一种电磁脉冲径向粉末压实装置和压实方法

摘要

本发明涉及一种基于电磁脉冲的粉末压实的装置，包括供电装置、固定装置和压实装置；其特征在于：供电装置由高压变压器(10)，充电电阻(11)，高压整流器(12)构成的充电电路和由电容器组(13)构成的脉冲放电电路组成；由于本发明的电磁脉冲径向粉末压实过程中的压力是均布的径向力，在周向及轴向分布均匀，因此适合于成形轴对称的轴类零件，管类零件和齿轮类零件。

说明书

技术领域

本发明属于粉末成形领域，具体涉及一种基于电磁脉冲的粉末压实的装置和压实 方法。

技术背景

粉末成形是一种将松散的金属粉末(或金属与非金属粉末混合物)在一定压强下 密实成一定形状、尺寸、密度和强度的坯块的成形工艺。该工艺是粉末冶金技术关键 的工序之一，对粉末冶金制件的性能有极大的影响。粉末冶金技术所制造的零部件具 有独特的化学组成和机械、物理性能，能够满足各种苛刻的工作要求。粉末成形直接 将原料粉末压制成所需形状的毛坯，后续工序只需少量工艺切削工艺即可制成零部件， 具有能耗低、原料省、污染低等特点。基于其上述优势，粉末冶金技术制造的零部件， 广泛应用于汽车配件、工程机械配件、航空航天配件等机械行业。

电磁脉冲粉末成形采用电磁力作为驱动力，在强脉冲的电磁作用力下，粉末在冲 击作用下实现高速致密压实。电磁脉冲粉末成形工艺由于放电周期短(毫秒级)，放 电能量大(数十千焦)，因此可以获得很高的压制速度，高速压制使得粉末材料在压 制过程中的加工硬化作用减小，能够制得致密度很高的压制毛坯。普通粉末压制，如 果要获得高的致密度则需要高的压力，容易造成模具的损坏，因此对模具材料有很高 的力学性能要求，制造成本高。电磁脉冲粉末成形时，能量以应力波的形式在粉末内 传播，因粉末颗粒之间，模具与粉末颗粒之间摩擦力造成的压力衰减小，因此该过程 获得的毛坯密度分布均匀，总体致密度高。电磁脉冲粉末压实工艺的充电放电过程可 由电路控制轻松实现，同时可通过调节充电电压和蓄电电容精确调节放电能量，因此 整个工艺过程可实现自动化控制，安全稳定且效率高。

电磁脉冲粉末成形由线圈的不同分为两种：螺线管线圈电磁脉冲粉末成形和平板 线圈电磁脉冲成形。其中平板线圈电磁脉冲粉末成形过程中产生的电磁力，通过冲头 作用到粉末上，从而产生轴向的压力使粉末瞬间致密，因此又称为电磁脉冲轴向粉末 压实。而由采用螺线管线圈，粉末受到的是均布的径向压力，因此又称为电磁脉冲径 向压实。目前，电磁脉冲轴向粉末压实装置已有成品的设备在工业生产中运行，而径 向粉末压实装置则只有相关实验研究。由于电磁脉冲径向粉末压实过程中的压力是均 布的径向力，在周向及轴向分布均匀，因此适合于成形轴对称的轴类零件，管类零件 和齿轮类零件。对于空心的轴对称零件，如果其内孔不是圆柱通孔，则粉末压实后， 用于造型空心的芯柱难以取出，因此局限于成形内孔为圆柱的零件。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电磁脉冲粉末压实原理的粉末成形装置，采用螺线 管线圈对粉末进行径向高速压缩，同时提出一种组合芯柱以成形内孔非均匀圆柱的空 心部件，提高电磁脉冲径向粉末压实这种高速粉末成形方法的适用性。

本发明所采取的技术方案提供了一种电磁脉冲径向粉末压实装置，包括供电装置、 固定装置和压实装置；其特征在于：

供电装置由高压变压器，充电电阻，高压整流器构成的充电电路和由电容器组构 成的脉冲放电电路组成；

固定装置包括底座，端盖，绝缘保护套和固定螺栓，其中，底座上有圆形凹槽， 将绝缘保护套嵌入底座上的与绝缘保护套相等直径的凹槽内，螺线管线圈贴着绝缘保 护套内壁嵌入底座；将端盖对应凹槽安装至绝缘保护套顶部，利用固定螺栓(4)联 接端盖和底座；

压实装置包括包套，密封塞，芯柱端盖，芯柱中柱，芯柱由芯柱端盖和芯柱中柱 组合而成，组合后的芯柱两端均插入密封塞内，套上包套然后进行粉末填充。

本发明还提供给了一种电磁脉冲径向粉末压实装置的压实方法，其包括如下步骤：

步骤1、粉末填充完成后，将芯柱，包套和下端的密封塞及粉末的组合部件一同 移入密闭的气室中，密封后用气泵抽气，使粉末中的气体释放出来；粉末中的气体释 放完成后，将组合部件取出，顶部盖上密封塞，进行密封，然后通过端盖上的梯形 通孔，将其嵌入到底座的凹槽上，完成压实装置装配；

步骤2、供电装置连接好后，与引出导线连接，形成整个放电回路，充电时，380V 的工业交流电压通过高压变压器升压至20KV，高压整流器将升高后的交流电压整流 为直流电压，并对电容器组进行充电，当电容器组电压上升至阀值后，接通高压开关， 进行放电；供电装置放电后，在放电回路形成脉冲电流，脉冲电流通过螺线管线圈时， 在其内部激发出时变磁场，包套在时变磁场中产生感应涡流，磁场中受到径向电磁力 并对包裹的粉末瞬间致密压实；

步骤3、压实完成后，切断电路电源，断开高压开关，通过端盖上的梯形孔取出 包套及其包裹的部件，割裂包套的端部，取出密封塞，然后移除包套，在移除柱形的 芯柱中柱，得到粉末压制毛坯件。

本发明的有益效果是：

(1)由于本发明的电磁脉冲径向粉末压实过程中的压力是均布的径向力，在周 向及轴向分布均匀，因此适合于成形轴对称的轴类零件，管类零件和齿轮类零件。

(2)本发明的方法还可以制造空心的轴对称零件；

(3)本发明还可以加工内孔不是圆柱的各种零件；

(4)本发明所示电磁脉压实工艺，放电周期短，放电能量大，压制速度大；

(5)本发明所示粉末压实装置可获得高致密度的毛坯；

(6)本发明所示粉末压实装置压制时间短，效率高，安全稳定。

附图说明：

图1所示为电磁脉冲径向压实装置的整体示意图；

图2所示为端盖的剖视图和俯视图；

图3所示为底座的剖视图和俯视图；

图4所示为芯柱的剖视图和俯视图；

图5所示为芯柱端盖和芯柱中柱的主视图和俯视图；

图6所示为包套的主视图和俯视图；

图7所示为绝缘保护套的主视图和俯视图；

图8所示为成形毛坯的俯视图和剖视图。

其中：

1-密封塞；2-芯柱端盖；3-粉末；4-固定螺栓；5-绝缘保护套；6-螺线管线圈；7- 包套；8-芯柱中柱；9-底座；10-高压变压器；11-保护电阻；12-高压整流器；13-电容 器组；14-高压开关；15-引出导线；16-端盖；17-引线槽；18-定位凹槽；19-引线槽；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的装置做进一步的说明和描述。

由图1所示，本发明装置由供电装置，固定装置和压实装置组成。

供电装置由高压变压器10，充电电阻11，高压整流器12构成的充电电路和由电 容器组13构成的脉冲放电电路组成，高压开关14用于完成整个成形过程中的充电准 备和脉冲放电的控制。

固定装置由底座9，端盖16，绝缘保护套5，固定螺栓4组成，对压实装置定位 和固定，包裹压实装置，隔离高压脉冲放电。

底座9上有圆形凹槽，将绝缘保护套5嵌入底座9上的与绝缘保护套5等直径的 定位凹槽18内，螺线管线圈6贴着绝缘保护套5内壁嵌入底座9；

将端盖16对应凹槽安装至绝缘保护套5顶部，利用固定螺栓联接端盖16和底座 9，限定绝缘保护套5和螺线管线圈6的位移，固定螺栓4穿过底座9和端盖16。

其中，螺线管线圈6安装前需要用绝缘的薄膜包裹，避免各匝线圈之间短路，安 装时线圈的上、下端通过引线槽17、19与引出导线联接15。

在成形过程中，螺线管线圈和包套受到的力是均匀的径向力，只在两端有较小的 轴向力，整个固定装置不承受大的作用力，因此底座和端盖无需高强度的材料，可采 用绝缘轻质的木质材料。

压实装置由包套7，密封塞1，芯柱端盖2，芯柱中柱8组成，在压实装置中， 发生粉末的致密压实。

如图1及图4所示，芯柱由芯柱端盖2和芯柱中柱8组合而成，组合好的芯柱下 端插入密封塞1内，套上包套7然后进行粉末填充。填充时，通过振动激励，使粉末 填充尽可能的紧实。粉末填充完成后，芯柱中柱8，包套7和密封塞1及粉末的组合 部件一同移入密闭的气室中，密封后用气泵缓慢抽气，使粉末中的气体缓慢释放出来。 粉末排气完成后，将组合部件取出，顶部盖上密封塞，进行密封，然后通过端盖16 上的梯形通孔，将其嵌入到底座9的凹槽上。压实装置装配完成。

一种电磁脉冲径向粉末压实装置的压实方法，其包括如下步骤：

步骤1、粉末填充完成后，将芯柱中柱8，包套7和下端的密封塞1及粉末的组 合部件一同移入密闭的气室中，密封后用气泵抽气，使粉末中的气体缓慢释放出来。 粉末中的气体释放完成后，将组合部件取出，顶部盖上密封塞，进行密封，然后通 过端盖16上的梯形通孔，将其嵌入到底座9的定位槽18上，完成压实装置装配。

步骤2、供电装置连接好后，与引出导线连接15，形成整个放电回路。充电时， 380V的工业交流电压通过高压变压器10升压至20KV，(最佳放电电压根据不同粉 末，毛坯尺寸而变化，可通过调整高压变压器10线圈的匝数改变电压。)高压整流器 12将升高后的交流电压整流为直流电压，并对电容器组13进行充电，当电容器组13 电压上升至阀值后，接通高压开关14，进行放电。

如图1所示，供电装置放电后，在放电回路形成脉冲电流，峰值可达数百千安。 在脉冲电流通过螺线管线圈6时，在其内部激发出强烈且均匀的时变磁场，包套7 在时变磁场中产生感应涡流，在磁场中受到巨大的径向电磁力，进而高速内缩，对其 内包裹的粉末瞬间致密压实。

步骤3、压实完成后，切断电路电源，断开高压开关14，通过端盖16上的梯形 孔取出包套7及其包裹的部件，割裂包套的端部，取出密封塞，然后撕裂并移除包套， 即为粉末压制成形的毛坯及芯柱中柱8部分。

夹持芯柱端盖2突出毛坯的部分，取出芯柱端盖2，随后移除柱形的芯柱中柱8， 余留粉末压制毛坯件。

本发明所提供的一种电磁脉冲径向粉末压实装置，采用组合芯柱的方式，是一种 新的粉末成形的装置。从实例中可看出，使用电磁脉冲径向粉末压实装置，对粉末进 行高速致密压实，所得毛坯件，致密性高，轴向密度均匀；组合芯柱有助于成形内孔 非圆柱的复杂通孔。

尽管已经结合实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解 地是，本发明并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修 正，变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。