冷等靜壓技術(shù)簡(jiǎn)述

冷等靜壓技術(shù)簡(jiǎn)介摘要

簡(jiǎn)要介紹了等靜壓技術(shù)的分類及特點(diǎn)，重要介紹了冷等靜壓設(shè)備的構(gòu)造及工作原理。關(guān)鍵詞

等靜壓技術(shù)

冷等靜壓設(shè)備構(gòu)造工作原理1

前言等靜壓技術(shù)是根據(jù)帕斯卡原理開發(fā)出來的一種新型粉體成型和固結(jié)技術(shù)。帕斯卡原理也稱為靜壓傳遞原理，其主要內(nèi)容是，加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地由液體向各個(gè)方向傳遞，也就是說，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓強(qiáng)將以等值同時(shí)傳到各點(diǎn)。等靜壓技術(shù)首先是由美國(guó)西屋燈泡公司于1913年開發(fā)出來的，此后，等靜壓技術(shù)及其應(yīng)用范圍快速發(fā)展，目前已廣泛應(yīng)用于鑄造、原子能、塑料、石墨、陶瓷、永磁體、生物藥物制備、食品保鮮和軍工等領(lǐng)域。2

等靜壓技術(shù)的分類及特點(diǎn)按樣品成型和固結(jié)時(shí)的溫度分類，可將等靜壓技術(shù)分為冷等靜壓、溫等靜壓和熱等靜壓三種。冷等靜壓技術(shù)是指在室溫環(huán)境下進(jìn)行的等靜壓成型技術(shù)，通常用橡膠和塑料作包套模具材料，以液體為壓力介質(zhì)，壓力為100~630MPa，主要用于粉末成形。其目的是為下一步燒結(jié)，煅造或熱等靜壓等工序提供預(yù)制品。溫等靜壓技術(shù)一般指壓制溫度不超過500℃的等靜壓成型技術(shù)，使用特殊的液體或氣體傳遞壓力，使用壓力為300MPa左右，主要用于在室溫條件下不能成型的粉體物料（如石墨、聚酰胺、橡膠等）的壓制，以使其能在較高的溫度下制得堅(jiān)實(shí)的坯體。熱等靜壓技術(shù)是一種在高溫和高壓同時(shí)作用下，使物料經(jīng)受等靜壓的工藝技術(shù)，一般采用氬、氨等惰性氣體作為壓力傳遞介質(zhì)，包套材料通常用金屬或玻璃，工作溫度范圍為1000~2200℃，工作壓力范圍100~200MPa。它不僅用于粉體的成型與燒結(jié)，而且還用于工件的擴(kuò)散粘結(jié)，鑄件缺陷的消除，復(fù)雜形狀零件的制作等。作為一種新型的粉體成型與固結(jié)工藝，等靜壓技術(shù)具有以下特點(diǎn)：(1)壓坯密度高。采用等靜壓制備的樣品，其密度一般要比單向和雙向模壓成型的高5～l5%，采用熱等靜壓制備的樣品，相對(duì)密度可達(dá)～％。(2)壓坯密度均勻一致。在模壓成型中，無論是單向，還是雙向壓制，由于粉料與鋼模之間的摩擦阻力的存在及成型壓力在傳遞過程中的遞減，會(huì)出現(xiàn)壓坯密度分布不均現(xiàn)象，這種密度的差異在壓制復(fù)雜形狀制品時(shí)，往往可達(dá)到10%以上。而在等靜壓成型中，樣品在各方向上受力相等，包套與粉料受力收縮大體一致，粉料與包套相對(duì)運(yùn)動(dòng)很小，壓力只有輕微地下降，樣品各部分密度差異＜1%，可認(rèn)為密度分布是均勻的。(3)可制備長(zhǎng)徑比大，形狀復(fù)雜的樣品。因?yàn)榕黧w各處受力一致，密度分布均勻，所以可制作長(zhǎng)徑比大，形狀復(fù)雜的樣品。(4)等靜壓成型工藝，一般不需要在粉料中添加潤(rùn)滑劑，這樣既減少了對(duì)制品的污染，又簡(jiǎn)化了制造工序。(5)等靜壓成型的制品，性能優(yōu)異，且比其他成型方法制得的樣品燒結(jié)溫度低。(6)等靜壓成型工藝的缺點(diǎn)是，工藝效率較低，設(shè)備昂貴。本文著重介紹冷等靜壓技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展情況。3.

冷等靜壓設(shè)備的分類及主要構(gòu)造

冷等靜壓機(jī)的分類冷等靜壓成型分濕袋法和干袋法兩種，相應(yīng)等靜壓機(jī)的結(jié)構(gòu)也略有不同。濕袋法等靜壓圖1為濕袋法等靜壓示意圖。將裝好粉末的模具，直接打入液體壓力介質(zhì)中，和液體相接觸，然后加壓成型，因此稱濕袋法。這種方法可任意改彈性模具的形狀和尺寸，制品靈活性很大，但每次都要進(jìn)行裝袋、卸袋等操作，工序較多，效率難以提高。

裝

模

壓

制圖1濕袋法等靜壓示意圖干袋法等靜壓

圖2為干袋法等靜壓示意圖。干袋法等靜壓機(jī)是一種“雙袋”系統(tǒng)，由一個(gè)“制品袋”（內(nèi)模具）和一個(gè)“主袋”（加壓主模具）組成?！爸鞔笔紫裙潭ㄔ诟變?nèi)，工作時(shí)中不取出，粉末裝入另外的“制品袋”后，再放進(jìn)“主袋”內(nèi)加壓，成型后由活塞帶出缸體。整個(gè)過程中制品袋不與與液體相接觸，因此稱為干袋法成型。這種方法可連續(xù)操作，適用于成批生產(chǎn)，但因加壓主模不能經(jīng)常更換，所以產(chǎn)品規(guī)格受限制。

裝模

加

壓

退

模圖2干袋法等靜壓示意圖

冷等靜壓設(shè)備的構(gòu)造

雖然濕法等靜壓機(jī)和干法等靜壓機(jī)在結(jié)構(gòu)上略有不同，但都主要由彈性模具、超高壓容器、液壓系統(tǒng)和輔助設(shè)備組成，下文以濕法等靜壓設(shè)備為例，對(duì)其構(gòu)造進(jìn)行簡(jiǎn)述。

圖3大型冷等靜壓設(shè)備整體示意圖

圖4小型等靜壓機(jī)示意圖

圖3為大型冷等靜壓設(shè)備整體示意圖，圖4為小型等靜壓機(jī)示意圖。以圖3為例，等靜壓機(jī)的工作過程是，首先將裝有物料的密封彈性模具，置于盛有傳壓介質(zhì)的缸體中，然后閉合上端塞，框架沿導(dǎo)軌底座滑行至缸體正上方，將上端塞壓住。接著，加壓設(shè)備通過缸體底部的高壓油路，對(duì)缸體內(nèi)部傳壓介質(zhì)施加超高壓力，此時(shí)模具內(nèi)的物料受壓成型。經(jīng)一段時(shí)間保壓后，減壓閥開啟，缸體內(nèi)壓力逐漸回復(fù)至常壓，框架后移，上端塞開啟，最后取出成型樣品。彈性模具及傳壓介質(zhì)

彈性模具常用的制備材料有：模用橡膠、浸漬乳膠、聚氯乙烯、硅有機(jī)樹脂、聚氨基甲酸酯等。模具設(shè)計(jì)是等靜壓成型的關(guān)鍵，因?yàn)榕黧w尺寸的精度和致密均勻性與模具關(guān)系密切。將物料裝入模具中時(shí)，其棱角處不易為物料所充填，可以采用振動(dòng)裝料，或者邊振動(dòng)，邊抽真空，效果更好。作為等靜壓系統(tǒng)的傳壓介質(zhì)，應(yīng)選擇對(duì)人體無害、壓縮性小、無腐蝕和與模具相容的液體，一般采用蓖麻油、乳化液、煤油以及煤油和變壓器油的混合液。超高壓容器

高壓容器是的冷等靜壓設(shè)備中的主要設(shè)備，是粉末壓制成型的工作室，必須要有足夠的強(qiáng)度和可靠的密封性。容器缸體的結(jié)構(gòu)主要有螺紋式和框架式兩種。

螺紋式缸體結(jié)構(gòu)：缸體是一個(gè)上邊開口的坩堝狀圓筒體，在外面常裝加固鋼箍，形成雙層缸體結(jié)構(gòu)。工作過程中，內(nèi)筒處于受壓狀態(tài)，外筒處于受拉狀態(tài)。缸筒的上口用帶螺紋的塞頭連接和密封。這種結(jié)構(gòu)制造起來較簡(jiǎn)單，但螺紋易損壞，安全可靠性較差，工作效率較低。為了操作方便，有的設(shè)計(jì)成開口螺紋結(jié)構(gòu)，塞頭裝入后，旋轉(zhuǎn)45°，上端另有液壓壓緊裝置。

框架式缸體結(jié)構(gòu)：主要由圓筒狀缸體和框架組成，圖5為框架式缸體整體示意圖及缸體結(jié)構(gòu)示意圖。首先用機(jī)械性能良好的高強(qiáng)度合金鋼加工出芯筒，然后用高強(qiáng)度鋼絲按預(yù)應(yīng)力要求，纏繞在芯筒外面，形成一定厚度的鋼絲層，使芯筒承受很大的壓應(yīng)力。這樣一來，即使在工作條件下，芯筒也不承受拉應(yīng)力或只承受很小的拉應(yīng)力。筒體內(nèi)的上、下塞是活動(dòng)的，無螺紋連接，工作過程中，缸體的軸向壓力靠框架來承受，這樣就避免了螺紋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中。該缸體結(jié)構(gòu)中的框架為纏繞式結(jié)構(gòu)，是由兩個(gè)半圓形梁和兩根立柱拼合后，用高強(qiáng)度鋼絲預(yù)應(yīng)力纏繞而成?？蚣苁礁左w結(jié)構(gòu)受力合理，抗疲勞強(qiáng)度高，工作安全可靠，對(duì)于缸體直徑大、壓力高的情況，更具有優(yōu)越性。圖5框架式缸體結(jié)構(gòu)示意圖液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由低壓泵、高壓泵和增壓器以及各式閥組成。開始由流量較大的低壓泵供油，達(dá)到一定壓力后，再由高壓泵供油，如壓力再高，則由增壓器來提高油的壓力。圖6增壓器工作原理示意圖

圖6為增壓器工作原理示意圖?；钊赏獠侩姍C(jī)皮帶輪帶動(dòng)在活塞腔內(nèi)做來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥門A1閉合，A2開啟，液體介質(zhì)由A處進(jìn)水口吸入A端液壓腔，同時(shí)，閥門B1開啟，B2閉合，B端液壓腔內(nèi)液體介質(zhì)被壓出，沿油路進(jìn)入工作缸體。同理，當(dāng)活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體介質(zhì)由A端壓入工作缸體，同時(shí)B端吸入液體介質(zhì)。活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓力表監(jiān)測(cè)到缸體內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定壓力值時(shí)，增壓器停止運(yùn)行。輔助設(shè)備

了使等靜壓機(jī)高效率地工作，必須配備輔助設(shè)備。自動(dòng)冷等靜壓機(jī)的輔助設(shè)備主要有開、閉缸蓋系統(tǒng)，模具裝卸、振動(dòng)系統(tǒng)，壓坯、脫模系統(tǒng)，壓力檢測(cè)系統(tǒng)和整機(jī)操作系