本实用新型涉及冷等静压领域，尤其是涉及到一种冷等静压成型中变形均匀、成型质量高的保型模具。
背景技术：
镍基高温合金是指以镍为基体（镍质量分数占50%以上）在600˚c以上能够承受较大复杂应力并具有表面稳定性的合金材料。镍基高温合金由于具有较高的承温能力、良好的抗疲劳性能和较好的抗高温氧化和腐蚀性能而越来越受到材料领域的广泛关注，尤其是在航空航天航海领域，自二十世纪三十年代末期镍基合金首次生产并实用于英国喷气式飞机以来，镍基合金已经成为发动机部件的不可缺少材料。
目前镍基合金成型方法有铸造、锻造、粉末冶金、3d打印等工艺方法，但由于镍基合金的合金化程度高，铸锭偏析问题十分突出，热加工性能差，采用传统的铸-锻工艺很难成型，而3d打印成型的合金由于内部组织的各向异性，导致合金力学性能较差，不能满足目前的使用要求。利用粉末冶金方法制备高温合金，具有成分均匀，无宏观偏析，制件性能稳定，热加工变形性能较好等优点，尤其是粉末冶金中的等静压生产工艺，可以生产复杂形状的部件，因此成为目前镍基合金成型最普遍的使用方法。
等静压技术通常使用静态液体或者惰性气体作为压力介质传递压力，粉末体的成型需要借助模具的使用，模具的结构对粉末最终成型的效果有着直接的影响，模具结构的设计不合理会导致粉末体、尤其是粉末体的轴向发生不规则变形，从而产生裂纹，致密化程度低等缺陷，对产品的力学性能造成很大的影响，最终造成产品的生产率低，材料浪费。
因此，提供一种结构设计合理、冷等静压成型过程中粉末体变形程度均匀、成型质量高的冷等静压保型模具是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够改善粉末体在冷等静压压缩过程中变形均匀性、尤其是轴向变形均匀性的冷等静压保型模具。
为解决上述问题，本实用新型公开了一种冷等静压保型模具，用于镍基高温合金粉末的冷等静压成型，所述冷等静压保型模具，包括：包套，所述包套为两端敞口的空心圆柱形结构；底盘，所述底盘覆盖在所述包套的下侧敞口端；顶盘，所述顶盘覆盖在所述包套的上侧敞口端；固型筒，所述固型筒为两端敞口的空心圆柱形结构，所述固型筒同轴地套设在所述包套内，所述固型筒的环形侧壁沿轴向断开，形成两个相对设置的侧边缘，在所述两个侧边缘之间形成间隙；芯棒，所述芯棒呈圆柱形，所述芯棒同轴地套设在所述固型筒内；夹具，所述夹具夹持在所述的两个侧边缘上，所述夹具覆盖所述间隙。
进一步的：所述顶盘为内部空心的圆环形结构，所述底盘为圆盘形结构，所述芯棒的上端穿过所述顶盘后固定在所述顶盘内，所述芯棒的下端固定在所述底盘上。
进一步的：所述顶盘位于所述包套的上端内侧，所述底盘位于所述包套的下端内侧。
进一步的：所述冷等静压保型模具还包括上卡箍和下卡箍，所述上卡箍环绕在所述包套的上端外侧，所述下卡箍环绕在所述包套的下端外侧。
进一步的：所述包套和顶盘的材质为橡胶；所述芯棒、底盘、固型筒、上卡箍和下卡箍的材质为不锈钢。
进一步的：所述固型筒的下端同轴地贴合于所述底盘的上表面，所述固型筒的环形外表面贴合于所述包套的环形内表面，在所述固型筒与芯棒之间，具有用于容纳所述镍基高温合金粉末的型腔。
进一步的：所述夹具包括分别平行于所述固型筒的轴向延伸的第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂和第二夹持臂相连接。
进一步的：在平行于所述固型筒的轴向上，将所述第一夹持臂和第二夹持臂两侧之间的距离记为h1，将所述第一夹持臂和第二夹持臂中心之间的距离记为h2，则所述h2＞h1。
进一步的：在平行于所述固型筒的轴向上，所述侧边缘的端部连续膨胀。
进一步的：在垂直于所述固型筒轴向的平面上，所述侧边缘的端部横截面具有圆弧形凸起或“y”形凸起。
本申请所述的冷等静压保型模具具有结构简单，冷等静压成型过程中粉末体变形程度均匀，尤其是粉末体轴向受力均匀，变形均匀，产品成型质量高的优点。
附图说明
图1是本实用新型所述冷等静压保型模具的立体结构示意图；
图2是本实用新型所述冷等静压保型模具在另一视角下的立体结构示意图；
图3是本实用新型所述冷等静压保型模具的正视结构示意图；
图4是本实用新型所述冷等静压保型模具的俯视结构示意图；
图5是图3中a-a剖面的剖面结构示意图；
图6是图3中b-b剖面的剖面结构示意图；
图7是本实用新型所述冷等静压保型模具的爆炸图；
图8是本实用新型所述冷等静压保型模具中固型筒的立体结构示意图；
图9是本实用新型所述冷等静压保型模具中夹具的立体结构示意图；
图10是本实用新型所述冷等静压保型模具中固型筒与夹具的装配结构示意图；
图11是本实用新型所述冷等静压保型模具中固型筒与夹具的另一装配结构示意图；
图12是本实用新型所述冷等静压保型模具中固型筒与夹具的装配结构俯视图；
图13是本实用新型所述冷等静压保型模具中固型筒的侧边缘与夹具装配结构局部放大示意图；
图14是本实用新型所述冷等静压保型模具中固型筒的侧边缘与夹具的另一装配结构局部放大示意图；
图15是本实用新型所述冷等静压保型模具中固型筒的侧边缘与夹具的又一装配结构局部放大示意图。
在上述附图中，各标号与结构的对应关系分别为：
1-夹具，11-第一夹持臂，12-第二夹持臂，2-固型筒，21-间隙，22-侧边缘，3-包套，4-底盘，5-芯棒，6-顶盘，7-上卡箍，8-下卡箍。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
如图1~13所示，一种冷等静压保型模具，包括：包套3，所述包套3为两端敞口的空心圆柱形结构；底盘4，所述底盘4覆盖在所述包套3的下侧敞口端；顶盘6，所述顶盘6覆盖在所述包套3的上侧敞口端；固型筒2，所述固型筒2为两端敞口的空心圆柱形结构，所述固型筒2同轴地套设在所述包套3内，所述固型筒2的环形侧壁沿轴向断开，形成两个相对设置的侧边缘22，在所述两个侧边缘22之间形成间隙21；芯棒5，所述芯棒5呈圆柱形，所述芯棒5同轴地套设在所述固型筒2内；夹具1，所述夹具1夹持在所述的两个侧边缘22上，所述夹具1覆盖所述间隙21。
本申请通过在包套3内设置固型筒2，通过固型筒2防止镍基高温合金粉末在冷等静压压缩过程中，由于局部受力不均产生变形，导致冷等静压产品出现裂纹，致密化程度低等缺陷。
具体的，当进行冷等静压压缩时，由于所述固型筒2为不闭合的结构，通过所述沿轴向设置的间隙21，在冷压过程中，该结构可以屏蔽一部分集中应力，调节受力方向，从而缓解镍基高温合金粉末各处的受力不均的现象，使得镍基高温合金粉末各处、尤其是轴向受力均匀，最终所生成的产品成型质量好、合格率高。
进一步的，所述顶盘6为内部空心的圆环形结构，所述底盘4为圆盘形结构，所述芯棒5的上端穿过所述顶盘6后固定在所述顶盘6内，所述芯棒5的下端固定在所述底盘4上，所述芯棒5与底盘4采用一体化设计，使得所述芯棒5与底盘4可免去单独装配，同时避免所述芯棒5在使用过程中产生滑动。
更进一步的，所述顶盘6位于所述包套3的上端内侧，所述底盘4位于所述包套3的下端内侧，以提高所述冷等静压保型模具的密封性，防止金属粉末产生渗漏。
进一步的，所述冷等静压保型模具还包括上卡箍7和下卡箍8，所述上卡箍7环绕在所述包套3的上端外侧，所述下卡箍8环绕在所述包套3的下端外侧，通过所述上卡箍7将所述包套3、顶盘6和芯棒5固定在一起；通过所述下卡箍8将所述包套3和底盘4固定在一起。
优选的，所述包套3和顶盘6的材质为橡胶；所述芯棒5、底盘4、固型筒2、上卡箍7和下卡箍8均使用不锈钢材料。
进一步的，所述固型筒2的下端同轴地贴合于所述底盘4的上表面，所述固型筒2环形外表面贴合于所述包套3的环形内表面，使用时，镍基高温合金粉末灌注于所述固型筒2与所述芯棒5之间的型腔内。
使用时，首先将所述底盘4通过下卡箍8固定在所述包套3的下底端内部，然后将所述固型筒2套入所述包套3内，并使其下端与所述底盘4贴合，之后将镍基高温粉末灌注于所述固型筒2的腔体内，直至镍基高温粉末高出所述固型筒2的上端10mm，通过振动台振实，最后，将所述顶盘6套入所述包套3的上端内侧，将所述芯棒5套入所述顶盘6内，使所述顶盘6的下表面与粉末紧密接触，最后，使用所述上卡箍7将所述底盘4，芯棒5和包套3三者固定，即可完成所述冷等静压保型模具的装配。
之后，将装配好的冷等静压保型模具安放至冷等静压机的腔体内，使所述保型模具完全浸入液体中，然后进行冷等静压加工，使粉料冷等静压成型。
本申请所述的冷等静压保型模具在等静压压缩过程中，所述固型筒2的环形侧壁会在所述包套3的作用下受到均匀大小的径向力，从而促使粉末体在径向发生均匀变形。
此外，作为本申请的一些实施例，所述固型筒2的环形侧壁沿轴向断开，形成两个相对设置的侧边缘22，在所述两个侧边缘22之间形成轴向的所述间隙21。
优选的，所述间隙21的弧度为5°~10°。
进一步的，如图14所示，所述夹具1包括分别平行于所述固型筒2的轴向延伸的第一夹持臂11和第二夹持臂12，所述第一夹持臂11和第二夹持臂12相连接，所述夹具1与固型筒2装配完成后，所述第一夹持臂11夹持在所述固型筒2的内侧面，所述第二夹持臂12夹持在所述固型筒2的外侧面。在平行于所述固型筒2的轴向上，所述夹具1为两侧薄、中间厚的结构，将所述夹具1中第一夹持臂11和第二夹持臂12两侧之间的距离记为h1，将第一夹持臂11和第二夹持臂12中心之间的距离记为h2，则所述h2＞h1。
优选的，所述h2=0.5*h1。
更进一步的，在平行于所述固型筒2的轴向上，所述侧边缘22的端部连续膨胀，使得在垂直于所述固型筒2轴向的平面上，所述侧边缘22的端部横截面具有一个圆弧形凸起，在使用过程中，由于所述第一夹持臂11和第二夹持臂12中心之间的距离h2大于两侧之间的距离h1，因此，当进行冷等静压压缩时，所述侧边缘22之间的距离，即所述间隙21的宽度能够在压缩力的作用下逐渐增大，而当所述冷等静压压缩过程结束后，所述侧边缘22能够在所述第一夹持臂11和第二夹持臂12的夹持下，自发地回复到初始位置，使得所述固型筒2能够反复多次使用、而不需要人为调整。
作为本申请的一些实施例，如图15所示，在平行于所述固型筒2的轴向上，所述侧边缘22的端部连续膨胀，形成一个“y”形凸起，使得在垂直于所述固型筒2轴向的平面上，所述侧边缘22的端部横截面呈“y”形，类似地，在使用过程中，由于所述第一夹持臂11和第二夹持臂12中心之间的距离h2大于两侧之间的距离h1，因此，当进行冷等静压压缩时，所述侧边缘22之间的距离，即所述间隙21的宽度能够在压缩力的作用下逐渐增大，而当所述冷等静压压缩过程结束后，所述侧边缘22能够在所述第一夹持臂11和第二夹持臂12的夹持下，自发地回复到初始位置，使得所述固型筒2能够反复多次使用、而不需要人为调整。
作为本申请的一些实施例，所述固型筒2的上端倒180°圆角，所述固型筒2的壁厚为0.5~1mm，所述夹具1的端部倒30°角，在所述固型筒2的径向上，所述夹具1中心处的弧度和所在圆的半径与所述间隙21相等，所述固型筒2与所述包套3之间通过过盈配合连接在一起。
进一步的，所述底盘4与包套3的内壁为过盈配合。
进一步的，所述芯棒5与顶盘6内壁为过盈配合。
进一步的，所述包套3的内壁与顶盘6的外壁为过盈配合。
进一步的，所述上卡箍7的上端与顶盘6的上端位置保持一致，所述上卡箍7宽度小于所述顶盘6的宽度1～3mm。
综上所述，本申请所述冷等静压保型模具具有结构简单，冷等静压成型过程中粉末体变形程度均匀，尤其是粉末体轴向受力均匀，变形均匀，产品成型质量高的优点。
在本实用新型的描述中，所使用的技术术语如“上”、“下”、“低”、“顶”、“内”、“外”等表示方向或者位置关系是基于附图中所展示的方向或者位置关系，仅仅是为了便于描述本模具的结构，以上说明并为对本实用新型的实用范围作了限制。
1.一种冷等静压保型模具，用于镍基高温合金粉末的冷等静压成型，其特征在于：所述冷等静压保型模具，包括：
包套（3），所述包套（3）为两端敞口的空心圆柱形结构；
底盘（4），所述底盘（4）覆盖在所述包套（3）的下侧敞口端；
顶盘（6），所述顶盘（6）覆盖在所述包套（3）的上侧敞口端；
固型筒（2），所述固型筒（2）为两端敞口的空心圆柱形结构，所述固型筒（2）同轴地套设在所述包套（3）内，所述固型筒（2）的环形侧壁沿轴向断开，形成两个相对设置的侧边缘（22），在所述两个侧边缘（22）之间形成间隙（21）；
芯棒（5），所述芯棒（5）呈圆柱形，所述芯棒（5）同轴地套设在所述固型筒（2）内；
夹具（1），所述夹具（1）夹持在所述的两个侧边缘（22）上，所述夹具（1）覆盖所述间隙（21）。
2.根据权利要求1所述的冷等静压保型模具，其特征在于：所述顶盘（6）为内部空心的圆环形结构，所述底盘（4）为圆盘形结构，所述芯棒（5）的上端穿过所述顶盘（6）后固定在所述顶盘（6）内，所述芯棒（5）的下端固定在所述底盘（4）上。
3.根据权利要求2所述的冷等静压保型模具，其特征在于：所述顶盘（6）位于所述包套（3）的上端内侧，所述底盘（4）位于所述包套（3）的下端内侧。
4.根据权利要求1所述的冷等静压保型模具，其特征在于：所述冷等静压保型模具还包括上卡箍（7）和下卡箍（8），所述上卡箍（7）环绕在所述包套（3）的上端外侧，所述下卡箍（8）环绕在所述包套（3）的下端外侧。
5.根据权利要求4所述的冷等静压保型模具，其特征在于：所述包套（3）和顶盘（6）的材质为橡胶；所述芯棒（5）、底盘（4）、固型筒（2）、上卡箍（7）和下卡箍（8）的材质为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的冷等静压保型模具，其特征在于：所述固型筒（2）的下端同轴地贴合于所述底盘（4）的上表面，所述固型筒（2）的环形外表面贴合于所述包套（3）的环形内表面，在所述固型筒（2）与芯棒（5）之间，具有用于容纳所述镍基高温合金粉末的型腔。
7.根据权利要求1所述的冷等静压保型模具，其特征在于：所述夹具（1）包括分别平行于所述固型筒（2）的轴向延伸的第一夹持臂（11）和第二夹持臂（12），所述第一夹持臂（11）和第二夹持臂（12）相连接。
8.根据权利要求7所述的冷等静压保型模具，其特征在于：在平行于所述固型筒（2）的轴向上，将所述第一夹持臂（11）和第二夹持臂（12）两侧之间的距离记为h1，将所述第一夹持臂（11）和第二夹持臂（12）中心之间的距离记为h2，则所述h2＞h1。
9.根据权利要求1所述的冷等静压保型模具，其特征在于：在平行于所述固型筒（2）的轴向上，所述侧边缘（22）的端部连续膨胀。
10.根据权利要求9所述的冷等静压保型模具，其特征在于：在垂直于所述固型筒（2）轴向的平面上，所述侧边缘（22）的端部横截面具有圆弧形凸起或“y”形凸起。
技术总结