專利名稱：一種熱壓加工夾具及使用該夾具的熱壓加工方法
技術領域：
本發明屬于熱壓加工技術領域，尤其是涉及ー種適用于移動式加熱爐的熱壓加工夾具及使用該夾具的熱壓加工方法。
背景技術：
熱壓加工通常是指粉體材料的熱壓燒結成型或者層狀材料的擴散連接エ藝，其在高溫作用下同時受壓應カ影響，因激活擴散和蠕變而實現材料的成型制備。目前爐內的熱壓加工方法主要有熱壓鑄造、熱壓燒結、熱壓焊接等，加壓方式有杠桿式和液壓式，加壓裝置均要求速度平緩、保壓恒定、壓カ靈活調節。在爐內進行熱壓加工通常至少需要加熱爐及壓カ施加部件兩個主要裝置，現有的熱壓加工方法因加壓方式較復雜，多適合在靜態熱壓加工爐使用，而壓カ施加位于靜態熱 壓加熱爐內的目前只有熱等靜壓，但此エ藝設備復雜昂貴，生產成本高，而且難以實現自動化連續生產，因此生產效率相對較低,存在較大的使用局限性。雖然在移動式加熱爐(如推桿爐)中進行熱壓加工可實現連續生產，但是目前在移動式加熱爐中進行的熱壓加工通常是常壓加工，得到的加工エ件致密程度與結合強度低，要使加工エ件獲得較高的致密度與結合強度，就必須在加工過程中再次提高加工溫度或再另行施壓以提高加工壓力，這又必然提高了生產成本，降低了生產效率，而且對加工設備也具有更高的要求。中國專利申請公布號CN102389973A，申請公布日2012年3月28日，公開了ー種應用熱膨脹差量的熱壓加工方法，將有熱膨脹差異的施壓壓塊和保壓支架組合為一壓緊裝置，所述的施壓壓塊的熱膨脹系數大于所述的保壓支架的熱膨脹系數，所述的保壓支架采用具有高強高韌較低熱膨脹系數的材料制得，所述的施壓壓塊和所述的保壓支架的高溫屈服軟化溫度大于待加工エ件的熱加工最高溫度，將待加工エ件裝配于所述的施壓壓塊和所述的保壓支架之間，將裝配有所述的待加工エ件的壓緊裝置直接置于高溫爐內即可進行熱壓加工。該熱壓加工方法中的壓緊裝置通過旋轉立柱上的鎖緊螺母對裝置系統施加ー預緊力，由于壓緊裝置具有多根立柱，因此很難保證每根立柱所產生的預緊カ均相等，易造成待加工エ件受カ不均，從而在熱壓加工該工程中造成待加工エ件的致密程度不均及存在較大的厚度差，另外，該熱壓加工方法中與待加工エ件接觸的施壓壓塊為金屬材料制成，金屬材料熱膨脹系數較小，要使待加工エ件獲得較高的致密強度與結合強度，往往需要提高加工溫度使施壓壓塊具有更大的膨脹量或提高預緊カ，這在一定程度上又提高了生產成本，最重要的是，待加工エ件表面一般是不平整的，在該加工方法中的施壓壓塊與待加工エ件之間為剛性面接觸，而金屬材料的壓縮回彈性能幾乎可以忽略不計，因此在升溫前施壓壓塊與待加工エ件不能緊密貼合，待加工エ件表面的受カ均勻性較差，在熱壓加工過程中很容易造成エ件表面存在局部受カ不均或脫空，從而導致エ件的致密均勻性較差
發明內容
本發明為解決現有熱壓加工方法中的待加工エ件表面受カ均勻性較差，在熱壓加エ過程中易造成エ件表面存在局部受カ不均或脫空，導致エ件的致密均勻性較差，エ件厚度差大的問題，提供了一種熱壓加工夾具，該熱壓加工夾具結構簡單，使用方便，能保證待加工エ件表面受カ均勻，制得的エ件致密程度與粘結程度好，厚度差小。本發明還提供了一種熱壓加工方法，該方法利用柔性石墨壓縮后的壓縮回彈性能及高溫狀態下的熱膨脹性能，有效解決了現有的熱壓加工方法生產成本高及對加工設備要求高的問題，エ藝步驟簡單，可操作性強，可實現連續生產，提高生產效率，降低生產成本。為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案
一種熱壓加工夾具，所述熱壓加工夾具包括底板及加壓立柱，所述底板兩側固定連接有受拉側板，所述受拉側板頂端可拆卸連接有蓋板，所述底板、受拉側板與蓋板構成ー框架結構，所述底板上從上往下依次設有壓板、柔性石墨板及墊板，所述加壓立柱穿過蓋板并與蓋板活動配合，加壓立柱下端與壓板固定連接，所述蓋板上設有用于鎖緊加壓立柱的 鎖緊裝置柔性石墨，又稱膨脹石墨，它以鱗片石墨為原料，經化工處理生成層間化合物，在80(Tl00(TC的高溫下，層間化合物變成氣體，使鱗片石墨膨脹200倍左右，其具有耐高溫、柔軟性、回弾性和各向異性等特點，本發明的熱壓加工夾具利用柔性石墨具有良好的壓縮回彈性能及高溫狀態下的熱膨脹性能，使待加工エ件在熱壓前及熱壓加工過程中均能與柔性石墨板保持緊密貼合，待加工エ件在前期裝配預緊后，由于柔性石墨板被壓縮后具有一個回彈力，而且柔性石墨板較為柔軟，因此柔性石墨板能與待加工エ件緊密且均勻地貼合，兩者之間不存在任何間隙，即使熱壓加工夾具在裝爐時發生震動，柔性石墨板依然能與待加工エ件緊密且均勻地貼合，在熱壓過程中，柔性石墨板既有壓縮回彈性能，又由于柔性石墨板具有巨大的膨脹量，同時能起到加壓的作用，在保證與待加工エ件緊密且均勻貼合的同時，能大大提高待加工エ件的致密程度與粘合程度，底板、受拉側板與蓋板構成一框架結構，且蓋板與受拉側板可拆卸連接，均便于墊板、柔性石墨板等エ件的裝配，另外，受拉側板與墊板的接觸面大，整體抗拉性能好，在柔性石墨板發生膨脹時受拉側板，不易發生變形，整個夾具穩定性好，底板上從上往下依次設有壓板、柔性石墨板及墊板，待加工エ件裝配在柔性石墨板與墊板之間，墊板起到調節加工高度的作用，可根據待加工エ件的厚度選擇不同厚度的墊板以滿足實際生產的要求，裝配好待加工エ件后，通過在加壓立柱頂端施加一壓カ使壓板下壓柔性石墨板，待柔性石墨板下壓至一定壓縮量時，通過鎖緊裝置將加壓立柱鎖緊使其與蓋板固定，此時柔性石墨板壓縮并獲得ー預緊力，壓縮后的柔性石墨板具有回彈性能，能與待加工エ件表面緊密且均勻貼合，使待加工エ件表面受カ更為均勻，有效避免待加工エ件表面存在局部受カ不均或脫空的現象，在熱壓加工過程中，柔性石墨板及熱壓夾具的其他構件均會產生熱膨脹，而柔性石墨板的熱膨脹量遠遠大于其他構件的熱膨脹量，因此膨脹的柔性石墨板均會對壓板及待加工エ件產生ー壓應力，而由于受到受拉側板的限制，膨脹石墨板對壓板產生的壓應カ又會轉化成對待加工エ件的壓應力，從而進一歩提高了待加工エ件的致密程度與粘合程度，本發明的熱壓加工夾具利用柔性石墨具有良好的壓縮回彈性能及高溫狀態下的熱膨脹性能，使待加工エ件在熱壓前及熱壓加工過程中均能與柔性石墨板保持緊密均勻貼合且處于受壓狀態，隨著爐溫升高，逐漸膨脹的柔性石墨板又會對待加工エ件產生ー壓應力，因此在熱壓加工過程中無需再通過升溫或另行施壓以提高待加工エ件的致密程度與粘合程度，大大提高了生產效率，降低了生產成本，本發明的熱壓加工夾具結構簡單，使用也非常方便，可直接放置在移動式加熱爐中進行移動熱壓加エ，可實現連續化生產。作為優選，所述柔性石墨板的厚度為200mm。柔性石墨板厚度在200mm—般即可滿足生產要求，太薄使用效果差，太厚則會增加成本。作為優選，所述柔性石墨板外表面設有金屬薄膜或耐高溫涂料層。金屬薄膜與耐高溫涂料層既能起到隔離空氣的作用，以減少或避免柔性石墨塊在高溫狀態下的氧化，提高其使用壽命，還能防止加工過程中エ件與柔性石墨板發生粘結，同時金屬薄膜與高溫涂料具有較好的延展性，在較小厚度的情況下依然能與待加工エ件保持緊密貼合，金屬薄膜可由不銹鋼合金、鎢鋼、銅鎢合金或純金屬等金屬材料制成，耐高溫涂料層由耐高溫隔熱涂料涂覆而成，耐高溫隔熱涂料可選擇如北京志盛威華化工有限公司的ZS-I、ZS-711或ZS-811耐高溫涂料，生產過程中根據加工溫度選擇相應的金屬薄膜或耐高溫涂料。
作為優選，所述金屬薄膜或耐高溫涂料層上與待加工エ件升溫接觸面厚度均為0. ro. 3_。金屬薄膜或耐高溫涂料層上與待加工エ件的接觸面厚度太大，則柔性石墨板的壓縮回彈作用不明顯，導致柔性石墨不能與待加工エ件緊密均勻貼合，待加工エ件表面受カ不均，厚度太薄，又容易破損，因此金屬薄膜與耐高溫涂料層上與待加工エ件的接觸面厚度均選擇為0. ro. 3_，金屬薄膜或耐高溫涂料層上不與待加工エ件接觸的平面厚度無要求。一種熱壓加工方法，先將待加工エ件裝配在熱壓加工夾具中的柔性石墨板與墊板之間，接著在加壓立柱上端通過加壓裝置加壓對柔性石墨板施加ー預緊力，待柔性石墨板壓縮后用鎖緊裝置鎖緊加壓立柱，最后將裝配有待加工エ件的熱壓加工夾具直接置于高溫爐內即可進行熱壓加工。該加工方法只要通過加壓立柱對柔性石墨板施加ー預緊力，使柔性石墨板施壓縮至一定厚度后便可直接將熱壓加工夾具置于高溫爐內進行熱壓加工，無需在熱壓加工過程中再升溫或另行施壓以提高待加工エ件的致密程度，不僅對設備要求低，可操作性強，可實現連續化生產，而且生產效率大大提高，降低了能耗和成本。作為優選，裝配待加工エ件時，在柔性石墨板與待加工エ件、墊板與待加工エ件之間墊設一隔片。隔片可以防止待加工エ件與柔性石墨板、待加工エ件與墊板之間發生粘結，便于加工后的取件。作為優選，所述隔片為石墨紙或金屬箔片。石墨紙與金屬箔片易于取得，耐高溫且柔軟性好，壓緊時能與待加工エ件緊密均勻貼合。作為優選，所述石墨紙或金屬箔片的厚度均為0. ro. 3mm。理論上隔片厚度越小越好，但石墨紙與金屬箔片厚度過小，易于破碎，且不易制得；厚度太大，柔性石墨板的壓縮回彈作用不明顯，易造成待加工エ件表面受カ不均，因此石墨紙與金屬箔片的厚度均優選為
0.1^0. 3mm。作為優選，待柔性石墨板厚度壓縮至原厚度的95、8%時鎖緊加壓立柱。柔性石墨板厚度壓縮至原厚度的95、8%就能保證柔性石墨板與待加工エ件表面的緊密均勻貼合，柔性石墨的壓縮回彈性能與外加載荷大小有夫，隨外加壓カ的増大，柔性石墨的壓縮量增大，回彈性能降低，因此壓縮量太大或太小，則均不能使柔性石墨板與待加工エ件表面的緊密貼合。因此，本發明具有如下有益效果(1)本發明的熱壓加工夾具能保證待加工エ件表面受カ均勻，可有效避免待加工エ件表面存在局部受カ不均或脫空的現象；
(2)結構簡單，使用方便，穩定性好；
(3)通過本發明的熱壓加工方法制得的エ件致密程度與粘結程度好，厚度差小；
(4)大大提聞生廣效率提尚，降低能耗與成本；
(5)設備要求低，可操作性強，可實現連續化生產。
圖I是本發明熱壓加工夾具的一種結構示意圖。
圖中底板I，蓋板2，加壓立柱3，受拉側板4，壓板5，柔性石墨板6，墊板7，鎖緊裝置8，待加工エ件9，隔片10。
具體實施例方式下面通過附圖結合具體實施例對本發明的技術方案作進ー步的具體說明。實施例I
如圖I所示的一種熱壓加工夾具，熱壓加工夾具包括底板I、蓋板2、加壓立柱3及受拉側板4，受拉側板4焊接固定在底板I兩側，蓋板2通過螺栓固定在受拉側板4頂端，底板
I、受拉側板4與蓋板2構成ー框架結構，底板I上從上往下依次放置有壓板5、柔性石墨板6及墊板7,柔性石墨板6的厚度為Imm,且柔性石墨板6外表面包裹有由W80銅鶴合金制成的金屬薄膜，金屬薄膜上與待加工エ件9的接觸面厚度為0. 1mm，加壓立柱3穿過蓋板2并與蓋板2活動配合，加壓立柱3下端與壓板5焊接，蓋板2上固定連接有用于鎖緊加壓立柱3的鎖緊裝置8，鎖緊裝置8為楔形鎖緊裝置[詳見趙殿華趙澤超李蘭英，楔形鎖緊裝置的設計，《工程機械》，2008，39 (10)，40-45頁]，故發明人在此不做贅述。使用該熱壓加工夾具的熱壓加工方法先將待加工エ件9放置在柔性石墨板6與墊板7之間，并且柔性石墨板6與待加工エ件9、墊板7與待加工エ件9之間墊ー張隔片10，待加工エ件9為羥基磷灰石粉末，隔片10為厚度為0. Imm的石墨紙，然后裝配加壓立柱3與蓋板2，再在加壓立柱3上端通過液壓機加壓對柔性石墨板6施加ー預緊力，待柔性石墨板6的厚度壓縮至原厚度的95%時用鎖緊裝置8鎖緊加壓立柱3，最后將裝配有待加工エ件9的熱壓加工夾具放在小車上后直接推入推桿爐中進行熱壓加工，得到致密度為98. 5%的羥基磷灰石工件。實施例2
本實施例中熱壓加工夾具的結構與實施例I相同，故不在此贅述，不同之處是，熱壓加エ夾具中的柔性石墨板6厚度為200_，柔性石墨板6外表面涂覆有耐高溫涂料層(ZS-711耐高溫涂料，北京志盛威華化工有限公司)，耐高溫涂料層上與待加工エ件9的接觸面厚度
為0. 2臟。使用該熱壓加工夾具的熱壓加工方法先將待加工エ件9放置在柔性石墨板6與墊板7之間，并且柔性石墨板6與待加工エ件9、墊板7與待加工エ件9之間墊ー張隔片10，待加工エ件9為Mg-Al合金粉，隔片10為厚度為0. 3mm的W70銅鎢合金薄片，然后裝配加壓立柱3與蓋板2，再在加壓立柱3上端通過液壓機加壓對柔性石墨板6施加ー預緊力，待柔性石墨板6的厚度壓縮至原厚度的96%時用鎖緊裝置8鎖緊加壓立柱3，最后將裝配有待加工エ件9的熱壓加工夾具放在小車上后直接推入推桿爐中進行熱壓加工，得到致密度為99. 5%的Mg-Al復合材料。實施例3
本實施例中熱壓加工夾具的結構與實施例I相同，故不在此贅述，不同之處是，熱壓加エ夾具中的柔性石墨板6厚度為100_，柔性石墨板6外表面涂覆有耐高溫涂料層(ZS-I耐高溫涂料，北京志盛威華化工有限公司)，耐高溫涂料層上與待加工エ件9的接觸面厚度為0. 3mmo使用該熱壓加工夾具的熱壓加工方法先將待加工エ件9放置在柔性石墨板6與墊板7之間，并且柔性石墨板6與待加工エ件9、墊板7與待加工エ件9之間墊ー張隔片10，待加工エ件9為Fe-Al合金粉，隔片10為厚度為0. 2mm的石墨紙，然后裝配加壓立柱3與 蓋板2，再在加壓立柱3上端通過液壓機加壓對柔性石墨板6施加ー預緊力，待柔性石墨板6的厚度壓縮至原厚度的98%時用鎖緊裝置8鎖緊加壓立柱3，最后將裝配有待加工エ件9的熱壓加工夾具放在小車上后直接推入推桿爐中進行熱壓加工，得到致密度為99. 2%的Fe-Al復合材料。從上述實施例可以看出，通過本發明制得的エ件致密度均在99. 5%以上，說明本發明的熱壓加工夾具能保證待加工エ件表面受カ均勻，可有效避免待加工エ件表面存在局部受カ不均或脫空的現象，得到的エ件表面較為平整，致密程度與粘結程度好，厚度差小。本發明中的柔性石墨板在靜態熱壓加工爐同樣適用，只要在將柔性石墨板放置在待加工エ件上，再對柔性石墨板施加一預緊カ使柔性石墨板壓縮產生一個回彈力即可進行熱壓加工，其原理及效果與在動態爐中進行熱壓加工相同。本發明的上述實施例都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，應當理解，對本發明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發明保護范圍。
權利要求
1.一種熱壓加工夾具，其特征在干，所述熱壓加工夾具包括底板及加壓立柱，所述底板兩側固定連接有受拉側板，所述受拉側板頂端可拆卸連接有蓋板，所述底板、受拉側板與蓋板構成ー框架結構，所述底板上從上往下依次設有壓板、柔性石墨板及墊板，所述加壓立柱穿過蓋板并與蓋板活動配合，加壓立柱下端與壓板固定連接，所述蓋板上設有用于鎖緊加壓立柱的鎖緊裝置。
2.根據權利要求I所述的ー種熱壓加工夾具，其特征在于，所述柔性石墨板的厚度為I 200mmo
3.根據權利要求I或2所述的ー種熱壓加工夾具，其特征在于，所述柔性石墨板外表面設有金屬薄膜或耐高溫涂料層。
4.根據權利要求3所述的ー種熱壓加工夾具，其特征在于，所述金屬薄膜或耐高溫涂料層上與待加工エ件的接觸面厚度均為0. ro. 3mm。
5.ー種使用如權利要求I所述的熱壓加工夾具的熱壓加工方法，其特征在于，先將待加工エ件裝配在熱壓加工夾具中的柔性石墨板與墊板之間，接著將加壓立柱穿過蓋板并及將蓋板固定在受拉側板上，然后在加壓立柱上端加壓對柔性石墨板施加ー預緊力，待柔性石墨板壓縮后用鎖緊裝置鎖緊加壓立柱，最后將裝配有待加工エ件的熱壓加工夾具直接置于高溫爐內進行熱壓加工。
6.根據權利要求5所述的熱壓加工方法，其特征在干，裝配待加工エ件吋，在柔性石墨板與待加工エ件、墊板與待加工エ件之間墊設一隔片。
7.根據權利要求6所述的熱壓加工方法，其特征在于，所述隔片為石墨紙或金屬箔片。
8.根據權利要求7所述的熱壓加工方法，其特征在于，所述石墨紙或金屬箔片的厚度均為0. I 0. 3mm。
9.根據權利要求5或6或7或8所述的熱壓加工方法，其特征在于，待柔性石墨板厚度壓縮至原厚度的95、8 時鎖緊加壓立柱。
全文摘要
本發明公開了一種熱壓加工夾具，它包括底板及加壓立柱，所述底板兩側固定連接有受拉側板，所述受拉側板頂端可拆卸連接有蓋板，所述底板、受拉側板與蓋板構成一框架結構，所述底板上從上往下依次設有壓板、柔性石墨板及墊板，所述加壓立柱穿過蓋板并與蓋板活動配合，加壓立柱下端與壓板固定連接，所述蓋板上設有用于鎖緊加壓立柱的鎖緊裝置。本發明還公開了一種熱壓加工方法將待加工工件裝配在上述熱壓加工夾具的柔性石墨板與墊板之間，并使柔性石墨板壓縮后將裝配有待加工工件的熱壓加工夾具直接置于高溫爐內進行熱壓加工。本發明具有效避免待加工工件表面存在局部受力不均或脫空的現象；制得的工件致密程度與粘結程度好，厚度差小等有益效果。
文檔編號F27D5/00GK102853676SQ201210272050
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者沈偉奇, 張力成 申請人:杭州格拉思康科技有限公司