簡述粉末冶金成型方法

摘要：粉末冶金成型是將金屬粉末或混合料裝在陰模型腔內(nèi)，通過模沖對粉末施加壓力壓制成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度坯塊的工藝。成型的方法合理與否直接決定產(chǎn)品能否順利生產(chǎn)以及能否具備批量生產(chǎn)的能力，降低成本。此外成型的效果將影響產(chǎn)品隨后的工序和產(chǎn)品的最終質(zhì)量。本文通過闡述粉末冶金模壓成型常見的幾種方法，以及不同的方法對應(yīng)的原理及其壓制的坯件的密度分布。并為不同類型產(chǎn)品的成型壓制如何選擇最合適的方法提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 單向壓制 雙向壓制

中圖分類號：TP217.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

1、引言

粉末冶金是用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合料）作為原料，經(jīng)過成型和燒結(jié)制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝過程【1】。隨著粉末冶金技術(shù)發(fā)的發(fā)展，粉末冶金產(chǎn)品的性能要求也不斷提高，相對產(chǎn)生多種不同的成型方法。目前傳統(tǒng)壓制成型方法有：單向壓制和雙向壓制兩種。其中雙向壓制又分為陰模浮動式壓制和陰模拉下式壓制。

2、成型方法

2.1單向壓制

單向壓制工作原理：陰模型腔和下模沖的位置固定不動，上模沖在壓機(jī)凸輪帶動下，向下進(jìn)入陰模型腔，并對陰模型腔的粉末加壓，使粉末壓制成具有一定密度和強(qiáng)度的坯件?！?、3】

單向壓制的一個循環(huán)有以下步驟。

A粉末充填：粉末通過手工或者動送粉器的送粉，利用粉末重力充填在陰模型腔中。

B單向壓制：粉末填充完畢后，陰模型腔與下模沖位置固定不變，上模沖在壓機(jī)凸輪帶動下，向下進(jìn)入陰模型腔，使粉末壓制成成具有一定密度和強(qiáng)度的坯件。

C保壓：為了使壓力得到有效傳遞，保證坯件密度分布均勻，上模沖應(yīng)在180度的成型壓制位置下保持不動一段時間，使坯件中空氣有足夠時間逸出。【4】。

D脫模：保壓結(jié)束后，上模沖由壓機(jī)凸輪復(fù)位帶動向上脫離陰模型腔，下模沖則由壓機(jī)的下氣缸的作用力作用下把坯件頂出陰模型腔。

E復(fù)位：上模沖退到最高點(diǎn)，送粉器把壓制的坯件推出，同時下模沖退回固定位置，同時粉末在重力作用下充填在陰模型腔中。

2.2雙向壓制

雙向壓制一般分為陰模浮動式壓制和陰模拉下式壓制。

2.2.1陰模浮動式壓制

陰模浮動式壓制工作原理：陰模由彈簧支承，處于浮動狀態(tài)，下模沖固定不動，上模沖在凸輪帶動下向下進(jìn)入陰模型腔，對粉末施加向下壓力。開始加壓時，由于粉末與陰模型腔壁間摩擦力小于彈簧支承力，只有上模沖向下移動，隨著壓力增大，粉末對陰模型腔壁間的摩擦力大于彈簧支承力時，陰模型腔與上模沖一起向下運(yùn)動，與下模沖間產(chǎn)生相對移動，從而達(dá)到雙向壓制的效果?！?、3】。

陰模浮動式壓制的一個循環(huán)有以下步驟。

A裝料：手工或者由自動送粉器把粉末均勻裝入陰模型腔。

B上沖下壓：粉末填充完畢后，陰模彈簧支撐，下模沖位置固定不變，上模沖在壓機(jī)凸輪帶動下，向下進(jìn)入陰模型腔，對陰模型腔中的粉末施加向下壓力。

C陰模浮動：隨著上模沖施加的壓力不斷增大，粉末對陰模型腔壁間的摩擦力也不斷增大，當(dāng)此摩擦力大于陰模型腔的彈簧支撐力時，陰模型腔與上模沖一起向下運(yùn)動，直到坯件成型

D保壓：為了使壓力得到有效傳遞，保證坯件密度分布均勻，上模沖和陰模型腔向下運(yùn)動至坯件成型的位置下保持不動一段時間，使坯件中空氣有足夠時間逸出?！?】。

E脫模：保壓結(jié)束后，上模沖由壓機(jī)凸輪復(fù)位帶動向上脫離陰模型腔，陰模則由壓機(jī)下壓氣缸的向下拉力往下退，直到坯件從陰模型腔脫出。

F復(fù)位：上模沖退到最高點(diǎn)，送粉器推出從陰模型腔脫出的坯件，然后陰模由彈簧支撐恢復(fù)到粉末充填位置，同時粉末在重力作用下充填在陰模型腔中。

2.2.2陰模拉下式壓制

下模沖固定位置不動，上模沖在凸輪的帶動下，向下進(jìn)入陰模型并對型腔中的粉末施加向下壓力的同時，陰模型腔也由于受壓機(jī)下壓氣缸的向下拉力，使其與上模沖一起向下運(yùn)動，相對下模沖形成向上運(yùn)動。從而實現(xiàn)上沖和下沖的雙向壓制【2、3】。

陰模拉下式壓制過程一個循環(huán)有以下步驟。

A裝料：手工或者由自動送粉器把粉末均勻裝入陰模型腔。

B雙向壓制：粉末填充完畢后，上沖在凸輪的帶動下，向下進(jìn)入陰模型腔并對型腔粉末施加向下壓力的同時，陰模也在壓機(jī)下壓氣缸的向下拉力作用下一起向下運(yùn)動，使下模沖相對陰模向上運(yùn)動。

C保壓：為了使壓力得到有效傳遞，保證坯件密度分布均勻，在上、下模沖和陰模型腔相對位置不變的前提下保持不動一段時間，使坯件中空氣有足夠時間逸出?！?】。

D脫模：保壓結(jié)束后，上模沖由壓機(jī)凸輪復(fù)位帶動向上脫離陰模型腔，陰模則由壓機(jī)下壓氣缸的向下拉力往下退，直到坯件從陰模型腔脫出。

E復(fù)位：上模沖退到最高點(diǎn)，送粉器推出從陰模型腔脫出的坯件，然后陰模卸去下壓氣缸壓力，恢復(fù)到粉末充填位置，同時粉末在重力作用下充填在陰模型腔中。

3壓制方式與坯件密度的關(guān)系以及它們應(yīng)用

3.1單向壓制坯件與密度關(guān)系

單向壓制的密度分析：從壓制原理可知，單向壓制的壓力是從上模沖方向向下傳遞。與上模沖相接觸的坯件上層，從橫向分析，密度從中心向邊緣逐步增大，頂部的邊緣部門密度最高，這是由于壓制過程在陰模型腔壁會對粉末產(chǎn)生橫向反作用力，所以邊緣比心部高。從縱向分析，密度從上往下逐漸減少。這時由于壓力在密實粉末過程，粉末發(fā)生滑移和變形會產(chǎn)生向上的反作用力，隨著傳遞的壓力不斷減少，粉末更難發(fā)生滑移變形，最終導(dǎo)致底部坯件的密度低【5】。由此可知，單壓制坯件密度分布從邊緣向中心，從上到下逐漸減少。

3.2雙向壓制坯件與密度關(guān)系

雙壓制的密度分析：從雙向壓制原理可知，雙向壓制的壓力是從兩端向中心傳遞。與模沖接觸的坯件兩端，橫向分析，密度同樣從中心向邊緣逐步增大，理論跟單向壓制一致。從縱向分析，由于壓力從兩端向中心傳遞，所以坯件兩端的粉末能充分發(fā)生滑移變形現(xiàn)象，密度高，而隨著壓力傳遞減少，心部密度粉末不能充分滑移變形，密度低。由此可知，雙向壓制坯件密度分布：從邊緣向中心逐漸減少，但坯件由于受兩端壓力壓制，降低坯件的高徑比，減少壓力沿高度而減少的差異，密度分布更均勻?！?】。

4 結(jié)語

隨著社會科技的不斷發(fā)展，粉末冶金也發(fā)生翻天覆地的變化，各式的成型壓制方法不斷出現(xiàn)。但無論那種壓制方式（摩擦芯棒壓制，下模沖浮動壓制，組合沖壓制，換向壓制等）都可以從上述3種壓制方法的原理中找到理論基礎(chǔ)。因此掌握上述3種方法的原理和應(yīng)用原則就能為粉末冶金模具設(shè)計大打下堅實基礎(chǔ)。

【1】 黃培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工業(yè)出版社.1997（2006.1重印）.1

【2】 中南礦冶學(xué)院粉末冶金教研室，粉末冶金基礎(chǔ)，冶金工業(yè)出版社，1974

【3】 黃培云.粉末壓型問題.（中南礦冶學(xué)院）.1980

【4】 黃培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工業(yè)出版社.1997（2006.1重?。?213

【5】 黃培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工業(yè)出版社.1997（2006.1重印）.204

作者簡介：阮志光（1985-）？男，漢，廣東佛山人，本科，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，主要從事粉末冶金的研發(fā)工作。