專(zhuān)利名稱(chēng)：加壓式加料刮板及預(yù)壓實(shí)粉末材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將精細(xì)粉碎的或者說(shuō)微粒狀的材料加入和沉積到模腔內(nèi)以進(jìn)行壓實(shí)的加料刮板，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種可控制向模腔內(nèi)投放粉末材料的加料刮板，所述的控制投放可使模腔內(nèi)的粉末材料具有大于其松堆密度的均勻密度，或者具有密度梯度。本發(fā)明還涉及一種預(yù)壓實(shí)模腔內(nèi)的粉末材料以便由粉末材料制成密度均勻或者具有密度梯度的制品的方法。
在粉末治金和其他采用粉末材料例如陶瓷、和碳化物的工藝中，通過(guò)在模腔內(nèi)將細(xì)磨的或霧化的粉末壓制成所需形狀而制成產(chǎn)品和零件。通常是于室溫下在模腔內(nèi)對(duì)粉末進(jìn)行壓實(shí)，然后從壓模中取出半密實(shí)的壓制品，再加熱使粉末粘結(jié)成一種統(tǒng)一的密實(shí)體。在粉末冶金中，上述的熱粘結(jié)工序一般稱(chēng)為繞結(jié)，或者，在陶瓷和碳化物的情況下，稱(chēng)為焙燒。
采用上述的和類(lèi)似的工序時(shí)，需要使用可將定量的粉末或者說(shuō)微粒材料投放到粉末壓力機(jī)上的模腔內(nèi)的裝置。通常在壓力機(jī)工作過(guò)程中，采用重力充填系統(tǒng)通過(guò)加料刮板的動(dòng)作將粉末或者說(shuō)微粒材料投放到模腔內(nèi)。上述的系統(tǒng)可借助壓力傳送裝置來(lái)移動(dòng)裝有粉末材料的加料刮板，該壓力傳送裝置可使刮板沿壓力機(jī)平臺(tái)向前滑動(dòng)至其底部的加料口露出并處于覆蓋和對(duì)準(zhǔn)模腔的位置，從而靠重力將極松散的粉末充填到模腔中。然后，壓力傳送裝置又使刮板沿壓力機(jī)平臺(tái)往回滑動(dòng)至其縮回位置，從而中止從加料刮板底部開(kāi)口靠重力流出粉末材料。然后，將上述粉末材料壓成制品，再?gòu)膲耗Ｖ袑⒋酥破讽敵?。其后，在移開(kāi)被頂出的制品的同時(shí)，壓力傳送裝置又使刮板沿著模壓機(jī)平臺(tái)向前滑動(dòng)，并在其底部出口處于覆蓋和對(duì)準(zhǔn)模腔的位置時(shí)再次露出加料刮板的底部出口，從而再次借助重力使粉末材料充填模腔。然后，加料刮板再次縮回，中止粉末材料靠重力流入模腔。
上述公知的簡(jiǎn)單重力加料法將粉末材料以大致相當(dāng)于其松堆密度(粉料松填體積密度)投放到模腔內(nèi)。由于重力的作用，模腔的各個(gè)區(qū)域不能均勻地充填。因此不能使模腔內(nèi)的粉末材料具有均勻的密度。采用上述的加料方法制成的產(chǎn)品常常令人很不滿(mǎn)意，因?yàn)樵诩訅簳r(shí)所制成的壓制件的密度也不均勻，這種密度不均勻的壓制品容易產(chǎn)生引起開(kāi)裂的應(yīng)力，尤其是在從模腔頂出制品時(shí)更易開(kāi)裂。而這些裂紋往往又只能在燒結(jié)后才看見(jiàn)。一般說(shuō)來(lái)，使用幾乎是球形的粉末，例如涂銅的鋁粉時(shí)，利用重力充填模腔法，壓模中的粉末量與壓制件尺寸的壓縮比為3∶1，這就是說(shuō)，加入壓模中粉末的體積為最終壓制品體積的3倍。
在現(xiàn)有技術(shù)中常常對(duì)加料刮板進(jìn)行搖動(dòng)或者振動(dòng)以便使進(jìn)入模腔中的粉末材料流更為規(guī)則，但是，這種操作頗費(fèi)工時(shí)，而且往往不足以達(dá)到使模腔內(nèi)的粉末密度均勻的目的，或者說(shuō)，不足以按受控的制造工藝來(lái)獲得均勻密度再現(xiàn)性良好的壓制品。
另外，在公知的粉料加料方法中，上述的搖動(dòng)或振動(dòng)粉末材料的操作會(huì)從粉料中抖出“細(xì)粉”和灰塵并飄入空氣中而污染周?chē)沫h(huán)境。有許多粉末材料往往是十分昂貴的，有時(shí)還是有毒的。因此，粉塵問(wèn)題意味著一種重大的經(jīng)濟(jì)損失，或者是一種對(duì)健康的公害。所以，現(xiàn)在使用著較為復(fù)雜而又昂貴的粉塵回收設(shè)備和人員安全預(yù)防措施例如帶過(guò)濾器的防護(hù)罩。
授與Sanzone的美國(guó)專(zhuān)利No.4813818公開(kāi)了一種加料刮板，該刮板具有一個(gè)用于接受來(lái)自一個(gè)由加料管與封閉的充填室相連通的料源的粉末材料的料斗。上述充填室是真空的。抽真空有助于粉末靠重力通過(guò)加料管流入充填室。但是，這種對(duì)充填室抽真空的方法與上述的搖動(dòng)或振動(dòng)粉末的操作一樣，不能使模腔內(nèi)的粉末材料具有制造必須具備均勻力學(xué)性能和物理性能的均質(zhì)制品和材料所必需的均勻密度。上述的均質(zhì)制品或材料的實(shí)例有熱控設(shè)備中的制件或材料，等等，要求這些制件整個(gè)地或者制件與制件之間具有嚴(yán)格均勻的性能(即熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等)。而且，上述的對(duì)充填室抽真空的方法不能用來(lái)控制模腔內(nèi)粉末材料的密度，因此在粉末材料及所得到的壓制品中存在密度差異。
另外，當(dāng)今模壓機(jī)的生產(chǎn)工藝要求以比上述所用方法快得多的速度來(lái)控制和移動(dòng)模壓機(jī)的機(jī)械零件。但是，模壓機(jī)生產(chǎn)制品的速度受限于模腔充填粉末材料的速度。而采用已知的利用重力向模腔內(nèi)加入粉末的加料刮板時(shí)，其速度是相當(dāng)慢的，不能使模壓機(jī)達(dá)到它們生產(chǎn)壓制品的最大生產(chǎn)能力，并且在采用振動(dòng)方法時(shí)更加緩慢。
而且，在上述的和其他已知的加料刮板中，用在壓機(jī)平臺(tái)的耐磨板的上表面拖動(dòng)括板的方法來(lái)退回加料刮板時(shí)，必須中止來(lái)自加料刮板的粉末材料流。但是，這種在充填模腔之后退回加料刮板的動(dòng)作會(huì)使粉末堆積在接近加料刮板尾緣的壓模中。這種由于摩擦引起的“楔形”效應(yīng)進(jìn)一步加劇了壓實(shí)模腔內(nèi)的粉末材料時(shí)所制產(chǎn)品密度不均勻的問(wèn)題，而且，仍同時(shí)存在上述的所有缺點(diǎn)。
為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種能在超大氣的壓力下將粉末材料加入到模腔內(nèi)而獲得均勻的并且大于粉末材料松堆密度的密度的加料刮板。對(duì)于一般粉末例如涂銅和鋁粉，采用本發(fā)明的加壓式加料刮板可使其壓縮比從3∶1降低到2.3∶1。本發(fā)明的加料刮板還可以受控地投放粉末材料，從而使模腔中的粉末材料內(nèi)形成密度梯度，故可制成密度逐漸變化的壓制品。
本發(fā)明還提出一種可在高于并垂直于模腔的水平面上向前移動(dòng)加料刮板體的裝置來(lái)解決由于摩擦造成的壓制品內(nèi)密度不規(guī)則變化(楔形)的問(wèn)題。上述加料刮板體被移動(dòng)到其出口位于模腔上方的位置。還提出一種用來(lái)向下移動(dòng)加料刮板體使其出口對(duì)準(zhǔn)模腔的裝置。
本發(fā)明還包括一個(gè)與上述出口相連接的閥，該閥具有一個(gè)在加料刮板體位于模壓機(jī)平臺(tái)上方時(shí)使加料刮板內(nèi)容納粉末材料的關(guān)閉位置和一個(gè)在上述出口對(duì)準(zhǔn)模腔時(shí)可將粉末材料投放到模腔內(nèi)的開(kāi)啟位置。上述的閥是“不滴漏的”(也就是，當(dāng)它處于關(guān)閉位置時(shí)，不可能有任何粉末材料漏出)，并且其結(jié)構(gòu)可防止粉粒引起的卡住或堵塞。由于設(shè)置了上述的與加料刮板之出口相連接的閥，加料刮板便可提升到模腔的上方而防止由于摩擦造成的粉末材料中的楔形效應(yīng)。
本發(fā)明還提出一種控制投放粉末材料到模腔內(nèi)的工藝，以便用不同種類(lèi)和不同固有密度的粉末材料來(lái)制造密度均勻的或具有密度梯度的制品。該工藝含有一個(gè)將粉末材料投放到模腔內(nèi)而使模腔內(nèi)的粉末材料形成均勻密度的預(yù)壓實(shí)步驟。然后再將模腔內(nèi)的粉末材料壓實(shí)而成為具有均勻密度的制品。
本發(fā)明還提出一種制造密度均勻的制品的工藝，該工藝包含如下步驟將粉末材料投放到模腔內(nèi)；使模腔內(nèi)形成超大氣的壓力；和對(duì)粉末材料進(jìn)行壓實(shí)而成為具有均勻密度的制品。還提出一種制造具有密度梯度的制品的工藝，在該工藝中，通過(guò)改變模腔內(nèi)的超大氣的壓力來(lái)完成粉末材料的投放步驟。
下面通過(guò)附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的加料刮板的側(cè)視圖；圖2是圖1的前視圖，示出處于模腔上方并垂直于模腔的一個(gè)水平面內(nèi)的加料刮板；圖3是圖1的前視圖，示出處于加料位置的加料刮板；圖4是圖1的上視圖，示出處于加料位置的加料刮板；圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例置于加料刮板上的出口閥的側(cè)視圖；圖6是簡(jiǎn)單說(shuō)明上述閥的開(kāi)啟位置和關(guān)閉位置的上視圖；圖7是加料刮板上的處于開(kāi)啟位置的出口閥的夾緊閥實(shí)施例的前視圖；圖8是圖7的夾緊閥處于關(guān)閉位置的前視圖；圖9是加料刮板上的出口閥的氣動(dòng)閥實(shí)施例的側(cè)視圖；和圖10是說(shuō)明本發(fā)明方法的流程圖。
下面參看圖1所示的實(shí)施例，圖中示出一種優(yōu)選的加料刮板10的特征。所示的加料刮板10用來(lái)將粉狀金屬進(jìn)給和投放到模腔26內(nèi)，所述的粉狀金屬由上、下沖頭28和29壓實(shí)之。但是，本發(fā)明的內(nèi)容不限于處理金屬粉末，而是同樣地可適用于處理不同重量和類(lèi)型的粉末材料包括例如陶瓷、聚合物、碳化物、或水泥(加入水的粘結(jié)材料)。
如圖1所示，加壓式加料刮板10通常含有一個(gè)加料刮板容器11和一根通過(guò)空氣入口14與容器11相連通的耐壓導(dǎo)管13。一個(gè)壓力發(fā)生器(未示出)通過(guò)與之密封連接的耐壓導(dǎo)管13與容器11相連通，所述的壓力發(fā)生器用于使容器11和模腔26內(nèi)形成超大氣的壓力，以便將粉末材料以大于其松堆密度的均勻密度投入到模腔26內(nèi)。另外，上述的壓力發(fā)生器也可用來(lái)在粉末材料的投放過(guò)程中通過(guò)改變所形成的壓力而使模腔內(nèi)的粉末材料的密度沿一定的梯度而變化。加料刮板10與氣動(dòng)活塞15和作動(dòng)氣缸25或其他的為本專(zhuān)業(yè)的人所熟知的任何可選擇性地使加壓式加料刮板10往復(fù)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)例如凸輪、馬達(dá)、齒輪、液壓活塞、步進(jìn)馬達(dá)、線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、伺服馬達(dá)等(下面將結(jié)合操作說(shuō)明更清楚地闡述)協(xié)同動(dòng)作。加料刮板10移至模腔26或移離模腔26的動(dòng)作可以是一種在模腔26上方的線性運(yùn)動(dòng)或者非線性運(yùn)動(dòng)(即前后擺動(dòng)或者說(shuō)繞樞軸前后轉(zhuǎn)動(dòng))。
刮板容器11最好用可承受超大氣壓力的任何材料例如金屬或合金制成，它含有一個(gè)帶有一對(duì)從其平面頂壁22垂掛下來(lái)的側(cè)向隔開(kāi)的側(cè)壁21、21A的后壁20。在平面頂壁22上有一個(gè)粉末入口36，它與一個(gè)接收定量粉末材料的任意給料斗(未示出)相連通，該粉末入口36與一個(gè)用來(lái)在加壓時(shí)和加壓后保持刮板容器11內(nèi)的壓力的入口閥(未示出)相連接。供料時(shí)，給料斗的底部有一個(gè)排料口，并通過(guò)一根通入粉末入口36的給料管(未示出)與容器11之內(nèi)部相連通。每一對(duì)橋式件23從側(cè)壁21、21A的底部向外伸出，并在其上裝有立式氣缸30?；钊?1的底部與導(dǎo)軌32端接，并可滑動(dòng)地與立式氣缸30的內(nèi)部相接合。工作時(shí)，對(duì)立式氣缸30施加壓力，迫使活塞31離開(kāi)立式氣缸30的空間，從而使橋式件23上升而使加料刮板容器11升高。在壓模平臺(tái)34的耐磨板上安裝了一個(gè)軌道33，導(dǎo)軌32由在固定在壓模平臺(tái)34的耐磨板上的作動(dòng)氣缸25內(nèi)的開(kāi)口35中滑動(dòng)的活塞15帶動(dòng)、沿該軌道33呈自對(duì)準(zhǔn)線性運(yùn)動(dòng)的方式自由地滑動(dòng)。使用中，通過(guò)對(duì)作動(dòng)氣缸25施加壓力迫使與加料刮板10相連接的活塞15向前運(yùn)動(dòng)，從而使加料刮板10向前運(yùn)動(dòng)。作動(dòng)氣缸25可與任何往復(fù)運(yùn)動(dòng)源實(shí)行工作連接，所以，加壓式加料刮板10在工作中可以線性平移到模腔上并從模腔上移去，以便制成粉末金屬產(chǎn)品，為此，在作動(dòng)氣缸25上開(kāi)設(shè)一個(gè)開(kāi)口35以承接活塞15。
容器11底部設(shè)有一個(gè)出口37。閥38與出口37相連接，該閥38具有一個(gè)可使容器11內(nèi)容納粉末材料的關(guān)閉位置和一個(gè)在出口37對(duì)準(zhǔn)模腔26時(shí)向模腔26投放粉末材料的開(kāi)啟位置。使用中，如果需要或想要向模腔投放一種以上的粉末材料，則可在加料刮板上設(shè)置多于1個(gè)的出口37(未示出)。另外，在需要將粉末材料投放入很寬的零件例如環(huán)件、齒輪等的模腔內(nèi)的情況下，加料刮板也可以設(shè)置多個(gè)出口(未示出)。
圖2是圖1的前視圖，示出處于模腔26上方并偏離模腔26的上升位置上的加料刮板10。在該位置上，可防止粉末材料進(jìn)入模腔26中。如對(duì)圖1所述那樣，活塞31安裝在導(dǎo)軌32上，并且可滑動(dòng)地與立式氣缸30的內(nèi)部相接合。立式氣缸30固定在橋式件23上，該橋式件23又與加料刮板容器11的側(cè)壁21、21A相連接。在圖2中，對(duì)立式氣缸30施加壓力迫使活塞31沿箭頭所示的方向向上離開(kāi)立式氣缸30。立式氣缸30的向上移動(dòng)又使橋式件23沿相同的向上方向上升，從而又使加料刮板容器11上升，這樣，就使加料刮板10與模腔26在空間上分離。
再看圖2，一旦加料刮板10處于上升位置，加料刮板10便沿與模腔26橫交的方向而移動(dòng)，這種移動(dòng)是由于對(duì)作動(dòng)氣缸25施加壓力(見(jiàn)圖1)、迫使活塞15移動(dòng)而進(jìn)入作動(dòng)氣缸25的開(kāi)口35引起的。活塞15的移動(dòng)引起導(dǎo)軌32沿軌道33滑動(dòng)，從而使加料刮板10移動(dòng)到模腔26上方并與模腔26橫交的最終位置。
如果想要對(duì)模腔26加入粉末材料時(shí)，只要簡(jiǎn)單地將對(duì)圖2所述的移動(dòng)反過(guò)來(lái)進(jìn)行即可。這就是說(shuō)，對(duì)作動(dòng)氣缸25加一個(gè)相反的壓力，從而使活塞15退出作動(dòng)氣缸25，活塞15沿相反方向的移動(dòng)使導(dǎo)軌32在軌道33往回滑動(dòng)，直至加料刮板10位于模腔26的上方為止，然后對(duì)下部立式氣缸30施加相反的壓力，迫使活塞31退入立式氣缸30內(nèi)，從而使橋式件23隨著立式氣缸30的移動(dòng)而降低，因此，加料刮板容器11也相應(yīng)地降低并鎖在其下降的位置上，直到加料容器11加壓之后為止。當(dāng)出口37對(duì)準(zhǔn)模腔26時(shí)，加料刮板容器11便停止移動(dòng)，這樣，加料刮板10便位于將粉末材料投入模腔26內(nèi)的位置。圖3示出處于對(duì)模腔26加料的位置上的加料刮板10。在加壓投放粉末材料的過(guò)程中，由一種鎖合裝置或者說(shuō)鎖定機(jī)構(gòu)例如強(qiáng)力磁鐵將加料刮板10保持在對(duì)準(zhǔn)模腔26的位置上。
下面參看圖5，更詳細(xì)地說(shuō)明向模腔26加入粉末材料的情況。閥的殼體438夾在耐壓容器411與模腔426之間，形成閥的內(nèi)腔439，殼體438具有上殼體面440和下殼體面441。上殼體面440帶有粉末材料入口442，下殼體面441帶有粉末材料出口443。入口442和出口443沿垂直軸線彼此對(duì)準(zhǔn)。閥的滑塊444具有穿透它的滑塊孔445并位于閥的內(nèi)腔439內(nèi)。在工作中，要打開(kāi)閥437時(shí)，則通過(guò)閥的開(kāi)口端446對(duì)閥的內(nèi)腔439施加空氣(或惰性氣體如氬、氦)壓力，以推動(dòng)閥的滑塊444作線性運(yùn)動(dòng)，使滑塊孔445與粉末材料入口442和出口443對(duì)準(zhǔn)，從而使容器411與模腔426相連通。要關(guān)閉閥437時(shí)，則通過(guò)閥的封閉端447對(duì)閥的內(nèi)腔439施加空氣壓力，使閥的滑塊444移動(dòng)到滑塊孔445不與粉末入口442和粉末出口443對(duì)準(zhǔn)的位置，從而使容器411與模腔426不相通而中止粉末流。在閥的下殼體441上帶有機(jī)械止動(dòng)塊446和447，用于使滑塊孔445與粉末入口442和粉末出口443對(duì)準(zhǔn)或錯(cuò)開(kāi)。
圖6是從圖5的容器411內(nèi)部向下通過(guò)粉末入口442和在打開(kāi)位置時(shí)與閥殼體438的粉末入口442和粉末出口443相對(duì)準(zhǔn)的滑塊孔445看去的上視圖。在關(guān)閉位置時(shí)，滑塊孔445與粉末入口442和粉末出口443錯(cuò)開(kāi)，從而使容器411與模腔426之間不再連通。
在選擇滑塊444和閥殼體438的合適尺寸時(shí)，必須考慮到所用最細(xì)粉末的尺寸?；瑝K444與閥殼體438內(nèi)部之間的間隙最好應(yīng)小于最小的粉末顆粒尺寸，以最大限度地減少閥機(jī)構(gòu)被粉末卡住的現(xiàn)象。
也可以采用其他的方法和裝置來(lái)中止粉末從加料刮板容器流至模腔。例如，可以采用一種粉末不與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的零件相接觸的閥。在這種實(shí)施例中，如圖7和8所示，柔性加料管500穿過(guò)底部出口537，并與襯于加料刮板容器511內(nèi)部的軟內(nèi)殼502相連通和相連接。通過(guò)緊縮和放松管子外徑的方法打開(kāi)和關(guān)閉柔性加料管500。使用機(jī)械夾緊器504、504A來(lái)夾緊由穿過(guò)加料刮板容器511下殼體541內(nèi)的管道506、506A通入空氣的柔性加料管500?；蛘咭部梢韵茸寵C(jī)械夾緊器504、504A(像圖示的帶有“圓形夾緊”端的活塞那樣)位于夾緊的或者說(shuō)封閉的位置(如圖8所示)，然后在加料刮板容器511內(nèi)加壓時(shí)沿管道506、506A向外滑動(dòng)而打開(kāi)柔性加料管500。任何適宜的夾緊閥裝置都可以用作出口閥。這種夾緊閥最好具有在壓模表面上方快速“夾緊”的功能。
圖9示出底部出口閥637的又一種實(shí)施例。在細(xì)節(jié)上，容器611內(nèi)有一個(gè)給料斗650，該給料斗650接收定量的粉末材料，給料斗650內(nèi)部與出口真空管654之間由加料管652連通，真空管654的底部開(kāi)口655與加料刮板容器611的底部出口661對(duì)準(zhǔn)，并且當(dāng)加料刮板610處于加料位置時(shí)與模腔626對(duì)準(zhǔn)。使用時(shí)，通過(guò)出口真空管654形成超大氣壓力，該壓力可將粉末材料從給料斗650通過(guò)加料管652引到出口真空管654內(nèi)，最后通過(guò)出口655進(jìn)入模腔626內(nèi)。當(dāng)解除上述的超大氣壓力時(shí)，進(jìn)入模腔626的粉末材料流就會(huì)被切斷。上述的超大氣壓力也用來(lái)預(yù)壓實(shí)模腔內(nèi)的粉末材料。
圖4示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。它還含有一條連接溶液源(未示出)與模腔326內(nèi)部并在加料刮板310處于加料位置時(shí)使它們之間互相連通的第二管道348，該第二管道348向上述的模腔326輸送溶液，或者，該第二管道348可向加料刮板容器311的內(nèi)部輸送溶液。上述第二管道348可由一種電磁閥(例如無(wú)死體積電磁閥)構(gòu)成，但是，任何不滴漏閥都可以使用。電磁閥的外殼罩住第二管道348。該第二管道348可與真空連接，以便在內(nèi)部分配溶液之后，去除模腔內(nèi)的溶液。上述的第二管道適用于在壓實(shí)粉末材料之前希望往模腔內(nèi)添加液態(tài)組分的場(chǎng)合。所述的液態(tài)組分可包括(但不限于)水溶液、潤(rùn)滑劑、表面活化劑或用于原子級(jí)地清潔冷焊用的金屬顆粒的活化溶液。上述液態(tài)組分還可包括想要與粉末材料摻合的任何溶液，例如，加入水泥或熟石膏中的水，加入聚合物中的硬化劑，加入聚合物中的溶劑等。本發(fā)明的加料刮板使用原子級(jí)地清潔粉末材料用的活化溶液時(shí)，可用于制造精確形狀或接近于精確形狀的零件而不需要進(jìn)行燒結(jié)。在第二管道與真空相連接以便去除模腔(或者加料刮板容器)中的溶液的實(shí)施例中，在第二管道內(nèi)位于溶液源與加料刮板內(nèi)部之間的某一個(gè)部位上設(shè)置一個(gè)選擇性的屏障是有用的。當(dāng)?shù)诙艿纼?nèi)處于真空狀態(tài)時(shí)，上述的選擇性屏障可阻止粉末材料隨液體而走失。
作為一個(gè)通過(guò)第二管道348去除模腔內(nèi)的溶液的替代方案，可對(duì)模腔或下沖頭或者對(duì)上述二者抽真空。在使用中，溶液通過(guò)第二管道噴入模腔內(nèi)，然后通過(guò)與之相連接的真空從模腔內(nèi)去除溶液。上述第二管道也可以將液態(tài)組分輸送至加料刮板容器的內(nèi)部。在使用溶液來(lái)原子級(jí)地清潔冷焊用金屬粉末并將溶液輸送至加料刮板容器內(nèi)部(而不是模腔)的情況下，將加料刮板容器與真空或其他去除溶液的裝置相連接，從而在粉末材料加入模腔之前去除其中的液態(tài)組分。在本實(shí)施例中，本發(fā)明還含有任何公知的能在原子級(jí)地清潔過(guò)的金屬粉末于模腔內(nèi)被壓實(shí)之前在這些粉末的周?chē)纬梢环N惰性氣休(例如氦或氬)氣氛或氮?dú)鈿夥栈蚧钚詺怏w(如O2、O3和SO2)氣氛的裝置。
本發(fā)明還提出一種用粉末材料制造密度均勻的制品的工藝。該工藝包含如下步驟將粉末材料加入模腔中；使模腔內(nèi)形成超大氣的壓力使粉末材料具有大于其松堆密度的均勻密度，或者，采用逐漸變化的壓力將粉末材料加入模腔中而使粉末材料具有密度梯度；和壓實(shí)粉末材料，形成密度均勻的制品。如果想要或者說(shuō)需要往粉末材料中添加液態(tài)組分。上述工藝可增加相應(yīng)的步驟。本工藝可能還包含重復(fù)地在加壓下投放第二種或第三種粉末材料的步驟。
圖10以流程圖的形式說(shuō)明本發(fā)明工藝的一個(gè)實(shí)施例。在零件制造循環(huán)中的規(guī)定時(shí)間，由一種控制器(可以是計(jì)算機(jī)控制的)操縱加料刮板系統(tǒng)，該控制器指揮加料刮板系統(tǒng)完成(1)將加料刮板移到模腔上方；(2)降低加料刮板對(duì)準(zhǔn)模腔至處于加料位置，圖1-3的說(shuō)明已極為詳細(xì)地說(shuō)明了如何完成上述的動(dòng)作；(3)從加料斗投放粉末材料；(4)打開(kāi)粉末入口閥；(5)通過(guò)加料刮板的粉末入口將粉末材料加入到加料刮板容器內(nèi)，并關(guān)閉粉末入口；(6)打開(kāi)粉末出口閥；(7)粉末材料通過(guò)出口閥流入模腔內(nèi)；(8)當(dāng)投放粉末材料時(shí)，對(duì)加料刮板容器增壓至規(guī)定的壓力并保持規(guī)定的時(shí)間，或者增壓至不同的壓力并保持不同的時(shí)間。僅作為一個(gè)例子，假設(shè)粉末材料是涂銅的鋁，那么，加料刮板容器應(yīng)增壓至大約25磅保持1秒。但是，本發(fā)明所用的合適壓力很易達(dá)到最佳參數(shù)，其范圍可以是1～125磅或更高，通?？筛鶕?jù)模腔的尺寸及其幾何形狀的復(fù)雜性以及均勻充滿(mǎn)模腔的困難程序而改變。保壓的適宜時(shí)間也容易達(dá)到最佳參數(shù)，其范圍從小于1秒至幾分鐘或更長(zhǎng)，所需的時(shí)間也取決于模腔的尺寸及其幾何形狀的復(fù)雜性以及均勻充填模腔的困難程度。
另外，預(yù)先加到加料刮板容器的粉末材料也可以在同時(shí)施加壓力和打開(kāi)出口的狀態(tài)下加入模腔內(nèi)，在任一種情況下，模腔都可充滿(mǎn)粉末材料。在某些用途中，可以在一個(gè)以上的位置上對(duì)模腔加料，以制成獨(dú)特的或者說(shuō)形狀復(fù)雜的零件。
在本發(fā)明方法的下一步中，當(dāng)加料刮板容器中的壓力解除并關(guān)閉出口閥之后，便將加料刮板提高到模腔之上方。如果需要或者說(shuō)最好添加液態(tài)組分到粉末材料中，便可在過(guò)程的這個(gè)時(shí)候?qū)⒁簯B(tài)組分加到模腔內(nèi)。然后，將加料刮板移回到其初始位置，并啟動(dòng)壓力機(jī)。若要去除添加到粉末材料中的液態(tài)組分，便在啟動(dòng)壓力機(jī)的同時(shí)抽真空。然后將壓力機(jī)的上、下沖頭下降和上升到模腔內(nèi)，以壓實(shí)粉末材料制成所需零件。必要時(shí)，壓力機(jī)的沖頭可將模腔內(nèi)存在的液態(tài)組分移至零件之外，以便采用任意的真空度而從模腔中去除該液態(tài)組分。最后，由下沖頭從模腔內(nèi)頂出制成的零件。
本發(fā)明的加料刮板可用于任何已知的粉末壓制工藝，并可進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?，例如可通過(guò)隔熱、對(duì)流或感應(yīng)加熱、微波系統(tǒng)加熱或泵送油或熱水通過(guò)管道或蛇形管的傳熱方法來(lái)控制溫度。
在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明用于由粉末材料壓制零件的粉末壓機(jī)中。采用本發(fā)明的粉末壓機(jī)含有一個(gè)投放粉末材料到模腔中的加料刮板和一個(gè)構(gòu)成粉末壓機(jī)的模壓平臺(tái)的耐磨板。上述加料刮板含有一個(gè)用于接收粉末材料的容器；一個(gè)用于在模腔和容器內(nèi)形成超大氣壓力的壓力發(fā)生器；和一個(gè)用于將加料刮板移至其開(kāi)口與模腔對(duì)準(zhǔn)的位置上的壓力傳送裝置。該壓力傳送裝置的下側(cè)安裝在其耐磨板的上表面上。通過(guò)上述加料刮板將粉末材料送入模腔內(nèi)。
本發(fā)明可以在不違背本發(fā)明的精神或基本特征的情況下按其他具體方式實(shí)施。因此，上述的實(shí)施例在所有方面都應(yīng)視為是說(shuō)明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求規(guī)定而不是由上述說(shuō)明規(guī)定，因此，所有在與權(quán)利要求等效的含義和范圍之內(nèi)的變化都應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于投放粉末材料以充填模腔的加壓式加料刮板，包括一個(gè)帶有接納定量粉末材料的容器的加料刮板體，該刮板體具有至少一個(gè)可與上述模腔對(duì)準(zhǔn)的底部出口和一個(gè)用于接納粉末材料的頂部入口；一個(gè)用于在上述容器和上述模腔內(nèi)形成超大氣壓力的壓力發(fā)生器，該壓力發(fā)生器通過(guò)與之密封連接的管道與上述容器相連通；和一個(gè)用于選擇性地移動(dòng)上述加料刮板體至其底部出口與模腔對(duì)準(zhǔn)的位置并從該位置移開(kāi)的壓力傳送裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)接收定量粉末材料并具有一個(gè)排料口的加料斗，和一個(gè)穿過(guò)上述入口并連接上述加料斗的排料口與上述容器的內(nèi)部的加料管。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的加壓式加料刮板，其特征在于，上述的壓力傳送裝置沿位于模腔上方并垂直于模腔的水平面將上述的加料刮板體移動(dòng)至上述出口位于上述模腔之上方的位置，并向下移動(dòng)上述加料刮板體使其出口對(duì)準(zhǔn)上述模腔。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)與上述的至少一個(gè)出口相連接并具有一個(gè)用來(lái)使上述容器內(nèi)容納粉末材料的關(guān)閉位置和一個(gè)用來(lái)在上述出口與模腔對(duì)準(zhǔn)時(shí)將粉末材料投放到上述模腔內(nèi)的開(kāi)啟位置的閥。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)用于在粉末材料充填上述模腔時(shí)保持上述加料刮板體處于向下的位置而使上述出口保持與上述模腔對(duì)準(zhǔn)的鎖定裝置。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一條連接溶液源并進(jìn)入上述加料刮板體之內(nèi)部的第二管道，該第二管道將溶液輸送到上述加料刮板容器內(nèi)的上述粉末材料中。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一條連接溶液源并與上述加料刮板體相連接的第二管道，該第二管道將溶液輸送到上述模腔內(nèi)。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)設(shè)置在上述第二管道內(nèi)位于溶液源與上述加料刮板體之內(nèi)部之間的某一位置上的選擇性屏障。
9．根據(jù)權(quán)利要求5的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)安裝在上述壓力傳送裝置之下側(cè)的耐磨板。
10．一種用于投放粉末材料以充填模腔并將溶液送至上述模腔內(nèi)的加壓式加料刮板，包括一個(gè)帶有接納定量粉末材料的容器的加料刮板體，該加料刮板體具有至少一個(gè)可與上述模腔對(duì)準(zhǔn)的底部出口和一個(gè)用于接收粉末材料的頂部入口；一個(gè)用來(lái)在上述容器和上述模腔內(nèi)形成超大氣壓力的壓力發(fā)生器，該壓力發(fā)生器通過(guò)與之密封連接的管道與上述容器相連通；一個(gè)用于選擇性地移動(dòng)上述加料刮板體至其底部出口對(duì)準(zhǔn)上述模腔的位置并從該位置移開(kāi)的壓力傳送裝置；和一條連接溶液源并與上述加料刮板體相連接的第二管道，該第二管道輸送溶液至上述模腔內(nèi)。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)可接收定量粉末材料并具有一個(gè)排料口的加料斗和一根通過(guò)上述入口并連接上述加料斗的排料口和上述容器之內(nèi)部的加料管。
12．根據(jù)上述權(quán)利要求10的加壓式加料刮板，其特征在于，上述的壓力傳送裝置沿模腔上方并垂直于模腔的水平面將上述的加料刮板體移至上述出口位于上述模腔之上方的位置并向下移動(dòng)該加料刮板體使上述出口對(duì)準(zhǔn)上述模腔。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)與上述的至少一個(gè)出口相連接并具有一個(gè)可接納粉末材料到上述的容器內(nèi)的關(guān)閉位置和一個(gè)在上述出口對(duì)準(zhǔn)模腔時(shí)將粉末材料加入到模腔內(nèi)的開(kāi)啟位置的閥。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)在粉末材料充填上述模腔時(shí)保持上述加料刮板體處于向下的位置而使上述出口保持與上述模腔對(duì)準(zhǔn)的鎖定裝置。
15．根據(jù)權(quán)利要求10的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)設(shè)置在上述的第二管道內(nèi)位于溶液源與上述加料刮板體內(nèi)部之間的某一位置上的選擇性屏障。
16．根據(jù)權(quán)利要求13的加壓式加料刮板，其特征在于，還包括一個(gè)安裝在上述壓力傳送裝置之底部的耐磨板。
17．一種在模腔內(nèi)預(yù)壓粉末材料的方法，包含如下步驟(1)將上述粉末材料投放到模腔內(nèi)；(2)使上述模腔內(nèi)形成超大氣的壓力，以便將上述模腔內(nèi)的粉末材料預(yù)壓至其密度大于粉末材料的松堆密度；和(3)將上述粉末材料壓實(shí)，制成零件。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，還包含在進(jìn)行壓實(shí)步驟之前，重復(fù)進(jìn)行投放至少一種添加的粉末材料的步驟和加壓步驟。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，在形成超大氣壓力的步驟中，使壓力發(fā)生變化以便使模腔中的粉末材料內(nèi)形成密度梯度。
20．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，還包含在上述壓實(shí)步驟之前對(duì)粉末材料添加溶液的步驟。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，還包含在上述壓實(shí)步驟之前或壓實(shí)過(guò)程中抽真空去除上述液態(tài)組分的步驟。
22．一種控制用于制造壓制品的粉末材料中的密度的裝置，包括(1)一個(gè)用于投放粉末材料至模腔內(nèi)的加料刮板，該加料刮板具有一個(gè)接納粉末材料的容器；(2)一個(gè)用于在上述模腔內(nèi)和上述容器內(nèi)形成超大氣壓力的壓力發(fā)生器；和(3)一個(gè)用于將上述加料刮板移動(dòng)到上述刮板中的出口對(duì)準(zhǔn)上述模腔的位置的壓力傳送裝置，從而通過(guò)上述加料刮板將粉末材料加入到上述模腔內(nèi)。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其特征在于，用上述的超大氣壓力來(lái)控制上述模腔內(nèi)的粉末材料的密度。
24．一種用粉末材料制造零件的粉末壓力機(jī)，包括(1)一個(gè)用于投放粉末材料至模腔內(nèi)的加料刮板，該加料刮板具有一個(gè)可容納粉末材料的容器；(2)一個(gè)用于使上述模腔和容器內(nèi)形成超大氣壓力的壓力發(fā)生器；(3)一個(gè)用于將上述加料刮板移動(dòng)到該加料刮板中的出口對(duì)準(zhǔn)上述模腔的位置上的壓力傳送裝置，從而通過(guò)上述加料刮板將粉末材料加入到上述模腔內(nèi)；(4)一個(gè)構(gòu)成粉末壓力機(jī)的模壓工作臺(tái)的耐磨板；(5)上述的壓力傳送裝置的下側(cè)面安裝在上述耐磨板的上表面上。
全文摘要
用于投放粉末材料以充填模腔(26)的加壓式加料刮板(10),包括一個(gè)帶有接納定量粉末材料的容器的加料刮板體(11),該加料刮板體(11)具有至少一個(gè)可與模腔(26)對(duì)準(zhǔn)的底部出口(37)和一個(gè)用于接收粉末材料的頂部入口(36)。還設(shè)置了一個(gè)用于使上述容器和模腔內(nèi)形成超大氣壓力的壓力發(fā)生器,通過(guò)一條與之密封連接的管道(13)與上述容器相連通。一種壓力傳送裝置選擇性地將加料刮板體(11)移動(dòng)至底部出口(37)對(duì)準(zhǔn)模腔(26)的位置和從該位置移出。
文檔編號(hào)B30B15/30GK1222109SQ97195525
公開(kāi)日1999年7月7日 申請(qǐng)日期1997年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月30日
發(fā)明者格倫·L·比恩, 戴維·S·拉什莫 申請(qǐng)人:材料革新公司