[实用新型]一种基于超声振动的半固态金属粉末成形装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及金属粉末微成形加工装置，尤其是涉及一种基于超声振动的半固态金属粉末成形装置。

背景技术

金属粉末成形是一种节能、节材、高效、近净成形、少污染的先进制造技术，在超导材料、纳米材料、生物工程材料、超硬材料等现代高新技术领域中得到广泛的应用。粉末冶金是用金属粉末（或者金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料和功能材料等制品的工艺过程。粉末冶金法制造的产品应用范围十分广泛，从普通机械到精密仪器，从五金工具到大型机械，从电子工业到电机制造，从民用工业到军事工业等领域均能见到粉末成型工艺的身影。粉末冶金工艺过程主要包括装粉、压制、烧结和后处理等过程，其主要特点有：可生产用普通熔炼法无法生存的具有特殊性能的材料，如磁性材料、超导材料、热电材料。储氢材料等；产品的性能一般比普通熔炼法优越；可实现近净成形和自动化批量生产，节约金属材料，降低生产成本等。但传统粉末成形的缺点是工艺复杂、致密性差、制件的性能较差，而且压坯在搬运过程中可能会遭到损坏，影响最终成形零件的质量。

半固态成形是近年来兴起的一种介于铸造和锻造之间的工艺过程，是针对固液共存的半熔化或半凝固金属进行成形加工的工艺方法的总称。金属半固态成形技术可避免液态压铸成形时喷溅、紊流以及卷气等缺点，同时与固态锻造相比，更易于形成微细特征，成形力小，节省能源。因此，和传统成形工业相比，半固态成形具有一系列突出的优点，可用于生产形状复杂、高性能和高精度的微型零部件。半固态粉末成形是将传统粉末冶金法和半固态成形技术相结合的一种新型制造技术。中国发明专利（申请号201210013443.3）公开了一种用于双向压制的半固态金属粉末成形装置，该发明将半固态成形技术和粉末成形相结合，可实现近净成形，减少后续处理，降低生产成本。

超声振动在半固态成形中的应用直至上个世纪90年代才有学者开始探索。Gabathuler等（美国专利第5186236号）首次将超声振动引入到半固态连续铸造中，得到了初晶细小圆整的坯料。超声振动不仅能细化晶粒或得球状晶粒，还可去除坯料中的气体，改善坯料的致密性和均匀性。目前关于超声振动辅助金属微成形的装置和方法的报道已经很多，但还没有关于超声振动应用在半固态金属粉末成形中的报道。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于超声振动的半固态金属粉末成形装置，不仅将粉末成形和半固态成形技术相结合，还将超声振动应用于半固态金属粉末二次加热过程中，可有效抑制晶粒长大，细化晶粒，提高坯料微观结构均匀性和致密性，可提高成形零件的机械性能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

水平放置的成形套筒下端焊接成形套筒底板，成形套筒底板与底座联接，支撑板通过底座四角上的支撑杆安装在成形套筒的正上方，导料管的一端与支撑板连接，导料管的另一端与成形套筒连接，坩埚放置在支撑板上，坩埚内的倾斜端出口与支撑板上的导料管连通，塞杆和热电偶分别从坩埚上端插入坩埚内，塞杆与倾斜端出口同轴安装，坩埚外绕有感应线圈，超声变幅杆的一端压在坩埚上表面，超声变幅杆的另一端通过法兰盘与升降板的一端联接，超声换能器同轴安装在超声变幅杆的另一端上，升降板的另一端与升降杆滑动连接，开口朝向升降杆一端的成形套筒的孔内装有冲头，成形套筒轴向装有第一加热棒和第一热电偶，冲头径向装有第二加热棒和第二热电偶，超声换能器与超声发生器连接，感应线圈、第一加热棒、第二加热棒、第一热电偶和第二热电偶均与温度控制器连接。

所述超声换能器1为压电式换能器，压电陶瓷材料为PZT-4，所述超声发生器3为型号SY-2000的超声波设备专用发生器。

本实用新型具有的有益效果是：

该发明将超声振动应用于半固态金属粉末二次加热过程中，可有效抑制晶粒长大，细化晶粒，提高坯料微观结构均匀性和致密性，可提高成形零件的机械性能；可实现近净成形，减少后续处理，降低生产成本，提高生产效率。

附图说明

图1是本实用新型的装配结构原理图（感应加热过程）。

图2是本实用新型的装配结构原理图（半固态粉末流出过程）。

图3是本实用新型的装配结构原理图（冲压成形过程）。