專利名稱：一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種粉末冶金高速壓制設備，具體是指一種基于機械彈簧蓄能的
粉末冶金高速壓制壓力機。
背景技術：
粉末冶金高速壓制技術(high velocity compaction,簡稱HVC)是瑞典冶金粉末 制造商H6ganSs AB和裝備制造商Hydropulsor AB于2001年共同研究開發(fā)的一種粉末冶 金新工藝和新技術。具體來說就是利用重錘高速沖擊產(chǎn)生強大的沖擊波能量在O. 02s內(nèi)將 通過壓模傳遞給模具中的金屬粉末進行致密化，間隔0. 3s的一個個附加的沖擊波可將密 度不斷提高，從而使材料性能更加優(yōu)異，與傳統(tǒng)的粉末壓制技術(例如溫壓，等靜壓)相比， 這種工藝特別適合壓制單臺階面的粉末冶金零件，所形成的產(chǎn)品生胚密度，抗拉強度和屈 服強度等機械性能得到明顯提高，而且生產(chǎn)更加經(jīng)濟化，具備比傳統(tǒng)壓制小的設備生產(chǎn)超 大零件的能力。 目前全世界只有瑞典Hydropulsor AB公司及其合作公司(例如國內(nèi)的南京希 頓東部精密機械有限公司)在生產(chǎn)用于粉末冶金高速壓制的設備。2001年該公司制造 出獨創(chuàng)的液壓沖擊機，解決了長期以來限制HVC技術工業(yè)化應用的設備問題，使該技術 得以全面推廣。目前，該公司已經(jīng)成功開發(fā)出四代HVC壓機，即HYP3522 (100X 103kg)、 HYP3527 (350 X 103kg) 、 HYP35218 (900 X 103kg)和HYP35240 (2000 X 103kg)型壓機，其中 HYP3522型壓機是專門為試驗室設計制造的。新系列壓機不僅能完成高速壓制工藝過程，還 在同一套設備上集成了精整工藝。 瑞典公司制造的上述設備，采用獨特的液壓沖擊結構，并采用超高壓力液壓油，配 備完善和高檔的液壓和氣動系統(tǒng)，其中的大流量液壓閥門控制系統(tǒng)，液壓錘鎖緊等裝置和 技術都已經(jīng)獲得專利保護，但是由于液壓沖擊系統(tǒng)要求苛刻導致管路復雜，零部件眾多導 致體積龐大結構復雜，各零部件加工精度和安裝精度都要求較高導致整機造價昂貴，使其 難以在國內(nèi)粉末冶金行業(yè)中得到廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有液壓高速壓制設備技術復雜和昂貴，不易在國內(nèi) 粉末冶金行業(yè)中廣泛推廣的問題，提供一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓力機。 本實用新型的目的是通過下述技術方案實現(xiàn) —種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機包括機身框架、重錘提升機 構、重錘沖擊機構、錘柄鎖緊釋放機構、機械彈簧及其懸掛件、彈簧套筒及其緊固件、上模沖 托臺和動力機構所組成；沿直線滑動的重錘提升機構、錘柄鎖緊釋放機構、重錘沖擊機構 和上模沖托臺依次串聯(lián)在導桿上；在垂直于導桿方向上，軸銷式傳感器穿過重錘提升機構 的提升件框架中央開設的嵌有傳感器套筒的通孔和錘柄鎖緊釋放機構的掛耳的通孔，并將 軸銷式傳感器的兩端卡入提升件框架的傳感器套筒的通孔、軸銷式傳感器中部卡入掛耳通
3孔；機械彈簧的一端通過彈簧懸掛件倒掛并固定于機身框架的上梁，機械彈簧中段穿有彈 簧套筒，彈簧套筒通過彈簧套筒緊固件固定在重錘提升機構上，機械彈簧的另一端與重錘 沖擊機構的錐筒自由接觸。 所述重錘提升機構是由開有通孔的提升件框架及其嵌入通孔內(nèi)的傳感器套筒，彈 簧套筒及彈簧套筒緊固件、對稱布置且運動方向與導桿軸線平行的動力原件所組成；它們 的聯(lián)接關系如下彈簧套筒通過彈簧套筒緊固件固定在提升架框架上，動力原件與提升件 框架兩端連接。 所述動力原件選用液壓活塞缸。 所述錘柄鎖緊釋放機構是由桿組驅(qū)動的成對的夾鉗、鎖緊釋放件框架、掛耳組成； 它們的聯(lián)接關系如下通過銷釘與桿組聯(lián)接的夾鉗固定在鎖緊釋放件框架內(nèi)，掛耳固定在 鎖緊釋放件框架頂部。
所述重錘沖擊機構由沖擊件框架、沖擊錘頭、錐筒組成；它們的聯(lián)接關系如下沖
擊錘頭穿過沖擊件框架中央通孔并固定，錐筒固定于沖擊件框架的上表面。
所述上模沖托臺由上模沖托臺件框架、上模沖套筒組成；它們的聯(lián)接關系如下
上模沖套筒穿過上模沖托臺件框架中央通孔并固定。 所述提升件框架、鎖緊釋放件框架、沖擊件框架和上模沖托臺件框架在被導桿穿 過處均裝有導套。 所述機身框架由基座、上梁、立柱、導桿、地角螺釘、緊固螺母組成，它們的聯(lián)接關 系如下立柱和導桿的一端分別固定在基座上，另一端分別穿過上梁的通孔后緊固在上梁。 所述機身框架為立式或者臥式。 上述粉末冶金高速壓制壓力機是將氣動、液壓或其他動力機構能量儲蓄在機械 彈簧中，通過一個錘柄鎖緊釋放機構將壓縮彈簧的機械勢能瞬間釋放，驅(qū)動沖擊錘頭達到 10m/s以上的高速度，達到HVC技術在壓制瞬間時的重錘沖擊速度的要求，并將沖擊波通過 上模沖傳遞給金屬粉末顆粒，使其在極短時間內(nèi)致密成形。 本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下突出的優(yōu)點 1、本實用新型提供了一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓力機，適用于生產(chǎn) 體積較小的粉末冶金高速壓制零件，體積小、重量輕、結構簡單、組裝簡便，且性能可靠，克 服了現(xiàn)有液壓高速壓制設備結構復雜的問題。 2、本實用新型整機零部件數(shù)量少，又使用國家標準機械彈簧作為驅(qū)動重錘的動力 源，標準彈簧價格低廉，進一步削減了成本；另外各部件制造及裝配精度要求不高，制造成 本也會進一步降低。與使用復雜液壓回路的液壓沖擊機相比有效地降低成套設備成本，制 造成本僅為現(xiàn)有液壓高速壓制設備的十分之一?？朔爽F(xiàn)有液壓高速壓制設備昂貴的問 題。 3、本實用新型可以根據(jù)加工零件的體積大小和沖擊能量的需要，調(diào)整彈簧的長
度，甚至替換不同規(guī)格的彈簧，在保護模具的同時，也擴大了該壓力機的應用范圍。 4、本實用新型在鎖緊釋放機構的夾鉗松開釋放沖擊錘頭尾部后，整個重錘沖擊機
構沒有任何剛性連接，即可自由沿著導桿向下運動撞擊上模沖。該設計方案的優(yōu)點在于避
免了常見的提升機構和沖擊機構一體化設計導致的沖擊速度緩慢問題，也降低了對整機剛
性和強度的要求。[0022] 5、本實用新型的錘柄鎖緊釋放機構的夾鉗末端與沖擊錘頭尾部凹槽受力處為面 接觸，與其他鎖緊機構采用的多鋼球多點接觸鎖緊方式相比大大提高受力面積，避免了受 力面因長期使用而接觸點應力集中導致的塑性變形，提高了沖擊錘頭和鎖緊釋放機構使用 壽命。 6、綜上所述優(yōu)點，本高速壓制壓力機將易于在粉末冶金行業(yè)中廣泛推廣應用。

圖1為一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機的整體結構示意圖； 圖2為一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機的核心部件組裝示意 圖； 圖3為一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機的軸銷式傳感器安裝 示意圖； 圖4為一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機的工作狀態(tài)示意圖。 圖中1上梁、2提升件框架、3鎖緊釋放件框架、4立柱、5機械彈簧、6沖擊件框架、7 導桿、8基座、9地角螺栓、10緊固螺母、11彈簧套筒、12軸銷式傳感器、13彈簧套筒緊固件、 14沖擊錘頭、15液壓活塞缸、16上模沖、17上模沖托臺件框架、18模具、19掛耳、20夾鉗、21 錐筒、22上模沖套筒、23彈簧懸掛件、24傳感器套筒。
具體實施方式下面結合實施例及附圖進一步詳細描述本實用新型，圖1 圖3所示為本實用新 型的具體實施結構，但本實用新型實施方式不僅限于此。 圖1、2、3所示，本實施例為立式粉末冶金高速壓制壓力機，包括機身框架、重錘提 升機構、重錘沖擊機構、錘柄鎖緊釋放機構、機械彈簧5及其懸掛件、彈簧套筒11及其緊固 件13、上模沖托臺和動力機構液壓活塞缸15所組成。其中，粉末冶金高速壓制壓力機的機 身框架由基座8、上梁1、立柱4、導桿7、地角螺釘9、緊固螺母IO組成，它們的聯(lián)接關系如 下立柱4和導桿7在兩端都有臺階面和螺紋， 一端固定在基座8上，另一端穿過上梁1的 通孔并由緊固螺母10通過螺紋連接。 重錘提升機構由開有通孔的提升件框架2及其嵌入通孔內(nèi)的傳感器套筒24、對稱 布置的四個彈簧套筒11及彈簧套筒緊固件13、對稱且運動方向軸線平行布置的液壓活塞 缸15組成；它們的聯(lián)接關系如下彈簧套筒11通過彈簧套筒緊固件13固定在提升架框架 2上，對稱布置液壓活塞缸15的活塞桿與提升件框架2的兩端通過螺紋固定；所述提升件 框架2由前后兩塊平行的長條方形鋼板和肋板焊接而成，中部空間可以容納錘柄鎖緊釋放 機構的掛耳19。傳感器套筒24根據(jù)軸銷式傳感器12的規(guī)格和尺寸定制。 錘柄鎖緊釋放機構是由鎖緊釋放件框架3、一對夾鉗20、掛耳19等部件組成；它們 的聯(lián)接關系如下對稱布置的夾鉗20通過銷釘固定在鎖緊釋放件框架3內(nèi)部，由桿組驅(qū)動 旋轉(zhuǎn)并與桿組末端通過銷釘連接。掛耳19通過螺栓固定在鎖緊釋放件框架頂部。 重錘沖擊機構由沖擊件框架6、沖擊錘頭14、對稱布置的四個錐筒21組成；它們的 聯(lián)接關系如下沖擊錘頭14穿過沖擊件框架6中央的通孔并用強力螺栓固定，對稱布置的 四個錐筒21通過螺紋聯(lián)接固定于沖擊件框架6上表面。錐筒21的大小和形狀根據(jù)機械彈簧5的尺寸和規(guī)格定制。 上模沖托臺由上模沖托臺件框架17和上模沖套筒22組成。在上模沖托臺件框架 17中央設有通孔并嵌入上模沖套筒22。上模沖16插入上模沖套筒22內(nèi)。上模沖16穿過 上模沖套筒22后另一端插入模具18模腔內(nèi)。上模沖套筒22根據(jù)上模沖16直徑定制。 如圖2所示，互相平行的兩根導桿7依次穿過重錘提升機構的提升件框架2、錘柄 鎖緊釋放機構的鎖緊釋放件框架3、重錘沖擊機構的沖擊件框架6和上模沖托臺件框架17。 在導桿7穿過上述四個框架之處都安裝了與導桿7直徑配套的導套，使四個框架都能沿著 導桿7做直線運動。圖2中為了方便表述鎖緊釋放件框架3上的掛耳19通孔軸線、軸銷式 傳感器12軸線、提升件框架2通孔軸線三根軸線重合，所以特意將鎖緊釋放機構移出并脫 離導桿7，但實際裝配時鎖緊釋放機構是串聯(lián)在導桿7上的。 對稱布置的四根機械彈簧5的上端通過彈簧懸掛件23倒掛并固定于機身框架的 上梁l，彈簧中段穿有彈簧套筒ll，彈簧套筒11通過彈簧套筒緊固件13固定在重錘提升機 構上，機械彈簧5的下端與重錘沖擊機構的錐筒21自由接觸。 如圖2、3所示，在垂直于導桿7方向上，軸銷式傳感器12穿過重錘提升機構的提 升件框架2中央開設的嵌有傳感器套筒24的通孔和錘柄鎖緊釋放機構的掛耳19的通孔， 并將軸銷式傳感器12的兩端卡入提升件框架2的傳感器套筒24的通孔、軸銷式傳感器12 中部卡入掛耳19通孔。在安裝時，可以先將錘柄鎖緊釋放機構的掛耳19切入提升件框架 2中，并使掛耳19通孔與提升件框架2的傳感器套筒24的通孔軸心對齊，再把軸銷式傳感 器12插入，串起重錘提升機構和錘柄鎖緊釋放機構。 軸銷式傳感器12在測量到由彈簧壓縮產(chǎn)生的力后可將位移和力的曲線輸出到外 部計算機中，計算出機械彈簧5儲存的機械勢能，藉此計算出沖擊能量。 以上設計的粉末冶金高速壓制壓力機運行原理如下 本實用新型可以采用氣動、液壓或其他動力機構，將能量儲蓄在機械彈簧中，通過 一個錘柄鎖緊釋放機構將壓縮彈簧的機械勢能瞬間釋放，驅(qū)動沖擊錘頭達到10m/s以上的 高速度，達到HVC技術在壓制瞬間時的重錘沖擊速度的要求，并將沖擊波通過上模沖傳遞 給金屬粉末顆粒，使其在極短時間內(nèi)致密成形。 粉末冶金高速壓制壓力機具體工作過程如下 在錘柄鎖緊釋放機構鎖緊重錘沖擊機構沖擊錘頭14尾部后，液壓活塞缸15進油 并驅(qū)動重錘提升機構上升，同時帶動錘柄鎖緊釋放機構和重錘沖擊機構。在抬升過程中錐 筒21接觸機械彈簧5端面并壓縮機械彈簧5，當錐筒21的錐形外表面與機械彈簧5彈簧絲 內(nèi)圈螺旋面接觸時，會調(diào)整四根機械彈簧5各自的端面圓心位置，使各機械彈簧5軸線與導 桿7軸線平行。在壓縮彈簧過程中，彈簧受力會發(fā)生側(cè)向彎曲，彈簧套筒11及其緊固件13 可以有效減少側(cè)向彎曲的程度，并保證彈簧的穩(wěn)定性。錘柄鎖緊釋放機構釋放了沖擊錘頭 14后，彈簧驅(qū)動沖擊件框架6帶動固定其上的沖擊錘頭14撞擊上模沖16，使撞擊瞬間上模 沖16順利將沖擊能量傳遞給模具18的模腔內(nèi)的金屬粉末。上模沖托臺件框架17和上模 沖套筒22都是用于扶正上模沖16，使上模沖16插入模具18內(nèi)。 圖4是粉末冶金高速壓制壓力機的四種工作狀態(tài)示意圖。為了方便說明，特意剖 開鎖緊釋放裝置和隱藏了部分前端零部件。圖中A、B、C和D分別為模具18內(nèi)裝粉后的初 始工位、鎖緊工位、提升工位和沖擊工位。
6[0044] 初始工位 設備模具18模腔中裝滿金屬粉末，重錘沖擊機構的沖擊錘頭14自由壓在上模沖 16上。
鎖緊工位 此時液壓活塞缸15泄油，重錘提升機構下降，重錘沖擊機構的沖擊錘頭14尾部通 過桿組驅(qū)動鎖緊釋放件框架3內(nèi)部的夾鉗20合攏夾緊沖擊錘頭14尾部，夾鉗20末端突出 形狀剛好契入沖擊錘頭14尾部凹槽。
提升工位 此時液壓活塞缸15進油，驅(qū)動液壓活塞桿舉升起重錘提升件框架2，帶動沖擊件 框架6的沖擊錘頭14上升，并使沖擊件框架6上的錐筒21接觸并壓縮機械彈簧5。
沖擊工位 重錘提升機構將沖擊錘頭14舉升到指定位置后，通過外力驅(qū)動錘柄鎖緊釋放機 構使夾鉗20松開，在機械彈簧5的彈力驅(qū)使下沖擊件框架6上的錐筒21脫離接觸機械彈 簧端面，重錘沖擊機構高速向下沖擊，帶動沖擊件框架6的沖擊錘頭14劇烈撞擊上模沖16， 將沖擊波傳遞至模具18模腔中的金屬粉末，使之在極短時間內(nèi)致密成形，完成一次高速壓 制過程。 本實用新型的機身框架還可以為臥式。
權利要求一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其特征在于該粉末冶金高速壓制壓力機包括機身框架、重錘提升機構、重錘沖擊機構、錘柄鎖緊釋放機構、機械彈簧及其懸掛件、彈簧套筒及其緊固件、上模沖托臺和動力機構所組成；沿直線滑動的重錘提升機構、錘柄鎖緊釋放機構、重錘沖擊機構和上模沖托臺依次串聯(lián)在導桿(7)上；在垂直于導桿(7)方向上，軸銷式傳感器(12)穿過重錘提升機構的提升件框架(2)中央開設的嵌有傳感器套筒(24)的通孔和錘柄鎖緊釋放機構的掛耳(19)的通孔，并將軸銷式傳感器(12)的兩端卡入提升件框架(2)的傳感器套筒(24)的通孔、軸銷式傳感器(12)中部卡入掛耳通孔；機械彈簧(5)的一端通過彈簧懸掛件(23)倒掛并固定于機身框架的上梁(1)，機械彈簧(5)中段穿有彈簧套筒(11)，彈簧套筒(11)通過彈簧套筒緊固件(13)固定在重錘提升機構上，機械彈簧(5)的另一端與重錘沖擊機構的錐筒(21)自由接觸。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其特 征在于所述重錘提升機構是由開有通孔的提升件框架(2)及其嵌入通孔內(nèi)的傳感器套筒 (24)，彈簧套筒(11)及彈簧套筒緊固件(13)、對稱布置且運動方向與導桿(7)軸線平行的 動力原件所組成；它們的聯(lián)接關系如下彈簧套筒(11)通過彈簧套筒緊固件(13)固定在 提升架框架(2)上，動力原件與提升件框架(2)兩端連接。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其特征 在于所述動力原件選用液壓活塞缸(15)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其特征 在于所述錘柄鎖緊釋放機構是由桿組驅(qū)動的成對的夾鉗(20)、鎖緊釋放件框架(3)、掛耳 (19)組成；它們的聯(lián)接關系如下通過銷釘與桿組聯(lián)接的夾鉗(20)固定在鎖緊釋放件框架 (3)內(nèi)，掛耳(19)固定在鎖緊釋放件框架(3)頂部。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其特征在于所述重錘沖擊機構由沖擊件框架(6)、沖擊錘頭(14)、錐筒(21)組成；它們的聯(lián)接關系如下沖擊錘頭(14)穿過沖擊件框架(6)中央通孔并固定，錐筒(21)固定于沖擊件框架 (6)的上表面。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其特征在于所述上模沖托臺由上模沖托臺件框架(17)、上模沖套筒(22)組成；它們的聯(lián)接關系如下上模沖套筒(22)穿過上模沖托臺件框架(17)中央通孔并固定。
7. 根據(jù)權利要求1或2或4或5或6所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓 制壓力機，其特征在于所述提升件框架(2)、鎖緊釋放件框架(3)、沖擊件框架(6)和上模 沖托臺件框架(17)在被導桿(7)穿過處均裝有導套。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其特征 在于所述機身框架由基座(8)、上梁(1)、立柱(4)、導桿(7)、地角螺釘(9)、緊固螺母(10) 組成，它們的聯(lián)接關系如下立柱(4)和導桿(7)的一端分別固定在基座(8)上，另一端分 別穿過上梁(1)的通孔后緊固在上梁(1)。
9. 根據(jù)權利要求1或5所述的一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機，其 特征在于所述機身框架為立式或者臥式。
專利摘要本實用新型公開了一種基于機械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機。該壓力機包括機身框架、重錘提升機構、重錘沖擊機構、錘柄鎖緊釋放機構、機械彈簧及其懸掛件、彈簧套筒及其緊固件、上模沖托臺和動力機構所組成；沿直線滑動的重錘提升機構、錘柄鎖緊釋放機構、重錘沖擊機構和上模沖托臺依次串聯(lián)在導桿上；在垂直于導桿方向上，軸銷式傳感器兩端穿過并卡入提升件框架通孔，中部穿過并卡入掛耳通孔。本實用新型粉末冶金高速壓力機，適用于生產(chǎn)體積較小的粉末冶金高速壓制零件，體積小、重量輕，結構簡單、組裝簡便；性能可靠，克服了現(xiàn)有液壓高速壓制設備結構復雜、制造成本昂貴的問題，易于在粉末冶金行業(yè)中廣泛推廣應用。
文檔編號B22F3/03GK201519765SQ200920238228
公開日2010年7月7日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權日2009年10月30日
發(fā)明者關航健, 肖志瑜, 邵明 申請人:華南理工大學