金属粉粉末混合压制烧结一体化设备及其控制方法与流程

本发明涉及粉末冶金设备，具体涉及一种金属粉粉末混合压制烧结一体化设备，还涉及上述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的控制方法。

背景技术：

1、金属粉末的混合、压制和烧结是粉末冶金工艺中的关键工序。目前，上述工序通常由相互独立的混料设备、压制设备和烧结设备分别完成，常见的工艺流程为：先将金属粉末在混料设备中混合均匀，再将混合后的粉料转运至压制设备进行模压成形，得到压坯，最后将压坯转运至烧结设备中进行烧结。在混料、压制和烧结各工序之间，需要借助人工或输送装置对粉料和压坯进行多次装料、卸料和转运。

2、然而，由于各工序相互分立，粉料和压坯在工序间的转运过程中会暴露于外部环境，容易受到污染，尤其是金属粉末和压坯与空气接触后容易发生氧化，从而导致粉末冶金产品的质量不稳定。同时，在常规的模压成形过程中，粉料在模具内主要受到单向压力作用，粉料各处受力不均匀，使得压坯各部位的密度分布不均匀，容易产生裂纹和分层等缺陷，影响压坯乃至最终烧结产品的质量。

技术实现思路

1、本发明提出了一种金属粉粉末混合压制烧结一体化设备及其控制方法，其目的是：解决现有粉末冶金工艺中混料、压制和烧结工序相互分立，粉料和压坯在工序间转运时容易受到污染，导致粉末冶金产品质量不稳定的问题；以及解决模压成形过程中粉料受单向压力作用而受力不均，压坯密度分布不均匀，容易产生裂纹和分层的问题。

2、本发明技术方案如下：

3、一种金属粉粉末混合压制烧结一体化设备，包括成型室和烧结室，成型室包括第一壳体，烧结室包括第二壳体；

4、第二壳体与第一壳体连通；

5、第一壳体上设有第一真空接口，第一真空接口用于对所述成型室和烧结室的内部抽真空；

6、成型室内设有混料机、回转装置、压制模具工装和液压缸；

7、所述混料机用于将金属粉末混合均匀，并将混合后的粉料排出至所述压制模具工装；

8、所述回转装置包括旋转托盘，所述旋转托盘上设有模具安装孔，所述压制模具工装安装于所述模具安装孔内；

9、所述压制模具工装包括液压包囊，所述液压包囊为弹性筒状体，其中心处具有用于装填粉料的成型腔，液压包囊的壁体内设有环绕所述成型腔的环形空腔，所述环形空腔内填充有液体介质；

10、液压缸的输出端设有压芯头和压芯套，压芯套套设于所述压芯头的外围，压芯头与压芯套能够相对轴向滑动，压芯头用于伸入成型腔并压紧粉料，压芯套用于下压所述液压包囊的上端边缘，以通过所述环形空腔内的液体介质对所述成型腔内的粉料施加径向压力；

11、烧结室内设有感应器，烧结室与成型室之间设有送料装置，送料装置用于将成型室内压制得到的粉末压坯输送至感应器的加热区域内。

12、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的进一步改进，所述环形空腔为截面为u型的u型环形空腔，所述u型环形空腔包括靠外侧的筒形腔体和靠内侧的筒形腔体，所述靠外侧的筒形腔体与所述靠内侧的筒形腔体在底部相互连通；

13、所述液压包囊的底部设有与所述u型环形空腔相通的环形开口；

14、所述压制模具工装还包括内衬支架密封环和密封外压环，所述内衬支架密封环包括第一环部、筒部和第二环部，所述第一环部水平设于所述u型环形空腔的底部，所述筒部的下端与所述第一环部的内边缘固定连接且向上延伸，所述筒部位于所述靠内侧的筒形腔体内，所述第二环部设于所述筒部的上端并向外侧延伸，所述筒部和所述第二环部上均设有沿竖向延伸的开槽，所述开槽供所述u型环形空腔内的液体介质穿过所述筒部和所述第二环部；

15、所述密封外压环设于所述液压包囊的底部外侧，所述密封外压环通过穿过所述环形开口的紧固件与所述第一环部固定连接，并与所述第一环部共同夹紧所述环形开口的边缘以实现密封。

16、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的进一步改进，所述压芯头为圆柱状，所述压芯套为筒状，所述压芯头穿过所述压芯套的内孔并向下凸出，所述压芯头的凸出部分与所述压芯套的内壁之间形成环形空隙，所述环形空隙用于在所述压芯头下压粉料时避让所述液压包囊的内侧壁，使所述压芯套不挤压所述液压包囊的内侧壁。

17、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的进一步改进，所述混料机包括桶体、下粉管、第一电磁推拉杆、阀板、第二电磁推拉杆、插板、充气密封圈和充排气泵；

18、所述桶体的底部设有下料口，所述阀板与所述第一电磁推拉杆连接，所述第一电磁推拉杆驱动所述阀板打开或关闭所述下料口；

19、所述下粉管的一端与所述下料口连通，所述插板与所述第二电磁推拉杆连接，所述第二电磁推拉杆驱动所述插板打开或关闭所述下粉管；

20、所述充气密封圈设于所述下粉管的内壁，所述充排气泵与所述充气密封圈连通，所述充排气泵抽气时所述充气密封圈收缩，所述充排气泵充气时所述充气密封圈膨胀以压紧所述插板。

21、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的进一步改进，所述混料机包括桶体、第一驱动装置、搅拌轴、内筒、外筒、内螺旋板和外螺旋板；

22、所述第一驱动装置与所述搅拌轴传动连接，所述搅拌轴竖向设于所述桶体内；

23、所述内筒固定设于所述桶体内，所述搅拌轴穿过所述内筒，所述内螺旋板固定于所述搅拌轴上并位于所述内筒的内部，所述内螺旋板用于将粉料向上推送；

24、所述外筒套设于所述内筒的外部并与所述搅拌轴连接，所述外螺旋板固定于所述外筒的内壁并位于所述内筒与所述外筒之间，所述外螺旋板用于将粉料向下推送；

25、所述内筒的上端和下端均设有回流开口，所述回流开口连通所述内筒的内部空间与所述内筒和所述外筒之间的环形间隙。

26、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的进一步改进，所述压制模具工装还包括顶杆、弹簧和滚轮轴承；

27、所述顶杆的上端插入所述液压包囊的成型腔的底部，所述弹簧套装于所述顶杆上，用于使所述顶杆向下复位，所述滚轮轴承安装于所述顶杆的下端；

28、所述回转装置还包括底座盘，所述底座盘设于所述旋转托盘的下方，所述底座盘的上表面设有斜坡台；

29、所述滚轮轴承与所述底座盘的上表面滚动接触，当所述旋转托盘转动至所述斜坡台处时，所述斜坡台将所述滚轮轴承向上顶起，所述滚轮轴承带动所述顶杆向上移动，以将所述成型腔内的粉末压坯顶出。

30、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的进一步改进，所述回转装置还包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和传动轴，所述第一锥齿轮与所述旋转托盘连接并跟随所述旋转托盘转动，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮安装于所述传动轴的一端；

31、所述送料装置包括主动链轮、从动链轮、主动送料轮、从动送料轮和送料链，所述主动链轮安装于所述传动轴的另一端，所述从动链轮与所述主动链轮传动连接，所述主动送料轮与所述从动链轮传动连接，所述送料链安装于所述主动送料轮和所述从动送料轮上，所述送料链用于输送所述粉末压坯。

32、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的进一步改进，所述第二壳体水平设置，所述第二壳体的一端与所述第一壳体连通，另一端封闭且底部设有出料罐；

33、所述第二壳体的外壁设有冷却水套，所述第二壳体内设有隔热屏，所述感应器设于所述隔热屏的内侧；

34、所述感应器为两个，两个所述感应器沿所述送料装置的输送方向依次设置，分别形成预热区和烧结区；

35、所述感应器连接有水冷电极，所述水冷电极穿过所述第二壳体并与所述第二壳体绝缘密封连接。

36、本发明还公开了一种金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的控制方法，应用于所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备；

37、所述混料机包括桶体和下粉管，所述桶体的顶部设有第二真空接口，所述桶体的底部设有下料口，所述下粉管与所述下料口连通，所述下料口处设有由第一电磁推拉杆驱动的阀板，所述下粉管内设有由第二电磁推拉杆驱动的插板和与充排气泵连通的充气密封圈；

38、所述压制模具工装还包括顶杆，所述顶杆的上端插入所述液压包囊的成型腔的底部，所述顶杆的下端安装有滚轮轴承，所述回转装置还包括底座盘，所述底座盘设于所述旋转托盘的下方，所述底座盘的上表面设有斜坡台，所述滚轮轴承与所述底座盘的上表面滚动接触；所述控制方法包括以下步骤：

39、步骤s1：将金属粉末加入所述混料机内，对所述混料机的内部和所述成型室的内部抽真空；

40、步骤s2：启动所述混料机，对所述金属粉末进行混合；

41、步骤s3：对所述充气密封圈抽气使其收缩，所述第二电磁推拉杆驱动所述插板打开所述下粉管，再对所述充气密封圈充气使其膨胀密封；

42、步骤s4：所述第一电磁推拉杆驱动所述阀板间歇打开所述下料口，使粉料经所述下粉管落入所述液压包囊的成型腔内，所述旋转托盘转动，将装料后的所述压制模具工装移送至所述液压缸的下方；

43、步骤s5：所述液压缸驱动所述压芯头和所述压芯套下移，所述压芯头穿过所述压芯套的内孔并向下凸出，先伸入所述成型腔并压紧粉料，所述压芯套继续下移并下压所述液压包囊的上端边缘，挤压所述靠外侧的筒形腔体内的液体介质，所述液体介质流入所述靠内侧的筒形腔体并穿过所述筒部和所述第二环部上的开槽，使所述液压包囊靠内侧的筒形部分膨胀，所述内衬支架密封环的筒部支撑所述靠内侧的筒形部分以保持其形状，使所述靠内侧的筒形部分对所述成型腔内的粉料施加均匀的径向压力，完成等静压制，得到粉末压坯；

44、步骤s6：所述旋转托盘继续转动，所述滚轮轴承滚动至所述斜坡台处时，所述斜坡台将所述滚轮轴承向上顶起，所述顶杆向上移动，将所述粉末压坯从所述成型腔内顶出；

45、步骤s7：所述送料装置将所述粉末压坯输送至所述烧结室的所述感应器内进行烧结，烧结完成后将成品排出。

46、作为所述金属粉粉末混合压制烧结一体化设备的控制方法的进一步改进，当所述混料机内的粉料用完需要重新加料时，先由所述第一电磁推拉杆驱动所述阀板关闭所述下料口，待所述下粉管内的粉料流空后，对所述充气密封圈抽气使其收缩，所述第二电磁推拉杆驱动所述插板关闭所述下粉管，再对所述充气密封圈充气使其膨胀密封。

47、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

48、1.本发明的成型室内设有混料机、回转装置、压制模具工装和液压缸，烧结室的第二壳体与成型室的第一壳体连通，由第一真空接口对成型室和烧结室抽真空，使金属粉末的混合、压制和烧结在同一真空环境中连续完成，粉料和压坯在工序间无需暴露于外部空气，降低了金属粉末和压坯在转运过程中发生氧化和污染的风险，有利于提高粉末冶金产品的质量稳定性。

49、2.本发明的液压包囊壁体内设有环绕成型腔的u型环形空腔，空腔内填充液体介质，压制时压芯头先压紧成型腔内的粉料，压芯套继续下压液压包囊的上端边缘，将靠外侧筒形腔体内的液体介质经内衬支架密封环的筒部和第二环部上的开槽压入靠内侧的筒形腔体，使液压包囊靠内侧的筒形部分在保持圆筒形状的前提下对粉料施加均匀的径向压力，从而避免粉料仅受单向压力，使压坯各部位的密度分布趋于均匀，减少了压坯产生裂纹和分层的可能。

50、3.在混料机的下料口处设置由第一电磁推拉杆驱动的阀板，在下粉管处设置由第二电磁推拉杆驱动的插板以及与充排气泵连通的充气密封圈，通过充气密封圈先放气、插板打开后再充气密封，并以阀板间歇开闭控制出料节奏，既保证了混料机与成型室之间的真空密封，又避免了充气密封圈因频繁动作而磨损，提高了连续生产过程中真空环境的稳定性和密封件的使用寿命。

51、4.混料机采用同轴布置的内筒和外筒，搅拌轴同时带动内螺旋板和外螺旋板反向推送粉料，粉料在内筒内部向上运动并经回流开口进入内筒与外筒之间的环形间隙，再被外螺旋板向下推送，形成循环流动，使不同种类的金属粉末混合更加均匀。

52、5.在压制模具工装中，顶杆的上端插入液压包囊成型腔的底部，下端安装滚轮轴承，旋转托盘转动时滚轮轴承沿底座盘上表面滚动并经斜坡台抬起顶杆，将压坯自动顶出，配合送料装置将压坯依次输送至感应器的预热区和烧结区进行烧结，实现了脱模、输送、预热、烧结和出料的连续自动化，减少了人工干预。