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        粉末遞增壓制裝置設(shè)計及其壓制方法研究

        2020-02-06 09:48:08陳和娟張哲軒
        有色金屬設(shè)計 2020年4期
        關(guān)鍵詞:推板壓制傳送帶

        陳和娟,張哲軒,山 泉

        (1.無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 無錫 214153;昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,云南 昆明 650093)

        0 引 言

        成形是重要性僅次于燒結(jié)的1個基本的粉末冶金過程,比其他工序更限制和決定粉末冶金整個生產(chǎn)過程。成形方法的合理與否直接決定整個生產(chǎn)過程能否順利進(jìn)行,影響后續(xù)各個工藝及其最終產(chǎn)品質(zhì)量,以及生產(chǎn)的自動化、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。

        粉末壓制過程中,壓制后粉末體的孔隙率降低,壓胚相對密度明顯高于粉末體的密度,但隨著軸向壓力施加于粉末體,其在某種程度上表現(xiàn)出類似流體的行為,向陰模模壁施加作用力,導(dǎo)致側(cè)壓力的產(chǎn)生,并且加之粉末顆粒間摩擦,壓力傳遞不均勻,導(dǎo)致壓胚中不同部位密度不均勻,進(jìn)而影響產(chǎn)品最終性能。

        現(xiàn)有技術(shù)中多采用單次壓制成型的工藝,單次壓制成型的壓胚會存在壓胚密度不均勻的問題,即在底端致密度與平均致密度2方面問題尤為突出。因此,該文提出粉末遞增壓制裝置的設(shè)計及其壓制方法的研究。

        1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

        粉末遞增壓制裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)見圖1,包括上模沖、上模沖液壓桿、前陰模、后陰模、陰模液壓桿、下模沖、脫模板、脫模板液壓桿、陰模液壓桿伺服電機(jī)、上模沖液壓桿伺服電機(jī)、脫模板液壓桿伺服電機(jī)。

        上模沖和上模沖液壓桿位于前陰模、后陰模上方,上模沖與4個上模沖液壓桿連接,并且上模沖的軸線與前陰模和后陰模閉合后的中軸線重合,下模沖設(shè)置在前陰模、后陰模下面,下模沖上開有脫??冢撃?谏显O(shè)置脫模板,前陰模和后陰模之間設(shè)置4個陰模液壓桿,4個陰模液壓桿兩兩對稱設(shè)置,后陰模、下模沖固定不動,前陰模與4個陰模液壓桿配合推動前陰模移動,脫模板與脫模板液壓桿連接;4個上模沖液壓桿同時由上模沖液壓桿伺服電機(jī)驅(qū)動,4個陰模液壓桿同時由陰模液壓桿伺服電機(jī)驅(qū)動,脫模板液壓桿由脫模板液壓桿伺服電機(jī)驅(qū)動。還包括傳送帶、推板、推板連桿、導(dǎo)軌、傳送帶伺服電機(jī)、推板連桿伺服電機(jī),傳送帶設(shè)置在后陰模旁邊,傳送帶和后陰模上設(shè)有導(dǎo)軌,傳送帶與推板配合設(shè)置,推板在移動過程中和傳送帶相交,推板與推板連桿連接,推板連桿設(shè)置在后陰模側(cè)面,傳送帶由傳送帶伺服電機(jī)驅(qū)動,推板連桿由推板連桿伺服電機(jī)驅(qū)動。

        2 控制電路設(shè)計

        粉末遞增壓制裝置的控制電路見圖2,包括控制芯片、復(fù)位電路、進(jìn)程開關(guān)按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、推板連桿單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、三極管開關(guān)電路。

        控制芯片分別與復(fù)位電路、進(jìn)程開關(guān)按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、推板連桿單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、三極管開關(guān)電路連接;進(jìn)程開關(guān)按鍵電路由一副開關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,模式切換按鍵電路由兩副開關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,傳送帶單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路與傳送帶伺服電機(jī)連接,推板連桿單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路與推板連桿伺服電機(jī)連接,陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路與陰模液壓桿伺服電機(jī)連接,上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路與上模沖液壓桿伺服電機(jī)連接,脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路與脫模板液壓桿伺服電機(jī)連接,三極管開關(guān)電路與陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路分別連接。

        3 壓制方法對比

        模具壁處的摩擦力抑制粉末的壓實,用于粉末局部致密化的軸向應(yīng)力隨著與壓制沖頭表面之間距離的增加而降低,同時壓胚致密度與軸向應(yīng)力正相關(guān),則存在如下關(guān)系:

        σa(x)=σa(0)×exp(-2×μ×ξ/r×x)

        (1)

        ρa(bǔ)vg(x)∈σa(x)

        (2)

        式中:

        σa(x)——距離壓制沖頭x處的用于粉末局部致密化的軸向應(yīng)力;

        ρa(bǔ)vg(x)——距離壓制沖頭x處的壓胚平均致密度;

        μ——模具壁處的摩擦系數(shù);

        ξ——模具壁處的側(cè)壓系數(shù);

        r——壓胚半徑;

        l——壓坯長度;

        Δl——新增壓坯長度;

        N——新增壓坯次數(shù)。

        l=n*Δl。

        (3)

        (4)

        (5)

        (-2×μ×ξ/r×l)-1)/(-2×μ×ξ/r×l)

        (6)

        ξ/r×(x-[x/Δl]×Δl))

        (7)

        (8)

        μ×ξ/r×Δl)

        (9)

        ξ/r×Δl)-1)/(-2×μ×ξ/r×Δl))/n

        (10)

        式中:

        根據(jù)壓制方式,存在如下關(guān)系:

        (11)

        (12)

        (13)

        (14)

        綜上所述,遞增壓制方式在底端致密度與平均致密度2個方面的性能均優(yōu)于單次壓制方式,見圖3。

        4 結(jié) 語

        (1)單次壓制成型的壓胚會存在壓胚密度不均勻的問題,即在底端致密度與平均致密度兩方面問題尤為突出。因此,筆者開展粉末遞增壓制裝置的設(shè)計及其壓制方法的研究。

        (2)粉末遞增壓制裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括上模沖、上模沖液壓桿、前陰模、后陰模、陰模液壓桿、下模沖、脫模板、脫模板液壓桿、陰模液壓桿伺服電機(jī)、上模沖液壓桿伺服電機(jī)、脫模板液壓桿伺服電機(jī)。除此之外,控制電路包括控制芯片、復(fù)位電路、進(jìn)程開關(guān)按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、推板連桿單向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)電路、三極管開關(guān)電路。

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