16吨粉末快速成型压机的制作方法

本发明16吨（16ak型）粉末快速成型机涉及的是一种干粉成型设备。它是以粉末成型出铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金制品等的专用成型设备。其允许正常工作时的最大压制压力为16吨位。

背景技术：

当前，最大压制压力为16吨位的干粉压机的传动机构中，多使用主传动轴上配合双联齿轮的方式。这种方式，不管是主传动轴与双联齿轮加工为整体还是主传动轴与分开制造然后再用键连接，都存在加工难度大，且双齿轮传动同步性难保证，还有使用若干年后因磨损需要维修更换时难于操作。上横梁机构上的压力传感系统多用湿式液压形式，这种结构的缺陷是液压机构的密封性要求较高，若是零件加工或安装不当，很容易造成漏油，使系统无法正常显示干粉压机的工作压力，干粉压机不能正常工作。还有现在顶压机构的供油方式都为气液混合式，若是未经过处理的空气与液压油在高压下接触，其中含有的水分便会溶入液压油，影响液压油的品质，对传动油缸中的密封件造成很大伤害，缩短油缸的使用寿命。

目前，同等吨位的干粉压机顶压系统虽比以前的碟簧形式有所改进使用了油缸顶压机构，但油缸结构繁琐，使安装调整以及后续维护难度提高。

技术实现要素：

本发明是针对以上的不足之处，提供一种16吨（16ak型）粉末快速成型机，是一种粉末快速成型压机，该压机主传动运用的是曲轴滑块的传动机构。

16吨粉末快速成型压机是采取以下技术方案实现：

16吨粉末快速成型压机包括驱动机构、曲轴脱模凸轮（曲轴+脱模凸轮）机构、中心杆装置、顶压支撑机构、脱模杠杆机构、上横梁机构、液压装置和机床箱体。

驱动机构包括大皮带轮、气动离合器、单极摆线针轮减速器、刹车片、结合片、电机、小皮带轮、传动三角带、支架组成，安装时，支架用螺钉固定安装在上箱体上，电机安装在支架上，并用螺钉固定，电机安装好后，在其电机轴上安装小皮带轮，并用螺钉固定。单极摆线针轮减速器安装在下箱体上，大皮带轮安装在摆线针轮减速器的轴端，结合片、刹车片、气动离合器都安装在大皮带轮同轴端，靠螺钉、销轴和轴承等标准紧固件定位。

曲轴脱模凸轮机构包括主轴、曲轴、脱模凸轮、前端盖、后端盖组成。安装时，后端盖用螺钉安装固定在下箱体上，主轴安装在后端盖和下箱体之间，用轴孔配合安装，主轴的一端孔配合安装着单极摆线针轮减速器，另一端孔配合安装曲轴，曲轴则与前端盖轴孔配合安装，前端盖靠螺钉安装固定在下箱体上。脱模凸轮与主轴也是轴孔配合安装。

中心杆装置包括滑块、u型滑块座、拉杆、主动压板、从动压板、复位气缸、中心杆、顶压调整螺杆、顶压油缸、t型块、溢流阀、定程滑块组成。两根拉杆穿过上箱体和下箱体上的安装孔，用螺母和螺钉与u型滑块座固定连接。滑块安装在u型滑块座中与u型滑块座滑动配合，主动压板靠螺钉与拉杆固定安装。从动压板由螺母与中心杆固定连接。复位气缸由螺钉固定安装在下箱体上面，复位气缸的活塞杆则和从动压板用螺钉固定。中心杆安装在上箱体和下箱体之间。顶压调整螺杆由本身螺纹安装在主动压板上的配对螺纹孔里。顶压油缸由螺钉固定安装在从动压板上，t型块由螺纹旋入安装在中心杆的顶端，溢流阀螺纹旋入安装在从动压板上，定程滑块和中心杆之间是轴孔滑动配合，定程滑块再由螺钉固定在下箱体的上面。

顶压支撑机构包括支撑挡块、压块、弹簧、导向杆、安装座组成。安装时，压块由螺钉固定在从动压板下面，安装座，也用螺钉固定在下箱体上面，支撑挡块由螺钉固定在安装座侧面，弹簧套在导向杆上，然后导向杆连弹簧一起插入安装座的安装孔中，导向杆另一端用螺母锁紧。

脱模杠杆机构由中心杆、导向杆、杠杆、脱模行程调整齿轮组成。安装时，中心杆与上箱体、下箱体轴孔配合安装，脱模行程调整齿轮靠自身中心孔螺纹与中心杆上的配对螺纹配合安装，位置在上箱体中，导向杆与下箱体轴孔配合安装，杠杆轴孔配装在上箱体上，其一头抵住导向杆上的台阶，另一头压住脱模行程调整齿轮，起杠杆作用。

上横梁机构由上横梁、预加载气缸、齿轮、螺纹副、气缸活塞、油缸、t型件组成。安装时上横梁与拉杆轴孔配合安装，并用螺母锁死。油缸靠螺钉固定安装在上横梁的顶部，螺纹副与齿轮之间螺纹配合装配，同时装入上横梁的腔体中，并与油缸下表面接触，预加载气缸也装入上横梁的腔体中，并上表面与螺纹副下面接触，气缸活塞配合安装在预加载气缸的腔体中，t型件则由螺钉固定在气缸活塞的下面。

液压装置有顶压油缸、溢流阀、压力表、单向阀、油排、油泵、过滤器组成，其安装时，顶压油缸由螺钉固定在从动压板上的安装孔中，溢流阀由螺纹旋入从动压板上的配套螺纹孔中，过滤器由螺钉固定安装在下箱体底部，油泵由螺钉固定安装在下箱体上，油排由螺钉固定安装在上箱体的侧壁上，单向阀靠标准油路管接头连接，压力表由标准油路管接头连接在液压系统中，整个系统皆有标准管接头和不同管径的高压油管按图顺序连接。

机床箱体由上箱体、下箱体、立柱组成，上箱体由螺钉固定安装在下箱体上，立柱由螺钉固定安装在上箱体上。

本压机是附有气压传动的机械式压机。加压方式是依靠下部曲轴滑块通过两根拉杆带动上横梁上下的动作产生压制力，凹模是浮动式的。采用了挡块机构和独特的液压式强制凹模浮动系统，可实现非同时三次加压，即上压（预压）、下压（同步压）和再上压（顶压），保证压制坯件密度均匀，尺寸、重量一致。

采用可调力的上凸模预加载机构，可实现预加载和保护脱模功能。

用干式电子压力传感器代替液压传感器。

机器的压制行程、顶压行程、装料高度以及运行速度等参数均可无级调整，可以满足不同坯件的成型需要。

顶压采用特别设计的整体油缸

本发明采用了成型位置（即压制位置）恒定的方式。

本发明上模架的使用，大大的减少了模具的更换时间，且调整方便、迅速。并可配置多种形式的模架，可满足形状复杂坯件的压制。

本发明采用plc控制和trd。对于运行角度的显示、设定与控制，都便于调节。

本发明应用了各种安全保护机构，同时采用了大量国际知名品牌元器件，从而保障了机器运行安全、工作可靠。机器结构紧凑，机械故障少，操作调整方便，自动化程度高。

驱动机构调置在压机的下部，整机重心底，搬运、安装都很稳定。

16吨（16ak型）粉末快速成型机有益效果：

采用曲轴滑块的主传动机构，使不再有双联齿轮传动不同步的问题产生，且相对于齿轮结构，加工相对容易，抗疲劳强度更高，耐用，且后期维护更方便。使用电子压力传感器解决了液压的漏油问题，使压力系统的稳定性大大提高。特别设计的顶压整体式油缸，使顶压动作更加流畅，调整更加方便。舍去液压气液煲的机构，直接采用高压油泵通过油路块和筏板向机体各关节输送液压油，不会有水汽参杂到液压油的问题发生，进而伤害密封件，使油路系统能够长期稳定的工作。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是16吨粉末快速成型压机基本压制曲线示意图；

图2是16吨粉末快速成型压机的驱动机构示意图；

图3是16吨粉末快速成型压机的曲轴脱模凸轮示意图；

图4是16吨粉末快速成型压机的中心杆机构示意图；

图5是16吨粉末快速成型压机的顶压支撑机构示意图；

图6是16吨粉末快速成型压机的脱模杠杆机构示意图；

图7是16吨粉末快速成型压机的上横梁机构示意图；

图8是16吨粉末快速成型压机的液压装置示意图；

图9是16吨粉末快速成型压机箱体示意图1；

图10是16吨粉末快速成型压机箱体示意图2；

图11是16吨粉末快速成型压机示意图。

附图标号：1.大皮带轮，2.气动离合器，3.单级摆线针轮减速器，4.刹车片，5.结合片，6.主轴，7.曲轴，8滑块，9.u型滑块座，10.拉杆，11.主动压板，12.上横梁，13.从动压板，14.复位气缸，15.中心杆，16.支撑挡块，17.顶压调整螺杆，18.顶压油缸，19.t型块，20.溢流阀，21.定程滑块，22.脱模凸轮，23.导向杆，24.杠杆，25脱模行程调整齿轮，26装料齿轮调整机构，27.预加载气缸，28.齿轮，29.螺纹副，30.电机，31.小皮带轮，32.传动三角带，33.支架，34.上箱体，35.下箱体，36.立柱，37.压力表，38.单向阀，39.油排，40.油泵，41.过滤器，42.前端盖，43.后端盖，44.压块，45.弹簧，46.导向杆，47.安装座，48.气缸活塞，49.油缸，50.t型件,51.干式电子压力传感器。

具体实施方式

参照附图1-11,16吨粉末快速成型压机包括驱动机构、曲轴脱模凸轮（曲轴+凸模凸轮）部分、中心杆装置、顶压支撑机构、脱模杠杆机构、上横梁机构、液压装置、机床箱体。

驱动机构包括大皮带轮（1）、气动离合器（2）、单极摆线针轮减速器（3）、刹车片（4）、结合片（5）、电机（30）、小皮带轮（31）、传动三角带（32）、支架（33）组成，安装时，支架（33）用螺钉固定安装在上箱体（34）上，电机（30）安装在支架（33）上，并用螺钉固定，电机（30）安装好后，在其电机轴上安装小皮带轮（31），并用螺钉固定。单极摆线针轮减速器（3）安装在下箱体（35）上，大皮带轮（1）安装在摆线针轮减速器（3）的轴端，结合片（5）、刹车片（4）、气动离合器（2）都安装在大皮带轮（1）同轴端，靠螺钉、销轴和轴承等标准紧固件定位。

曲轴脱模凸轮机构包括主轴（6）、曲轴（7）、脱模凸轮（22）、前端盖（42）、后端盖（43）等零部件组成。安装时，后端盖（43）用螺钉安装固定在下箱体（35）上，主轴（6）安装在后端盖（43）和下箱体（35）之间，用轴孔配合安装，主轴的一端孔配合安装着单极摆线针轮减速器，另一端孔配合安装曲轴（7），曲轴（7）则与前端盖（41）轴孔配合安装，前端盖（41）靠螺钉安装固定在下箱体（35）上。脱模凸轮（22）与主轴（6）也是轴孔配合安装。

中心杆装置包括滑块（8）、u型滑块座（9）、拉杆（10）、主动压板（11）、从动压板（13）、复位气缸（14）、中心杆（15）、顶压调整螺杆（17）、顶压油缸（18）、t型块（19）、溢流阀（20）、定程滑块（21）组成。两根拉杆（10）穿过上箱体（34）和下箱体（35）上的安装孔，用螺母和螺钉与u型滑块座（9）固定连接。滑块（8）安装在u型滑块座（9）中与u型滑块座（9）滑动配合，主动压板（11）靠螺钉与拉杆（10）固定安装。从动压板（13）由螺母与中心杆（15）固定连接。复位气缸（14）由螺钉固定安装在下箱体（35）上面，复位气缸（14）的活塞杆则和从动压板（13）用螺钉固定。中心杆（15）安装在上箱体（34）和下箱体（35）之间。顶压调整螺杆（17）由本身螺纹安装在主动压板（11）上的配对螺纹孔里。顶压油缸（18）由螺钉固定安装在从动压板（13）上，t型块（19）由螺纹旋入安装在中心杆（15）的顶端，溢流阀（20）螺纹旋入安装在从动压板（13）上，定程滑块（21）和中心杆（15）之间是轴孔滑动配合，定程滑块（21）再由螺钉固定在下箱体（35）的上面。

顶压支撑机构包括支撑挡块（16）、压块（44）、弹簧（45）、导向杆（46）、安装座（47）等零部件组成。安装时，压块（44）由螺钉固定在从动压板（13）下面，安装座（47），也用螺钉固定在下箱体（35）上面，支撑挡块（16）由螺钉固定在安装座（47）侧面，弹簧（45）套在导向杆（46）上，然后导向杆（46）连弹簧（45）一起插入安装座（47）的安装孔中，导向杆（46）另一端用螺母锁紧。

脱模杠杆机构由中心杆（15）、导向杆（23）、杠杆（24）、脱模行程调整齿轮（25）组成。安装时，中心杆（15）与上箱体（34）、下箱体（35）轴孔配合安装，脱模行程调整齿轮（25）靠自身中心孔螺纹与中心杆上的配对螺纹配合安装，位置在上箱体（34）中，导向杆（23）与下箱体轴孔配合安装，杠杆（24）轴孔配装在上箱体（34）上，其一头抵住导向杆（23）上的台阶，另一头压住脱模行程调整齿轮（25），起杠杆作用。

上横梁机构由上横梁（12）、预加载气缸（27）、齿轮（28）、螺纹副（29）、气缸活塞（48）、油缸（49）、t型件（50）等零部件组成。安装时上横梁（12）与拉杆（10）轴孔配合安装，并用螺母锁死。油缸（49）靠螺钉固定安装在上横梁（12）的顶部，螺纹副（29）与齿轮（28）之间螺纹配合装配，同时装入上横梁（12）的腔体中，并与油缸（49）下表面接触，预加载气缸（27）也装入上横梁（12）的腔体中，并上表面与螺纹副下面接触，气缸活塞配合安装在预加载气缸（27）的腔体中，t型件（50）则由螺钉固定在气缸活塞（48）的下面。

液压装置有顶压油缸（18）、溢流阀（19）、压力表（37）、单向阀（38）、油排（39）、油泵（40）、过滤器（41）等零部件组成，其安装时，顶压油缸（18）由螺钉固定在从动压板（13）上的安装孔中，溢流阀由螺纹旋入从动压板（13）上的配套螺纹孔中，过滤器（41）由螺钉固定安装在下箱体（35）底部，油泵（40）由螺钉固定安装在下箱体（35）上，油排由螺钉固定安装在上箱体（34）的侧壁上，单向阀（38）靠标准油路管接头连接，压力表（37）由标准油路管接头连接在液压系统中，整个系统皆有标准管接头和不同管径的高压油管按图顺序连接。

机床箱体由上箱体（34）、下箱体（35）、立柱（36）等零部件组成，上箱体（34）由螺钉固定安装在下箱体（35）上，立柱（36）由螺钉固定安装在上箱体（34）上。

所述的16吨粉末快速成型压机，主传动部分，主要运用的是曲轴偏心滑块机构，曲轴旋转，滑块左右摆动，带动u形滑块座上下移动。同时带动拉杆主动压板及上横梁同步上下移动形成压制动作。

所述的16吨粉末快速成型压机，对于整机的压力传导机构，采用的是干式电子压力传感器（51）。

所述的16吨粉末快速成型压机，顶压机构采用整体式油缸，顶压调整机构与顶压油缸分离为两个独立组件。

所述的16吨粉末快速成型压机，脱模机构采用了脱模凸轮加辅助气动元器件的机构。

实施例：

16吨粉末快速成型压机的结构主要分为7个部分，驱动机构、曲轴脱模凸轮机构、中心杆装置、顶压支撑机构、脱模杠杆机构、上横梁机构、机床箱体。

驱动机构由电机（30）、小皮带轮（31）大皮带轮（1）、传动三角带（32）、气动离合器（2）和单级摆线针轮减速器（3）组成。在控制系统未接通时，刹车片（4）在弹簧力的作用下，主轴（6）被制动。大皮带轮（1）在输入轴上空转；当电磁阀接通时，压缩空气将气动离合器（2）结合，并且紧压在皮带轮的结合片（5）上，带动单级摆线针轮减速器（3）的输入轴，其输出轴将转矩传给主轴（6）。

电机（30）通过小皮带轮（31）、传动三角带（33）、大皮带轮（1）、传动主轴（6）旋转，并带动与之以键连接的曲轴（7）旋转，滑块（8）左右摆动，带动u形滑块座（9）上下移动。同时带动拉杆（10）、主动压板（11）及上横梁（12）同步上下移动形成压制动作。上横梁（12）上下往复距离为110mm。

当主动压板（11）压在从动压板（13）上时，带动从动压板（13）并克服复位气缸（14）的推力向下移动，同时带动中心杆（15）向下，形成同步压制动作，直到从动压板（13）停在支撑挡块（16）上为止。

在使用顶压时，顶压调整螺杆（17）伸出（伸出的距离即为顶压行程）提前将从动压板（13）推至支撑挡块（16），这时，上冲尚未到成型位置，须继续向下，并迫使顶压油缸（18）排油（详见液压原理图）使上冲到达成型位置从而形成第三次压制。

上模冲相对机器固定面的调整是通过上横梁（12）内的齿轮（28）、螺纹副（29）来实现的，调节量为0~60mm。顺时针旋转上模冲上升，反之下降（见上凸模的预加载动作图）。每转一周，距离变化量为0.16mm。

在上横梁（12）向下运动过程中，首先由安装在上模板上的模冲侵入凹模进行第一次对粉末的压缩，接着通过主动压板（11）推动中心杆（15）向下运动，连接在中心杆（15）上的t形块（19）拉动凹模向下运动，从而实现同步压制。事先通过调节溢流阀（20）至170bar（不能在此设定值以上使用），即最大同步下压力为2.4ton。此装置用来控制有顶压时的凹模强制浮动及三次压制，无顶压压制时不受上述限制。其间，为使制品达到密度均匀，故而在从动压板（13）下部设计一定程滑块（21）。一来可以承担凹模带台阶时所受的向下力（最大载荷8ton）。其二,使凹模到此停止。由于上模冲继续下行，顶压油缸（18）内压力增大，压力超过设定值170bar时，顶压油缸（18）内的油通过溢流阀（20）溢流至箱体内，从而实现第三产次压制（顶压）。液压油在至下一个压制周期时被驱回顶压油缸（18）。

主轴（6）旋转，主轴上的脱模凸轮（22）推动导向杆（23）向上运动，通过杠杆（24）换向，将中心杆（15）拉下至脱模完成位置（上图所示）。

本发明压制位置恒定，脱模位置是根据产品需要由安装在中心杆（15）上的脱模行程调整齿轮（25）调整的。最大脱模行程为40mm.

在脱模动作结束后，中心杆（15）连同凹模在返回到装料位置的过程中，不象在毛坯成型过程中受到各种结构的约束，而是在复位气缸（14）的作用下，毫无阻挡的返回到装料位置。

装料高度是可调的，本机器最大装料高度为70mm（压制行程＋脱模行程），可分别通过中心杆（15）上两组装料齿轮调整机构（26）来实现调整。顺时针旋转，填料高度增大，反之减小。

在压制行程结束后，脱模动作尚未开始之前，中心杆（15）连同凹模受到复位气缸（14）作用，使其有一个向上运动的趋势。特别当零件较薄时，这种现象更显著，成形零件易破损。同样，法兰形零件的上部也较易破损。为防止这种情况发生，需平衡凹模复位（充填）气缸活塞下侧的压力，在压制结束，脱模发生之前，使复位气缸（14）上腔通入压缩空气，以此来平衡复位力。从而阻止中心杆（15）及凹模向上运动，以保证成型坯件在凹模型腔中不被破坏。此功能称之为凹模保持亦称凹模均衡。

在逸出空气及粉末的亲和性不良的情况下，当上冲头在加压结束后迅速上升时，一直存在于成形品中被压缩的空气突然膨胀，制品易产生裂纹。为防止成型后的毛坯脱模进产生开裂，本发明采用了上凸械预加载脱模结构。在上横梁（12）内有一个预加载气缸（27），如脱模时不需预加载功能，则预加载气缸（27）下腔始终通气将活塞推向气缸上端，这时上凸模与上横梁（12）同步动作。如脱模时加上预加载功能，则在上凸模到达压制点之前，因活塞受到的坯料的向上反力。因此，活塞仍被压回预加载气缸（27）的最上端，当上凸模过了压制点时，活塞就从预加载气缸（27）中伸出，使上凸模一直轻压在坯件上，直到坯件从凹模中脱出为止。坯件一经脱出，预加载气缸（27）上腔立即停止供气，活塞在下腔气压的推动下迅速向上缩回，完成整个动作。控制活塞动作是由两只两位三通电磁阀来实现的，电磁阀的通断可根据需要在显示屏中设定。

上凸模预加载的力是无级调整的，它通过气动系统中的减压阀来实现。

由图816吨粉末快速成型压机的液压装置示意图可知，油压力分为3个压力等级，分别为5-7.5bar、0-2.5bar、和常压。油泵将油泵出后首先供给顶压油缸（18），使两油缸内充满液压油。超过5-7.5bar（视0-2.5bar溢流阀（20）设定的压力而定）的液压油再分别提供给滑动轴承润滑与喷淋润滑。

本发明16吨粉末快速成型压机，其特征在于是集机、电、气、液为一体的全自动干粉成型设备，其系统工作稳定，结构设计合理，同吨位产品中制造成本低，功能强，是粉末冶金制品厂家首选类型。