CN110621503B - 具有偏移补偿的工具组 - Google Patents

Abstract

一种工具和模具组以及在压机中使用工具和模具组的相关方法，用于将粉末金属压实成预成型件，涉及至少两个下工具构件或上工具构件的不平均的位置偏移量。这种在载荷下的不对称的弹性响应可帮助在移除压缩载荷之后消除部件的破裂。

Description

具有偏移补偿的工具组

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月8日提交的美国临时专利申请第62/456,495号、名称为“具有偏移补偿的工具组”的提交日期的优先权，其全部内容以参见的方式为了全部目的纳入本文。

联邦赞助研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本公开涉及用于压实粉末金属部件的改进的工具组和使用这些改进的工具组生产粉末金属压块的相关方法。

背景技术

金属部件能以多种不同方式形成。制造金属部件的这些方法之一是粉末冶金。虽然存在用于将粉末金属形成为部件的各种技术，但是许多部件通过在压机中的工具和模具组中单轴压实粉末金属来形成，以便形成预成型件，然后将预成型件排出并烧结。尽管可以在烧结后对部件进行一些二次加工，但经烧结的部件通常非常接近最终尺寸。因此，粉末冶金提供了生产大量接近净形状的部件的经济方式。

发明内容

虽然粉末金属部件的制造表面看起来简单，但事实上，当更详细地研究制造步骤时存在许多挑战。

例如，压机中的工具和模具组通常包括***模具腔顶部和底部的多个工具构件，其由压机致动以将粉末金属压实成预成型件，然后实现排出金属预制件。这些工具通常单独可移动并与粉末金属预成型件的不同表面接合。在现有技术中，这些各种工具构件展现相同或几乎相同的弹性响应。

然而，预成型件的设计经常导致至少一些各种工具构件经受不同的载荷条件。作为一个示例，粉末金属预成型件通常具有需要许多粉末金属柱的几何形状，其中一些粉末金属柱具有不同的高度。当压实具有这种类型的几何形状的预成型件时，横跨这些部段的柱高度中的差异意味着不同的工具构件可能经受不同的载荷和/或偏移量。例如，在压实期间，粉末金属的较高的垂直柱的响应与粉末金属的较短的垂直柱的响应不同。这有许多原因，包括增加的表面区域，抵靠该表面区域粉末可以压靠模具的侧壁或另一个工具构件。因此，工具构件通常需要在较高的柱上施加比较短的柱更大的压力，以便将较高的柱压缩至与较短的柱的密度大致相等的密度。较高的柱——较短的柱示例作为一个示例提供，但是应当理解，这不只是基于高度的调查并且设计考虑通常比简单的高度更复杂。作为另一个示例，侧壁接触的量将改变将在其中压实具体柱的方式。因此，即使第一特征和第二特征彼此具有相同的高度，具有比具有更大量侧壁接触的第二特征更少量的侧壁接触的第一特征可能需要更小的压力来压实到相似的密度。

在任何情况下，情况是，在现有技术中，尽管工具构件具有彼此相同或几乎相同的弹性响应，但是各种工具构件的实际偏移将彼此不同。对于具有多于一个上工具构件或多于一个下工具构件的几乎任何工具布置，将发生工具构件的差动偏移。

除此之外，这种差动工具偏移意味着，在施加的载荷下将粉末金属压实成预成型件，工具在弹性变形期间都可以展现出一定量的差动偏移，然后，一旦释放载荷，工具将迅速偏移回其不受力的长度。这种相同弹性但不相等偏移的一种可能结果是，设计成在移除压机的载荷时，形成该部件的工具表面上的位置将偏移到各种程度。在许多情况下，在移除载荷之后的这种差动偏移将在预成型件上施加应力，致使在预成型件中形成裂缝。

本文公开了一种用于压机的改进的工具和模具及相关的使用方法。改进的工具和模具组件提供各种工具构件的不对称偏移，以避免诸如上述一旦移除压缩载荷预成型件就破裂之类的问题。应当理解，当在本申请中描述工具构件的弹性响应或偏移时，该弹性响应或偏移不仅仅基于工具构件的机械响应或弹性变形，而且还可以包括对应工具组的其它部件(诸如支承工具构件的适配器)的机械响应或弹性变形。

根据一个方面，提供了一种在压机中使用工具和模具的方法。工具和模具组包括具有形成在其中的模具腔的模具，模具腔从模具的顶侧延伸到底侧，下模具组的一个或多个下工具构件从模具的底侧接纳在模具腔中，并且上工具组的一个或多个上工具构件从模具的顶侧可接纳在模具腔中。根据该方法，模具腔填充有粉末金属。然后，上工具构件然后从模具的顶侧降低到模具腔中。然后通过上工具组和下工具组、通过使下工具构件和上工具构件的上表面和下表面相对、通过压机将下工具组和上工具组致动到模具中的对应的位置施加压缩载荷而在模具腔中压实粉末金属，下工具构件和上工具构件在压缩载荷下共同限定预成型件的几何形状。将上工具构件从模具提升，从而移除压缩力并使上工具组和下工具组松弛。上工具构件和下工具构件中的至少一个包括多个工具构件，其中多个工具构件中的第一工具构件在压缩载荷下具有第一弹性响应，导致第一工具构件的第一预成型件接触表面的第一位置偏移量，并且其中多个工具构件的第二工具构件在压缩载荷下具有第二弹性响应，导致第二工具构件中的第二预成型件接触表面的第二位置偏移量。第一位置偏移量不同于第二位置偏移量。

上工具构件群组或下工具构件群组中的至少两个工具构件可具有对压缩载荷的不对称弹性响应。

预成型件可包括多个部段，其中多个部段中的至少两个具有不同的高度，并且不同的偏移导致至少一个部段从至少一个工具构件部分地剥离。为了适当地形成不同高度的这些柱，可以通过不同的工具构件施加不同的压缩载荷，并且如果工具构件的位置偏移不是不相等的，则当压缩力被提升时，其中一个工具可能不期望地松弛，从而引发压力下预成型件的裂缝。因此，可以使用不对称偏移来帮助在移除载荷之后保持预成型件的结构完整性。

第一位置偏移量可以大于第二位置偏移量，并且其中第一位置偏移量与第二位置偏移量的差异可以在0.02mm至0.2mm之间。

多个工具构件还可包括第三工具构件，并且第三工具构件可在压缩载荷下具有第三弹性响应，导致第三工具构件中的第三位置偏移量。该第三位置偏移量可以与第一位置偏移量和第二位置偏移量不同，或者可以与两者中的一个相同。

第一工具构件和第二工具构件可包括在下工具构件的群组中。下工具组可包括支承第一工具构件的第一适配器和支承第二工具构件的第二适配器。第一适配器可以至少部分地引起第一工具构件的第一位置偏移量，而第二适配器可以至少部分地引起第二工具构件的第二位置偏移量。因此，工具构件加上它们对应的适配器可以决定任何具体工具构件的整体弹性响应和位置偏移。

在压实粉末金属的步骤期间，第一工具构件的第一上表面(即，第一预成型件接触表面)可以定位在模具腔中，在压缩载荷下相对于模具顶侧低于第二工具构件的第二上表面(即，第二预成型件接触表面)。一旦释放压缩载荷，第一工具构件可以松弛第一位置偏移量，而第二工具构件可以松弛第二位置偏移量，使得一旦松弛，第二工具构件不将力施加到预成型件。

该方法还可以包括通过将至少一个下工具构件的上表面升高到与模具的顶侧齐平来从模具腔中排出预成型件的步骤。此外，可以将它们松弛到一定程度，使得在第二工具构件和预成型件之间产生间隙。间隙可以例如是0.02mm至0.2mm。

根据另一个方面，提供了一种工具和模具组，用于在压机中将粉末金属压实成预成型件。工具和模具组包括模具、下工具组和上工具组。模具具有在模具中形成的模具腔，其中模具腔从模具的顶侧延伸到底侧。下工具组包括一个或多个下工具构件，其可从模具的底侧接纳在模具腔中，并且上工具组包括一个或多个上工具构件，其可从模具的顶侧接纳在模具腔中。模具、下工具构件和上工具构件可接纳在压机中，并且下工具构件和上工具构件各自可移动到某个位置，在该位置，模具、下工具构件和上工具构件在由压机施加的压缩载荷下在模具腔中共同限定预成型件的几何形状。上工具构件和下工具构件中的至少一个包括多个工具构件。多个工具构件中的第一工具构件在压缩载荷下具有第一弹性响应，导致第一工具构件的第一位置偏移量。多个工具构件中的第二工具构件在压缩载荷下具有第二弹性响应，导致第二工具构件的第二位置偏移量。第一位置偏移量不同于第二位置偏移量。

换言之，上工具构件和下工具构件中的至少两个工具构件可具有对载荷的不对称弹性响应。

多个工具构件还可包括第三工具构件，并且第三工具构件可在压缩载荷下具有第三弹性响应，导致第三工具构件中的第三位置偏移量。该第三位置偏移量可以与第一位置偏移量和第二位置偏移量不同，或者可以与两者中的一个相同。

第一位置偏移量可以大于第二位置偏移量。在一些形式中，第一偏移量与第二位置偏移量的不同可以在0.02mm至0.2mm之间。

由于第一位置偏移量和第二位置偏移量之间的差异，第一工具构件和第二工具构件中的至少一个可以与预成型件接触。下工具组可包括支承第一工具构件的第一适配器并且还可包括支承第二工具构件的第二适配器。第一适配器可以至少部分地引起第一工具构件的第一位置偏移量，而第二适配器可以至少部分地引起第二工具构件的第二位置偏移量。

如果存在一个或多个适配器，则可以以多种方式形成那些适配器以帮助提供不对称的弹性响应。例如，一个或多个适配器可以通过增材制造和/或通过三维打印形成。

在存在多个下工具构件的情况下，在压实期间，第一工具构件的第一上表面可以定位在模具腔中，在压缩载荷下相对于模具的顶侧低于第二工具构件的第二上表面。然后，一旦释放压缩载荷，第一工具构件可以松弛第一位置偏移量，而第二工具构件可以松弛第二位置偏移量，使得在松弛时，第二工具构件不向预成型件施加导致破裂的力。

因此，提供了一种工具和模具组以及相关的使用方法，其中上工具组或下工具组中的至少一个设有不均匀或不对称的弹性响应。与现有技术中的传统方法和工具和模具组相比，工具构件在压缩和松弛期间的差动位置偏移有助于避免在预成型件中的引发裂缝，诸如由于压实各种高度的粉末柱，当一个工具压缩和松弛比另一个更多时可能形成的裂缝。

本发明的这些和其它优点将会从以下详细描述和附图中显现出来。以下仅是对本发明的一些较佳实施例的描述。为了评估本发明的完全范围，应参看权利要求书，因为这些较佳实施例不旨在是权利要求书范围内的仅有的实施例。

附图说明

图1是用于由粉末金属形成预成型件的示例性工具和模具组的侧剖视图。

图2是由图1的工具和模具组制成的预成型件的仰视侧视立体图。

图3A至3C是下工具组的各种部件的侧剖视图，在每个单独的附图中包括工具构件和它们各自的适配器。

图4A至4E是图1的示例性工具和模具组的侧剖视图，示出了与压实粉末金属相关的步骤，包括(A)下工具组在模具腔中的填充位置并且上工具组在模具腔上方，(B)将粉末金属填充到模具腔中，(C)上工具组下降到模具腔中以在压缩载荷下压实粉末金属，以由粉末金属形成预成型件，(D)提升上工具组以移除下工具组的构件的压缩载荷和不对称松弛，以及(E)将下工具构件移动到与模具的顶侧表面齐平的排出位置。

具体实施方式

首先参见图1和图2，示出了用于由粉末金属形成预成型件12的工具和模具组10(图1)。如下面将更详细描述的，工具和模具组10被接纳在压机(未示出)中，该压机将致动工具和模具组10以在压缩载荷下形成预成型件12。

示例性工具和模具组10包括模具14、上工具组16和下工具组18。这些部件通常沿中心轴线A-A对齐，中心轴线A-A还限定了单轴方向，工具和模具组10的各个部件沿着该单轴方向可以被压机单独致动(即，相对于彼此升高或降低)。

首先观察模具14，模具14包括从顶侧22延伸到底侧24的模具本体20。模具腔26在轴向方向上从模具14的顶侧22延伸穿过模具本体20到达模具14的底侧24。模具腔26在轮廓上从顶侧22到底侧24大致均匀，并且在垂直于中心轴线A-A的方向上具有对应于预成型件12的外周边的截面。模具腔26的这种轮廓还容纳从顶侧22和底侧24接纳上工具组16和下工具组18。在一些情况下，模具本体20可以由单一材料形成；然而，在许多情况下，模具腔26可以由接纳在另一个环绕部段中的***部段限定，使得该***部可以由硬化材料制成，而环绕部段可以由另一种材料制成。

现在转至上工具组16，如示例性实施例中所示的上工具组16包括单个上冲头28(作为上工具构件)。上冲头28具有上侧，该上侧包括用于夹紧的凸缘30(可能进入由压机驱动的适配器)并且具有下预成型件接触表面32，该下预成型件接触表面32具有对应于其中将接纳上冲头28的下端的模具腔26的周边的外周边。上冲头28还包括形成在其中的中心轴向延伸的开口34，其将接纳下工具组18中的芯棒。

此时，应当注意，单个上冲头28仅仅是来自示例性构造的一个示例性工具构件，并且在其它工具和模具组中，上工具组中可以存在另外的工具构件。将进一步理解的是，当涉及工具组(无论工具组是上工具组还是下工具组)时，工具组可以包括诸如冲头和芯棒的一个或多个工具构件、以及在许多情况下相应的适配器和适配器夹具，这些工具构件可以在机械附连到压机的部件(例如压板)之前中间连接到这些适配器和适配器夹具。

继续参考图1，并且现在另外参考图3A至3C，下工具组18包括四个单独可移动的部分。第一外部部分36在图3A中单独示出，并且包括下外部冲头38和相应的下外部适配器40和下外部夹紧环42。第二中间部分44在图3B中单独示出，并且包括下中间冲头46和相应的下中间适配器48和下中间夹紧环50。第三内部部分52在图3C中单独示出，并且包括下内部冲头54和相应的下内部适配器56和下内部夹紧环58。第四中心芯棒部分未在图3A至3C中示出，但是在图1中示出并包括芯棒60。

如在图1中最佳可见的，下工具组18的各个部段彼此嵌套，使得相邻工具构件的各个相应侧表面可滑动地彼此相邻地接纳。为了简要概括示例性布置，内部部分52围绕芯棒部段嵌套，使得芯棒60的径向向外面对的表面62邻近下内部冲头54(下工具构件)的径向向内面对的表面64定位。中间部分44围绕内部部分52嵌套，使得下内部冲头54的径向向外面对的表面66邻近下中间冲头46(下工具构件)的径向向内面对的表面68定位。外部部分36围绕中间部分44嵌套，使得下中间冲头46的径向向外面对的表面70邻近下外部冲头38(下工具构件)的径向向内面对的表面72定位。下外部冲头38的径向向外面对的表面74邻近模具14的模具腔26的径向向内面对的表面76定位。

观察到，下外部冲头38、下中间冲头46和下内部冲头54中的每一个尽管具有不同的尺寸和几何形状，但它们具有相似的特征。例如，下外部冲头38、下中间冲头46和下内部冲头54中的每一个具有相应的预成型件接触表面78、80和82以及相应的凸缘84、86和88，预成型件接触表面78、80和82在对应的冲头的上端处，凸缘84、86和88用于经由其对应的夹紧环42、50和58将每个对应的冲头38、46和54夹紧到其对应的适配器40、48和56。

在该阶段，注意到外部部分36、中间部分44和内部部分52中的每一个具有从对应适配器40、48和56的对应下端90、92和94到对应的冲头38、46和54的上端处的预成型件接触表面78、80和82的无加载高度。在所公开的工具和模具组10中施加单轴压缩载荷时，横跨各个部分的无加载高度和加载高度(从适配器的对应底部到上部预成形接触表面)之间存在偏移差异量。这实际上意味着在横跨至少一些部分的压缩和随后的松弛下发生不同量的位置偏移。

为了横跨工具构件或冲头实现这些不同程度的位置偏移，适配器和/或冲头可以设计成具有不同的弹性响应。例如，可以看出，下外部适配器40在壁中形成有可用于改变弹性响应的开口。可以设想，工具构件或适配器可以以各种方式形成(例如，增材制造或三维打印)，以在至少一些工具之间产生弹性和位置偏移的这种差异。

返回图2A和2B(图2的A和B)中的预成型件12，更详细地示出了预成型件12的几何形状，其还限定了形成预成型件12的工具和模具组10的各种表面。预成型件12通常为圆盘形，具有顶部碟状部段96，其具有向上轴向面对的表面98和向下轴向面对的表面100。碟状部段98具有内部圆形壁102和外部圆形壁104，它们分别从碟状部段98的底侧向下延伸到轴向面对的内壁表面106和轴向面对的外壁表面108。在预成型件12的底侧上建立凹部110，凹部110由内部圆形壁102的径向向外面对的表面112、外部圆形壁104的径向向内面对的表面114和顶部碟状部段96的向下轴向面对的表面100之间的空间限定。具有径向向内面对的壁118的圆形通孔116从向上轴向面对的表面98穿过内部圆形壁102延伸到轴向面对的内壁表面106。预成型件12还在限定预成型件12的外部水平周边的外部圆形壁104上具有径向向外面对的表面120。

现在已经限定了工具和模具组10以及预成型件12，现在参考图4A至4E更详细地描述使用示例性工具和模具组10来形成示例性预成型件12的方法。在图4A至4E中，工具和模具组10在其中预成型件12将被压实的区域中详细示出。

首先观察图4A，工具和模具组10的各种构件示出为处于填充位置。在该位置中，上冲头28的下预成型件接触表面32从模具14的模具腔26中退出，并且下工具组18的工具构件处于其填充位置。更具体地，芯棒60的上表面122与模具14的顶侧22齐平，并且下外部冲头38、下中间冲头46和下部内冲头54的预成型件接触表面78、80和82分别与模具14的顶侧22向下间隔一定的垂直距离。

建立该垂直间距以用粉末填充用于形成预成型件12的每个对应的柱。例如，可能的情况是，取决于未压缩粉末金属的流动性和粉末金属的压缩响应，每个垂直间距可以是预成型件12的对应柱的最终高度尺寸的大约1.8倍。应当理解，在本示例性实施例中，具体的预成型件几何形状不需要粉末金属柱向上移位，因为没有复杂的多部件上工具组。然而，本领域技术人员将知道应该执行填充以便建立最终预成型件几何形状的方式，并且可以设想可以采用比示例性情况中所示的更复杂的填充图案。

此时还应理解，粉末金属124可包含一定量的非金属粘合剂、蜡和/或润滑剂，其可有助于调节粉末金属124的流动性，有助于保持压实后的预成型件12的几何形状(在预成型件12被烧结并且这些材料可能被烧掉之前)，并有助于预成型件12从工具和模具组10中排出，如将在下面更详细地描述的。

随着各种工具处于如图4A所示的位置，模具腔26填充有粉末金属124，粉末金属124随后将被压实成预成型件12。通常，如图4B所示，馈送滑座(feed shoe)(未示出)可以沿着模具14的顶侧22齐平并越过模具腔26以用粉末金属124填充模具腔26，并且使粉末金属的顶表面与模具14的平面顶侧22和芯棒60(其表示没有接纳粉末金属的垂直柱，其将为预成型件12中的通孔)的上表面122变平。这有效地用粉末金属的垂直柱从下外部冲头38、下中间冲头46和下内部冲头54的对应的预成型件接触表面78、80和82到与模具14的顶侧22齐平的上粉末填充线填充模具腔26。

如图4B所示，随着粉末金属被接纳在模具腔26中，上工具组16和下工具组18朝向彼此移动，以向粉末金属124施加压缩力并形成预成型件12，如图4C所示。在该具体示例性情况下，这涉及将上冲头28降低到模具腔26中，使得其向下压缩粉末金属124，同时芯棒60进入中心轴向延伸的开口34，而下外部冲头38、下中间冲头46和下内部冲头54同时升高以向上压缩粉末金属124。应当注意，对于预成型件12的具体几何形状，下外部冲头38和下内部冲头54被提升相同的量，而下中间冲头46根据预成型件12在每个对应部段中的期望的垂直柱高度而比其它两个下冲头升高不同且更少的量。

在该具体布置中，预成型件12的各个表面由工具构件的以下表面限定。向上轴向面对的表面98由上冲头28的下预成型件接触表面32限定。圆形通孔116的径向向内面对的壁118由芯棒60的径向向外面对的表面形成。外部圆形壁104上的径向向外面对的表面120由模具14的模具腔26的径向向内面对的表面76限定。轴向面对的外壁表面108、向下轴向面对的表面100和轴向面对的内壁表面106分别由下外部冲头38、下中间冲头46和下内部冲头54的预成型件接触表面78、80和82形成。外部圆形壁104的径向向内面对的表面114和内部圆形壁102的径向向外面对的表面112分别由下中间冲头46的径向向外面对的表面70和下中间冲头46的径向向内面对的表面68限定。

注意到，横跨不同的垂直柱使用不同量的压缩载荷以实现压实粉末金属。如上所述，横跨上工具组和下工具组(此处，只是下工具组)中的至少一个中的预成型件接触表面的工具构件的位置偏移量被用于实现横跨各种工具构件的至少一些的不对称弹性。在本示例性示例中，下外部冲头38和下内部冲头54的预成型件接触表面78和82以及它们对应的适配器40和56被设计成在压缩和松弛时导致预成型件接触表面78和82的相等位置偏移。然而，下中间冲头46的预成型件接触表面80被设计成具有比下外部冲头38和下内部冲头54的预成型件接触表面78和82更小的位置偏移。在示例性实施例中，尽管内冲头和外冲头以及中间冲头之间存在位置偏移的差异，该差异的幅度仍然相对较小，例如，在0.02mm至0.2mm差异的范围内，或者，更具体地，在一些形式中，彼此在大约0.2mm内。

尽管在图4C中的压实步骤期间位置偏移和不对称弹性的这种差异可能看起来不显著，该差异的益处在图4D中可视化，其中在形成预成型件12之后已经撤回压缩力。如在图4D中可以看出的，一旦抽出上冲头28，下冲头38、46和54松弛。给定设计弹性响应的差异，下外部冲头38和下内部冲头54松弛大致相同的量，其大于下中间冲头46的弹性松弛。因此，随着下外部冲头38和下内部冲头54相对于内中间冲头46提升预成型件12，在预成型件12和下中间冲头46的预成型件接触表面80之间产生间隙126。从而冲头的该差动偏移导致预成型件从工具部分地剥离，即从冲头46部分地剥离。如上所述，间隙126可以是例如0.02mm至0.2mm。

应当理解，在各种工具构件之间的典型平衡弹性条件下，柱的垂直高度的差异可在内中间冲头46中导致更大量的松弛。与内冲头54和外冲头38相比，这增加了下中间冲头46的预成型件接触表面80的差动松弛和位置偏移，以及预成型件12在模具14的表面76上可能的结合会导致在预成型件12和表面80中向上偏移的下中间冲头46可能在向下轴向面对的表面100处将向上的力或应力施加到预成型件12，这引起预成型件12中的裂缝(所述裂缝通常水平地延伸穿过侧壁)。工具构件的不对称弹性防止了这种情况的发生。

如图4D所示，在压缩载荷被撤回并且工具构件松弛之后，然后可以如图4E中那样排出预成型件12。在图4E中，所有下工具构件的上表面(即，冲头38、46和54的预成型件接触表面78、80和82以及芯棒60的上表面122)都被升高为与模具14的顶侧22平齐。在该排出位置，将预成型件12从工具和模具组10移除，并且可以随后被加工——通常是烧结——以便形成最终的烧结粉末金属部件。

再次，这种工具布置和描述布置仅是示例性的，并且预成型件的具体几何形状将决定各种部件以及上工具组和下工具组的数量、类型和布置。不同的压实形式将具有不同的工具布置，并且设想本文所述的方法和原理可用于不同的预成型件几何形状。例如，如果预成型件中有两个通孔，则可能有两个芯棒和不同数量或类型的冲头。

还应当理解，虽然描述了具有上述差动弹性的下工具组，但是在上工具组或和上工具组与下工具组中同时可以采用相同的差动弹性。在某些情况下，应当理解，即使来自上工具构件，工具构件的瞬时松弛也可能引发应力破裂。

还应当理解，存在用于考虑上述工具组中描述的差动偏移的其它逻辑构造。例如，对于下工具组，情况是在具有高于另一个工具构件的预成型件接触表面的预成型件接触表面的工具构件中，可以将来自压缩和随后的松弛的位置偏移量设定得较低。

还应当理解，虽然在上面提供的示例中，存在三个下工具构件，其中两个下冲头/工具展现出类似的偏移，第三冲头/工具具有不同的偏移量，可以设想，在对应的上工具组或下工具组中存在多于两个工具构件的情况下，这三个构件可具有三个不同的位置偏移量。这可以基于诸如预成型件几何形状的许多考虑因素。例如，当存在对于具体压块的三个或更多个位置高度时，可存在三个或更多个位置偏移值。

因此，描述了用于形成粉末金属预成型件的工具和模具及其相关的使用方法。与横跨工具部件具有均衡弹性的传统***相比，所公开的***有意地在至少一些工具构件上产生差动响应，以帮助避免预成型件的破裂。

应当理解，可以在本发明的精神和范围内对较佳实施例进行各种其它修改和变型。因此，本发明不应限于所述实施例。为了确定本发明的完整范围，应参照以下权利要求书。

附图标记

10 工具和模具组

12 预成型件

14 模具

16 上工具组

18 下工具组

20 模具本体

22 顶侧

24 底侧

26 模具腔

28 上冲头

30 凸缘

32 下预成型件接触表面

34 开口

36 外部部分

38 下外部冲头

40 下外部适配器

42 下外部夹紧环

44 中间部分

46 下中间冲头

48 下中间适配器

50 下中间夹紧环

52 内部部分

54 下内部冲头

56 下内部适配器

58 下内部夹紧环

60 芯棒

62 向外面对的表面(芯棒60的)

64 向内面对的表面

66 向外面对的表面(下内部冲头54的)

68 向内面对的表面(下中间冲头46的)

70 向外面对的表面(下中间冲头46的)

72 向内面对的表面(下外部冲头38的)

74 向外面对的表面(下外部冲头38的)

76 向内面对的表面(模具腔26的)

78 预成型件接触表面(下外部冲头38的)

80 预成型件接触表面(下中间冲头46的)

82 预成型件接触表面(下内部冲头54的)

84 凸缘(下外部冲头38的)

86 凸缘(下中间冲头46的)

88 凸缘(下内部冲头54的)

90 下端(外部部分36的)

92 下端(中间部分44的)

94 下端(内部部分52的)

96 顶部碟状部段

98 向上轴向面对的表面

100 向下轴向面对的表面

102 内部圆形壁

104 外部圆形壁

106 轴向面对的内壁表面

108 轴向面对的外壁表面

110 凹部

112 径向向外面对的表面

114 径向向内面对的表面

116 通孔

118 径向向内面对的壁

120 径向向外面对的壁

122 上表面(芯棒60的)

124 粉末金属

Claims (16)

1.一种在压机中使用工具和模具组(10)的方法，所述工具和模具组(10)包括模具(14)，所述模具(14)具有形成在其中的模具腔(26)，其中，所述模具腔(26)从所述模具(14)的顶侧(22)延伸到底侧(24)，下工具组(18)的至少一个下工具构件从所述模具(14)的所述底侧(24)接纳在所述模具腔(26)中，而上工具组(16)的至少一个上工具构件从所述模具(14)的所述顶侧(22)可接纳在所述模具腔(26)中，所述方法包括：

用粉末金属(124)填充所述模具腔(26)；

将至少一个上工具构件从所述模具(14)的所述顶侧(22)降低到所述模具腔(26)中；

然后采用所述上工具组(16)和所述下工具组(18)、通过使所述至少一个下工具构件的上表面和所述至少一个上工具构件的下表面相对、通过压机将所述下工具组(18)和所述上工具组(16)致动到所述模具(14)中的对应的位置施加压缩载荷而在所述模具腔(26)中压实所述粉末金属(124)，所述至少一个下工具构件和所述至少一个上工具构件在所述压缩载荷下共同限定预成型件的几何形状；以及

从所述模具(14)提升所述至少一个上工具构件，从而移除压缩力并使所述上工具组(16)和所述下工具组(18)松弛；

其中所述至少一个上工具构件和所述至少一个下工具构件中的至少一个包括多个工具构件，其中所述多个工具构件中的下外部冲头在所述压缩载荷下具有第一弹性响应，导致所述下外部冲头的第一预成型件接触表面的第一位置偏移量，并且其中所述多个工具构件的下中间冲头在所述压缩载荷下具有第二弹性响应，导致所述下中间冲头中的第二预成型件接触表面的第二位置偏移量，所述第一位置偏移量不同于所述第二位置偏移量；

其中，所述下外部冲头、所述下中间冲头和下内部冲头包括在所述至少一个下工具构件中；

其中，在压实所述粉末金属(124)的步骤期间，所述下外部冲头的第一上表面定位在所述模具腔(26)中，在所述压缩载荷下相对于所述模具(14)的所述顶侧(22)低于所述下中间冲头的第二上表面，并且其中，一旦释放所述压缩载荷，所述下外部冲头松弛所述第一位置偏移量，而所述下中间冲头松弛所述第二位置偏移量，使得一旦松弛，所述下中间冲头不将力施加到所述预成型件；并且

其中，所述预成型件包括具有不同高度的多个部段，所述多个部段中的具有较高高度的部段和具有较低高度的部段分别对应于所述下外部冲头和所述下中间冲头形成，并且在释放所述压缩载荷时，在所述下中间冲头和由所述下中间冲头形成的部段之间形成间隙，其中，在释放所述压缩载荷时，在所述预成型件上的所述至少一个下工具构件的所述下外部冲头和所述下内部冲头的接触表面比所述至少一个下工具构件的所述下中间冲头的所述第二预成型件接触表面偏移更多，以从所述下中间冲头部分地剥离所述预成型件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预成型件包括多个部段，其中所述多个部段中的至少两个具有不同的高度，并且差动偏移导致至少一个部段从至少一个工具构件部分地剥离。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一位置偏移量大于所述第二位置偏移量，并且其中，所述第一位置偏移量与所述第二位置偏移量的差异在0.02mm至0.2mm之间。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个工具构件还包括下内部冲头，并且所述下内部冲头在所述压缩载荷下具有第三弹性响应，导致所述下内部冲头中的第三位置偏移量，其中，所述第三位置偏移量不同于所述第一位置偏移量和所述第二位置偏移量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个工具构件还包括下内部冲头，并且所述下内部冲头在所述压缩载荷下具有第三弹性响应，导致所述下内部冲头中的第三位置偏移量，其中，所述第三位置偏移量与所述第一位置偏移量和所述第二位置偏移量中的一个相同。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下工具组(18)包括支承所述下外部冲头的第一适配器和支承所述下中间冲头的第二适配器，并且其中，所述第一适配器至少部分地引起所述下外部冲头的所述第一位置偏移量，而所述第二适配器至少部分地引起所述下中间冲头的所述第二位置偏移量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个上工具构件和所述至少一个下工具构件中的至少一个中的所述多个工具构件中的至少两个具有对所述压缩载荷的不对称弹性响应。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过将所述至少一个下工具构件的上表面升高到与所述模具(14)的所述顶侧(22)齐平，从所述模具腔(26)排出所述预成型件。

9.一种压机中使用的工具和模具组(10)，用于将粉末金属(124)压实成预成型件，所述工具和模具组(10)包括：

模具(14)，具有形成在其中的模具腔(26)，所述模具腔(26)从所述模具(14)的顶侧(22)延伸到底侧(24)；

下工具组(18)，包括至少一个下工具构件，所述至少一个下工具构件从所述模具(14)的所述底侧(24)可接纳在所述模具腔(26)中；

上工具组(16)，包括至少一个上工具构件，所述至少一个上工具构件从所述模具(14)的所述顶侧(22)可接纳在所述模具腔(26)中；并且

其中，所述模具(14)、所述至少一个下工具构件和所述至少一个上工具构件可接纳在所述压机中，并且所述至少一个下工具构件和所述至少一个上工具构件各自可移动到所述模具(14)中的某个位置，所述至少一个下工具构件和所述至少一个上工具构件在由所述压机施加的压缩载荷下在所述模具腔(26)中共同限定所述预成型件的几何形状；

其中，所述至少一个上工具构件和所述至少一个下工具构件中的至少一个包括多个工具构件；

其中，所述多个工具构件中的下外部冲头在所述压缩载荷下具有第一弹性响应，导致所述下外部冲头的第一预成型件接触表面的第一位置偏移量；

其中，所述多个工具构件中的下中间冲头在所述压缩载荷下具有第二弹性响应，导致所述下中间冲头的第二预成型件接触表面的第二位置偏移量；

其中，所述第一位置偏移量不同于所述第二位置偏移量；

其中，由于所述第一位置偏移量和所述第二位置偏移量之间的差异，所述下外部冲头和所述下中间冲头中的至少一个与所述预成型件接触；

其中，在压实期间，所述下外部冲头的第一上表面定位在所述模具腔(26)中，在所述压缩载荷下相对于所述模具(14)的所述顶侧(22)低于所述下中间冲头的第二上表面，并且其中，一旦释放所述压缩载荷，所述下外部冲头松弛所述第一位置偏移量，而所述下中间冲头松弛所述第二位置偏移量，使得一旦松弛，所述下中间冲头不将导致破裂的力施加到所述预成型件；并且

其中，所述预成型件包括具有不同高度的多个部段，所述多个部段中的具有较高高度的部段和具有较低高度的部段分别对应于所述下外部冲头和所述下中间冲头形成，并且在释放所述压缩载荷时，在所述下中间冲头和由所述下中间冲头形成的部段之间形成间隙，其中，在释放所述压缩载荷时，在所述预成型件上的所述至少一个下工具构件的所述下外部冲头和所述至少一个下工具构件的下内部冲头的接触表面比所述至少一个下工具构件的所述下中间冲头的所述第二预成型件接触表面偏移更多，以从所述下中间冲头部分地剥离所述预成型件。

10.如权利要求9所述的工具和模具组(10)，其特征在于，所述多个工具构件还包括下内部冲头，并且所述下内部冲头在所述压缩载荷下具有第三弹性响应，导致所述下内部冲头中的第三位置偏移量，其中，所述第三位置偏移量不同于所述第一位置偏移量和所述第二位置偏移量。

11.如权利要求9所述的工具和模具组(10)，其特征在于，所述多个工具构件还包括下内部冲头，并且所述下内部冲头在所述压缩载荷下具有第三弹性响应，导致所述下内部冲头中的第三位置偏移量，其中，所述第三位置偏移量与所述第一位置偏移量和所述第二位置偏移量中的一个相同。

12.如权利要求9所述的工具和模具组(10)，其特征在于，所述第一位置偏移量大于所述第二位置偏移量，并且其中，所述第一位置偏移量与所述第二位置偏移量的差异在0.02mm至0.2mm之间。

13.根据权利要求9所述的工具和模具组(10)，其特征在于，所述下工具组包括支承所述下外部冲头的第一适配器和支承所述下中间冲头的第二适配器，并且其中，所述第一适配器至少部分地引起所述下外部冲头的所述第一位置偏移量，而所述第二适配器至少部分地引起所述下中间冲头的所述第二位置偏移量。

14.如权利要求13所述的工具和模具组(10)，其特征在于，所述第一适配器和所述第二适配器中的至少一个通过增材制造形成。

15.如权利要求13所述的工具和模具组(10)，其特征在于，所述第一适配器和所述第二适配器中的至少一个由三维打印形成。

16.如权利要求9所述的工具和模具组(10)，其特征在于，所述至少一个上工具构件和所述至少一个下工具构件中的至少一个中的所述多个工具构件中的至少两个具有对所述载荷的不对称弹性响应。

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