專利名稱：一種凝膠離心硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)及棒材成型制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金棒材的成型技術(shù)，屬于粉末冶金生產(chǎn)工藝中金屬零部件 制備領(lǐng)域，特別是發(fā)明了一種凝膠離心棒材成型機(jī)，為制備硬質(zhì)合金棒材提供了一種低成 本、易操作、高成品率的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金棒材的生產(chǎn)是通過將硬化合金混合粉末和石蠟基成型劑混煉擠 壓制成的。其中成型劑的含量高達(dá)5-10wt%，并且脫脂困難，脫脂廢品率很高，直接導(dǎo)致硬質(zhì) 合金棒材生產(chǎn)成本提高，所以脫脂工藝成為了硬質(zhì)合金棒材生產(chǎn)的關(guān)鍵領(lǐng)域和問題所在。凝膠注模成型工藝基于傳統(tǒng)的陶瓷制作工藝和有機(jī)化學(xué)知識的結(jié)合，該工藝成型 的生坯強(qiáng)度很高(30MPa)，能直接進(jìn)行機(jī)加工，明顯優(yōu)于其他復(fù)雜形狀陶瓷部件的成型工 藝，這對燒結(jié)后很難加工的陶瓷材料來說非常有益。成型劑采用有機(jī)溶劑溶解的方式加入， 待坯體干燥完成有機(jī)溶劑揮發(fā)后，成型劑的含量只有1_2襯％左右，只要在低溫保溫很容易 脫出干凈，燒結(jié)后不會殘留雜質(zhì)，是一種較為新穎的近凈尺寸原位凝固成型技術(shù)，可制作高 質(zhì)量的、形狀復(fù)雜的部件，所以用凝膠注模方法制備硬質(zhì)合金棒材不存在脫膠的問題。但是凝膠注模成型方法制備的金屬材料存在著空隙率高，強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，所以凝 膠注模的優(yōu)點(diǎn)在于制備陶瓷材料，多孔材料，但是對于制備硬質(zhì)合金材料存在著很多不足， 不能達(dá)到硬質(zhì)合金所需要的密度和強(qiáng)度。凝膠離心成型技術(shù)是利用凝膠注模有機(jī)單體交聯(lián)固化的原理，通過高速離心力實(shí) 現(xiàn)流動漿料在高速離心狀態(tài)下固化成型，即利用離心鑄造方法實(shí)現(xiàn)了漿料的成型和漿料中 殘余氣泡的排除，同時高速離心的情況下可將多于的粘結(jié)劑和殘余的氣體甩出，最后坯體 中剩余的凝結(jié)劑含量小于lwt%，從而解決了凝膠注模制備漿料時固含量難以提高和坯體空 隙率高的難題。另一方面，制備的漿料中加入一定量的聚乙二醇-400或丙三醇增塑劑控制 漿料的粘稠度，并且通過調(diào)節(jié)合理的轉(zhuǎn)速可以防止硬質(zhì)合金分層的情況發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種低成本制備硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)以及棒材的成型技術(shù)， 利用凝膠離心成型技術(shù)能制備出高致密度、高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金棒材?！N凝膠離心硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)包括機(jī)架(1)、模具下底座(2)、高速可調(diào)直流 電機(jī)(3)、連接法蘭盤(4)、成型模具(5)、模具上底座(9)、成型塑料管(8)、料漿澆口(10)、 注料漏斗(11)、漏斗支架(12);成型模具(5)由注料孔(6)和一個或多個成型孔(7)組成；高 速可調(diào)直流電機(jī)(3)與機(jī)架(1)通過螺栓連接，螺栓上安裝有減震彈簧；連接法蘭盤(4)與 高速可調(diào)直流電機(jī)(3)的主軸連接；模具下底座(2)通過螺栓與連接法蘭盤(4)連接；模具 上底座(9 )頂部有料漿澆口( 10 )，模具上底座(9 )和模具下底座(2 )通過螺栓連接，模具上 底座和模具下底座內(nèi)部襯有橡皮密封層，通過橡皮密封層壓緊成型模具(5 )，橡皮密封層起 到固定和密封的作用；一個成型塑料管(8 )放入一個成型孔(7 )中，成型塑料管進(jìn)料口(13 )與成型孔(7)側(cè)壁的進(jìn)料口相通，并由模具下底座(2)和模具上底座(9)壓緊密封固定位 置；注料漏斗(11)與漏斗支架(12)粘合固定，注料漏斗(11)下端通過料漿澆口(10)與注 料孔(6)相連接，在機(jī)架(1)上有插孔(14)，漏斗支架(12)通過機(jī)架(1)上的插孔(14)直 插固定在機(jī)架(1)上。所述的凝膠離心棒材成型機(jī)是由高速可調(diào)直流電機(jī)(3)帶動，轉(zhuǎn)速能在 O^lOOOOrpm 可調(diào)。所述成型模具(5)采用分體設(shè)計(jì)，方便了成型塑料管(8)直接從模具中取出，并且 按照成型孔(7)直徑大小設(shè)計(jì)有多個磨具，可根據(jù)生產(chǎn)需要更換。坯體采用成型塑料管(8)成型，坯體不直接和模具接觸，方便了脫模，并且塑料管 在60°C 10(TC烘烤軟化，坯體很容易從塑料管中取出。凝膠離心成型制備硬質(zhì)合金棒材，采用凝膠注模的方法，利用自行研制的凝膠離 心棒材成型機(jī)成型出硬質(zhì)合金棒材坯體，最終燒結(jié)制備出硬質(zhì)合金棒材，工藝步驟如下
(1)首先將分體的成型模具(5)拼裝放入模具下底座(2)，將制備好的成型塑料管(8) 插入模具的成型孔(7)中，將模具上底座和下底座用螺栓固定，將帶有注料漏斗(11)的漏 斗支架(12)插入機(jī)架(1)的插孔(14)中，注料漏斗(11)的位置對準(zhǔn)料漿澆口(10)的中心；
(2)選用硬質(zhì)合金混合粉作原料，并采用凝膠注模水基或油基凝膠體系制備出漿料， 固體物質(zhì)占漿料體積的4(Γ60%，并控制漿料的固化時間在5 10分鐘；
(3)開啟離心機(jī)，逐漸提高轉(zhuǎn)速至300(T9000rpm，保持離心機(jī)轉(zhuǎn)速，將漿料通過注料 漏斗(11)注入料漿澆口(10)中，漿料注入成型模具(5)中，在離心力的作用下，漿料從注料 孔(6)甩進(jìn)成型孔(7)的成型塑料管(8)中；
(4)繼續(xù)轉(zhuǎn)動離心機(jī)5 10分鐘，停止轉(zhuǎn)動，將成型模具(5)取下分體，將成型塑料管 (8)從成型孔中取出，放入真空干燥箱烘箱60°C 10(TC下干燥廣3小時，去掉軟化的塑料 管，將得到的硬質(zhì)合金坯體在真空干燥箱中60°C 100°C繼續(xù)干燥5 10小時；
(5)將烘干的坯體在真空爐中進(jìn)行脫膠燒結(jié)一體化得到最終制品。本發(fā)明提出了凝膠離心成型制備硬質(zhì)合金棒材，與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金擠壓和凝膠注 模成型技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于
1、與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金擠壓成型相比，首先減少了對設(shè)備的依賴，降低了成本和能耗，傳統(tǒng) 硬質(zhì)合金擠壓成型的粘結(jié)劑含量高，難脫除，廢品率高，凝膠離心成型粘結(jié)劑含量少，而且 都是容易脫除的有機(jī)粘結(jié)劑，不需要進(jìn)行特定的脫膠，只需要真空脫膠一體燒結(jié)就可制備 出高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金棒材；
2、與凝膠注模成型的坯體相比，通過凝膠離心成型技術(shù)多于粘結(jié)劑和殘余氣體得到了 排除從而提高了固含量和坯體密度。


圖1是未放置成型模具的成型機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是成型模具的結(jié)構(gòu)及與底座的裝配示意圖； 圖3是成型模具示意圖
圖4是成型模具橫向剖面圖 圖5是成型機(jī)離心成型部分的安裝過程示意6是成型機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖
機(jī)架(1)、模具下底座(2)、高速可調(diào)直流電機(jī)(3)、連接法蘭盤(4)、成型模具(5)、注料 孔(6)、成型孔(7)、成型塑料管(8)、模具上底座(9)、料漿澆口(10)、注料漏斗(11)、漏斗 支架(12)、成型塑料管進(jìn)料口(13)、插孔(14)。
具體實(shí)施例方式一種凝膠離心硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)包括機(jī)架(1)、模具下底座(2)、高速可調(diào)直流 電機(jī)(3)、連接法蘭盤(4)、成型模具(5)、模具上底座(9)、成型塑料管(8)、料漿澆口(10)、 注料漏斗(11)、漏斗支架(12)；成型模具(5)由注料孔(6)和六個成型孔(7)組成；高速可 調(diào)直流電機(jī)(3)與機(jī)架(1)通過螺栓連接，螺栓上安裝有減震彈簧；連接法蘭盤(4)與高速 可調(diào)直流電機(jī)(3)的主軸連接；模具下底座(2)通過螺栓與連接法蘭盤(4)連接；模具上底 座(9 )頂部有料漿澆口( 10 )，模具上底座(9 )和模具下底座(2 )通過螺栓連接，模具上底座 和模具下底座內(nèi)部襯有橡皮密封層，通過橡皮密封層壓緊成型模具(5 )，橡皮密封層起到固 定和密封的作用；一個成型塑料管(8)放入一個成型孔(7)中，成型塑料管進(jìn)料口(13)與 成型孔(7)側(cè)壁的進(jìn)料口相通，并由模具下底座(2)和模具上底座(9)壓緊密封固定位置； 注料漏斗(11)與漏斗支架(12)粘合固定，注料漏斗(11)下端通過料漿澆口(10)與注料孔 (6)相連接，在機(jī)架(1)上有插孔(14)，漏斗支架(12)通過機(jī)架(1)上的插孔(14)直插固 定在機(jī)架(1)上。實(shí)施實(shí)例1 水基凝膠體系制備(j5 8mmX200mm YGlO硬質(zhì)合金棒材坯體
1、將7ml丙烯酰胺(AM)溶于^ml的去離子水中，加入14滴催化劑N，N，N，N，-四甲 基乙二胺(TEMED)，混合攪拌至全部溶解；
2、稱取514g的YGlO硬化合金混合粉加入到配制好的預(yù)混液中，并加入0.15wt%的分 散劑聚亞乙基亞胺，攪拌混合均勻，制成漿料的流動性好；
3、裝配成型劑，選用相應(yīng)的成型模具，向制備好的漿料中加入14滴引發(fā)劑過硫酸銨， 迅速攪拌，注入成型機(jī)中，保持5000rpm ；
4、將制備的坯體脫模，干燥，坯體相對密度59.4%，密度均勻，無分層現(xiàn)象。實(shí)施實(shí)例2 水基凝膠體系制備Φ 15mmX 200mm硬質(zhì)合金棒材坯體
1、將2細(xì)1丙烯酰胺(AM)溶于98ml的去離子水中，加入48滴催化劑N，N，N，N，-四甲 基乙二胺(TEMED)，混合攪拌至全部溶解；
2、稱取1799g的YGlO硬化合金混合粉加入到配制好的預(yù)混液中，并加入0.15wt%的分 散劑聚亞乙基亞胺，攪拌混合均勻，制成漿料的流動性好；
3、裝配成型劑，選用相應(yīng)的成型模具，向制備好的漿料中加入48滴引發(fā)劑過硫酸銨， 迅速攪拌，注入成型機(jī)中，保持6000rpm ；
4、將制備的坯體脫模，干燥，坯體相對密度59.7%，密度均勻，無分層現(xiàn)象。實(shí)施實(shí)例3 油基凝膠體系制備Φ 8mmX 200mm YGlO硬質(zhì)合金棒材坯體
1、17ml甲基丙烯酸羥乙酯和17ml甲苯的有機(jī)溶液配制成均勻溶液，加入0.15g催化劑 過氧化苯甲酰，混合攪拌至全部溶解；
2、稱取530g的YGlO硬化合金混合粉加入到配制好的預(yù)混液中，并加入0.15wt%的超 分散劑Solsperse-6000，攪拌混合均勻，制成漿料的流動性好；3、裝配成型劑，選用相應(yīng)的成型模具，向制備好的漿料中加入14滴引發(fā)劑過硫酸銨， 迅速攪拌，注入成型機(jī)中，保持5000rpm ；
4、將制備的坯體脫模，干燥，坯體相對密度60.4%，密度均勻，無分層現(xiàn)象。
實(shí)施實(shí)例4 油基凝膠體系制備Φ 15mmX 200mm YGlO硬質(zhì)合金棒材坯體
1、53ml甲基丙烯酸羥乙酯和53ml甲苯的有機(jī)溶液配制成均勻溶液，加入0.53g催化劑 過氧化苯甲酰，混合攪拌至全部溶解；
2、稱取1855g的YGlO硬化合金混合粉加入到配制好的預(yù)混液中，并加入0.15wt%的超 分散劑Solsperse-6000，攪拌混合均勻，制成漿料的流動性好；
3、裝配成型劑，選用相應(yīng)的成型模具，向制備好的漿料中加入49滴引發(fā)劑過硫酸銨， 迅速攪拌，注入成型機(jī)中，保持6000rpm ；
5、將制備的坯體脫模，干燥，坯體相對密度60.5%，密度均勻，無分層現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種凝膠離心硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)，其特征在于成型機(jī)包括機(jī)架(1)、模具下底 座(2)、高速可調(diào)直流電機(jī)(3)、連接法蘭盤(4)、成型模具(5)、模具上底座(9)、成型塑料管 (8)、料漿澆口(10)、注料漏斗(11)、漏斗支架(12);成型模具(5)由注料孔(6)和一個或多 個成型孔(7 )組成；高速可調(diào)直流電機(jī)(3 )與機(jī)架(1)通過螺栓連接，螺栓上安裝有減震彈 簧；連接法蘭盤(4 )與高速可調(diào)直流電機(jī)(3 )的主軸連接；模具下底座(2 )通過螺栓與連接 法蘭盤(4)連接；模具上底座(9)頂部有料漿澆口(10)，模具上底座(9)和模具下底座(2) 通過螺栓連接，模具上底座和模具下底座內(nèi)部襯有橡皮密封層，通過橡皮密封層壓緊成型 模具(5 )，橡皮密封層起到固定和密封的作用；一個成型塑料管(8 )放入一個成型孔(7 )中， 成型塑料管進(jìn)料口(13)與成型孔(7)側(cè)壁的進(jìn)料口相通，并由模具下底座(2)和模具上底 座(9)壓緊密封固定位置；注料漏斗(11)與漏斗支架(12)粘合固定，注料漏斗(11)下端通 過料漿澆口( 10)與注料孔(6)相連接，在機(jī)架(1)上有插孔(14)，漏斗支架(12)通過機(jī)架 (1)上的插孔(14)直插固定在機(jī)架(1)上。
2.權(quán)利要求1所述凝膠硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)，其特征在于所述的高速可調(diào)直流電機(jī) (3 )轉(zhuǎn)速在(TlOOOOrpm可調(diào)。
3.一種采用權(quán)要求1所述的凝膠離心硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)制備硬質(zhì)合金棒材成型的 方法，其特征在于步驟一、首先將分體的成型模具(5)拼裝放入模具下底座(2)，將制備好的成型塑料管 (8)插入模具的成型孔(7)中，將模具上底座和下底座用螺栓固定，將帶有注料漏斗(11)的 漏斗支架(12)插入機(jī)架(1)的插孔(14)中，注料漏斗(11)的位置對準(zhǔn)料漿澆口(10)的中 心；步驟二、選用硬質(zhì)合金混合粉作原料，并采用凝膠注模水基或油基凝膠體系制備出漿 料，漿料中固體物質(zhì)的體積占漿料體積的含量4(Γ60 %，并控制漿料的固化時間在5 10分 鐘；步驟三、開啟離心機(jī)，逐漸提高轉(zhuǎn)速至300(Γ9(ΚΚ) rpm，保持離心機(jī)轉(zhuǎn)速，將漿料通過注 料漏斗(11)注入料漿澆口(10)中，漿料注入成型模具(5)中，在離心力的作用下，漿料從注 料孔(6 )甩進(jìn)成型孔(7 )的成型塑料管(8 )中；步驟四、繼續(xù)轉(zhuǎn)動離心機(jī)5 10分鐘，停止轉(zhuǎn)動，將成型模具(5)取下分體，將塑料管(8) 從成型孔中取出，放入真空干燥箱烘箱60Π00 下干燥廣3小時，去掉軟化的塑料管，將 得到的硬質(zhì)合金坯體在真空干燥箱中60°C 100°C繼續(xù)干燥5 10小時；步驟五、將烘干的坯體在真空爐中進(jìn)行脫膠燒結(jié)一體化得到最終制品。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種凝膠離心硬質(zhì)合金棒材成型機(jī)及棒材成型制備方法，是利用凝膠注模的方法制備硬質(zhì)合金漿料，利用自行研制的凝膠離心棒材成型機(jī)成型。該成型機(jī)由支架(1)、模具下底座(2)、高速可調(diào)直流電機(jī)(3)、連接法蘭盤(4)、成型模具(5)、模具上底座(9)、塑料管(8)、料漿澆口(10)、注料漏斗(11)、漏斗支架(12)組成，其特征在于成型劑的模具采用分體設(shè)計(jì)，由注料孔和成型孔組成，并且由上下底座固定便于更換；并且坯體在塑料管中成型，坯體很容易脫模；成型機(jī)采用立式設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)加料、離心、成型、固化一體化，能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金擠壓成型相比具有粘結(jié)劑含量低、脫膠容易、成品率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B22D13/02GK102133642SQ201110023158
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者方哲成, 楊棟華, 林濤, 石永亮, 羅驥, 邵慧萍, 郝俊杰, 郭志猛, 高學(xué)緒 申請人:北京科技大學(xué)