[发明专利]基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属制造装置及方法，该装置包括供料组件、混合组件、挤压成形组件和发泡定型组件；供料组件包括金属粉末供料单元和发泡剂供料单元，两者相互独立；混合组件包括混合釜和搅拌装置，搅拌装置设置于混合釜中以对混合物料进行搅拌；挤压成形组件包括挤压缸、加压柱、成形部和剪裁部，加压柱设置于挤压缸内，剪裁部通过移动的方式以打开或关闭成形部；发泡定型组件包括上模座、下模座、振动装置、升降装置以及加热装置，上模具和下模具之间设有用于容纳物料的模腔。该装置和方法可以极大地提高了空间利用率、设备利用率以及系统一体化的程度，是一种创新并高效的泡沫金属的生产方式。

技术领域

本发明属于多孔金属材料技术领域，具体涉及一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属的制造装置和方法。

背景技术

在过去十年，全球对轻量化零部件的需求大幅增长。降低汽车零部件的重量不仅可以减少燃油消耗，同时在提速等方面提高了车辆性能；在环保方面，更少的燃油消耗亦降低了空气污染。鉴于过量能源消耗和环境日益恶化都是世界迫切需要解决的关键问题，轻量化设计的汽车以及先进的工业材料将会在未来的市场中大放异彩。为了满足以上社会需求，泡沫金属作为新型材料，因为其优良的性能以及重量体积比，已经在国外开发并使用。而如何简化泡沫金属的制作过程、提高其质量，是目前市场上的重要课题。

作为超轻材料的泡沫金属具有气孔结构，由多于百分之五十总体积的气孔与金属基底构成，这样的复合结构具有高抗压强度和良好的能量吸收能力。泡沫金属的独特结构使其成为汽车行业能量吸收和轻量化设计零部件的完美材料。应用实例包括汽车框架、保险杠、碰撞箱、仪表板、齿轮、消音器甚至发动机零部件。使用泡沫金属作为汽车零部件原材料不仅减轻了重量，还可以凭借材料吸收高冲击能量的能力来改善其安全性。同时，泡沫铝属质轻、阻燃且相对实体材料单位造价低廉，已经成为了最为受关注的新兴金属材料。

在传统粉末冶金制造泡沫金属零部件的方法中，首先将金属粉末与发泡剂混合，然后通过单轴压缩将粉末混合物压实成坯体。坯体最终放置于成形模具内进行热处理，发泡以形成净形状零部件。但此传统过程在技术推广以及成本控制等方面存在众多缺陷，譬如：

1.在进行发泡步骤之前，需要使坯体的几何形状与发泡成形模具内腔几何形状相似，否则容易造成填充不满。将原材料制成此初始几何形状时，需要一套模腔形状与发泡成形模具相似的预成形模具。由于这套额外的预成形模具可能需要复制发泡成形模具中的复杂结构，甚至由于发泡过程的特殊性，两套模具中会有相对应的结构改变。而结构的变化需要进行过程分析、计算机仿真甚至多次实际操作才可以确定，这导致了传统加工工艺复杂且花费高昂。

2.泡沫金属直接进行发泡时，由于压制的粉末零件脆性很高，产生的气体会在零件中产生裂纹，裂纹逐渐扩大之后会形成气体通道，而分解出的气体会从气体通道中快速逸出而难以正常形成泡沫金属。

3.传统工艺需要针对所有不同的零件，进行关于模具设计、预成形过程、发泡过程等环节的参数分析，此类参数基于零件的几何特点以及工艺特点而变化，相互之间难以有经验借鉴。因此每生产一次新零件时，都需要对每一个工序进行研究和模拟，大大提高了成形的复杂度和工作量。

4.涉及系统整合时，两套模具的存在让系统的精简面临着更高的难度，同时发泡系统和可能存在几何精加工系统，使设备的结构更为复杂。因此传统工艺设备组成复杂，分布零散。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于粉末冶金挤压技术并且具有成形质量更高、操作简易、生产效果好且易于工业推广等优点的泡沫金属制造装置及方法

为了达到上述目的，本发明所采用的方案是：

一种基于粉末冶金及挤压技术的泡沫金属制造装置，所述装置包括供料组件、混合组件、挤压成形组件和发泡定型组件。