一种用于梯度材料热压成形的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于梯度材料热压成形的装置。上、下模架通过支柱相连；下顶杆通过下模架上中心的导柱孔及斜面与下模架构成滑动配合，下顶杆的上表面与下模架上表面在同一水平面；多个结构相同的模具通过上下叠加安装成梯度模具，并固定在下模架上，相邻模具之间分别用石棉垫片进行隔离；上模冲下端与多个模具中心孔同轴安装构成滑动配合，上模连接杆的下端伸入上模架和下模架间，并与上模冲上端连接，上模连接杆的上端伸出上模架外。本实用新型通过模具进行梯度安装的方式，可以对需要处于不同温度区间的粉末材料进行梯度式加热，利用均布的加热棒和热电偶，可以产生稳定的轴向温度梯度；采用下置式顶杆，可以快速脱模，提高了生产效率。
【专利说明】一种用于梯度材料热压成形的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及金属粉末成形的装置，尤其是涉及具有自动脱模功能的一种用于梯度材料热压成形的装置。
【背景技术】
[0002]粉末冶金是制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批
量生产。
[0003]梯度功能复合材料(functionally graded materials),其概念是由日本新野正之与平井敏雄等学者于1986年首先提出的，它是指材料的组成和结构从材料的某一方位向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能呈现梯度变化的一种新型的功能性材料。
[0004]梯度材料的成分是梯度变化的，各层的烧结温度不同，利用传统的烧结方法难以一次烧成。利用化学气相沉积、物理气相沉积等方法制备梯度材料，成本很高，也很难实现工业化。利用放电等离子烧结技术和石墨模具的结合，在模具内壁产生梯度温度场，也可以制备梯度材料，但存在放电等离子烧结炉设备成本过高和石墨模具存在强度低、重复使用率低等问题。
[0005]中国发明专利(申请号200510094154.2)公开了一种激光冲击焊接制备梯度材料的方法和装置。该装置由激光发生器、导光系统、吸收层材料和工件夹具系统构成，利用激光冲击波作为冲击焊接成形的力源，利用激光参数的可控性实现精密焊接成形。该装置能精确控制焊接界面的强度和结合深度，但不可避免会在接触层产生较大的焊接应力和焊接缝隙。
[0006]中国实用新型专利(申请号201120380426.6)公开了一种用于梯度材料烧结的石墨模具，包括凹模、内衬、凸模上压头、凸模下压头、热电偶和待烧结粉体。该模具利用放电等离子烧结时，由于电流在凹模的圆锥台部分会出现电流的疏密分布不均，电流较密的部分会产生更多的焦耳热，从而在凹模的圆锥台部分内产生轴向温度梯度。利用该模具可以产生稳定的轴向温度梯度，而且待烧结粉体内部径向温度梯度小，烧结压力大，模具不容易损坏。但由于圆锥台倾斜度固定，因此模具内壁温的温度梯度不可调且温度梯度有限。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种用于梯度材料热压成形的装置，具有结构简单、温度梯度可控、能使成形材料之间无缝隙、成形快速和自动脱模的特点。
[0008]本实用新型采用的技术方案是:
[0009]本实用新型的上模架和下模架通过四根支柱相连；下模架通过螺钉与底座固定；下顶杆通过下模架上中心的导柱孔及斜面与下模架构成滑动配合，下顶杆的上表面与下模架上表面保持在同一水平面；多个结构相同的模具通过上下叠加的方式进行安装，成为梯度模具，并用长螺钉固定在下模架上，相邻模具之间分别用石棉垫片进行隔离；上模冲下端与多个模具中心孔同轴安装构成滑动配合，上模连接杆的下端伸入上模架和下模架间，并与上模冲上端连接，上模连接杆的上端伸出上模架外。
[0010]所述的多个结构相同的模具，均为中心开有圆孔的环形圆盘，环形圆盘上表面具有截面为梯形的凸台，环形圆盘下表面具有截面为梯形的凹槽，凸台与凹槽同轴布置，环形圆盘周向孔内均布有两个以上加热棒和一个检测用热电偶；第一片石棉垫片垫在凹槽顶面，第二片、第三片石棉垫片分别垫在环形圆盘下表面。
[0011]本实用新型的有益效果是:
[0012](I)所述用于梯度材料热压成形的装置，利用均布的加热棒和热电偶，可以产生稳定的轴向温度梯度；具有对不同材料进行梯度加热的功能，可以有效制备功能梯度材料。
[0013](2)所述用于梯度材料热压成形的方法，可以采用预压的方式使多段材料致密，避免出现多段材料连接处的缝隙。
[0014](3)所述用于梯度材料热压成形的装置，设备简单，部件可更换，具有自动脱模功能等特点。
[0015](4)采用下置式顶杆，可以快速脱模，提高了生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的装配结构原理图。
[0017]图2是本实用新型的模具俯视图。
[0018]图3是本实用新型的模具剖视图。
[0019]图4是本实用新型加入一种材料的工艺流程图。
[0020]图5是本实用新型预压一种材料的工艺流程图。
[0021]图6是本实用新型预压二种材料的工艺流程图。
[0022]图7是本实用新型二种材料脱模的工艺流程图。
[0023]图中:1.下模架，2.螺钉，3.支柱，4.上模架，5.螺母，6.下顶杆，7.上模冲，8.螺钉，9.导套，10.上模连接杆，11.长螺钉，12.模具，13.石棉垫片，14.加热棒，15.热电偶，16.—种材料，17.另一种材料。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
[0025]如图1所示，本实用新型的上模架4和下模架I通过四根支柱3用螺母5相连；下模架I通过螺钉2与底座固定；下顶杆6通过下模架I上中心的导柱孔及斜面与下模架I构成滑动配合，下顶杆6的上表面与下模架I上表面保持在同一水平面；多个结构相同的模具12通过上下叠加的方式进行安装，成为梯度模具，并用长螺钉11固定在下模架I上，相邻模具12之间分别用石棉垫片13进行隔离；上模冲7下端与多个模具12中心孔同轴安装构成滑动配合，上模连接杆10的下端伸入上模架4和下模架I间，并通过螺钉8与上模冲7上端连接，上模连接杆10的上端伸出上模架4外，上模连接杆10和上模架4通过导套9配合。
[0026]如图2、图3所示，多个结构相同的模具12，均为中心开有圆孔的环形圆盘，环形圆盘上表面具有截面为梯形的凸台，环形圆盘下表面具有截面为梯形的凹槽，凸台与凹槽同轴布置，环形圆盘周向孔内均布有两个以上加热棒14和一个检测用热电偶15,能对模具12温度进行精确控制；第一片石棉垫片垫在凹槽顶面，第二片、第三片石棉垫片分别垫在环形圆盘下表面。相邻模具12梯度安装时，其上下凹槽的倾斜表面和凸台的倾斜表面为直接接触部分外，其余表面间均有石棉垫片，以保证相邻模具12间的安装精度。
[0027]本实用新型提出的用所述装置进行梯度材料热压成形的方法，其具体实施过程如下:
[0028](I)如图4所示，在梯度模具的模腔中装入一种材料16的待烧结粉体。
[0029](2)如图5所示，上模连接杆10带动上模冲7下行，将一种材料16的待烧结粉体进行常温下压实，通过对粉体量的控制，使粉体被压实后的高度与最底层模具12的上边缘平齐，以便使同一种材料处于同一个温度区间。
[0030](3)如图6所示，在被压实的一种材料16的粉体上装入另一种材料17的待烧结粉体，通过上模连接杆10带动上模冲7下行进行常温下压实，通过对粉体量的控制，使粉体被压实后与对应层模具12的上边缘平齐，通过此步骤，使所有材料均与对应的模具12处于同
一高度。
[0031](4)重复上述的步骤，完成所有待烧结粉体的常温下压实，通过此步骤，既保证了梯度材料与对应模具12高度上的统一，也消除了梯度材料层与层之间的间隙。
[0032](5)如图6所示，利用加热棒14对模具12进行加热，不同层的加热棒14按成形需要产生不同的加热功率,形成模腔内部的温度梯度,对相应的材料进行梯度加热。通过热电偶15检测各层温度，在各层都达到预定温度时保温，利用上模连接杆10下行带动上模冲7，对预压样品进行热压，并保压一段时间。
[0033](6)如图7所示，待保温保压结束，粉末成形完成，关闭加热系统。上模冲7上升到一定高度停止，利用下顶杆6将成形块体向上顶出，完成脱模。
[0034]重复上述工序，可以实现连续加工。
[0035]上述【具体实施方式】用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于梯度材料热压成形的装置，其特征在于:上模架(4)和下模架(I)通过四根支柱(3)相连；下模架(I)通过螺钉(2)与底座固定；下顶杆(6)通过下模架(I)上中心的导柱孔及斜面与下模架(I)构成滑动配合，下顶杆(6)的上表面与下模架(I)上表面保持在同一水平面；多个结构相同的模具(12)通过上下叠加的方式进行安装，成为梯度模具，并用长螺钉(11)固定在下模架(I)上，相邻模具之间分别用石棉垫片进行隔离；上模冲(7)下端与多个模具(12)中心孔同轴安装构成滑动配合，上模连接杆(10)的下端伸入上模架(4)和下模架(I)间，并与上模冲(7)上端连接，上模连接杆(10)的上端伸出上模架(4)外。
2.根据权利要求1所述的一种用于梯度材料热压成形的装置，其特征在于:所述的多个结构相同的模具(12)，均为中心开有圆孔的环形圆盘，环形圆盘上表面具有截面为梯形的凸台，环形圆盘下表面具有截面为梯形的凹槽，凸台与凹槽同轴布置，环形圆盘周向孔内均布有两个以上加热棒(14)和一个检测用热电偶(15);第一片石棉垫片垫在凹槽顶面,第二片、第三片石棉垫片分别垫在环形圆盘下表面。
【文档编号】C22C1/04GK203409247SQ201320437867
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】王辉, 梅德庆, 姚喆赫, 李洋, 陈子辰 申请人:浙江大学