专利名称：一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料加工领域，具体是指一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法及其装置。
背景技术：
目前国内外对于粉末在压制过程中侧压力的测试，均采用间接测试的方法，如平均侧压力测定法、点测法、电阻应变片测量法等，这些测试方法有一个共同的缺点不能够直接表现和描述粉末在压制过程中的真实受力情况，试验结果误差较大。此外，这些测试方法对模具加工工艺要求很高。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，为描述、分析粉末在压制过程中力的变化而提供一种简单、动态的直接测试粉末压制过程中侧压力的方法及其装置。
一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法，其特征在于将阶梯顶杆自小端始插入开有与阶梯顶杆相配合的内外模腔孔道直至与粉末接触，阶梯顶杆大端通过钢球、顶柱与压力传感器连接或者阶梯顶杆大端通过顶柱与压力传感器连接，侧压力的变化连续、直接地显示在与压力传感器相连的指示仪器上。
实现上述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法的装置，其特征在于它由1～8根阶梯顶杆、开有与阶梯顶杆相配合孔道的内外模腔、压力传感器、指示仪器所组成；自阶梯顶杆的小端始插入与阶梯顶杆相配合的内外模腔孔道，阶梯顶杆大端通过钢球、顶柱与压力传感器连接或者阶梯顶杆大端通过顶柱与压力传感器连接，压力传感器与指示仪器相连接。所述阶梯顶杆分为二阶梯顶杆或三阶梯顶杆，二阶梯顶杆是由大端和小端所组成，三阶梯顶杆是由大端、中端和小端所组成。阶梯顶杆的横截面可以是圆形也可以是方形。如果它是圆形，即为一根圆柱形阶梯状整体，它的小端直径范围为1～5cm，长度与内模腔壁厚相等；三阶梯顶杆的中端或者二阶梯顶杆的大端的长度长于外模腔壁厚，其直径由小端到大端依次变大。
阶梯顶杆的大端和顶柱分别加工有与钢球配合的圆弧面；阶梯顶杆通过钢球、顶柱与压力传感器相连。
阶梯顶杆的小端与内模腔孔道为小间隙配合，阶梯顶杆的中端与外模腔孔道为大间隙配合。装置的内外模腔之间为过盈配合。
阶梯顶杆根据测试所需的根数，均匀分布在内外模腔的不同高度和/或内、外模腔截面的不同角度。也可以根据测试要求确定测试位置。
与现有技术相比，本发明具有如下优点1、本发明为描述、分析粉末在压制过程中侧压力的变化而提供了简单、动态的直接测试侧压力的试验方法及其装置，可以取代目前的粉末压制间接测试法，在很大程度上解决了当前侧压力测试困难的问题，为研究粉末压制过程中不同阶段的致密化以及密度的均匀化提供重要的依据，对提高粉末冶金零件密度，扩大粉末冶金零件的应用范围等方面有重大的意义。
2、本发明通过顶杆将不同高度的侧压力直接传递给压力传感器，并显示在指示仪器上，避免间接测量带来实验结果的偏差。
3、本发明仅有顶杆的小端与粉末接触，接触面积相对小，测出的力可近似看成为沿顶杆中心线同一高度粉末承受的压强，从而达到分层研究侧压力的目的。
4、研究表明，顶杆在测量中的摩擦力较小，每次测量完毕，顶杆可以轻易取出，因此摩擦力可以忽略不计。
5、本发明应用范围广，可用于直接测量不同材料在压制过程中侧压力等的大小。如用于金属粉末，陶瓷粉末和塑料粉末等材料压制过程中侧压力的测试。
6、本发明同时与测试软件相结合，从而获得更高的可靠性、直观性及测力简便等优点。
7、本发明结构简单，制造方便；材料普通，成本低。


图1为一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置主视结构示意图。
图2为图1俯视结构示意图。
图3为图1中I部分的放大示意图。
图4为有钢球连接的三阶梯顶杆结构示意图。
图5为有钢球连接的二阶梯顶杆结构示意图。
图6为无钢球连接的二阶梯顶杆结构示意图。
图7为无钢球连接的二阶梯顶杆结构示意图。
图8为实施例2阶梯顶杆分布示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1如图1、图2所示，实现一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法的装置，是由4根圆柱形三阶梯顶杆6、开有与三阶梯顶杆6相配合孔道的内外模腔8、7、压力传感器3、指示仪器所组成；圆柱形阶梯顶杆6是关键部分，如图4所示的三阶梯顶杆，它是一个由大端17、中端16、小端15所组成的圆柱形阶梯状整体。图3是阶梯顶杆6与内外模腔8、7的配合示意图，插入内模腔8、长度与内模腔8壁厚相等的为阶梯顶杆小端15，插入外模腔7、长度略长于外模腔7壁厚的为阶梯顶杆中端16，加工有与钢球5配合的圆弧面为阶梯顶杆大端17；阶梯顶杆6的大端17通过钢球5和加工有与钢球5配合的圆弧面顶柱4相连，顶柱4的另一端与压力传感器3连接，压力传感器3与指示仪器相连接。阶梯顶杆6的小端15直径范围为1～5cm，小、中、大端直径依次变大，阶梯顶杆6的小端15与内模腔8孔道为小间隙配合，顶杆6的中端16与外模腔7孔道为大间隙配合。内外模腔之间为过盈配合。阶梯顶杆6可以在1～8根的范围内根据测试所需选用，均匀分布在内外模腔的不同高度和/或内、外模腔截面的不同角度。如图2所示，是一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置俯视图即为4根阶梯顶杆的分布示意图。4个阶梯顶杆6，成90°均匀分布在模具的不同高度上，用于测试不同高度粉末压制过程中侧压力的动态变化情况。阶梯顶杆6的小端15插入开有与阶梯顶杆相配合的内外模腔8、7孔道直至与粉末13接触，阶梯顶杆6大端通过钢球5、顶柱4与压力传感器3间接连接，侧压力的变化连续、直接地显示在与压力传感器3相连的指示仪器上。
阶梯顶杆6的大端17通过钢球5与压力传感器3间接连接，这是因为，考虑到材料的刚度，采用阶梯形可以尽可能地减少阶梯顶杆6在压制过程中的变形量，同时也考虑到便于阶梯顶杆6以及与其相配合的内、外模腔8、7上的孔道的加工。阶梯顶杆小端15与内模腔8的孔道采用小间隙配合，即要使阶梯顶杆与模具间有润滑油，又要减少粉末进入间隙内，使摩擦力减小。另外，为了避免因接触面积过大引起测量层范围增大而造成误差的增加。阶梯顶杆6小端15采用小直径，这样与粉末的接触面积也小，从而可近似看作测量顶杆中心线层的侧压力，本实施例小端15直径为1cm，长度与内模腔8壁厚相等。而中端16与外模腔7则采用大间隙配合，这样刚度好，变形少，从而使得侧压力的传递更均匀，误差更小。阶梯顶杆6中端16长度略长于外模腔7壁厚。阶梯顶杆6的大端17加工有与钢球5配合的圆弧面，并通过钢球及加工有与钢球5配合的圆弧面的顶柱4和压力传感器3连接。另外考虑到阶梯顶杆6在运动的过程中与模壁的摩擦，在阶梯顶杆的制造中采用研磨小端的处理方法，使间隙减小。同时，在测力操作过程中可在其表面涂上一层润滑剂，如机油、PTFE等，使摩擦系数减小，从而更加准确地测量侧压力的大小。图1中9为上模冲；10为螺栓；11为压紧块；12为加热板；14为下模冲。
当粉末13压缩时，由于粉末13的相互挤压作用，压坯向侧面膨胀，根据力的传递原理，它所产生的侧压力通过阶梯顶杆6的小端15向外传递。由小端15、中端16到大端17，通过钢球5、固定在压力传感器3上的顶柱4传递至压力传感器3。顶柱4的一端与大端17的一端一样加工有与钢球相配合的圆弧面，这样，在调试过程中钢球5可以起着对中的作用，即使阶梯顶杆6中心线与压力传感器3中心线保持在同一直线上。而压力传感器3通过螺栓1固定在支撑板2上，并使支撑板2有足够的空间用于压力传感器3的中心对中调节。这样，最终传递到压力传感器3的侧压力的大小连续、直接地显示在终端指示仪器上。
实施例2如图8所示，阶梯顶杆6为7根，并成51°25′43″均匀分布在模具不同高度上；顶杆6小端15直径为2cm，也可以3cm或4cm或5cm。其余的实施方式均与实施例1一样。
实施例3一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置可以是二阶梯顶杆，如图5所示，它是由大端17、小端15所组成。插入内模腔8、长度与内模腔8壁厚相等的为二阶梯顶杆小端15，插入外模腔7、长度略长于外模腔7壁厚，并加工有与钢球5配合的圆弧面为二阶梯顶杆大端17；二阶梯顶杆6的大端17通过钢球5和加工有与钢球5配合的圆弧面顶柱4相连，顶柱4的另一端与压力传感器3连接，压力传感器3与指示仪器相连接。其余的实施方式均与实施例4如图6、图7分别为无钢球连接的二、三阶梯顶杆。阶梯顶杆大端17为平面，通过端面也为平面的顶柱4与压力传感器3连接。这种状态要求阶梯顶杆大端17的端面与阶梯顶杆6中心线的垂直度以及顶柱4端面和顶柱的中心线的垂直度均达到7级垂直度以上时，可避免引起顶杆倾斜，即可满足测试条件。这样侧压力的变化也可以连续、直接地显示在与压力传感器3相连的指示仪器上。其余的实施方式均与实施例1、2和3一样。
实施例5一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置无论采用二阶梯顶杆或三阶梯顶杆的方式，它的横截面还可以是方形的。其余的实施方式均与实施例1、2、3和4一样。
权利要求
1.一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法，其特征在于将阶梯顶杆自小端始插入开有与阶梯顶杆相配合的内外模腔孔道直至与粉末接触，阶梯顶杆大端通过钢球、顶柱与压力传感器连接或者阶梯顶杆大端通过顶柱与压力传感器连接，侧压力的变化连续、直接地显示在与压力传感器相连的指示仪器上。
2.实现权利要求1所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法的装置，其特征在于它由1～8根阶梯顶杆(6)、开有与阶梯顶杆(6)相配合孔道的内外模腔(8、7)、压力传感器(3)、指示仪器所组成；自阶梯顶杆(6)的小端(15)始插入与阶梯顶杆(6)相配合的内外模腔孔道，阶梯顶杆(6)的大端(17)通过钢球(5)、顶柱(4)与压力传感器(3)相连或者阶梯顶杆(6)大端(17)通过顶柱(4)与压力传感器(3)连接，压力传感器(3)与指示仪器相连接。
3.根据权利要求2所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置，其特征在于所述阶梯顶杆(6)为二阶梯顶杆或三阶梯顶杆，二阶梯顶杆(6)是由大端(17)和小端(15)所组成，三阶梯顶杆(6)是由大端(17)、中端(16)、小端(15)所组成。
4.根据权利要求2或3所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置，其特征在于阶梯顶杆(6)是一圆柱形阶梯状的整体，它的小端(15)直径范围为1～5cm，长度与内模腔(8)壁厚相等；三阶梯顶杆的中端(16)或者二阶梯顶杆的大端(17)的长度长于外模腔(7)壁厚，其直径由小端到大端依次变大。
5.根据权利要求2或3所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置，其特征在于阶梯顶杆(6)的大端(17)和顶柱(4)分别加工有与钢球(5)配合的圆弧面；阶梯顶杆(6)通过钢球(5)、顶柱(4)与压力传感器(3)相连。
6.根据权利要求2或3所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置，其特征在于阶梯顶杆(6)的小端(15)与内模腔(8)孔道为小间隙配合，三阶梯顶杆的中端(16)或者二阶梯顶杆的大端(17)与外模腔(7)孔道为大间隙配合。
7.根据权利要求2所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置，其特征在于它的内外模腔(8、7)之间为过盈配合。
8.根据权利要求2或3所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置，其特征在于阶梯顶杆(6)根据测试所需的根数，均匀分布在内外模腔(8、7)的不同高度和/或内、外模腔(8、7)截面的不同角度。
9.根据权利要求2或3所述的一种直接测试粉末压制过程中侧压力的装置，其特征在于阶梯顶杆(6)的横截面为方形。
全文摘要
本发明涉及材料加工领域，具体是指一种直接测试粉末压制过程中侧压力的方法及其装置。该装置由1～8根阶梯顶杆、开有与阶梯顶杆相配合孔道的内外模腔、压力传感器及指示仪器所组成。阶梯顶杆的大、中、小端为阶梯状的一个整体，自阶梯顶杆小端始，插入开有与阶梯顶杆相配合的内外模腔孔道直至与粉末接触，阶梯顶杆大端通过或不通过钢球，然后与顶柱及压力传感器连接，侧压力的变化连续、直接地显示在与压力传感器相连的指示仪器上。本发明提供了一种简单、动态的直接测试粉末压制过程中侧压力的方法及其装置，可以取代目前的粉末压制间接测试法，避免了间接测量带来实验结果的偏差，且结构简单，制造方便；材料普通，成本低。
文档编号G01L19/08GK1632493SQ20041007752
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者陈维平, 李元元, 屈盛官, 周照耀, 麦明仁 申请人:华南理工大学