本发明属于粉末成型技术领域，具体涉及一种金属箔气化粉末压实装置及方法。
背景技术：
粉末压实技术是现代机械零件的先进制造技术，基本无需加工即能实现制件近净成形的技术，相对于传统制造工艺而言，具有工艺简单、原料利用率高、成本低等优点。
高性能成型技术是采用高强冲击载荷是获得高致密度粉末材料的方法，包括电液成形、爆炸粉末成形，电磁成形等。运用瞬间的高压冲击，完成金属加工成形，比如冲孔、切断、成型等。将磁脉冲用于金属加工的最显著缺点是其通电工作线圈在某一磁场力和循环操作下寿命有限，此外基于此脉冲的执行器仅在有导电性的工件才能有效，导电驱动板可用于驱动导电率比较小的材料，但这会增加工艺时间和成本。而电液金属加工的水下放电，已经暴露了由于工作介质的局部高压形成的空穴现象，造成了效率低下和压力不均匀等问题。对于粉末压实方法来说，爆炸是快速粉末压实最常用的方法，出于安全问题的考虑，在传统的厂房类密闭环境中，任何一种爆炸金属加工工艺都无法开展，它只适用于在空旷无人处进行操作。此外对于炸药的购买、储存、运输和使用有着日益严苛的条文规定。只有经过专业培训后，技术工人才能有资质使用炸药，这样，资源投入与管理费用将大大增加。制约使用炸药进行金属加工的另一个主要因素是临界体积，即在一定的炸药装填密度的情况下，炸药能承受其自身爆轰波的最小物理装药量。在临界体积以下，炸药无法可靠爆炸。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种金属箔气化粉末压实装置及方法，该装置及方法结构简单，便捷高效，压实效果好，使用安全、可靠。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于金属箔气化的粉末压实装置，包括底座、垫块、金属模具、金属压块、绝缘套筒、上压板、电木端盖和压紧端盖，所述金属模具放置于底座上，所述金属模具上部设有凸台，所述绝缘套筒下部设有与凸台相适应的凹槽，所述绝缘套筒通过凹槽向下卡设于金属模具的凸台上，所述金属模具中部设有第一竖向模孔，所述绝缘套筒中部设有与第一竖向模孔相适应的第二竖向模孔，所述垫块装配于第一竖向模孔中，在垫块上铺设粉末，所述金属压块从第二竖向模孔嵌入，并向下压设于粉末上；所述绝缘套筒上侧面中部设有金属箔的爆炸型腔，且沿金属箔放置方向在爆炸型腔左右两侧设有金属箔嵌入槽，金属箔水平设置于绝缘套筒上部，其两端分别从金属箔嵌入槽穿出并与正、负极传导铜条导电连接，所述绝缘套筒及金属箔上侧压设有上压板，所述上压板上侧设有电木端盖，所述电木端盖左、右两端分别与正、负极传导铜条固定连接，所述正、负极传导铜条与供电装置连接，所述电木端盖上侧设有压紧端盖，所述压紧端盖通过紧固件与底座连接，以将两者之间的部件压紧。
进一步地，所述垫块为与金属模具中部第一竖向模孔配合的圆柱形垫块，所述垫块的直径小于第一竖向模孔内径，以在粉末压实后便于取出粉末压块。
进一步地，所述金属压块的尺寸小于绝缘套筒的第二竖向模孔内径，以在金属压块与第二竖向模孔之间形成间隙，便于金属压块在力的作用下向下移动，压实过程气体排出和防止爆炸。
进一步地，所述电木端盖下侧面设有用于嵌设上压板的凹槽，以使电木端盖向下卡设于上压板上。
进一步地，所述电木端盖左、右两端分别采用螺纹紧固件与正、负极传导铜条固定连接；所述正、负极传导铜条分别配设有金属箔压条和接线压条，所述金属箔两端分别压设于正、负极传导铜条前端与相应的金属箔压条之间并采用螺纹紧固件将电木端盖、传导铜条及金属箔压条固定连接，所述供电装置的正、负极接线端子分别压设于正、负极传导铜条后端与相应的接线压条之间并采用螺纹紧固件固定连接；所述电木端盖上侧面相应开设有螺栓沉头孔，以让连接正、负极传导铜条及金属箔压条的螺栓头部沉入其中。
进一步地，所述金属箔为金属箔片，中间窄，两端宽，形成窄间区，窄间区大小根据爆炸型腔大小进行调节。
进一步地，所述供电装置包括升压变压器、整流器、限流电阻、储能电容器和高压开关，所述升压变压器的初级线圈外接380v交流电，次级线圈串接整流器和限流电阻，并经正、负极接线端子与正、负极传导铜条电性连接，所述储能电容器并联于正、负极接线端子之间，所述高压开关连接于储能电容器并联端与接线端子之间，通过正、负极传导铜条将供电装置与金属箔形成回路，以传导瞬时脉冲大电流。
本发明还提供了一种基于金属箔气化的粉末压实方法，包括以下步骤：
（1）工装准备：将垫块装配到金属模具的第一竖向模孔内，再将粉末装入金属模具内的垫块上并铺平，在金属模具上安装绝缘套筒，并放入金属压块，在绝缘套筒上部水平设置金属箔，并在绝缘套筒及金属箔上安装上压板，金属箔两端穿出绝缘套筒并与正、负极传导铜条导电连接，所述正、负极传导铜条与供电装置的正、负极接线端子连接，将正、负极传导铜条与电木端盖左、右两端固定连接，然后将电木端盖安装在上压板上，盖上最上层的压紧端盖，最后通过紧固件将压紧端盖与底座连接，以将两者之间的部件压紧；
（2）充电准备：外接电压通过升压变压器22进行升压，然后通过整流器20将交流电转换为直流电，再通过限流电阻21对储能电容器25充电，充电达到预定电压后，断开充电回路；
（3）放电压实：闭合高压开关26，接通放电回路，储能电容器25释放瞬间脉冲大电流，通过传导铜条对金属箔放电，金属箔瞬间汽化，产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动金属压块高速撞击粉末实现压实。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明结构简单，压实过程为在金属箔片上加载瞬时大脉冲电流，使金属箔片狭窄处部分短时间汽化来产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动压块获得一定的速度向粉末高速撞击，产生热量和压力将粉末中的空气排出并实现粉末压实；金属箔片能够汽化产生强大的驱动压力，作用压力大（可达到0.1~100gpa）可以压实得到接近理论密度材料，压实过程无需添加辅助剂便可产生压实，该过程可用于加工金属材料粉末、陶瓷材料粉末和复合材料粉末等。通过电爆产生的冲击实现对粉末的完整均匀压实，不会因为应力集中而产生裂纹，适用于各种粉末材料的压实。相较于普通的粉末压实过程需要较大压力，易对模具材料产生破坏，本装置模具使用开合结构，更便于脱模，且无需对模具产生破坏，可多次重复使用。相对磁脉冲粉末压实其通电线圈在某一磁场力和循环操作下寿命有限，此外磁脉冲执行器仅在有导电性的工件时才有效，电爆进行粉末压实具有适用范围更广，寿命更长的优点。同时，相对于爆炸粉末压实安全。另一方面，选用价格低廉的金属铝箔作为触发材料，使连接成本较低，不存在触发机构的寿命问题；并且其产生的冲击速度较大，保证其压实的质量。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的装置爆炸图。
图2是本发明实施例的装置立体图。
图3是本发明实施例的粉末压实原理示意图。
图4是本发明实施例中金属箔的结构示意图。
图5是本发明实施例中电木端盖的仰视图。
图6是本发明实施例中电木端盖的俯视图。
图中：1-垫块，2-金属模具，3-pvc套筒，4-金属压块，5-金属箔压条，6-正、负极传导铜条，7-连接电木端盖、传导铜条及金属箔压条的螺栓，8-连接电木端盖及传导铜条的螺栓，9-电木端盖，10-压紧端盖，11-螺母，12-上压板，13-螺母，14-连接传导铜条与接线压条的螺栓，15-金属箔片，16-接线压条，17-螺母，18-连接压紧端盖与底座的螺栓，19-底座，20-整流器，21-限流电阻，22-升压变压器，23-初级线圈，24-次级线圈，25-储能电容器，26-高压开关，27-正极接线端子，28-负极接线端子，29-螺栓沉头孔，30-粉末，31-窄间区，32-螺栓沉头孔另一端，33-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-6所示，本发明提供了一种基于金属箔气化的粉末压实装置，包括底座19、垫块1、金属模具2、绝缘套筒3、金属压块4、上压板12、电木端盖9和压紧端盖10，所述金属模具2放置于底座19上，所述金属模具2上部设有凸台，所述绝缘套筒3（在本实施例中采用pvc套筒，pvc材料能够有效绝缘）下部设有与凸台相适应的凹槽，所述绝缘套筒3通过凹槽向下卡设于金属模具2的凸台上，所述金属模具2中部设有第一竖向模孔，所述绝缘套筒3中部设有与第一竖向模孔相适应的第二竖向模孔，所述垫块1装配于第一竖向模孔中，在垫块上铺设粉末，所述金属压块4从第二竖向模孔嵌入，并向下压设于粉末30上。所述绝缘套筒3上侧面中部设有金属箔的爆炸型腔，且沿金属箔放置方向在爆炸型腔左右两侧设有金属箔嵌入槽，金属箔15水平设置于绝缘套筒3上部，其两端分别从金属箔嵌入槽穿出并与正、负极传导铜条6导电连接，所述绝缘套筒3及金属箔上侧压设有上压板12，所述上压板12上侧设有电木端盖9，所述电木端盖9左、右两端分别与正、负极传导铜条6固定连接，所述正、负极传导铜条6与供电装置连接，所述电木端盖9上侧设有压紧端盖10，所述压紧端盖10通过紧固件与底座19连接，以将两者之间的部件压紧。
在本实施例中，所述垫块为1与金属模具2中部第一竖向模孔配合的圆柱形垫块，所述垫块1的直径比第一竖向模孔内径小于1mm，以在粉末压实后便于通过敲击等方式使垫块与模孔分离，进而取出粉末压块。所述金属压块4的尺寸略小于绝缘套筒3的第二竖向模孔内径，以在金属压块与第二竖向模孔之间形成间隙，便于金属压块在力的作用下向下移动，压实过程气体排出和防止爆炸。
所述上压板12为钢板，用于压紧金属箔以及将金属箔气化时带来的压力集中导向粉末，同时也隔绝汽化时带来的高温影响，保护电木端盖，延长装置的使用寿命。
所述电木端盖9下侧面设有用于嵌设上压板12的凹槽33，以使电木端盖向下卡设于上压板上。所述电木端盖9左、右两端分别采用螺纹紧固件与正、负极传导铜条6固定连接。所述正、负极传导铜条6分别配设有金属箔压条5和接线压条16，所述金属箔两端分别压设于正、负极传导铜条6前端与相应的金属箔压条5之间并采用螺纹紧固件将电木端盖、传导铜条及金属箔压条固定连接，所述供电装置的正、负极接线端子分别压设于正、负极传导铜条6后端与相应的接线压条16之间并采用螺纹紧固件固定连接。所述电木端盖9上侧面相应开设有螺栓沉头孔29，以让连接正、负极传导铜条及金属箔压条的螺栓头部沉入其中，进行绝缘保护防止漏电，保证安全操作及可靠性。同时沉头孔设计加工为正六边形形状，因此当外六角螺栓与螺母进行连接时，螺栓头部沉入加工好的沉头孔中，沉头孔约束使其不能转动，只需要操作螺母进行拧紧操作即可，其装配更加便利。
电木端盖上方配合压紧端盖10，用于下压抵抗汽化爆炸冲击力，保证整个装置的稳定性，压紧端盖10左右两侧的通孔与底座19自下而上通过螺栓18和螺母11配合实现整个装置的压紧。底座19下表面上设有4个正六边形沉头，便于放平。
如图4所示，所述金属箔为金属箔片，中间窄，两端宽，形成窄间区31，窄间区大小根据爆炸型腔大小进行调节。
正、负极传导铜条使供电装置与金属箔片形成回路连接，能够传导瞬时脉冲大电流，金属板压条用于压紧金属箔片保证金属箔片的稳定工作，接线压条能保证正极接线端子27和负极接线端子28接在传导铜条上，旋紧螺栓能够调节旋紧程度，确保压紧，防止出现压线不紧而出现打火现象。
如图3所示，所述供电装置包括升压变压器22、整流器20、限流电阻21、储能电容器25和高压开关26，升压变压器包括初级线圈23与次级线圈24，所述升压变压器的初级线圈外接380v交流电，次级线圈串接整流器和限流电阻，并经正极接线端子27、负极接线端子28与正、负极传导铜条电性连接，所述储能电容器并联于正、负极接线端子之间，所述高压开关连接于储能电容器并联端与接线端子之间，通过正、负极传导铜条将供电装置与金属箔形成回路，以传导瞬时脉冲大电流。
基于上述粉末压实装置，本发明提供了一种基于金属箔气化的粉末压实方法，包括以下步骤：
（1）工装准备：将垫块1装配到金属模具2的第一竖向模孔内，再将粉末装入金属模具内的垫块上并铺平，在金属模具上安装绝缘套筒3，并放入金属压块4，在绝缘套筒上部水平设置金属箔15，并在绝缘套筒及金属箔上安装上压板12，金属箔两端穿出绝缘套筒用金属箔压块5与正、负极传导铜条6压紧实现导电连接，所述正、负极传导铜条与供电装置的正、负极接线端子27和28连接，将正、负极传导铜条与电木端盖9左、右两端固定连接，然后将电木端盖安装在上压板上，盖上最上层的压紧端盖10，最后通过紧固件将压紧端盖与底座连接，以将两者之间的部件压紧；
（2）充电准备：外接电压通过升压变压器22进行升压，然后通过整流器20将交流电转换为直流电，再通过限流电阻21对储能电容器25充电，充电达到预定电压后，断开充电回路；
（3）放电压实：闭合高压开关26，接通放电回路，储能电容器25释放瞬间脉冲大电流，通过传导铜条对金属箔放电，金属箔瞬间汽化，产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动金属压块高速撞击粉末实现压实，压实成本低，效果好，压实可得到接近理论密度的材料，结构合理，装配方便。
本发明提供了一种基于金属箔气化的粉末压实装置及方法，通过在金属箔片上加载瞬时大脉冲电流，使金属箔片狭窄处部分短时间汽化来产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动压块获得一定的速度向粉末高速撞击，产生热量和压力以冲击波的形式作用于非金属或金属粉末，使其在瞬态、高温、高压下将粉末压实。压实过程无需添加辅助剂便可产生压实，可应用于加工金属材料粉末、陶瓷材料粉末和复合材料粉末等场合。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
1.一种基于金属箔气化的粉末压实装置，其特征在于，包括底座、垫块、金属模具、金属压块、绝缘套筒、上压板、电木端盖和压紧端盖，所述金属模具放置于底座上，所述金属模具上部设有凸台，所述绝缘套筒下部设有与凸台相适应的凹槽，所述绝缘套筒通过凹槽向下卡设于金属模具的凸台上，所述金属模具中部设有第一竖向模孔，所述绝缘套筒中部设有与第一竖向模孔相适应的第二竖向模孔，所述垫块装配于第一竖向模孔中，在垫块上铺设粉末，所述金属压块从第二竖向模孔嵌入，并向下压设于粉末上；所述绝缘套筒上侧面中部设有金属箔的爆炸型腔，且沿金属箔放置方向在爆炸型腔左右两侧设有金属箔嵌入槽，金属箔水平设置于绝缘套筒上部，其两端分别从金属箔嵌入槽穿出并与正、负极传导铜条导电连接，所述绝缘套筒及金属箔上侧压设有上压板，所述上压板上侧设有电木端盖，所述电木端盖左、右两端分别与正、负极传导铜条固定连接，所述正、负极传导铜条与供电装置连接，所述电木端盖上侧设有压紧端盖，所述压紧端盖通过紧固件与底座连接，以将两者之间的部件压紧。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属箔气化的粉末压实装置，其特征在于，所述垫块为与金属模具中部第一竖向模孔配合的圆柱形垫块，所述垫块的直径小于第一竖向模孔内径，以在粉末压实后便于取出粉末压块。
3.根据权利要求1所述的一种基于金属箔气化的粉末压实装置，其特征在于，所述金属压块的尺寸小于绝缘套筒的第二竖向模孔内径，以在金属压块与第二竖向模孔之间形成间隙，便于金属压块在力的作用下向下移动，压实过程气体排出和防止爆炸。
4.根据权利要求1所述的一种基于金属箔气化的粉末压实装置，其特征在于，所述电木端盖下侧面设有用于嵌设上压板的凹槽，以使电木端盖向下卡设于上压板上。
5.根据权利要求1所述的一种基于金属箔气化的粉末压实装置，其特征在于，所述电木端盖左、右两端分别采用螺纹紧固件与正、负极传导铜条固定连接；所述正、负极传导铜条分别配设有金属箔压条和接线压条，所述金属箔两端分别压设于正、负极传导铜条前端与相应的金属箔压条之间并采用螺纹紧固件将电木端盖、传导铜条及金属箔压条固定连接，所述供电装置的正、负极接线端子分别压设于正、负极传导铜条后端与相应的接线压条之间并采用螺纹紧固件固定连接；所述电木端盖上侧面相应开设有螺栓沉头孔，以让连接正、负极传导铜条及金属箔压条的螺栓头部沉入其中。
6.根据权利要求1所述的一种基于金属箔气化的粉末压实装置，其特征在于，所述金属箔为金属箔片，中间窄，两端宽，形成窄间区，窄间区大小根据爆炸型腔大小进行调节。
7.根据权利要求1所述的一种基于金属箔气化的粉末压实装置，其特征在于，所述供电装置包括升压变压器、整流器、限流电阻、储能电容器和高压开关，所述升压变压器的初级线圈外接380v交流电，次级线圈串接整流器和限流电阻，并经正、负极接线端子与正、负极传导铜条电性连接，所述储能电容器并联于正、负极接线端子之间，所述高压开关连接于储能电容器并联端与接线端子之间，通过正、负极传导铜条将供电装置与金属箔形成回路，以传导瞬时脉冲大电流。
8.一种采用如权利要求1-7任一项所述装置的基于金属箔气化的粉末压实方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）工装准备：将垫块装配到金属模具的第一竖向模孔内，再将粉末装入金属模具内的垫块上并铺平，在金属模具上安装绝缘套筒，并放入金属压块，在绝缘套筒上部水平设置金属箔，并在绝缘套筒及金属箔上安装上压板，金属箔两端穿出绝缘套筒并与正、负极传导铜条导电连接，所述正、负极传导铜条与供电装置的正、负极接线端子连接，将正、负极传导铜条与电木端盖左、右两端固定连接，然后将电木端盖安装在上压板上，盖上最上层的压紧端盖，最后通过紧固件将压紧端盖与底座连接，以将两者之间的部件压紧；
（2）充电准备：外接电压通过升压变压器22进行升压，然后通过整流器20将交流电转换为直流电，再通过限流电阻21对储能电容器25充电，充电达到预定电压后，断开充电回路；
（3）放电压实：闭合高压开关26，接通放电回路，储能电容器25释放瞬间脉冲大电流，通过传导铜条对金属箔放电，金属箔瞬间汽化，产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动金属压块高速撞击粉末实现压实。
技术总结