一种粉末材料压片成型的模具及方法与流程

1.本发明涉及粉末材料的加工技术领域，特别涉及一种金属及陶瓷粉末的高应变速率、高温高压的压片成型方法。


背景技术：

2.在金属粉末的压片成型中，压片模具是一种必不可少的工具。目前传统的粉末压片模具主要包括成型头、模筒、模芯、底座四部分，其操作简单方便。但是，传统的粉末材料压片成型压缩速度慢、难实现高温高压的同时加载。利用火药等的燃爆特点，将其应用于金属粉末的压片成型，开发一种成型高效率、易操作的燃爆压片成型方法，其可促进金属粉末的直接烧结，高应变速率还可保持压片块体的细小组织形态。而对难熔金属等粉末的压片成型具有重要意义。在现有技术中如中国专利cn109702071b一种燃爆成型模具及其成型方法，实用新型专利cn210253810u一种难变形金属板材的连续加工装置，两者均提出了一种通过热传递使燃爆发生物达到燃点发生剧烈的放热，促使待成型金属板被拉伸变形而贴合于下模的成型腔进行成型。这种成型方式燃爆发生时间点不易控制，存在还未锁模而燃爆已发生的危险。这些现有技术中均属于对待成型金属板进行重新成型，也就说是成型的初始对象的大小和形状受限制，而不适应初始对象为粉末材料的成型方案中。


技术实现要素：

3.基于背景技术存在的问题，本发明提出了一种粉末材料压片成型的模具及方法。
4.本发明采用了如下方案：一种粉末材料压片成型的模具，包括上模以及与上模相对设置的凹模，所述上模与凹模之间设有一传递力的金属薄片，所述金属薄片下方设置有粉末材料且所述粉末材料设置于所述凹模内，所述上模内部凹陷形成有燃烧腔，且所述上模位于燃烧腔内部设置有用于放置燃爆发生物的容置件；上模的容置件内放入燃爆发生物，上模外的压电陶瓷导线穿过上模壁连接所述燃爆发生物；上模与凹模装配后由模架锁紧；在整套模具外按压压电陶瓷，其释放电压经导线传导至上模腔内，产生的电火花引燃所述燃爆发生物；使得金属薄片实现瞬间的冲击及高温作用于所述粉末材料，使其产生极高的压缩应变速率并促进其烧结致密后成型。
5.优选地，所述金属粉末为钨、钼、钽、铌、镁、钛及其合金中一种或多种所形成的粉末。
6.优选地，所述陶瓷粉末为氧化铝、氧化锆、氧化硅及其混合粉中一种或多种所形成的粉末。
7.优选地，所述金属薄片为铜、铁、铝、钛及其合金中的一种所形成的薄片。
8.优选地，所述金属薄片为不锈钢薄片。
9.优选地，所述燃爆发生物为为汽油、柴油、硝酸铵、硝化甘油以及三硝基甲苯中的一种或多种所形成的混合物。
10.优选地，所述凹模设置于模具底座上，所述粉末材料与所述模具底座之间设置有
垫块。
11.优选地，所述上模、凹模以及模具底座均设置于隔离件内，所述隔离件包括有压力支架、手柄以及活扣，所述压力支架支撑所述手柄以及活扣。
12.一种粉末材料压片成型的方法，其应用如上所述的模具并包括如下步骤：(1)调节压片模具，使整套模具闭合后能够被锁紧；(2)将待成型的粉末材料放置于垫块上并填满凹模腔，在所述粉末材料上放置金属薄片；(3)将燃爆发生物置于上模容置件内；(4)将上模与凹模闭合压紧；(5)通过上模外的压电陶瓷产生电火花点燃燃爆发生物；(6)燃爆发生物在密闭空间内燃爆释放高温高压，并通过金属薄片作用于粉末材料，从而获得其高温高压的压片成型的效果。
13.优选地，所述高温高压的范围为：高温范围200
‑
2000℃，高压范围50
‑
1000mpa。
14.通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：本发明利用火药等的燃爆特点，将其应用于粉末材料的压片成型，开发一种成型高效率、易操作的燃爆压片成型方法，通过按压压电陶瓷，其释放电压经导线传导至上模腔内，产生的电火花引燃所述燃爆发生物实现粉末材料的压片成型。这样一方面燃爆热能可促进粉末材料的直接烧结，高应变速率还可保持压片块体的细小组织形态，另一方面能过通过电导方式进行引爆，相对于现有技术来说，燃爆过程更易控制，能量利用率更高。且其针对的对象为粉末材料，对难熔金属等粉末压片成型的细晶、匀质微观组织具有重要意义。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1是本发明粉末材料的燃爆压片成型模具的示意图。
17.图中：1
‑
垫块；2
‑
薄片；3
‑
上模；4
‑
粉末材料；5
‑
凹模；6
‑
活扣；7
‑
手柄；8
‑
压力支架；9
‑
模具底座。
具体实施方式
18.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于
描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
23.实施例
24.以下仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于下述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
25.参考说明书附图1，一种粉末材料压片成型的模具，包括上模3以及与上模相对设置的凹模5，所述上模3与凹模5之间设有一传递力的金属薄片2，所述金属薄片2下方设置有粉末材料4且所述粉末材料4设置于所述凹模5内，所述上模3内部凹陷形成有燃烧腔，且所述上模位于燃烧腔内部设置有用于放置燃爆发生物的容置件；上模的容置件内放入燃爆发生物，上模外的压电陶瓷导线穿过上模壁连接所述燃爆发生物，所述凹模5设置于模具底座9上，所述粉末材料4与所述模具底座9之间设置有垫块1；所述上模3、凹模5以及模具底座9均设置于隔离件内，所述隔离件包括有压力支架8、手柄7以及活扣6，所述压力支架8支撑所述手柄以及活扣。
26.上模3与凹模5装配后由模架锁紧；在整套模具外按压压电陶瓷，其释放电压经导线传导至上模3腔内，产生的电火花引燃所述燃爆发生物；使得金属薄片2实现瞬间的冲击并作用于所述粉末材料4，使其产生极高的压缩应变速率，燃爆高温通过金属薄片2还促进了粉末材料4的致密烧结。所述粉末材料4包含金属钨、钼、钽、铌、镁、钛及其合金中一种或多种所形成的粉末，粉末材料4还包含陶瓷。所述金属薄片2为铜、铁、铝、钛及其合金中的一种所形成的薄片或者不锈钢薄片。所述燃爆发生物为为汽油、柴油、硝酸铵、硝化甘油以及三硝基甲苯中的一种或多种所形成的混合物。
27.一种粉末材料压片成型的方法，其应用如上所述的模具并包括如下步骤：(1)调节压片模具，使整套模具闭合后能够被锁紧；(2)将待成型的粉末材料4放置于垫块1上并填满凹模腔，在所述粉末材料4上放置金属薄片2；(3)将燃爆发生物置于上模容置件内；(4)将上模3与凹模5闭合压紧；(5)通过上模3外的压电陶瓷产生电火花点燃燃爆发生物；(6)燃爆发
生物在密闭空间内燃爆释放高温高压，并通过金属薄片作用于粉末材料，从而获得其高温高压的压片成型的效果。高温范围200
‑
2000℃，高压范围50
‑
1000mpa。
28.具体实施例为：实施例一，凹模5内径50
㎜
，外径100
㎜
，高度60
㎜
；垫块直径50
㎜
，高度20
㎜
；上模3中的燃烧腔内径50
㎜
，腔体容积100ml。先将凹模5放置于模具底座9正中，垫块1放入凹模5内；取纯钨粉末装入凹模5至与凹模台阶齐平；在凹模台阶放置厚度0.2
㎜
，直径70
㎜
的304不锈钢圆片；上模3的容置件内放入质量0.2g的硝化甘油，上模3外的压电陶瓷导线穿过上模壁连接硝酸甘油；上模3与凹模5装配后由模架锁紧；在整套模具外按压压电陶瓷，其释放电压经导线传导至上模腔内，产生的电火花引燃硝化甘油产生1200j能量。硝化甘油瞬时燃爆的能量转化为高温、内压强，不锈钢薄片实现瞬间的冲压拉深并作用于钨粉末，使其产生极高的压缩应变速率，高温还促进了钨粉末的烧结致密。成型结束后解锁模具，将推杆放入凹模内，置于千斤顶则可将成型后钨块体顶出。此成型效率高，无需专门压片成型机的配合，还有助于金属粉末的高致密压片成型，尤其是难熔金属粉末的成型。
29.实施例二，凹模5内径50
㎜
，外径100
㎜
，高度60
㎜
；垫块直径50
㎜
，高度20
㎜
；上模3中的燃烧腔内径50
㎜
，腔体容积100ml。先将凹模5放置于模具底座9正中，垫块1放入凹模5内；取钼铜混合粉末装入凹模5至与凹模台阶齐平；在凹模台阶放置厚度0.2
㎜
，直径70
㎜
的纯铜圆片；上模的容置件内放入质量0.02g的汽油，上模3外的压电陶瓷导线穿过上模壁连接汽油；上模3与凹模5装配后由模架锁紧；在整套模具外按压压电陶瓷，其释放电压经导线传导至上模腔内，产生的电火花引燃汽油产生920j能量。汽油瞬时燃爆的能量转化为高温、内压强，铜薄片实现瞬间的冲压拉深并作用于钼铜混合粉末，使其产生极高的压缩应变速率，高温还促进了钼铜粉末的烧结致密。成型结束后解锁模具，将推杆放入凹模内，置于千斤顶则可将成型后钼铜块体顶出。此成型效率高，无需专门压片成型机的配合，还有助于金属合金粉末的高致密压片成型，尤其是难熔金属粉末的成型。
30.实施例三，凹模5内径50
㎜
，外径100
㎜
，高度50
㎜
；垫块直径50
㎜
，高度20
㎜
；上模3中的燃烧腔内径50
㎜
，腔体容积100ml。先将凹模5放置于模具底座9正中，垫块1放入凹模5内；取粒度范围在10～20μm的氧化铝陶瓷粉末装入凹模5至与凹模台阶齐平；在凹模台阶放置厚度0.2
㎜
，直径70
㎜
的纯铜圆片；上模的容置件内放入质量0.05g的柴油，上模3外的压电陶瓷导线穿过上模壁连接柴油；上模3与凹模5装配后由模架锁紧；在整套模具外按压压电陶瓷，其释放电压经导线传导至上模腔内，产生的电火花引燃柴油产生2000j能量。柴油瞬时燃爆的能量转化为高温、内压强，铜薄片实现瞬间的冲压拉深并作用于陶瓷粉末，使其产生极高的压缩应变速率，高温还促进了氧化铝陶瓷粉末的烧结致密。成型结束后解锁模具，将推杆放入凹模内，置于千斤顶则可将成型后陶瓷块体顶出。此成型效率高，无需专门压片成型机的配合，还有助于陶瓷粉的高致密压片成型。