CN103567450B - 功能梯度材料半固态粉末成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功能梯度材料半固态粉末成形装置。上、下模架用导柱相连，上模连接杆的一端安装在上模架中心形成滑动副，上模连接杆的另一端与上模冲的一端固接，下模冲固定在下模架上端面，分体式阴模模芯由多层阴模模芯叠加而成，层间用隔热层隔开；多层阴模模芯过盈配合安装在阴模套内，阴模套固定在导柱上，顶杆装在下模冲中心形成滑动配合；分体式阴模模芯内装有加热棒，阴模套内表面开有螺旋槽，进水管道经螺旋槽与出水管道形成冷却水回路。阴模模芯横截面为等腰梯形，自上而下螺旋槽到模腔的距离逐渐增大，同时螺旋槽分布密度逐渐减小，冷却水对模腔冷却效果逐渐减弱，模腔内部温度呈上低下高梯度分布，实现功能梯度材料半固态成形。

Description

功能梯度材料半固态粉末成形装置

技术领域

本发明涉及粉末成形装置，尤其涉及一种功能梯度材料半固态粉末成形装置。

背景技术

所谓功能梯度材料（FGM）是根据使用要求，选择使用两种或两种以上不同性能的料，采用先进的材料复合技术，使中间的组成和结构连续呈梯度变化，内部不存在明显的界面，从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。例如，由于单一热电材料的最佳ZT值的温度范围有限，而热电臂连接具有较大温差的冷热两端，因而采用任何单一均质热电材料均不能达到其最佳性能。只有沿温度梯度方向设计和选用具有不同最佳工作温度的热电材料，串联形成功能梯度结构，才能有效提高热电转化效率。

半固态成形技术是近年来兴起的一种介于铸造和锻造之间的工艺过程，是针对固、液态共存的半熔化或半凝固金属进行成形加工的工艺方法的总称。半固态成形技术可以避免液态压铸成形时喷溅、紊流和卷气等缺点，同时与固体锻造相比，更易于形成微细特征，变形力小，利于节省能源。因此，和传统成形工艺相比，半固态金属成形具有一系列突出的优点：成形温度低，成形件力学性能好，较好地综合了固态金属模锻与液态压铸成形的优点，可以批量生产形状复杂、高性能和高精度的微型零部件。半固态粉末成形可认为是将传统粉末冶金法与半固态成形相结合的一种新型制造技术，与传统粉末冶金法相比，半固态粉末成形可明显减少后续处理工艺，降低制造成本。半固态粉末成形采用粉末材料取代传统的块状材料，在节能、简化工艺、改善微观结构上更具优势，并可对材料属性进行细致的控制，因而在纳米复合结构以及功能梯度结构的制造上具有巨大的潜力。目前为止，国内外尚没有用于功能梯度材料半固态粉末成形装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能梯度材料半固态粉末成形装置，该装置通过冷却水管梯形结构分布和冷却水管数量梯度分布，实现了模具内温度场的梯度分布，使各段材料在各自半固态区间内成形。

本发明采用的技术方案是：

本发明的上模架与下模架用四根导柱相连，在四根导柱内，上模连接杆的一端安装在上模架中心，与上模架形成滑动副，上模连接杆的另一端与上模冲的一端可拆卸的固定连接，下模冲的一端固定在下模架上端面，分体式阴模模芯由多层阴模模芯叠加而成，层与层之间分别用隔热层隔开；多层阴模模芯过盈配合安装在阴模套内形成整体阴模结构，阴模套通过两侧的四个孔分别固定在各自导柱上，每层阴模模芯孔径相同，顶杆装在下模冲中心，与下模冲形成滑动配合；分体式阴模模芯内对称装有加热棒，阴模套内表面开有螺旋槽，进水管道与阴模套上部螺旋槽连通，出水管道与阴模套下部螺旋槽连通后形成冷却水回路。

所述的阴模套内表面上的螺旋槽的槽数自上而下逐渐减小。

所述的分体式阴模模芯横截面为等腰梯形结构，所述的螺旋槽到模腔中心距离自上而下逐渐增大。

本发明具有的有益效果是：

（1）阴模模芯横截面为等腰梯形结构，因此阴模模芯外表面的螺旋槽到阴模模腔的距离从上至下逐渐增大，冷却效果逐渐减弱，从而模腔内温度呈上低下高梯度分布。

（2）螺旋槽呈上密下疏梯度分布在阴模套内表面上，使得冷却水对模腔上部的冷却效果大于模腔下部，模腔内部温度也呈上低下高梯度分布。

（3）上模冲和下模冲可拆卸替换，操作容易，大大节省了生产成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图。

图2是本发明的阴模结构仰视图。

图3是本发明的阴模结构俯视图。

图4是本发明的阴模结构剖视图。

图中：1、第一隔热层，2、第二隔热层，3、被压制粉末，31、第一种被压制粉末，32、第二种被压制粉末，33、第三种被压制粉末，4、分体式阴模模芯，41、第一阴模模芯，42、第二阴模模芯，43、第三阴模模芯，5、阴模套，6、进水管道，7、螺旋槽，8、出水管道，9、加热棒，10、上模冲，11、下模冲，12、顶杆，13、上模连接杆，14、螺栓，15、上模架，16、导柱，17、下模架，18、螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1~图4所示，本发明的上模架15与下模架17用四根导柱16相连，四根导柱16对角对称布置，在四根导柱16内，上模连接杆13的一端安装在上模架15中心，与上模架15形成滑动副，上模连接杆13的另一端与上模冲10的一端可拆卸的螺栓14固定连接，下模冲11的一端用螺钉18固定在下模架17上端面，分体式阴模模芯4由多层阴模模芯叠加而成，分体式阴模模芯4内装有被压制粉末3，层与层之间分别用隔热层隔开；多层阴模模芯过盈配合安装在阴模套5内形成整体阴模结构，阴模套5通过两侧的四个孔分别固定在各自导柱16上，每层阴模模芯孔径相同，顶杆12装在下模冲11中心，与下模冲11形成滑动配合；分体式阴模模芯4内对称装有加热棒9，阴模套5内表面开有螺旋槽7，进水管道6与阴模套5上部螺旋槽7连通，出水管道8与阴模套5下部螺旋槽7连通后形成冷却水回路。

阴模套5内表面上的螺旋槽7的槽数自上而下逐渐减小。

分体式阴模模芯4横截面为等腰梯形结构，所述的螺旋槽7到模腔中心距离自上而下逐渐增大。

如图1、图2所示，本发明的分体式阴模模芯4由第一阴模模芯41、第二阴模模芯42和第三阴模模芯43叠加而成，其中第一阴模模芯41与第二阴模模芯42之间用第一隔热层1隔开，第二阴模模芯42与第三阴模模芯43之间用第二隔热层2隔开。第三阴模模芯43装有第三种被压制粉末33，第二阴模模芯42装有第二种被压制粉末32，第一阴模模芯41装有第一种被压制粉末31。

上模冲10、下模冲11和分体式阴模模芯4均为同轴安装。

本发明的具体实施过程如下：

如图1所示，按照半固态成形温度由低到高的顺序将称量好的三种不同材料被压制粉末依次标号为31，32和33，自下往上将被压制粉末3按照倒序33，32和31铺在分体式阴模模芯4的腔体内，启动第一液压缸（图中未画出）使上模冲10下压，在上模冲10、下模冲11和分体式阴模模芯4组成的腔体内，三种不同材料的被压制粉末31，32和33被预压成形，预压结束后，关闭第一液压缸；启动加热***，加热棒9开始对分体式阴模模芯4内的被压制粉末31，32和33加热，加热到被压制粉末31的半固态成形温度时，保持加热的同时启动冷却***，冷却水经进水管道6，流经阴模套5内表面的螺旋槽7对模腔进行降温，由于螺旋槽7数量自上而下逐渐减少，且螺旋槽7离模腔中心的距离自上而下逐渐增大，冷却水对被压制粉末31的冷却效果最强，被压制粉末32的冷却效果次之，被压制粉末33的冷却效果最弱，因此三层被压制粉末的温度呈梯度分布，冷却水经出水管道8流出进行再循环；三层被压制粉末31，32和33到达半固态成形温度时，再次启动第一液压缸，在上模冲10和下模冲11的共同作用下，三层被压制粉末31，32和33半固态成形为最终的功能梯度材料；成形结束后，上模冲10向上升起一段位移，关闭第一液压缸，关闭加热***；待冷却至室温后，关闭冷却***，启动第二液压缸（图中未画出），顶杆12推动成形后的功能梯度材料完成脱模。

重复上述工序，实现连续加工。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种功能梯度材料半固态粉末成形装置，其特征在于：上模架（15）与下模架（17）用四根导柱（16）相连，在四根导柱（16）内，上模连接杆（13）的一端安装在上模架（15）中心，与上模架（15）形成滑动副，上模连接杆（13）的另一端与上模冲（10）的一端可拆卸的固定连接，下模冲（11）的一端固定在下模架（17）上端面，分体式阴模模芯（4）由多层阴模模芯叠加而成，层与层之间分别用隔热层隔开；多层阴模模芯过盈配合安装在阴模套（5）内形成整体阴模结构，阴模套（5）通过两侧的四个孔分别固定在各自导柱（16）上，每层阴模模芯孔径相同，顶杆（12）装在下模冲（11）中心，与下模冲（11）形成滑动配合；分体式阴模模芯（4）内对称装有加热棒（9），阴模套（5）内表面开有螺旋槽（7），进水管道（6）与阴模套（5）上部螺旋槽（7）连通，出水管道（8）与阴模套（5）下部螺旋槽（7）连通后形成冷却水回路；

所述的阴模套（5）内表面上的螺旋槽（7）的槽数自上而下逐渐减小；

所述的分体式阴模模芯（4）横截面为等腰梯形结构，所述的螺旋槽（7）到模腔中心距离自上而下逐渐增大。