確控制下與下部模具(21)合模，經上部模具(18)上的真空裝置(22)抽真空並把氬氣(23)送入模具裝置(17)，同時鍵盤控制的計算機系統(1)的中央處理器通過直流電流迴路檢測器(9)檢測的電流值和電壓/頻率檢測器(10)檢測的電壓值、溫度傳感器(24)數據採樣保持模塊(25)經過A/D數字轉換器(26)轉換的數值，根據PID控制計算法，計算出調整觸發延遲角a，並將a換算成減法計數器的計算初值，當對應的同步中斷信號到來時，減法計數器初值並同時啟動計數，回零時，計數器輸入一個上升沿，上升沿經過觸發脈衝形成脈衝前後沿都是90度垂直的單脈衝，此單脈衝再和隨後相隔的單脈衝相或，形成雙脈衝，經過脈衝電源(7)的信號隔離器的隔離、放大器(8)輸出致整流電路(5)的晶閘管，將可控矽整流器(5)輸出的直流電流，經可控矽直流電抗器(6)、過渡橋架(30)的水冷電纜負極(31)、二次側電纜正極(32)供給模具裝置(17)中的金屬粉末體，使金屬粉末體顆粒間產生等離子弧，起到控制燒結固化金屬粉末的目的。燒結工件溫度高於設定上限位時，經過溫度傳感器(24)，數據採樣保持模塊(25)，A/D數字轉換器(26)致中央處理器控制揚聲器(27)發出報警信息，主鍵盤發出退出指令。經過階段性時間的恆溫保溫、冷卻、減壓，燒結固化的工件溫度有顯示器(28)同步顯示，航吊將成品取走，主鍵盤輸入新的指令，間歇式旋轉控制裝置(29)運來下一個工位的工件燒結固化，以此循環控制，實現工業化生產。
2.根據權利要求1所述的電火花/等離子活化燒結工業設備，其特徵在於按燒結工件幾何尺寸大小的具體要求，本平臺(間歇式旋轉控制裝置，以下同此，不再重複)的半徑分別設計為3米、6米、9米、12米，24米，28米，三角形支架高度相應增高。本平臺上的定位銷在升降導軌車的精確控制下與模具裝置精確定位。模具裝置採用水冷複合設計(圖2)增加模具使用壽命，降低模具單位使用成本，保溫效果好，燒結工件不致因驟冷驟熱影響質量。電源負極，真空裝置、氬氣裝置終端安裝在ab與c之間的升降橫粱上，用低碳鋼或採用真空卡具固定；正極安裝在模具定位銷的圓心上。本平臺與模具裝置之間設有絕緣扳。高溫零部件和模具內膽採用放電石墨、鎢系、鎢鉬系、鉻系、鑄造鎳基高溫合金製作。本平臺控制系統，是伺服驅動裝置控制的旋轉平臺。按順時針、逆時針雙向設計，根據工作需要單向運動。本平臺下面有間距1米的平衡調節裝置，保證本平臺水平旋轉運動。本平臺的中心安裝在三角形的支架c點上。本平臺的燒結半徑區安裝在ab與c之間。燒結半徑區在燒結工件的同時，燒結半徑區以外的工位分別進行投料或更換模具或搬運成品或維修作業。實現連續化自動生產，效率是現有燒結技術的15倍以上。本平臺控制系統發生機械故障時，計算機控制整流電路的晶閘管的導通角，電流回零後，用設定程序控制真空斷路器的分閘、合閘動作，反應時間小於20MS，動作響應速度快，安全可靠。
3.根據權利要求1所述的電火花/等離子活化燒結工業設備，其特徵在於控制設備與間歇式旋轉控制裝置之間，有過渡橋架(30)用於電纜負極(31)、電纜正極(32)、信號電纜的過渡和用於真空裝置(22)、氬氣裝置(23)的安裝。
4.根據權利要求1所述的電火花/等離子活化燒結工業設備，其特徵在於投料裝置有配方資料庫控制(11)，有貯料倉(12)、稱重料鬥(13)、攪拌器(14)、輸送帶(15)、旋轉螺旋推進器(16)構成。
5.根據權利要求1所述的電火花/等離子活化燒結工業設備，其特徵在於根據不同燒結功率的具體要求，電火花/等離子活化燒結工業設備是35KV級工業設備，還可以是10KV級工業設備或6KV級電火花/等離子活化燒結工業設備。
全文摘要
電火花/等離子活化燒結工業設備，是對粉末冶金材料進行固結的專用設備。有計算機控制系統，SVC靜止無功補償裝置，真空斷路器，有載調壓變壓器，可控矽整流器，可控矽直流電抗器，強流脈衝電源，脈衝定時放大器，直流電流迴路檢測器，電壓/頻率檢測器，電極升降控制裝置，水冷電纜，真空裝置，氬氣裝置，模具裝置，溫度傳感器，壓力傳感器，間歇式旋轉控制裝置，投料裝置構成。工作原理是在燒結初始階段施加一個脈衝電流，使金屬粉末顆粒間產生等離子弧，在等離子弧的作用下，金屬粉末表面的氧化膜和雜質被清除，金屬粉末直接接觸並發生燒結形成燒結頸，接著同時施以大電流和一定壓力使金屬粉末體緻密化，大電流直接通過金屬粉末體與模具產生焦耳熱完成燒結過程。電火花/等離子活化燒結工業設備在航空航天、國防工業、汽車工業、材料科學、裝備製造業有產業化應用價值。
文檔編號B22F3/105GK101073833SQ20061004399
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月19日 優先權日2006年5月19日
發明者梁建寰 申請人:梁建寰