一種乾式準等靜壓方法及裝置與流程
2023-10-09 08:20:44
本發明涉及粉末壓製成形技術領域，具體涉及一種乾式準等靜壓方法及裝置。
背景技術：
粉末成形包括粉末壓製成形和粉末特殊成形兩大類。
粉末壓製成形也稱為軸向（或徑向）粉末模壓成形是粉末成形的一種常用方法，是使用一定形狀的模具（通常為鋼模），在外加軸向（或者徑向）壓力的作用下使粉末被壓製成具有一定密度、強度的，具有指定形狀的坯塊的方法。粉末壓製成形具有工藝成熟、安全性好，操作簡單方便的優點，也具有壓力傳遞不均勻必然導致的坯塊密度不均勻，以及不適合複雜結構坯塊壓制等缺點。
等靜壓成型方法屬於粉末特殊成形方法，通過採用流體作為壓力傳遞介質，使得該方法不僅可以用於各種複雜形狀的坯塊成形，還具有得到的坯塊由於壓力的均勻傳遞而使得其密度均勻一致的優點。但是由於傳統等靜壓成型採用液體或氣體等流體作為壓力傳遞介質，存在著設備密封要求高、液態介質易洩漏容易引起安全問題，以及成型製品易受壓力傳遞介質汙染的問題，同時設備龐大，操作複雜，不適合用於科學研究及產品試研等試製試樣場合。
1990年代日本出現了一種稱為橡膠等靜壓的準等靜壓方法，該方法是採用整體的橡膠模具和原有的軸向粉末成型機，利用橡膠在高壓下的彈性來使軸向（或徑向）的壓力能夠作用到坯塊的所有表面，但由於橡膠的流動性極其有限，使得其等靜壓效果欠佳；同時高於100MPa的壓強將是整體橡膠模具受到損壞，使得其應用範圍大為受限，這也是該方法至今未能大規模應用的原因。
技術實現要素：
為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種乾式準等靜壓方法及裝置。
本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：
一種乾式準等靜壓方法，所述方法是先將待壓制原料放入彈性模具中；並將所述彈性模具置於充滿具有充分流動性的剛性固態準流體的高壓腔內；然後對高壓腔加壓，剛性固態準流體將壓力均勻傳遞並施加於彈性模具表面，實現對待壓制原料的準等靜壓壓制。
進一步地，所述剛性固態準流體為光滑硬質耐磨小圓球；其直徑為0.5~20mm；材質包括不鏽鋼、高錳鋼、模具鋼、軸承鋼、瑪瑙、剛玉、氧化鋯、碳化矽或氮化矽中的任一種。
一種乾式準等靜壓裝置，所述裝置由承壓框架（1300）、高壓腔體（1200）及承壓框架固定卡具（1100）構成，所述承壓框架（1300）由完全對稱的兩部分構成；所述高壓腔體（1200）緊密嵌入兩對稱的承壓框架（1300）內，並由承壓框架固定卡具（1100）卡緊固定；所述高壓腔體（1200）包括壓柱（100）、頂蓋（200）、高壓腔壁（300）及底託（400）；所述高壓腔壁（300）內部形成等靜壓的高壓腔（301）；所述高壓腔（301）內充滿剛性固態準流體（900）；所述高壓腔（301）靠中間的位置放置有彈性模具（1000）。
進一步地，所述剛性固態準流體(900)為光滑硬質耐磨小圓球；所述小圓球的直徑為0.5~20mm；材質包括不鏽鋼、高錳鋼、模具鋼、軸承鋼、瑪瑙、剛玉、氧化鋯、碳化矽或氮化矽中的任一種。
進一步地，所述彈性模具（1000）包括橡膠塞b（1001）、中間腔體（1002）、橡膠塞a（1003）、外殼彈性橡膠套（1004），以及彈性橡膠套（1004）外的紮緊固定線（1005）。
進一步地，所述壓柱（100）由具有同軸線的上部柱體（101）和下部柱體（102）兩個圓柱體一體構成，所述上部柱體（101）的半徑比下部柱體（102）的半徑大。
進一步地，所述頂蓋（200）包括：頂蓋（200）上表面中心的管狀突起（201），厚圓板狀蓋板（202），頂蓋（200）底面中心的圓柱形凸臺一（203）及頂蓋（200）中心的穿透孔（204）；所述管狀突起（201）、蓋板（202）、圓柱形凸臺一（203）以及穿透孔（204）同軸線；所述頂蓋（200）為一體構成。
進一步地，所述底託（400）包括圓柱形凸臺二(401)和厚圓板狀託板（402），所述圓柱形凸臺二(401)和託板（402）同軸線；所述頂蓋（200）中心的穿透孔（204）與所述壓柱的（102）部分匹配，穿透孔（204）是頂柱（100）的上下行通道；所述高壓腔（301）與所述圓柱形凸臺一（203）和圓柱形凸臺二（401）匹配；所述壓柱（100），頂蓋(200)，高壓腔壁(300)，底託(400)均同軸線。
進一步地，所述承壓框架（1300）包括：承壓上板（500），承壓下板（800），固定螺帽一（600a）和固定螺帽二（600b），以及承壓螺柱（700）。
進一步地，所述承壓上板（500）為矩形厚板，由沿其短邊的中線平分成的兩半構成；在以承壓上板（500）中心為圓心的中心圓一（503）的外側均勻分布有穿透圓孔一（501）；所述中心圓一（503）內有一個同圓心的穿透圓孔二(502)，頂蓋上表面中心的管狀突起（201）穿過其中；所述承壓下板（800）為矩形厚板，由沿其短邊的中線平分成的兩半構成；在以承壓下板（800）中心為圓心的中心圓二（802）的外側均勻分布有穿透圓孔三（801）；所述承壓螺柱（700）穿過穿透圓孔一（501）、穿透圓孔三（801），並通過與之匹配的固定螺帽一（600a）和固定螺帽二（600b）將承壓上板（500）和承壓下板（800）上下固定。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
1.本發明的方法採用具有充分流動性的剛性固態準流體代替傳統的氣體或液體介質，解決現有等靜壓機對高壓腔體密封要求高的問題，並消除了因壓力傳遞介質洩漏的引起的密封安全問題，以及成型製品受壓力傳遞介質汙染的問題。
2. 本發明的方法採用具有充分流動性的剛性固態準流體代替近年來出現的橡膠等靜壓中流動性極其有限的橡膠介質，壓制效果更好，應用更廣泛。
3.本發明的乾式準等靜壓方法不僅適用於本發明的乾式準等靜壓裝置，而且可被廣泛用於設計其它形式的等靜壓裝置或等靜壓機。
4.本發明的裝置既具有粉末模壓成形的簡單、安全的優點，又具有等靜壓的壓力均勻的優點。
5.本發明的裝置體積較小，操作簡單方便高效，特別適用於僅需少量樣品的試驗性科學研究。
附圖說明
圖1為本發明裝置的剖面結構示意圖。圖中，100：壓柱；200：頂蓋；300：高壓腔壁；400：底託；500：承壓上板；600a：固定螺帽一； 600b：固定螺帽二；700：承壓螺柱；800：承壓下板；900：剛性固態準流體；1000：彈性模具。
圖2為本發明裝置的分散結構示意圖。圖中，1200：高壓腔體；1300：承壓框架；1100：承壓框架固定卡具。
圖3為本發明裝置的高壓腔體的爆炸主視圖。圖中，101：上部柱體；102：下部柱體；201：管狀突起；202：蓋板；203：圓柱形凸臺一；204：穿透孔；301：高壓腔；401：圓柱形凸臺二；402：託板。
圖4為本發明裝置的彈性模具的剖面示意圖。圖中，1001：橡膠塞b；1002：腔體；1003：橡膠塞a；1004：彈性橡膠套；1005：紮緊固定線。
圖5為本發明裝置承壓上板的俯視圖。圖中，501：穿透圓孔一；502：穿透圓孔二；503：中心圓一。
圖6為本發明裝置承壓下板的俯視圖。圖中，801：穿透圓孔三；802：中心圓二。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
實施例1：
如圖2所示的乾式準等靜壓裝置分散結構示意圖，該裝置由承壓框架1300、高壓腔體1200及承壓框架固定卡具1100構成，承壓框架1300由完全對稱的兩部分構成；高壓腔體1200緊密嵌入兩對稱的承壓框架1300內，並由承壓框架固定卡具1100卡緊固定。
如圖1所示的乾式準等靜壓裝置剖面結構示意圖，高壓腔體1200包括壓柱100、頂蓋200、高壓腔壁300及底託400；高壓腔壁300為圓筒狀，其內部形成等靜壓的高壓腔301；高壓腔301內充滿剛性固態準流體900，高壓腔301靠中間的位置放置有彈性模具1000。
如圖3所示的本發明裝置的高壓腔體1200的爆炸主視圖，壓柱100由具有同軸線的上部柱體101和下部柱體102兩個圓柱體一體構成，且上部柱體101的半徑比下部柱體102的半徑大。
頂蓋200包括：頂蓋200上表面中心的管狀突起201，厚圓板狀蓋板202，頂蓋200底面中心的圓柱形凸臺一203及頂蓋200中心的穿透孔204；管狀突起201、蓋板202、圓柱形凸臺一203以及穿透孔204同軸線；頂蓋200為一體構成。
底託400包括圓柱形凸臺二401和厚圓板狀託板402，圓柱形凸臺二401和託板402同軸線；頂蓋200中心的穿透孔204與壓柱的102部分匹配，穿透孔204是頂柱100的上下行通道；高壓腔301與圓柱形凸臺一203和圓柱形凸臺二401匹配；壓柱100，頂蓋200，高壓腔壁300，底託400均同軸線。
如圖4所示的本發明裝置的彈性模具1000的剖面示意圖，彈性模具1000包括橡膠塞b1001、中間腔體1002、橡膠塞a1003、外殼彈性橡膠套1004，以及彈性橡膠套1004外的紮緊固定線1005。
如圖1、圖5和圖6所示，承壓框架1300包括：承壓上板500，承壓下板800，固定螺帽一600a和固定螺帽二600b各十六個，以及承壓螺柱700八根；所述承壓上板（500）為矩形厚板，由沿其短邊的中線平分成的兩半構成；在以承壓上板（500）中心為圓心的中心圓一（503）的外側均勻分布有穿透圓孔一（501）；所述中心圓一（503）內有一個同圓心的穿透圓孔二(502)，頂蓋上表面中心的管狀突起（201）穿過其中；所述承壓下板（800）為矩形厚板，由沿其短邊的中線平分成的兩半構成；在以承壓下板（800）中心為圓心的中心圓二（802）的外側均勻分布有穿透圓孔三（801）；所述承壓螺柱700穿過穿透圓孔一501、穿透圓孔三801，並通過與之匹配的固定螺帽600a和固定螺帽600b將承壓上板500和承壓下板800上下固定。
實施例2：
一種乾式準等靜壓方法，所述方法是先將待壓制原料放入彈性模具中；並將所述彈性模具置於充滿具有充分流動性的剛性固態準流體的高壓腔內；然後對高壓腔加壓，剛性固態準流體將壓力均勻傳遞並施加於彈性模具表面，實現對待壓制原料的準等靜壓壓制。
所述剛性固態準流體為光滑硬質耐磨小圓球；其直徑為0.5~20mm；材質包括不鏽鋼、高錳鋼、模具鋼、軸承鋼、瑪瑙、剛玉、氧化鋯、碳化矽或氮化矽中的任一種。
下面結合本發明的乾式準等靜壓裝置對本發明的本發明的乾式準等靜壓方法做進一步說明。
在本實施例中，優選的等靜壓操作過程為：（1）將高壓腔壁300緊密扣在底託400的圓柱形凸臺二401上；（2）在高壓腔301內衝入適量導壓介質；（3）將裝有壓制坯塊的彈性模具1000放入高壓腔301內；（4）蓋上頂蓋，使圓柱形凸臺一203緊密扣在高壓腔壁300上；（5）通過穿透孔204繼續充入導壓介質，直至穿透孔204半充滿為止；（6）將壓柱100塞進穿透孔，以上步驟完成了整個高壓腔體的組裝；（7）將上述高壓腔體緊密剛性嵌入承壓框架的前（或後）半部分，其中，前期已經事先完成了承壓框架的高度調節；（8）把承壓框架的兩部分對接，再用承壓框架固定卡具1100卡緊固定，完成整個裝置的組裝；（9）將組裝完成的裝置放入小型粉末壓片機的工作空間；（10）啟動小型粉末壓片機進行加壓洩壓，實現等靜壓過程。
需要特別說明的是，本發明的乾式準等靜壓方法不僅適用於本發明的乾式準等靜壓裝置，而且可被廣泛用於設計其它形式的等靜壓裝置或等靜壓機。
本發明的乾式準等靜壓方法及裝置，使用剛性固態準流體作為導壓流體介質的準等靜壓方法，利用小型粉末壓片機對通過拼裝方式來操作的等靜壓制的裝置，解決了現有等靜壓機對高壓腔體密封要求高，安全隱患大，體積龐大，操作複雜，樣品易受導壓介質汙染、壓制效果不好、難以應用於科學研究及產品試研等試製試樣場合的問題，可簡單高效完成準等靜壓壓制，有著廣泛的應用，特別適用於僅需少量樣品的試驗性科學研究過程。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。