[发明专利]模具设计与粉末模铸方法

说明书

技术领域

本发明涉及(例如)用于制备多孔金属结构的方法和装置等等。

背景技术

冷等静压成型是制备近净形粉饼的有效方式。该方法涉及用粉末填充模具以及将充满粉末的模具放入用来将粉末压缩成致密块体(坯体)的压力容器。冷等静压成型常用来压缩金属和空间填料的粉末混合物，其中空间填料在压实之后被移除，以得到多孔金属结构。多孔金属结构被广泛用作整形外科植入物、催化剂载体、骨骼生长基底和过滤器等等。

传统的粉饼制备方法涉及填充组装的模具，模具的内部空间与通过压制填充模具所用的粉末而形成的坯体的形状基本上对应。通过组装的模具的小口注入金属粉末或粉末混合物以填充模具，然后在开始压实前堵上开口。例如，设计用于制备髋臼杯形式的金属结构的模具通常具有特征性的端盖和穹顶，其中穹顶的峰具有孔，通过此孔可以注入粉末以填充模具。填充之后，在开始压制之前用塞子密封模具。

然而，此类常规模具会在许多方面产生不满意的结果。例如，在对填充后的模具施压而形成的坯体中，常常存在尺寸变化；例如就杯状模具而言，杯子的内外半径会随坯体而异。

另一个问题是，通过小孔填充模具并使用塞子密封模具的作法会导致所得的坯体在塞子处存在缺陷。

此外，填充此类模具的方法困难而耗时。通常，在通过开口用尽量多的粉末填充模具之后，将模具封闭并在硬表面上敲打模具，以使粉末尽可能地致密。然后继续填充孔，以加入更多的粉末；重复这一过程，直到模具被尽可能地充满。除了繁琐和耗时外，填充方法还会导致粉末溢出，这会造成浪费并存在工作人员接触溢出的粉末的风险。此外，尽管如此费力，但该方法通常仍会产生填充不完美的模具。

在模具中填入过多粉末会导致模具部件之间形成间隙。要压实填充后的模具可能需要使用水作为压缩介质，这样会导致漏水，尤其是在模具已被过度填充的情况下。漏水会导致无法形成压实的坯体。

常规模具的另一个问题是，反复使用常会导致端盖的轴柄部分比模具的其他部分磨损更为严重。如果轴柄形状因磨损而变化，那么在磨损的模具内制成的坯体会与理想的形状有所偏差。轴柄过度磨损还会导致该部分模具产生裂纹和裂缝。

仍然需要经设计为可克服上述一些或全部问题的模具，并且这种模具能够使压实过程获得一致性和可重复性。

发明内容

在一个方面，本发明提供了模具，其包括基本上凹面的部分和被构造为可移除地连接到基本上凹面的部分的盖部分，其中盖部分和基本上凹面的部分在连接到一起时限定具有三维形状的内部空间，并且其中盖部分包括轴柄，轴柄由基本上刚性的材料形成，并且设置在限定内部空间的盖部分的表面上。

在另一方面，本发明公开了方法，其包括提供具有基本上凹面的部分和被构造为可移除地连接到基本上凹面的部分的盖部分的模具，将金属粉末放入基本上凹面的部分，以及在放入金属粉末之后将盖部分连接到基本上凹面的部分。

本发明还提供了方法，其包括将金属粉末放入模具的基本上凹面的部分以及压紧模具以形成包含金属粉末的坯体，其中模具还包括盖部分，其被构造为可移除地连接到基本上凹面的部分并包括由基本上刚性的材料形成的轴柄。

附图说明

图1示出了根据现有技术的模具组件；

图2提供了根据本发明的端盖的透视图和剖视图；

图3A示出了充满粉末并与端盖分离的示例性基本上凹面的部分；图3B示出了在将粉末放入基本上凹面的部分之后图3A的端盖与基本上凹面的部分的连接方式；

图4提供了分别使用常规模具和根据本发明的模具制备的坯体的照片。

图5提供了分别使用常规模具和本发明的模具制备的毛坯状态部件的尺寸测量值。

图6包括分别使用常规模具和根据本发明的模具制备的坯体的照片。

具体实施方式

结合对构成本公开一部分的附图和实例的下列详细说明，可以更容易地理解本发明。应当理解，本发明不限于本文所描述和/或示出的具体产品、方法、条件或参数，并且本文所用术语仅用于以举例方式描述具体实施例，并不旨在限制受权利要求书保护的本发明。