一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺的制作方法

1.本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺。


背景技术：

2.斯特林制冷器（stirling refrigerator，又称st制冷器）是由电力驱动的一种机械式制冷机。其工作原理是气体以绝热膨胀做功，即按逆向斯特林循环工作而制冷。
3.采用直线电机驱动的制冷器具有占地少，基础简单，安装调试方便，运行维修费用低的优点被广泛应用；而直线电机磁性材料的选择对斯特林制冷机的性能具有重要影响，目前大多选择铷铁硼、铁钴钒和硅钢作为电机磁性材料，并采用机加工的方式来获得所需的尺寸要求；而粉末冶金smc材料则可以在保证所需磁性要求的功能要求下实现了产品不加工就获得所需要的形状和尺寸精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺，采用粉末冶金smc材料及相应的粉末冶金工艺，在满足磁性能的功能上，最大限度的节约制作成本，取消了额外机加工，大大提高了材料利用率，降低了产品重量，实现了粉末冶金smc材料对传统材料的更新与替换。
5.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具，包括外定子成型模具和内定子成型模具，其中，所述外定子成型模具包括外定子成型中模、外定子上冲、外定子下冲、外定子芯棒头和外定子芯棒接杆，所述外定子成型中模套接在外定子芯棒头上，所述外定子上冲的一端抵接至外定子成型中模的一侧端，所述外定子下冲的一端延伸抵接至外定子成型中模内，所述外定子芯棒接杆的一端延伸抵接至外定子芯棒头背离外定子上冲的一侧端上，所述内定子成型模具包括内定子成型中模、第一内定子下冲、第二内定子下冲、第一内定子下冲、第二内定子下冲、第三内定子下冲、第一内定子上冲、第二内定子上冲、内定子芯棒和内定子芯棒接杆，所述内定子成型中模套接在内定子芯棒上，所述第一内定子上冲的一端抵接至内定子成型中模的一侧端，所述第二内定子上冲具有的延伸部穿过第一内定子上冲抵接至内定子成型中模的一侧端，所述第一内定子下冲的一端延伸抵接至内定子成型中模内，所述第二内定子下冲一端具有的延伸部穿过第一内定子下冲抵接至内定子成型中模内，所述第三内定子下冲一端具有的延伸部穿过第二内定子下冲抵接至内定子成型中模内，所述内定子芯棒接杆一端具有的延伸部穿过第三内定子下冲抵接至内定子芯棒背离第一内定子上冲的一侧端上。
6.进一步的，所述外定子上冲的另一端垫接有外定子上冲压垫，所述外定子下冲的另一端垫接有外定子下冲压垫，所述外定子芯棒接杆一端的延伸部穿过外定子下冲压垫抵
接至外定子芯棒头上，外定子芯棒接杆的另一端设有外定子芯棒压盖。
7.进一步的，所述外定子成型中模为带有轴孔的圆盘结构，并在该圆盘结构的外圆面上设有一段凸起的盘肩部，在该圆盘结构的中心轴孔壁上设有相应的模芯，与模芯外圈面紧靠的盘面作为外定子加热套。
8.进一步的，所述第一内定子上冲的另一端垫接有第一内定子上冲压垫，所述第二内定子上冲的延伸部依次穿过第一内定子上冲压垫和第一内定子上冲抵接至内定子成型中模的一侧端，所述第一内定子上冲压垫的外端依次连接有第一连接垫和第二连接垫，所述第二内定子上冲非延伸部的外圆面上设有第二内定子上冲压盖，所述第二内定子上冲和第二内定子上冲压盖的外侧面上共同垫接有第二内定子上冲压垫，所述第一内定子下冲的另一端垫接有第一内定子下冲压垫，所述第二内定子下冲的延伸部依次穿过第一内定子下冲压垫和第一内定子下冲抵接至内定子成型中模内，所述第二内定子下冲非延伸部的外圆面上设有第二内定子下冲压盖，所述第二内定子下冲压盖的外侧面上垫接有第二内定子下冲压垫，第二内定子下冲的外侧面与第二内定子下冲压垫之间连接有下冲连接垫，所述第三内定子下冲的延伸部依次穿过第二内定子下冲压垫、下冲连接垫和第二内定子下冲抵接至内定子成型中模内，所述第三内定子下冲非延伸部的外圆面上设有第三内定子下冲压盖，所述第三内定子下冲和第三内定子下冲压盖的外侧面上共同垫接有第三内定子下冲压垫，所述内定子芯棒接杆的延伸部依次穿过第三内定子下冲压垫和第三内定子下冲抵接至内定子芯棒背离第一内定子上冲的一侧端上。
9.进一步的，所述内定子成型中模为带有轴孔的圆盘结构，并在该圆盘结构的外圆面上设有一段凸起的盘肩部，在该圆盘结构的中心轴孔壁上设有相应的模芯，与模芯外圈面紧靠的盘面作为内定子加热套。
10.一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的工艺，该工艺包括以下步骤：步骤1）选材：根据产品使用性能要求，选用高精度低杂质纯铁颗粒粉末，然后在每一颗纯铁颗粒粉末上包覆纳米级绝缘材料，并添加高润滑性的添加剂进行混粉得到均匀的粉材；步骤2）模具加工：根据定子的毛坯尺寸规格，结合该粉材在过程中的尺寸变化率，制作加工相应的外定子成型模具和内定子成型模具；步骤3）压制成型：根据产品的密度及尺寸要求，使用选定粉材在外定子成型模具和内定子成型模具上压制成型得到生胚；步骤4）蒸汽处理：直接将产品生胚放入蒸汽处理设备中进行蒸汽热处理。
11.进一步的，所述步骤1）中，混粉采用starmix粘接混粉方式。
12.进一步的，所述步骤2）和步骤3）中，采用上一下三结构的外定子成型模具和内定子成型模具进行压制成型，并在中模进行加热。
13.进一步的，所述步骤3）中，压制成型的生胚密度≥7.35g/cc。
14.进一步的，所述步骤4）中，先在320
°
c的环境下停留1.5小时完成脱蜡，然后从420℃缓慢升温到520℃后立即通氮气随炉冷却，完成零件的蒸汽处理工艺。
15.本发明的有益效果是:本发明可以极大满足斯特林制冷器内外定子所需的低矫顽力和高磁导率的磁性材料，从而替代传统的非常昂贵的铷铁硼、铁钴钒和硅钢，成型-热处理即可完成成品，从而
实现完全替代“硅钢片及软磁铁氧体+机加工”的模式，实现了材料的零机加工，材料的利用率达到了100%，比传统硅钢工艺节约近80%成本。
附图说明
16.图1为本发明的外定子成型模具结构示意图；图2为本发明的内定子成型模具结构示意图；图3为本发明的外定子成型中模主视结构图；图4为本发明的外定子成型中模剖视图；图5为本发明的内定子成型中模主视结构图；图6为本发明的内定子成型中模剖视图。
17.图中标号说明：11、外定子成型中模，12、外定子上冲，13、外定子上冲压垫，14、外定子下冲，15、外定子下冲压垫，16、外定子芯棒头，17、外定子芯棒接杆，18、外定子芯棒压盖，19、外定子加热套，21、内定子成型中模，22、第一内定子下冲，23、第一内定子下冲压垫，24、第二内定子下冲，26、第二内定子下冲压盖，27、第二内定子下冲压垫，28、第三内定子下冲，29、第三内定子下冲压垫，210、第三内定子下冲压盖，211、内定子芯棒，212、内定子芯棒接杆，213、第一内定子上冲，214、第一内定子上冲压垫，215、第二内定子上冲，216、第二内定子上冲压盖，217、第二内定子上冲压垫，218、第一连接垫，219、第二连接垫，220、下冲连接垫，221、内定子加热套。
具体实施方式
18.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
19.一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具，包括外定子成型模具和内定子成型模具，其中，如图1所示，所述外定子成型模具包括外定子成型中模11、外定子上冲12、外定子下冲14、外定子芯棒头16和外定子芯棒接杆17，所述外定子成型中模11套接在外定子芯棒头16上，所述外定子上冲12的一端抵接至外定子成型中模11的一侧端，所述外定子下冲14的一端延伸抵接至外定子成型中模11内，所述外定子芯棒接杆17的一端延伸抵接至外定子芯棒头16背离外定子上冲12的一侧端上，如图2所示，所述内定子成型模具包括内定子成型中模21、第一内定子下冲22、第二内定子下冲24、第一内定子下冲22、第二内定子下冲24、第三内定子下冲28、第一内定子上冲213、第二内定子上冲215、内定子芯棒211和内定子芯棒接杆212，所述内定子成型中模21套接在内定子芯棒211上，所述第一内定子上冲213的一端抵接至内定子成型中模21的一侧端，所述第二内定子上冲215具有的延伸部穿过第一内定子上冲213抵接至内定子成型中模21的一侧端，所述第一内定子下冲22的一端延伸抵接至内定子成型中模21内，所述第二内定子下冲24一端具有的延伸部穿过第一内定子下冲22抵接至内定子成型中模21内，所述第三内定子下冲28一端具有的延伸部穿过第二内定子下冲24抵接至内定子成型中模21内，所述内定子芯棒接杆212一端具有的延伸部穿过第三内定子下冲28抵接至内定子芯棒211背离第一内定子上冲213的一侧端上。
20.所述外定子上冲12的另一端垫接有外定子上冲压垫13，所述外定子下冲14的另一
端垫接有外定子下冲压垫15，所述外定子芯棒接杆17一端的延伸部穿过外定子下冲压垫15抵接至外定子芯棒头16上，外定子芯棒接杆17的另一端设有外定子芯棒压盖18。
21.如图3和图4所示，所述外定子成型中模11为带有轴孔的圆盘结构，并在该圆盘结构的外圆面上设有一段凸起的盘肩部，在该圆盘结构的中心轴孔壁上设有相应的模芯，与模芯外圈面紧靠的盘面作为外定子加热套19。
22.所述第一内定子上冲213的另一端垫接有第一内定子上冲压垫214，所述第二内定子上冲215的延伸部依次穿过第一内定子上冲压垫214和第一内定子上冲213抵接至内定子成型中模21的一侧端，所述第一内定子上冲压垫214的外端依次连接有第一连接垫218和第二连接垫219，所述第二内定子上冲215非延伸部的外圆面上设有第二内定子上冲压盖216，所述第二内定子上冲215和第二内定子上冲压盖216的外侧面上共同垫接有第二内定子上冲压垫217，所述第一内定子下冲22的另一端垫接有第一内定子下冲压垫23，所述第二内定子下冲24的延伸部依次穿过第一内定子下冲压垫23和第一内定子下冲22抵接至内定子成型中模21内，所述第二内定子下冲24非延伸部的外圆面上设有第二内定子下冲压盖26，所述第二内定子下冲压盖26的外侧面上垫接有第二内定子下冲压垫27，第二内定子下冲24的外侧面与第二内定子下冲压垫27之间连接有下冲连接垫220，所述第三内定子下冲28的延伸部依次穿过第二内定子下冲压垫27、下冲连接垫220和第二内定子下冲24抵接至内定子成型中模21内，所述第三内定子下冲28非延伸部的外圆面上设有第三内定子下冲压盖210，所述第三内定子下冲28和第三内定子下冲压盖210的外侧面上共同垫接有第三内定子下冲压垫29，所述内定子芯棒接杆212的延伸部依次穿过第三内定子下冲压垫29和第三内定子下冲28抵接至内定子芯棒211背离第一内定子上冲213的一侧端上。
23.如图5和图6所示，所述内定子成型中模21为带有轴孔的圆盘结构，并在该圆盘结构的外圆面上设有一段凸起的盘肩部，在该圆盘结构的中心轴孔壁上设有相应的模芯，与模芯外圈面紧靠的盘面作为内定子加热套221。
24.如图4和图6所示，外定子成型中模11的盘肩部稍微右偏，内定子成型中模21的盘肩部稍微左偏，如图3和图5所示，外定子加热套19和内定子加热套221的盘面上分别均布有八个中孔和一个小孔，其中，八个中孔用于放置加热棒，一个小孔用于放置热电偶，热电偶来实时监控各自中模的真实温度，并通过相应的加热棒进行实时纠正。
25.一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的工艺，该工艺包括以下步骤：步骤1）选材：根据产品使用性能要求，本实施例中，采用了高性能smc粉材：选用高精度低杂质纯铁颗粒粉末，然后在每一颗纯铁颗粒粉末上包覆纳米级绝缘材料，并添加高润滑性的添加剂进行混粉得到均匀的粉材，均匀的粉材，极低的杂质以及较高的密度都为良好的磁性能提供保证；步骤2）模具加工：根据定子的毛坯尺寸规格，结合该粉材在过程中的尺寸变化率，制作加工相应的外定子成型模具和内定子成型模具；步骤3）压制成型：根据产品的密度及尺寸要求，使用选定粉材在外定子成型模具和内定子成型模具上压制成型得到生胚；步骤4）蒸汽处理：直接将产品生胚放入蒸汽处理设备中进行蒸汽处理工艺：先在320
°
c停留1.5小时完成脱蜡，然后从420℃缓慢升温到520℃后立即通氮气随炉冷，完成零
件的蒸汽处理工艺。在保证热处理产品及其稳定的尺寸精度和良好的磁性能的同时，实现了复杂的斯特林制冷器内外定子一次成型即可得到所有的形状和尺寸精度。
26.成型，然后热处理即可完成成品，从而实现完全替代“硅钢片及软磁铁氧体+机加工”的模式，极大的提高了材料的利用率，并大大降低了成本所述步骤1）中，混粉采用starmix粘接混粉方式。
27.所述步骤2）和步骤3）中，采用上一下三结构的外定子成型模具和内定子成型模具进行压制成型，并在中模进行加热。
28.所述步骤3）中，压制成型的生胚密度≥7.35g/cc。
29.此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
30.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具，包括外定子成型模具和内定子成型模具，其特征在于，所述外定子成型模具包括外定子成型中模（11）、外定子上冲（12）、外定子下冲（14）、外定子芯棒头（16）和外定子芯棒接杆（17），所述外定子成型中模（11）套接在外定子芯棒头（16）上，所述外定子上冲（12）的一端抵接至外定子成型中模（11）的一侧端，所述外定子下冲（14）的一端延伸抵接至外定子成型中模（11）内，所述外定子芯棒接杆（17）的一端延伸抵接至外定子芯棒头（16）背离外定子上冲（12）的一侧端上，所述内定子成型模具包括内定子成型中模（21）、第一内定子下冲（22）、第二内定子下冲（24）、第一内定子下冲（22）、第二内定子下冲（24）、第三内定子下冲（28）、第一内定子上冲（213）、第二内定子上冲（215）、内定子芯棒（211）和内定子芯棒接杆（212），所述内定子成型中模（21）套接在内定子芯棒（211）上，所述第一内定子上冲（213）的一端抵接至内定子成型中模（21）的一侧端，所述第二内定子上冲（215）具有的延伸部穿过第一内定子上冲（213）抵接至内定子成型中模（21）的一侧端，所述第一内定子下冲（22）的一端延伸抵接至内定子成型中模（21）内，所述第二内定子下冲（24）一端具有的延伸部穿过第一内定子下冲（22）抵接至内定子成型中模（21）内，所述第三内定子下冲（28）一端具有的延伸部穿过第二内定子下冲（24）抵接至内定子成型中模（21）内，所述内定子芯棒接杆（212）一端具有的延伸部穿过第三内定子下冲（28）抵接至内定子芯棒（211）背离第一内定子上冲（213）的一侧端上。2.根据权利要求1所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺，其特征在于，所述外定子上冲（12）的另一端垫接有外定子上冲压垫（13），所述外定子下冲（14）的另一端垫接有外定子下冲压垫（15），所述外定子芯棒接杆（17）一端的延伸部穿过外定子下冲压垫（15）抵接至外定子芯棒头（16）上，外定子芯棒接杆（17）的另一端设有外定子芯棒压盖（18）。3.根据权利要求2所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺，其特征在于，所述外定子成型中模（11）为带有轴孔的圆盘结构，并在该圆盘结构的外圆面上设有一段凸起的盘肩部，在该圆盘结构的中心轴孔壁上设有相应的模芯，与模芯外圈面紧靠的盘面作为外定子加热套（19）。4.根据权利要求1所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺，其特征在于，所述第一内定子上冲（213）的另一端垫接有第一内定子上冲压垫（214），所述第二内定子上冲（215）的延伸部依次穿过第一内定子上冲压垫（214）和第一内定子上冲（213）抵接至内定子成型中模（21）的一侧端，所述第一内定子上冲压垫（214）的外端依次连接有第一连接垫（218）和第二连接垫（219），所述第二内定子上冲（215）非延伸部的外圆面上设有第二内定子上冲压盖（216），所述第二内定子上冲（215）和第二内定子上冲压盖（216）的外侧面上共同垫接有第二内定子上冲压垫（217），所述第一内定子下冲（22）的另一端垫接有第一内定子下冲压垫（23），所述第二内定子下冲（24）的延伸部依次穿过第一内定子下冲压垫（23）和第一内定子下冲（22）抵接至内定子成型中模（21）内，所述第二内定子下冲（24）非延伸部的外圆面上设有第二内定子下冲压盖（26），所述第二内定子下冲压盖（26）的外侧面上垫接有第二内定子下冲压垫（27），第二内定子下冲（24）的外侧面与第二内定子下冲压垫（27）之间连接有下冲连接垫（220），所述第三内定子下冲（28）的延伸部依次穿过第二内定子下冲压垫（27）、下冲连接垫（220）和第
二内定子下冲（24）抵接至内定子成型中模（21）内，所述第三内定子下冲（28）非延伸部的外圆面上设有第三内定子下冲压盖（210），所述第三内定子下冲（28）和第三内定子下冲压盖（210）的外侧面上共同垫接有第三内定子下冲压垫（29），所述内定子芯棒接杆（212）的延伸部依次穿过第三内定子下冲压垫（29）和第三内定子下冲（28）抵接至内定子芯棒（211）背离第一内定子上冲（213）的一侧端上。5.根据权利要求4所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺，其特征在于，所述内定子成型中模（21）为带有轴孔的圆盘结构，并在该圆盘结构的外圆面上设有一段凸起的盘肩部，在该圆盘结构的中心轴孔壁上设有相应的模芯，与模芯外圈面紧靠的盘面作为内定子加热套（221）。6.一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：步骤1）选材：根据产品使用性能要求，选用高精度低杂质纯铁颗粒粉末，然后在每一颗纯铁颗粒粉末上包覆纳米级绝缘材料，并添加高润滑性的添加剂进行混粉得到均匀的粉材；步骤2）模具加工：根据定子的毛坯尺寸规格，结合该粉材在过程中的尺寸变化率，制作加工相应的外定子成型模具和内定子成型模具；步骤3）压制成型：根据产品的密度及尺寸要求，使用选定粉材在外定子成型模具和内定子成型模具上压制成型得到生胚；步骤4）蒸汽处理：直接将产品生胚放入蒸汽处理设备中进行蒸汽热处理。7.根据权利要求6所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的工艺，其特征在于，所述步骤1）中，混粉采用starmix粘接混粉方式。8.根据权利要求6所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的工艺，其特征在于，所述步骤2）和步骤3）中，采用上一下三结构的外定子成型模具和内定子成型模具进行压制成型，并在中模进行加热。9.根据权利要求6或8所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的工艺，其特征在于，所述步骤3）中，压制成型的生胚密度≥7.35g/cc。10.根据权利要求6所述的基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的工艺，其特征在于，所述步骤4）中，先在320
°
c的环境下停留1.5小时完成脱蜡，然后从420℃缓慢升温到520℃后立即通氮气随炉冷却，完成零件的蒸汽处理工艺。

技术总结
本发明是一种基于粉末冶金料生产斯特林制冷器定子的模具及工艺，包括外定子成型模具和内定子成型模具，所述外定子成型模具和内定子成型模具采用上一下三结构，并在中模处设置有加热装置。本发明可以极大满足斯特林制冷器内外定子所需的低矫顽力和高磁导率的磁性材料，从而替代传统的非常昂贵的铷铁硼、铁钴钒和硅钢，实现了材料的零机加工，材料的利用率达到了100%，比传统硅钢工艺节约近80%成本，为加速推进新型斯特林制冷技术在生物医疗低温存储领域的产业化做出了很大的贡献。存储领域的产业化做出了很大的贡献。存储领域的产业化做出了很大的贡献。


技术研发人员：朱晓俊
受保护的技术使用者：苏州莱特复合材料有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/20