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一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備及其使用方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610041765.9

申請日:

2016.01.21

公開號:

CN105537585A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):B22F 3/03申請公布日:20160504|||實質審查的生效IPC(主分類):B22F 3/03申請日:20160121|||公開
IPC分類號: B22F3/03; B22F3/093 主分類號: B22F3/03
申請人: 東北大學
發明人: 安希忠; 韓鵬; 錢泉; 王德峰; 張玉璽; 吳永利; 王林; 黃芬; 黃飛; 付海濤; 楊曉紅; 馮百鳴
地址: 110004 遼寧省沈陽市和平區文化路三號巷11號
優先權:
專利代理機構: 南京鐘山專利代理有限公司 32252 代理人: 李小靜
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610041765.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.11.23|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,包括:振壓裝置,所述振壓裝置包括機座、機械振動裝置、液壓系統、超聲波振動裝置和電磁加熱器;數據采集系統,所述數據采集系統包括數據分析系統和無線數據采集裝置;能源動力系統,所述能源動力系統包括電動機、軸承座裝置、變頻控制系統、太陽能電池板組和蓄電池。與現有的技術相比,本發明的有益效果是:1)本發明具有科學實用、節能環保等特點;2)實現太陽能和供電網供電的相互轉換;3)本發明快速有效的傳輸數據,確保了數據的準確性;4)超聲振動裝置避免粉末在成形前的團聚;5)電磁加熱器實現了常溫壓制、恒溫壓制和高溫壓制。

權利要求書

1.一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,包括:
振壓裝置,所述振壓裝置包括機座、機械振動裝置、液壓系統、超聲波振動裝置和電磁
加熱器;
數據采集系統,所述數據采集系統包括數據分析系統和無線數據采集裝置;
能源動力系統,所述能源動力系統包括電動機、軸承座裝置、變頻控制系統、太陽能電
池板組和蓄電池。
2.根據權利要求1所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述振壓裝置包括:
機座,所述機座由工作臺和支撐柱構成用于安置機械振動裝置的框架結構;
機械振動裝置,所述機械振動裝置包括振動臺、夾具和模具組件,機械振動裝置通過振
動臺固定在機座上,夾具位于機械振動裝置的振動臺上,模具組件位于夾具上;
液壓系統,所述液壓系統包括液壓站和油缸,油缸固定在夾具下部;
超聲波振動裝置,所述超聲波振動裝置與模具組件相連接;
電磁加熱器,所述電磁加熱器與模具組件相連接。
3.根據權利要求2所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述振動臺包括:
底板,所述底板下表面固定在機座上,底板上表面固定有導軌,底板中間設有穿透圓孔
D;
水平方向的X向振動導板,所述X向振動導板下表面固定有與底板的導軌相配合的多個
滑塊,X向振動導板上表面固定有導軌,X向振動導板在X方向電動機的驅動下通過滑塊沿著
導軌作水平方向運動,X向振動導板一側與撞塊連接,相對一側與復位彈簧連接,撞塊與固
定在電動機驅動軸上的偏心套接觸來驅動振動裝置在水平方向上的振動,X向振動導板中間
設有穿透圓孔C;
水平方向的Y向振動導板,所述Y向振動導板下表面固定有與X向振動導板的導軌相配
合的多個滑塊,Y向振動導板在Y方向電動機的驅動下通過滑塊沿著導軌作水平方向運動,Y
向振動導板一側與撞塊連接,相對一側與復位彈簧連接,撞塊與固定在電動機驅動軸上的偏
心套接觸來驅動振動裝置在水平方向上的振動,Y向振動導板中間設有穿透圓孔B;
緩沖板,所述緩沖板中間設有穿透圓孔A,緩沖板表面設有夾具安裝孔B,緩沖板設置在
Y向振動導板上方,以減輕豎直振動過程中對Y向振動導板的沖擊;
裝置固定板,所述裝置固定板緩沖板表面設有夾具安裝孔A,裝置固定板上表面固定有
多個滑動導套,滑動導套的上端與彈簧的下端接觸,裝置固定板下表面的下頂桿與Z方向電
動機相連接;
多根豎直方向的Z向振動導柱,所述Z向振動導柱豎直固定在X向振動導板的上表面,
每根Z向振動導柱都與裝置固定板的滑動導套相配合,Z向振動導柱頂部與彈簧上端的夾緊
器固定連接,在Z方向電動機的驅動下實現裝置固定板通過滑動導套沿著導柱的Z方向運動。
4.根據權利要求2所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述夾具包括:
夾具底板,所述夾具底板上表面固定有液壓系統油缸;
夾具頂板;
夾具支撐桿,所述夾具支撐桿有四根,四根夾具支撐桿底端分別依此穿過夾具底板、裝
置固定板、緩沖板通過螺帽固定連接,四根夾具支撐桿頂部穿過夾具頂板通過螺帽固定連接;
位移檢測裝置,所述位移檢測裝置設置在其中的一個夾具支撐桿上,用來測定模具組件
的位移;
下壓力傳感器,所述下壓力傳感器的下表面通過墊板與油缸頂端相連接,下壓力傳感器
的上表面通過托板與模具組件的下端相連接;
上壓力傳感器,所述上壓力傳感器的上表面固定在夾具頂板的下表面上,下表面與模具
組件的上端相連接。
5.根據權利要求4所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述位移檢測裝置包括:
限位套,所述限位套固定在夾具支撐桿上;
位移傳感器;
定位器,所述定位器兩端為圓套結構,兩個圓套之間通過連接板連接,連接板上設有橢
圓形長條孔,定位器一端套在限位套上方的夾具支撐桿上,另一端與位移傳感器底端相連接;
位移測量板,所述位移測量板一端固定在下壓力傳感器和托板之間,另一端與位移調整
螺釘相連接,位移調整螺釘一端穿過定位器的另一端與位移傳感器相連接,另一端通過位移
調整螺母固定。
6.根據權利要求2所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述模具組件由凸模、凹模、起模器和墊片組成,所述凸模分為上凸模和下凸模;起模器分為
上起模器和下起模器;墊片分為上墊片和下墊片。
7.根據權利要求1所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述數據采集系統包括:
數據分析系統,所述數據分析系統由數據轉換模塊和遠程計算機組成,數據轉換模塊實
現對所采集信號進行轉換,最終在遠程計算機終端上實現金屬粉末壓制過程中宏觀性能演變
的適時可視化;
無線數據采集裝置,所述無線數據采集裝置包括藍牙發送器、藍牙接收器和嵌入式微電
腦,嵌入式微電腦分別與藍牙發送器、上壓力傳感器、下壓力傳感器和位移傳感器相連接,
藍牙發送器與藍牙接收器相通訊,藍牙接收器與遠程計算機相連接。
8.根據權利要求1所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述能源動力系統包括:
軸承座裝置,所述軸承座裝置包括軸承座和穿過軸承座的連接軸,連接軸一端連接有皮
帶輪,連接軸的另一端通過偏心套與軸承相連接;
電動機,所述的電動機有三個,分別是水平X向電動機、水平Y向電動機和豎直Z向電
動機實現各個方向不同振幅的振動,每個電動機的輸出軸均與不同偏心度的偏心軸套實現各
個方向的振動;
變頻控制系統,所述變頻控制系統的變頻器柜與電動機相連接,每個電動機都配有各自
的變頻器柜的變頻調速器來控制其轉數,實現不同振動參數的輸入,每個變頻器柜內的PLC
設置一個控制各自電動機的自動控制開關,實現該設備的自動執行功能;
太陽能電池板組,所述太陽能電池板組與匯流單元相連接;
蓄電池,所述蓄電池分別與儲能斬波單元和電池均衡器相連接。
9.根據權利要求8所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,其特征在于,所
述變頻器柜內還包括與PLC相連接的用電切換單元、雙向逆變器、介入切換單元、儲能斬波
單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元和匯流單元,同時用電切換單元與供電網相連接,遠
程計算機還分別與報警器和藍牙無線通訊模塊相連構成無線智能控制系統。
10.根據權利要求1所述的一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備的使用方法,其
特征在于,包括以下步驟:
1)充填,先將下凸模放入凹模內,再把下凸模和凹模放置在下壓力傳感器上的托板上,
將預定量的制備金屬間化合物的金屬粉末加入到模具組件的凹模內,再將上凸模放入凹模內;
2)超聲及機械振動,啟動超聲波振動裝置,超聲波振動裝置主要實現粉體傳輸過程中團
聚的破壞,機械振動帶動模具組件振動,凹模內松裝狀態的粉體在振動過程中重新排列,實
現粉體初始堆積的均勻化及致密化,能源動力系統的三個電動機分別帶動X向振動導板、Y
向振動導板和裝置固定板分別按照X向、Y向、Z向來回振動,每個方向的電動機的輸出軸都
是通過不同偏心度的偏心軸套實現各個方向不同振幅的振動,振動的幅度在幾十微米到幾毫
米的范圍內變化,從而精確控制每個方向上的振動頻率;利用變頻控制系統的PLC控制電動
機的振動頻率,同時每個電動機都配有變頻調速器來控制其轉數,從而精確控制每個方向上
的振動頻率,實現不同振動參數的輸入,每個方向上的振動都是通過獨立的電動機和變頻調
速器分別控制,因此振動臺可以分別實現一維、二維及三維的機械振動,且振動的振幅和頻
率都精確可控,同時每個變頻器柜內的PLC設置一個控制各自電動機的自動控制開關,實現
該設備的自動執行功能,根據不同的振動模式,選擇打開不同的開關,每種開關打開后,其
輸入值可以根據實驗要求進行修改;消除粉體內部的大孔隙,使粉體內部進一步均勻化;
3)壓制,啟動液壓系統,液壓系統的液壓站推動油缸運動,油缸通過托板帶動模具組件
運動,保證凸模的頂端與上壓力傳感器的底端相接觸,實現凹模和凸模相向運動,進而對凹
模內的金屬粉末進行按壓;壓力經模沖傳向金屬粉末,粉末之間的孔隙大大降低,彼此的接
觸顯著增加,粉體開始變得較密實且具有一定的形狀和強度,當需要在指定溫度場下壓制時,
啟動電磁加熱器,使電磁加熱器對模具組件進行加熱;
4)數據傳輸,啟動數據采集系統和能源動力系統,分別嵌入在位移檢測裝置、下壓力傳
感器和上壓力傳感器的嵌入式微電腦將其各自采集到的壓力數據通過藍牙發送器傳送給數據
分析系統,遠程計算機通過藍牙接收器和數據轉換模塊將壓力數據轉化成實現金屬粉末緊實
過程中宏觀性能如壓力及密度演變的適時可視化;
5)能源轉換,變頻器柜內的PLC直接控制用電切換單元、雙向逆變器、介入切換單元、
儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元和匯流單元,實現利用太陽能電池板組將光
能轉化成電能,同時將電能儲存在蓄電池里,同時本設備在平時利用供電網進行供電,當發
生停電時,PLC通過匯流單元和雙向逆變器實現蓄電池給本設備進行供電,同時通過藍牙無
線通訊模塊和報警器的無線智能控制系統,以及遠程計算機進行遠程控制;
6)起模,壓制完成后由起模器在起模機上起模。

說明書

一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備及其使用方法

技術領域

本發明涉及金屬間化合物振壓成形技術領域,特別涉及一種實現金屬間化合物高性能振
壓成形設備及其使用方法。

背景技術

成形過程是粉末冶金生產過程中的一個重要環節,也是制備金屬間化合物制品的一個重
要環節。對成形后的壓坯進行燒結和后處理可以獲得全致密的粉末產品,目前的研究主要集
中在燒結的環節,而對成形過程的研究則比較少,尤其是綜合了從初始的金屬粉末充填到其
在模具內的傳輸再到在外部能量作用下緊實的高密度成形設備并未見相關報導。實際上,密
度相對較低的壓坯雖然通過燒結可以實現全致密,但需要的燒結溫度高、燒結時間長,因此
能耗大,環境污染嚴重,生產成本很高。雖然通過高速壓制獲得的壓坯密度較高,但由于其
通常只著重于壓制的過程,對壓制前易形成團聚的細粉則無法有效消除由金屬粉末間的弱的
作用力(如范德華力、毛細血管力及靜電力等)形成的金屬粉末的團聚,從而導致壓坯內部
的密度及應力分布不均勻,這不但可能會引起壓坯掉邊、掉角和裂紋,也會引起產品燒結收
縮不均,造成產品性能不均勻或變形與開裂。而壓坯密度的均勻性,首先取決于金屬間化合
物充填過程的均勻性,這一點在絕大部分的金屬間化合物成形過程中均沒有考慮。同樣,從
金屬間化合物在模具內的傳輸到在外部壓力作用下的緊實,除自身的性能外,金屬粉末顆粒
之間的重排也十分關鍵,因此必須采取一定的措施加速粒子之間的重排,從而促進粒子間孔
隙的填充,實現壓坯的致密化,而這一點在現有的實驗中也未充分體現;同時現有的設備均
需要電力系統供電,當設備在運轉時如出現停電的時候,造成設備停止作業,同時由于設備
的停運造成金屬粉末的成形過程終止,進而壓坯不能二次使用和成形,只能重新將其制成顆
粒粉體,然后再將其進行振動按壓成形,這樣就造成了成本大大的增加,工藝流程的繁瑣,
同時也延誤了產品的生產時間,為企業帶來不可彌補的損失;現有的設備均通過線纜進行數
據傳輸,當線纜損壞不僅造成了維修成本的增加,同時還造成采集數據輸出的延遲,甚至是
數據丟失現象的發生,這樣不僅僅能造成數據分析錯誤,也造成產品信息不準確,生產出來
的產品不符合生產要求,為企業帶來巨大的經濟損失,同時現有的設備的線纜安裝復雜,大
大增加了勞動強度,增加了設備的占地空間,為企業帶來一定的影響,延誤了安裝期限。

實際上金屬間化合物冷態成形的過程十分關鍵,它決定了未來產品燒結的工藝制度以及
最終產品的質量。一個密度高、內部密度及應力分布均勻的高質量壓坯通常可以不燒結(近、
凈成形)或很少的燒結(燒結溫度可以很低,燒結時間也可以大大縮短)就可以實現全致密,
同時燒結后可以不加工或很少加工,因此,大大降低了生產成本,并提高了產品質量。冷態
成形的過程包括金屬粉末在模具內的初始充填、金屬粉末在模具內的傳輸及在外部能量作用
下的緊實三個環節,目前國內外的研究大多集中在第三個環節,雖然采用特殊的壓制方式可
以獲得較高的壓坯密度,但由于對前兩個環節準備不足,因此導致對細粉的壓坯質量控制不
好,造成最終的粉末產品質量不穩定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、科學實用、節能環保,確保供電系統通暢、采集
數據精準的實現金屬間化合物高性能振壓成形的設備及其使用方法。

為實現上述目的,本發明采用以下技術方案實現:

一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,包括:

振壓裝置,所述振壓裝置包括機座、機械振動裝置、液壓系統、超聲波振動裝置和電磁
加熱器;

數據采集系統,所述數據采集系統包括數據分析系統和無線數據采集裝置;

能源動力系統,所述能源動力系統包括電動機、軸承座裝置、變頻控制系統、太陽能電
池板組和蓄電池。

所述振壓裝置包括:

機座,所述機座由工作臺和支撐柱構成用于安置機械振動裝置的框架結構;

機械振動裝置,所述機械振動裝置包括振動臺、夾具和模具組件,機械振動裝置通過振
動臺固定在機座上,夾具位于機械振動裝置的振動臺上,模具組件位于夾具上;

液壓系統,所述液壓系統包括液壓站和油缸,油缸固定在夾具下部;

超聲波振動裝置,所述超聲波振動裝置與模具組件相連接;

電磁加熱器,所述電磁加熱器與模具組件相連接。

所述振動臺包括:

底板,所述底板下表面固定在機座上,底板上表面固定有導軌,底板中間設有穿透圓孔
D;

水平方向的X向振動導板,所述X向振動導板下表面固定有與底板的導軌相配合的多個
滑塊,X向振動導板上表面固定有導軌,X向振動導板在X方向電動機的驅動下通過滑塊沿著
導軌作水平方向運動,X向振動導板一側與撞塊連接,相對一側與復位彈簧連接,撞塊與固
定在電動機驅動軸上的偏心套接觸來驅動振動裝置在水平方向上的振動,X向振動導板中間
設有穿透圓孔C;

水平方向的Y向振動導板,所述Y向振動導板下表面固定有與X向振動導板的導軌相配
合的多個滑塊,Y向振動導板在Y方向電動機的驅動下通過滑塊沿著導軌作水平方向運動,Y
向振動導板一側與撞塊連接,相對一側與復位彈簧連接,撞塊與固定在電動機驅動軸上的偏
心套接觸來驅動振動裝置在水平方向上的振動,Y向振動導板中間設有穿透圓孔B;

緩沖板,所述緩沖板中間設有穿透圓孔A,緩沖板表面設有夾具安裝孔B,緩沖板設置在
Y向振動導板上方,以減輕豎直振動過程中對Y向振動導板的沖擊;

裝置固定板,所述裝置固定板緩沖板表面設有夾具安裝孔A,裝置固定板上表面固定有
多個滑動導套,滑動導套的上端與彈簧的下端接觸,裝置固定板下表面的下頂桿與Z方向電
動機相連接;

多根豎直方向的Z向振動導柱,所述Z向振動導柱豎直固定在X向振動導板的上表面,
每根Z向振動導柱都與裝置固定板的滑動導套相配合,Z向振動導柱頂部與彈簧上端的夾緊
器固定連接,在Z方向電動機的驅動下實現裝置固定板通過滑動導套沿著導柱的Z方向運動。

所述夾具包括:

夾具底板,所述夾具底板上表面固定有液壓系統油缸;

夾具頂板;

夾具支撐桿,所述夾具支撐桿有四根,四根夾具支撐桿底端分別依此穿過夾具底板、裝
置固定板、緩沖板通過螺帽固定連接,四根夾具支撐桿頂部穿過夾具頂板通過螺帽固定連接;

位移檢測裝置,所述位移檢測裝置設置在其中的一個夾具支撐桿上,用來測定模具組件
的位移;

下壓力傳感器,所述下壓力傳感器的下表面通過墊板與油缸頂端相連接,下壓力傳感器
的上表面通過托板與模具組件的下端相連接;

上壓力傳感器,所述上壓力傳感器的上表面固定在夾具頂板的下表面上,下表面與模具
組件的上端相連接。

所述位移檢測裝置包括:

限位套,所述限位套固定在夾具支撐桿上;

位移傳感器;

定位器,所述定位器兩端為圓套結構,兩個圓套之間通過連接板連接,連接板上設有橢
圓形長條孔,定位器一端套在限位套上方的夾具支撐桿上,另一端與位移傳感器底端相連接;

位移測量板,所述位移測量板一端固定在下壓力傳感器和托板之間,另一端與位移調整
螺釘相連接,位移調整螺釘一端穿過定位器的另一端與位移傳感器相連接,另一端通過位移
調整螺母固定。

所述模具組件由凸模、凹模、起模器和墊片組成,所述凸模分為上凸模和下凸模;起模
器分為上起模器和下起模器;墊片分為上墊片和下墊片。

所述數據采集系統包括:

數據分析系統,所述數據分析系統由數據轉換模塊和遠程計算機組成,數據轉換模塊實
現對所采集信號進行轉換,最終在遠程計算機終端上實現金屬粉末壓制過程中宏觀性能演變
的適時可視化;

無線數據采集裝置,所述無線數據采集裝置包括藍牙發送器、藍牙接收器和嵌入式微電
腦,嵌入式微電腦分別與藍牙發送器、上壓力傳感器、下壓力傳感器和位移傳感器相連接,
藍牙發送器與藍牙接收器相通訊,藍牙接收器與遠程計算機相連接。

所述能源動力系統包括:

軸承座裝置,所述軸承座裝置包括軸承座和穿過軸承座的連接軸,連接軸一端連接有皮
帶輪,連接軸的另一端通過偏心套與軸承相連接;

電動機,所述的電動機有三個,分別是水平X向電動機、水平Y向電動機和豎直Z向電
動機實現各個方向不同振幅的振動,每個電動機的輸出軸均與不同偏心度的偏心軸套實現各
個方向的振動;

變頻控制系統,所述變頻控制系統的變頻器柜與電動機相連接,每個電動機都配有各自
的變頻器柜的變頻調速器來控制其轉數,實現不同振動參數的輸入,每個變頻器柜內的PLC
設置一個控制各自電動機的自動控制開關,實現該設備的自動執行功能;

太陽能電池板組,所述太陽能電池板組與匯流單元相連接;

蓄電池,所述蓄電池分別與儲能斬波單元和電池均衡器相連接。

所述變頻器柜內還包括與PLC相連接的用電切換單元、雙向逆變器、介入切換單元、儲
能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元和匯流單元,同時用電切換單元與供電網相連
接,遠程計算機還分別與報警器和藍牙無線通訊模塊相連構成無線智能控制系統。

一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備的使用方法,包括以下步驟:

1)充填,先將下凸模放入凹模內,再把下凸模和凹模放置在下壓力傳感器上的托板上,
將預定量的制備金屬間化合物的金屬粉末加入到模具組件的凹模內,再將上凸模放入凹模內;

2)超聲及機械振動,啟動超聲波振動裝置,超聲波振動裝置主要實現粉體傳輸過程中團
聚的破壞,機械振動帶動模具組件振動,凹模內松裝狀態的粉體在振動過程中重新排列,實
現粉體初始堆積的均勻化及致密化,能源動力系統的三個電動機分別帶動X向振動導板、Y
向振動導板和裝置固定板分別按照X向、Y向、Z向來回振動,每個方向的電動機的輸出軸都
是通過不同偏心度的偏心軸套實現各個方向不同振幅的振動,振動的幅度在幾十微米到幾毫
米的范圍內變化,從而精確控制每個方向上的振動頻率;利用變頻控制系統的PLC控制電動
機的振動頻率,同時每個電動機都配有變頻調速器來控制其轉數,從而精確控制每個方向上
的振動頻率,實現不同振動參數的輸入,每個方向上的振動都是通過獨立的電動機和變頻調
速器分別控制,因此振動臺可以分別實現一維、二維及三維的機械振動,且振動的振幅和頻
率都精確可控,同時每個變頻器柜內的PLC設置一個控制各自電動機的自動控制開關,實現
該設備的自動執行功能,根據不同的振動模式,選擇打開不同的開關,每種開關打開后,其
輸入值可以根據實驗要求進行修改;消除粉體內部的大孔隙,使粉體內部進一步均勻化;

3)壓制,啟動液壓系統,液壓系統的液壓站推動油缸運動,油缸通過托板帶動模具組件
運動,保證凸模的頂端與上壓力傳感器的底端相接觸,實現凹模和凸模相向運動,進而對凹
模內的金屬粉末進行按壓;壓力經模沖傳向金屬粉末,粉末之間的孔隙大大降低,彼此的接
觸顯著增加,粉體開始變得較密實且具有一定的形狀和強度,當需要在指定溫度場下壓制時,
啟動電磁加熱器,使電磁加熱器對模具組件進行加熱;

4)數據傳輸,啟動數據采集系統和能源動力系統,分別嵌入在位移檢測裝置、下壓力傳
感器和上壓力傳感器的嵌入式微電腦將其各自采集到的壓力數據通過藍牙發送器傳送給數據
分析系統,遠程計算機通過藍牙接收器和數據轉換模塊將壓力數據轉化成實現金屬粉末緊實
過程中宏觀性能如壓力及密度演變的適時可視化;

5)能源轉換,變頻器柜內的PLC直接控制用電切換單元、雙向逆變器、介入切換單元、
儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元和匯流單元,實現利用太陽能電池板組將光
能轉化成電能,同時將電能儲存在蓄電池里,同時本設備在平時利用供電網進行供電,當發
生停電時,PLC通過匯流單元和雙向逆變器實現蓄電池給本設備進行供電,同時通過藍牙無
線通訊模塊和報警器的無線智能控制系統,以及遠程計算機進行遠程控制;

6)起模,壓制完成后由起模器在起模機上起模。

與現有的技術相比,本發明的有益效果是:

1)本發明具有結構簡單、設計合理、科學實用、節能環保等特點,本發明將振幅和頻率
精確可控的三維機械振動、不同沖擊速度及壓力的雙向軸壓、以及可調頻的超聲振動用于金
屬間化合物的制備過程中的冷態成形,綜合考慮了從制備金屬間化合物的金屬粉末在模具內
的初始充填到傳輸再到在振壓條件下緊實各個環節的有機結合,從而獲得內部密度和應力分
布均勻的高性能致密壓坯,提高了粉末冶金部件及陶瓷產品的質量和性能,同時降低了生產
成本;整個過程采用PLC進行控制,通過對壓頭位移和壓力數據的適時采集,可實現金屬粉末
緊實過程中壓坯宏觀性能變化的可視化,便于實現工藝優化及生產的自動化。

2)本發明實現了太陽能和供電網供電的相互轉換,保證了設備的正常運轉,避免了停產
現象的發生,同時避免了原材料的浪費,避免了生產成本的增加,避免了生產時間的增加。

3)本發明的無線數據采集裝置將采集數據快速有效的傳輸給遠程計算機,避免了采集數
據的缺失和延遲,確保了采集數據的準確性,避免了由分析數據錯誤而產生產品質量不達標
現象的發生,同時也降低了安裝工作強度,減少了設備占地空間,減少了企業的經濟損失。

4)本發明的超聲振動裝置有效的實現了超細粉末在壓制前的密實過程,避免了超細粉末
在成形前的團聚,同時也避免了因粉末團聚而影響產品質量現象的發生,同時也避免了原材
料的浪費。

5)本發明的電磁加熱器實現了壓制過程中的常溫壓制、恒溫壓制和高溫壓制,溫度范圍
0~300℃,有效的避免了粉末團聚現象的發生。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖;

圖2是本發明振動臺的結構圖;

圖3是本發明夾具的結構圖;

圖4是本發明模具組件的結構圖;

圖5是本發明模具組件墊片的結構圖;

圖6是本發明模具組件凸模的結構圖;

圖7是本發明模具組件凹模的結構圖;

圖8是本發明模具組件起模器的結構圖;

圖9是本發明液壓系統的結構圖;

圖10是本發明軸承座裝置的結構圖;

圖11是本發明數據分析系統的結構圖;

圖12是本發明無線數據采集裝置的結構框圖;

圖13是本發明變頻器柜的儲能控制系統原理圖;

圖14是本發明變頻器柜的系統控制原理圖。

1—機座2—機械振動裝置3—夾具4—模具組件5—液壓系統6—超聲振動裝置
7—軸承座裝置8—數據采集系統9—電動機10—變頻控制系統11—底板12—Y向振
動導板13—X向振動導板14—滑塊15—導軌16—Z向振動導柱17—滑動導套18
—裝置固定板19—彈簧20—夾緊器21—下頂桿22—緩沖板23—撞塊24—復位彈
簧25—電磁加熱器29—夾具底板30—上壓力傳感器31—下壓力傳感器32—墊板
33—托板34—夾具頂板35—夾具支撐桿36—限位套37—定位器38—位移傳感器
39—位移測量板41—凸模42—凹模43—起模器44—墊片51—液壓站52—油缸
61—皮帶輪62—連接軸63—偏心軸套64—軸承65—軸承座71—數據采集模塊72
—數據轉換模塊73—遠程計算機。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進一步說明:

需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

如圖1所示,一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備,包括:振壓裝置、數據采集
系統和能源動力系統,所述振壓裝置包括機座11、機械振動裝置2、液壓系統5、超聲波振
動裝置6和電磁加熱器25;所述數據采集系統包括數據分析系統和無線數據采集裝置;所述
能源動力系統包括電動機9、軸承座裝置7、變頻控制系統10、太陽能電池板組和蓄電池。

如圖1和圖9所示,振壓裝置包括:機座1、機械振動裝置2、液壓系統5和超聲波振動
裝置6,所述機座1由工作臺和支撐柱構成用于安置機械振動裝置2的框架結構;所述機械
振動裝置2包括振動臺、夾具3和模具組件4,機械振動裝置2通過振動臺固定在機座1上,
夾具3位于機械振動裝置2的振動臺上,模具組件4位于夾具3上;所述液壓系統5包括液
壓站51和油缸52,油缸52固定在夾具3下部;所述超聲波振動裝置6與模具組件4相連接;
電磁加熱器25,所述電磁加熱器25與模具組件4相連接,電磁加熱器25為軸套結構,電磁
加熱器25套在模具組件4外表面。

如圖2所示,振動臺包括:底板11、水平方向的X向振動導板13、緩沖板22、水平方
向的Y向振動導板12、裝置固定板18和多根豎直方向的Z向振動導柱16,所述底板11下表
面固定在機座1上,底板11上表面固定有導軌15,底板11中間設有穿透圓孔D;所述X向
振動導板13下表面固定有與底板11的導軌15相配合的多個滑塊14,X向振動導板13上表
面固定有導軌15,X向振動導板13在X方向電動機9的驅動下通過滑塊14沿著導軌15作水
平方向運動,X向振動導板13一側與撞塊23連接,相對一側與復位彈簧2419連接,撞塊23
與固定在電動機9驅動軸上的偏心套接觸來驅動振動裝置在水平方向上的振動,X向振動導
板13中間設有穿透圓孔C;所述Y向振動導板12下表面固定有與X向振動導板13的導軌15
相配合的多個滑塊14,Y向振動導板12在Y方向電動機9的驅動下通過滑塊14沿著導軌15
作水平方向運動,Y向振動導板12一側與撞塊23連接,相對一側與復位彈簧2419連接,撞
塊23與固定在電動機9驅動軸上的偏心套接觸來驅動振動裝置在水平方向上的振動,Y向振
動導板12中間設有穿透圓孔B;所述緩沖板22中間設有穿透圓孔A,緩沖板22表面設有夾
具安裝孔B,緩沖板22設置在Y向振動導板12上方,以減輕豎直振動過程中對Y向振動導
板12的沖擊;所述裝置固定板18緩沖板22表面設有夾具安裝孔A,裝置固定板18上表面
固定有多個滑動導套17,滑動導套17的上端與彈簧19的下端接觸,裝置固定板18下表面
的下頂桿21與Z方向電動機9相連接;所述Z向振動導柱16豎直固定在X向振動導板13的
上表面,每根Z向振動導柱16都與裝置固定板18的滑動導套17相配合,Z向振動導柱16
頂部與彈簧19上端的夾緊器20固定連接,在Z方向電動機9的驅動下實現裝置固定板18通
過滑動導套17沿著導柱的Z方向運動。

如圖3所示,夾具3包括:夾具底板29、夾具支撐桿35、夾具頂板34、位移檢測裝置、
下壓力傳感器31和上壓力傳感器30,所述夾具底板29上表面固定有液壓系統油缸52;所述
夾具支撐桿35有四根,四根夾具支撐桿35底端分別依此穿過夾具底板29、裝置固定板18、
緩沖板22通過螺帽固定連接,四根夾具支撐桿35頂部穿過夾具頂板34通過螺帽固定連接;
所述位移檢測裝置設置在其中的一個夾具支撐桿35上,用來測定模具組件4的位移;所述下
壓力傳感器31的下表面通過墊板32與油缸52頂端相連接,下壓力傳感器31的上表面通過
托板33與模具組件4的下端相連接;所述上壓力傳感器30的上表面固定在夾具頂板34的下
表面上,下表面與模具組件4的上端相連接。

如圖3所示,位移檢測裝置包括:限位套36、位移傳感器38、定位器37和位移測量板
39,所述限位套36固定在夾具支撐桿35上;所述定位器37兩端為圓套結構,兩個圓套之間
通過連接板連接,連接板上設有橢圓形長條孔,定位器37一端套在限位套36上方的夾具支
撐桿35上,另一端與位移傳感器38底端相連接;所述位移測量板39一端固定在下壓力傳感
器31和托板33之間,另一端與位移調整螺釘相連接,位移調整螺釘一端穿過定位器37的另
一端與位移傳感器38相連接,另一端通過位移調整螺母固定,通過調整螺釘的位置可以調整
位移測量的起始高度,螺釘與螺母的相互咬合起固定作用,保證位移測量的準確性。

如圖4~圖8所示,模具組件4由凸模41、凹模42、起模器43和墊片44組成,所述凸
模41分為上凸模和下凸模;起模器43分為上起模器和下起模器;墊片44分為上墊片和下墊
片。

如圖11和圖12所示,數據采集系統8包括:數據分析系統和無線數據采集裝置,所述
數據分析系統由數據轉換模塊72和遠程計算機73組成,數據轉換模塊72實現對所采集信號
進行轉換,最終在遠程計算機73終端上實現金屬粉末壓制過程中宏觀性能(如壓力及密度)
演變的適時可視化;所述無線數據采集裝置包括藍牙發送器、藍牙接收器71和嵌入式微電腦,
嵌入式微電腦分別與藍牙發送器、上壓力傳感器30、下壓力傳感器31和位移傳感器38相連
接,藍牙發送器與藍牙接收器71相通訊,藍牙接收器71與遠程計算機73相連接。

如圖10所示,能源動力系統包括:軸承座裝置7、電動機9、變頻控制系統10、太陽能
電池板組和蓄電池,所述軸承座裝置7包括軸承座65和穿過軸承座65的連接軸62,連接軸
62一端連接有皮帶輪61,連接軸62的另一端通過偏心套與軸承64相連接;所述的電動機9
有三個,分別是水平X向電動機9、水平Y向電動機9和豎直Z向電動機9實現各個方向不
同振幅的振動,每個電動機9的輸出軸均與不同偏心度的偏心軸套63實現各個方向的振動;
所述變頻控制系統10的變頻器柜與電動機9相連接,每個電動機9都配有各自的變頻器柜的
變頻調速器來控制其轉數,實現不同振動參數的輸入,每個變頻器柜內的PLC設置一個控制
各自電動機9的自動控制開關,實現該設備的自動執行功能;所述太陽能電池板組與匯流單
元相連接;所述蓄電池分別與儲能斬波單元和電池均衡器相連接。

如圖13和圖14所示,變頻器柜內還包括與PLC相連接的用電切換單元、雙向逆變器、
介入切換單元、儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元和匯流單元,同時用電切換
單元與供電網相連接,遠程計算機73還分別與報警器和藍牙無線通訊模塊相連構成無線智能
控制系統。

一種實現金屬間化合物高性能振壓成形設備的使用方法,包括以下步驟:

1)充填,先將下凸模放入凹模42內,再把下凸模和凹模42放置在下壓力傳感器31上
的托板33上,將預定量的制備金屬間化合物的金屬粉末加入到模具組件4的凹模42內,再
將上凸模放入凹模42內;

2)超聲及機械振動,啟動超聲波振動裝置6,超聲波振動裝置6主要實現粉體傳輸過程
中團聚的破壞,機械振動帶動模具組件4振動,凹模42內松裝狀態的粉體在振動過程中重新
排列,實現粉體初始堆積的均勻化及致密化,能源動力系統的三個電動機9分別帶動X向振
動導板13、Y向振動導板12和裝置固定板18分別按照X向、Y向、Z向來回振動,每個方向
的電動機9的輸出軸都是通過不同偏心度的偏心軸套63實現各個方向不同振幅的振動,振動
的幅度在幾十微米到幾毫米的范圍內變化,從而精確控制每個方向上的振動頻率;利用變頻
控制系統10的PLC控制電動機9的振動頻率,同時每個電動機9都配有變頻調速器來控制其
轉數,從而精確控制每個方向上的振動頻率,實現不同振動參數的輸入,每個方向上的振動
都是通過獨立的電動機9和變頻調速器分別控制,因此振動臺可以分別實現一維、二維及三
維的機械振動,且振動的振幅和頻率都精確可控,同時每個變頻器柜內的PLC設置一個控制
各自電動機9的自動控制開關,實現該設備的自動執行功能,根據不同的振動模式,選擇打
開不同的開關,每種開關打開后,其輸入值可以根據實驗要求進行修改;消除粉體內部的大
孔隙,使粉體內部進一步均勻化;

3)壓制,啟動液壓系統5,液壓系統5的液壓站51推動油缸52運動,油缸52通過托
板33帶動模具組件4運動,保證凸模41的頂端與上壓力傳感器30的底端相接觸,實現凹模
42和凸模41相向運動,進而對凹模42內的金屬粉末進行按壓;壓力經模沖傳向金屬粉末,
粉末之間的孔隙大大降低,彼此的接觸顯著增加,粉體開始變得較密實且具有一定的形狀和
強度;當需要在指定溫度場下壓制時,啟動電磁加熱器25,使電磁加熱器25對模具組件4
進行加熱;

4)數據傳輸,啟動數據采集系統8和能源動力系統,分別嵌入在位移檢測裝置、下壓力
傳感器31和上壓力傳感器30的嵌入式微電腦將其各自采集到的壓力數據通過藍牙發送器傳
送給數據分析系統,遠程計算機73通過藍牙接收器71和數據轉換模塊72將壓力數據轉化成
實現金屬粉末緊實過程中宏觀性能如壓力及密度演變的適時可視化;

5)能源轉換,變頻器柜內的PLC直接控制用電切換單元、雙向逆變器、介入切換單元、
儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元和匯流單元,實現利用太陽能電池板組將光
能轉化成電能,同時將電能儲存在蓄電池里,同時本設備在平時利用供電網進行供電,當放
生停電時,PLC通過匯流單元和雙向逆變器實現蓄電池給本設備進行供電,同時通過藍牙無
線通訊模塊和報警器的無線智能控制系統,以及遠程計算機73進行遠程控制;

6)起模,壓制完成后由起模器在起模機上起模。

我們使用該成形設備對Fe、Al混合粉末進行了單軸模壓成形實驗。Fe、Al混合粉末按
一定比例配比混合后經模壓和燒結可以得到Fe-Al金屬間化合物多孔材料。實驗模具直徑為
20mm,上沖模直徑為20mm,采用球形度較高的Fe、Al混合粉末,平均粒徑為2~50微米,
Al的質量分數分別為15wt%Al、20wt%Al、25wt%Al。我們分別對初始松裝堆積結構(堆積
密度0.52~0.55)和施加振動后的堆積結構(堆積密度0.55~0.60)以及施加超聲波后的堆
積結構(堆積密度0.60~0.63),進行了單軸模壓成形實驗,在200MP下壓坯的顯微結構,
施加超聲波和機械振動后的壓坯孔隙分布更加均勻,而且壓坯在同一壓力下,可以獲得更高
的相對密度。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已,并不用于限制本發明,對于本領域的技術人員
來說,本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等
同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

關 鍵 詞:
一種 實現 金屬 化合物 性能 成形 設備 及其 使用方法
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