專利名稱：復(fù)雜形狀陶瓷活塞頂部件的倒置分段熱壓用的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種復(fù)雜形狀陶瓷部件的倒置分段的熱壓用的模具，更確切地說涉及一種例如135機陶瓷絕熱機用陶瓷活塞頂?shù)牡怪梅侄蔚臒釅耗＞?。屬于精?xì)陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80-90年代興起的陶瓷熱的重要方向之一----陶瓷發(fā)動機的研制，當(dāng)時以美國、日本、德國等先進工業(yè)國，均以極大熱情相繼開展陶瓷發(fā)動機的國家研究計劃，取得一些進展，推動了精細(xì)陶瓷的研究。我國在“八五”“九五”期間相繼將該研究列入國家級科研攻關(guān)項目。在陶瓷部件取代金屬部件的研發(fā)過程中，135機陶瓷絕熱機用陶瓷活塞頂?shù)难兄剖请y度最高、最有代表性的部件。這是因為第一它的工況條件十分苛刻，使用溫度850度且處于高速(1500r/min)和處于溫度劇烈變化從而導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力變化。第二活塞頂?shù)男螤顝?fù)雜(如圖1所示)，尺寸較大(以135機為例，該活塞頂?shù)淖畲筇幊叽鐬橹睆?35mm)，欲制備密度各處相同，尤其是圖1中活塞頂?shù)捻敳客钩霾课坏拿芏?，由于成型原因等易造成密度不勻。然而，這凸出部位在實際使用中正是受力最為苛刻區(qū)域，活塞頂?shù)膿p壞往往是發(fā)生在此凸出部位。
該代表性的部件，若用現(xiàn)有或一般陶瓷燒成方法例如干壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或澆注成型再燒結(jié)均不可能解決問題。能否用逆向思維的方式，將活塞頂?shù)捻敳客钩霾课辉跓釅簾Y(jié)過程中有意識的倒置，即將活塞頂?shù)捻敳客钩霾课晦D(zhuǎn)變成凹部位，并在高溫時有意識的控制加壓過程，僅可能促使材質(zhì)向凹低部位流，以解決活塞頂?shù)捻敳客钩霾课坏拿芏炔粍騿栴}。于是引導(dǎo)出本發(fā)明的倒置分段的熱壓制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種陶瓷活塞頂?shù)怪梅侄螣釅河媚＞?，以解決現(xiàn)有技術(shù)不能燒制成體積密度高而均勻分布的陶瓷活塞頂?shù)闹苽洹?br> 本實用新型的目的是通過下述方案實施的一、倒置的作用在陶瓷部件制備中，通常是以部件的底部作為制備部件的底來考慮的。而活塞頂使用中的頂部凸出部位的密度至關(guān)重要。設(shè)計成倒置方法在制備中使其變成凹部位，非常有利于活塞頂?shù)捻敳克嘏髅芏鹊奶岣咭约霸诟邷丶訅哼^程中有利于材質(zhì)向低流。從而確?；钊斖钩霾课坏拿芏燃捌洳牧狭W(xué)性能。
二、分段熱壓的作用實現(xiàn)分段熱壓，主要是針對陶瓷部件的尺寸精確計算、設(shè)計、加工石墨模具以及按操作程序正確安裝原料、石墨模具部件，才能在分段熱壓過程中得以實現(xiàn)。本實用新型提供的倒置分段熱壓石墨模具分別由模芯、圓柱體、內(nèi)圓環(huán)、外模套、下壓塊和上壓塊組成。在外模套內(nèi)設(shè)有模芯、圓柱體、內(nèi)圓環(huán)、下壓塊及上壓塊。上、下壓塊、內(nèi)圓環(huán)直徑與模套內(nèi)徑呈滑動配合。其尺寸等于欲壓制的活塞頂?shù)耐鈴?。?nèi)圓環(huán)放置在下壓塊上面，模芯由兩部分組成，一部分為相當(dāng)于活塞頂凸出部份的凹部位，另一部份為圓柱體。這二部份可加工整體加工成一體，也可加工分為兩部份分別加工成平面接觸，無論是整體還是兩部份，這模芯、圓柱體的直徑相當(dāng)于內(nèi)圓環(huán)的內(nèi)徑，兩者也呈動配合。即圓柱體部份能自由進入內(nèi)圓環(huán)，且圓柱體與內(nèi)圓環(huán)的高度相等，上壓塊與模芯之間的空間為粉料所充填。依粉料壓縮比控制調(diào)整上壓塊與模芯之間的距離。分段熱壓的過程，首先，當(dāng)溫度升至指定溫度時，加壓P1(P1＝1/3P3，P3是總壓力)，在P1作用下，石墨模具中內(nèi)圓環(huán)受壓后上移，對部件實施加壓，此時內(nèi)圓環(huán)的截面壓力大于上壓塊(內(nèi)圓環(huán)的截面積小于上壓塊)，內(nèi)圓環(huán)上移速度快于上壓塊的下移速度，促使部件內(nèi)材質(zhì)擠壓向凹低處流。當(dāng)壓力升高至P2時，(P2＝1/2P3)內(nèi)圓環(huán)上移至與圓柱體2平行，整體對部件實施加壓，此時由于模芯1的凹凸不平曲面所致，繼續(xù)促使部件內(nèi)材質(zhì)擠壓向凹低處流。當(dāng)壓力升高至P3時，此時部件整體上下受壓，進一步促使部件內(nèi)材質(zhì)擠壓向凹低處流并促使部件整體緻密化。從而完成對部件的倒置分段的熱壓。(如圖3所示)。由上可知，本發(fā)明提供的制作方法包括二大部分，一是適合于倒置作用的模具，二是分段熱壓工藝。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)通常是以部件的底部作為制備部件的底來考慮的。而本實用新型反而行之。倒置的作用，有利于部件的素坯密度的提高以及在高溫加壓過程中有利于材質(zhì)向低流。
(2)倒置的作用，還可以通過控制原料的量來直接調(diào)節(jié)部件的底部厚度和精加工的磨削量。對陶瓷部件的精加工磨削量控制尤其重要。
(3)通過針對陶瓷部件的尺寸精確計算、設(shè)計、加工的石墨模具中，主要特點是合理、巧妙設(shè)計了模芯、圓柱體、內(nèi)圓環(huán)。模芯、和圓柱體、或加整體加工成一體或分別加工成平面接觸。


圖1135機陶瓷絕熱機用活塞頂示意圖；圖2本實用新型提供陶瓷活塞頂部件倒置分段熱壓用模具的裝配示意圖；圖3為圖2模具加壓過程上壓塊、下壓塊行程的示意圖。
具體實施方式
以135機陶瓷絕熱機用氮化硅陶瓷活塞頂?shù)闹苽錇槔?。?35機陶瓷絕熱機用陶瓷活塞頂?shù)墓r條件十分苛刻，使用溫度850度且處于高速(1500r/min)和處于溫度劇烈變化從而導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力變化?；钊?shù)男螤顝?fù)雜(如圖1所示)，尺寸較大(該活塞頂?shù)淖畲蟪叽鐬橹睆?35mm，制備活塞頂?shù)淖畲蟪叽鐬橹睆?50mm)，欲制備密度均勻以及力學(xué)性能優(yōu)的活塞頂，若用一般陶瓷成型方法例如干壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或澆注成型再燒結(jié)均不可能解決問題。
根據(jù)135機陶瓷活塞頂?shù)某叽缇_計算、設(shè)計、加工石墨模具。設(shè)計的模具裝配如圖2所示，模芯1、圓柱體2、內(nèi)圓環(huán)3、下壓塊5及上壓塊6均設(shè)置在外模套4內(nèi)；上、下壓塊6、5和內(nèi)圓環(huán)3的直徑的模套4的內(nèi)徑呈滑動配合，其尺寸等于欲壓制的活塞頂?shù)耐鈴?；?nèi)圓環(huán)3放置在下壓塊5的上面；模芯1相當(dāng)于欲壓制的活塞頂凸出部分的凹部位；圓柱體2的直徑相當(dāng)于內(nèi)圓環(huán)的內(nèi)徑，兩者呈動配合，且兩者高度相等。該模具的材料勻為石墨材料，選用氮化硅原料。按操作程序正確安裝原料、石墨模具部件，才能實現(xiàn)倒置分段的熱壓。首先，當(dāng)溫度升至指定溫度時，加壓P1(P1＝1/3P3，P3是總壓力)，在P1作用下，石墨模具中內(nèi)圓環(huán)受壓后上移，對活塞頂?shù)纳先嵤┘訅海藭r內(nèi)圓環(huán)的截面壓力大于上壓塊(內(nèi)圓環(huán)的截面積小于上壓塊)，內(nèi)圓環(huán)上移速度快于上壓塊的下移速度，促使活塞頂部件內(nèi)材質(zhì)向凹低處擠壓(即低流)。當(dāng)壓力升高至P2時，(P2＝1/2P3)內(nèi)圓環(huán)上移至與模芯2平行時，整體對活塞頂部件實施加壓，此時由于模芯1的凹凸不平曲面所致，繼續(xù)促使活塞頂部件內(nèi)材質(zhì)擠壓向凹低處流。當(dāng)壓力升高至P3時，此時活塞頂部件整體上下受壓，進一步促使活塞頂部件內(nèi)材質(zhì)擠壓向凹低處流并促使部件整體緻密化。從而完成對活塞頂部件的倒置分段的熱壓。(按圖3所示)運用本實用新型提出的熱壓模具制備135機陶瓷絕熱機用---具有高強度、高韌性、高硬度氮化硅陶瓷活塞頂，在發(fā)動機無水冷，轉(zhuǎn)速1500r/min，最高負(fù)荷為90％，排氣溫度800度工況下，經(jīng)100小時臺架考核試驗后，氮化硅陶瓷活塞頂完好無損，可繼續(xù)試驗。運用本實用新型方案制備的高強度、高韌性、高硬度氮化硅陶瓷活塞頂還在B6135絕熱復(fù)合原理機中試驗，在發(fā)動機無水冷，最高負(fù)荷為100％，(240馬力)排氣溫度850度工況下，臺架試驗結(jié)果優(yōu)良。綜上所述，倒置分段的熱壓是一項制備復(fù)雜形狀陶瓷部件的實用途徑。
權(quán)利要求1.一種復(fù)雜形狀的陶瓷活塞頂部件的倒置分段熱壓用的模具，其特征在于模芯(1)、圓柱體(2)、內(nèi)圓環(huán)(3)、下壓塊(5)及上壓塊(6)均設(shè)置在外模套(4)內(nèi)；上、下壓塊(6、5)和內(nèi)圓環(huán)(3)的直徑與模套(4)的內(nèi)徑呈滑動配合，其尺寸等于欲壓制的活塞頂?shù)耐鈴?；?nèi)圓環(huán)(3)放置在下壓塊(5)的上面；模芯(1)相當(dāng)于欲壓制的活塞頂凸出部分的凹部位；圓柱體(2)的直徑相當(dāng)于內(nèi)圓環(huán)的內(nèi)徑，兩者呈動配合，且兩者高度相等。
2.按權(quán)利要求1所述的復(fù)雜形狀的陶瓷活塞頂部件的倒置分段熱壓用的模具，其特征在于模芯(1)與圓柱體(2)或整體加工成一體或分別加工成平面接觸。
3.按權(quán)利要求1所述的復(fù)雜形狀的陶瓷活塞頂部件的倒置分段熱壓用的模具，其特征在于用于135機陶瓷絕熱機用陶瓷活塞頂，或B6135型絕熱復(fù)合原理機的陶瓷活塞頂?shù)闹圃臁?br> 專利摘要本實用新型涉及一種復(fù)雜形狀陶瓷活塞頂部件的倒置分段熱壓用的模具，其特征在于模芯1、圓柱體2、內(nèi)圓環(huán)3、下壓塊5及上壓塊6均設(shè)置在外模套4內(nèi)；上、下壓塊6、5和內(nèi)圓環(huán)3的直徑與模套4的內(nèi)徑呈滑動配合，其尺寸等于欲壓制的活塞頂?shù)耐鈴?；?nèi)圓環(huán)3放置在下壓塊5的上面；模芯1相當(dāng)于欲壓制的活塞頂凸出部分的凹部位；圓柱體2的直徑相當(dāng)于內(nèi)圓環(huán)的內(nèi)徑，兩者呈動配合，且兩者高度相等。模芯1與圓柱體2或整體加工成一體或分別加工成平面接觸。本實用新型適用于135機陶瓷絕熱機用陶瓷活塞頂，或B6135型絕熱復(fù)合原理機的陶瓷活塞頂?shù)闹圃臁?br> 文檔編號B28B7/00GK2706298SQ20032012240
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者歸林華 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所