1、1三、成形三、成形2三、成形三、成形3三、成形三、成形4三、成形三、成形轿车部件5三、成形三、成形电动工具与汽车部件6三、成形三、成形齿轮保持架(Ford)7三、成形三、成形汽车发动机用粉末烧结钢零件8三、成形三、成形汽车变速器系统用粉末烧结钢件9三、成形三、成形P/F连杆10三、成形三、成形不锈钢注射成形件11三、成形三、成形成形和烧结过程成形和烧结过程控制粉末冶金材料及其部件的微观结构控制粉末冶金材料及其部件的微观结构主宰着粉末材料及其部件的应用主宰着粉末材料及其部件的应用12 成形：成形：指将松散粉末体加工成具有一定尺寸、形状及一定密度和强度的坯块。将粉末装入模具后，施加外力即进行压制可
2、得到要求的坯块。压制过程中，因粉末颗粒形状不同，有滑动、移动，随着力的增加，颗粒之间还会机械地啮合在一起，有时粉末表面相互磨损，将粉末表面的氧化物或杂质膜破坏，出现清洁的粉末表面，黏附在一起，使坯块具有所需的密度和强度。 a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形； b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。三、成形三、成形131.1.成形前原料准备成形前原料准备（1）退火）退火 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。 金属粉末退火的目的：金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉
3、末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。 加工产品退火的目的：加工产品退火的目的： a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。三、成形三、成形14 退火温度退火温度： 退火气氛退火气氛： a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气） b.惰性气氛 c.真空退火熔退）（TT6 . 05 . 0三、成形三、成形15（2 2）混合）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批） 混合方法混合方法：机械法（干混、湿混）和
4、化学法 机械法机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器等。湿混介质要求不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广，成本低，常用酒精、汽油、丙酮等。 化学法化学法：将金属或化合物粉末与添加的金属盐溶液均匀混合，或各组元全部某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀布的化合物。化学法用于制取钨-铜-镍高密度合金，铁-镍磁性材料，银-钨触头合金等混合物原料等三、成形三、成形16三、成形三、成形17三、成形三、成形18三、成形三、成形19三、成形三、成形20三、成形三、成形21三、成形三、成形无偏聚
5、粉末无偏聚粉末消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间的偏析的偏析粉末混合与输运过程粉末混合与输运过程22（3 3）筛分）筛分 筛分指把不同粒度的粉末通过网筛或振动筛进行分级，使粉末能够按照粒度分成粒度范围更小的级别。（4 4）制粒）制粒 制粒指将小颗粒粉末制成较大颗粒或团粒，目的是改善粉末的流动性。图3-1制粒设备1入料口；2 链轮；3 轮箍；4 滚筒；5 出料口；6 擦筛机；7 料筒；8 电机；9 托轮；10 倾斜旋转圆盘；11 转轴；12 传动轴；13 机座三、成形三、成形23三、成形三、成形24三、成形三、成形25三、成形三、成形26三、成形三、成形27
6、三、成形三、成形28三、成形三、成形29三、成形三、成形30三、成形三、成形312. 金属粉末压制过程金属粉末压制过程2.1金属粉末压制现象金属粉末压制现象 压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力压模压制是指松散的粉末在压模内经受一定的压制压力后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。图后，成为具有一定尺寸、形状和一定密度、强度的压坯。图3-1是压模示意图。是压模示意图。 图图3-1 压模示意图压模示意图三、成形三、成形32三、成形三、成形33三、成形三、成形34三、成形三、成形颗粒滑动与转动阻力的影响因素的影响因素颗粒形状颗粒形状粒度组成粒度组成表面粗糙度表面粗糙度颗粒间润
7、滑状态颗粒间润滑状态35三、成形三、成形36三、成形三、成形37三、成形三、成形粉末粒度组成（同一密度）粉末粒度组成（同一密度）颗粒形状颗粒形状颗粒表面氧化膜颗粒表面氧化膜粉末混合物的成份粉末混合物的成份石墨含量石墨含量382.2粉末颗粒变形与位移的几种形式粉末颗粒变形与位移的几种形式 （1）粉末的位移）粉末的位移 可用图可用图3-2所示的两颗粉末来近似地所示的两颗粉末来近似地说明。说明。 图图3-2 粉末位移的形式粉末位移的形式三、成形三、成形39三、成形三、成形40三、成形三、成形41 （2）粉末的变形）粉末的变形 变形有三种情况，即弹性变形、塑性变变形有三种情况，即弹性变形、塑性变形和脆
8、性断裂。粉末的变形图形和脆性断裂。粉末的变形图3-3所示。所示。 图图3-3 压制时粉末的变形压制时粉末的变形三、成形三、成形42三、成形三、成形43三、成形三、成形442.3金属粉末的压坯强度金属粉末的压坯强度 压坯强度是指压坯反抗外力作用，保持其几何形状尺寸压坯强度是指压坯反抗外力作用，保持其几何形状尺寸不变的能力。压坯强度的测定方法主要用：压坯抗弯强度试不变的能力。压坯强度的测定方法主要用：压坯抗弯强度试验法，测定压坯边角稳定性的转鼓试验法以及测试破坏强度验法，测定压坯边角稳定性的转鼓试验法以及测试破坏强度的方法。电解铜粉和还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的的方法。电解铜粉和还原铁粉压坯
9、的抗弯强度与成形压力的关系如图关系如图3-4和图和图3-5所示。所示。 图3-4电解铜粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系 图3-5还原铁粉压坯的抗弯强度与成形压力的关系三、成形三、成形45三、成形三、成形46三、成形三、成形47三、成形三、成形硬脂酸锌及成形剂添加与否硬脂酸锌及成形剂添加与否高模量组份的含量高模量组份的含量48三、成形三、成形49三、成形三、成形外在因素：残余应力大小：残余应力大小503. 压制压力与压坯密度的关系压制压力与压坯密度的关系3.1金属粉末压制时压坯密度的变化规律金属粉末压制时压坯密度的变化规律a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快；b.密度达到一定值
10、后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少，而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少；c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度继续增大。 图图3-6 压坯密度与成形压力的关系压坯密度与成形压力的关系三、成形三、成形51三、成形三、成形图3-11坯块相对密度与压制压力的关系1银粉；2涡旋铁粉；3铜粉；4还原铁粉；5镍粉；6鉬粉图3-12坯块相对密度与压制压力的关系1电解钍粉；2钙热还原钍粉；3还原锆粉；4研磨铍粉；5氢化物离解铀粉；6硼化钛粉；7铬粉523.2压制压力与压坯密度的定量关系压制压力与压坯密度的定量关系 三、成形三、成形常用力学模型常用力学模型理想弹性体理想
11、弹性体- -虎克体（虎克体（H H体）体） =MM理想流体理想流体- -牛顿体（牛顿体（N N体）体） =d/dtd/dt53a.a.巴尔申巴尔申( (BalshinBalshin) )压制方程：压制方程： 式中Pmax相应于压至最紧密状态（=1）时的单位压力； L压制因素；坯块的相对体积。 巴尔申实验证明：随着压制压力的增加，压制因素增大，临界应力值也发生变化。该公式应用范围小，只能在有限的压力范围内使用，不能在高压下应用。) 1(lglgmaxLPP三、成形三、成形54三、成形三、成形55 （2）川北公夫压制理论）川北公夫压制理论 经验公式： 式中C粉末体积减少率； a、b系数； V0无压
12、时的粉末体积； V压力为P时的粉末体积。bPabPVVVC100图3-14粉末体积减少率和压力之间的关系三、成形三、成形56（3）黄培云压制理论方程）黄培云压制理论方程 黄培云黄培云对粉对粉末压制成形提出一种新的压制理论公式末压制成形提出一种新的压制理论公式. 三、成形三、成形57三、成形三、成形58 比较上述各压制方程可以看出：比较上述各压制方程可以看出： 在多数情况下，黄培云的双对数方程在多数情况下，黄培云的双对数方程不论硬、软粉末适用效果都比较好。不论硬、软粉末适用效果都比较好。 巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果巴尔申方程用于硬粉末比软粉末效果好。好。 川北公夫方程则在压制压力不太大时川
13、北公夫方程则在压制压力不太大时较为优越。较为优越。三、成形三、成形59 4. 压制过程中力的分析压制过程中力的分析 通常所说压制力均指平均压力，实际上同一断面内，靠近模壁和中间部位、坯块上、中、下部位所受力均不相同。力包括正应力、侧压力、摩擦力、弹性内应力、脱模压力等。 作用在粉末体上的力：P=P1+P2 P1静压力，使粉末产生位移、变形、克服粉末的内摩擦；_ P2 压力损失，克服粉末颗粒与模壁之间的外摩擦力。三、成形三、成形60 a. a.侧压力侧压力 粉末体在模具内受压时，坯块向周围膨胀，模壁给坯块一个大小相等、方向相反的反作用力，这个力就是侧压力。 侧压力的存在，使粉末体在压制过程中相对
14、于模壁运动时产生摩擦力。图3-16双向压制示意图图3-15坯块受力示意图三、成形三、成形61侧压力与压制压力的关系侧压力与压制压力的关系：当坯块受到正压力P作用时，在x轴方向产生膨胀Lx1，y轴方向的侧压力也使坯块沿x轴方向膨胀Lx2，x轴方向的侧压力使坯块沿x轴方向压缩Lx3，根据图3-19知，坯块在模具内不能向侧向膨胀，因此：Lx3 =Lx2 +Lx1 ，可得：侧压系数；泊松比。同理，沿y轴方向也可导出相同公式。侧压力公式未考虑塑性变形、粉末特性、模壁变形等，因此只是一个估算值。EPLx1EPLx侧2EPLx侧31PP侧三、成形三、成形62 侧压系数与坯块密度的关系侧压系数与坯块密度的关系
15、： 式中达到理论密度时的侧压系数；坯块相对密度。 从图可看出：坯块的不同高度上侧压力不同， 上层： 下层：图3-17侧压力示意图PP%38上侧）（上侧下侧%5040 PP最大侧PP三、成形三、成形63b.b.外摩擦力外摩擦力 摩擦力摩擦力：粉末体在压制过程中，运动的粉末与模壁之间存在摩擦现象，摩擦产生的力称为摩擦力。单向压制时，其方向与压制方向相反。 式中摩擦系数。 外摩擦力外摩擦力（摩擦压力损失）： 式中P模底受到的力; P压制压力; H坯块高度；D坯块直径。 如考虑弹性变形，则：侧摩擦PPDHPeP4DHPeP81图3-18单向压制示意图三、成形三、成形64摩擦压力损失与坯块尺寸的关系：
16、单向压制只有一个活动模冲，通常是上模冲动，下模冲不动。坯块高度越高，坯块上下密度差越大，原因是摩擦压力损失的存在。 为了减小坯块上下密度差，单向压制只压制比较薄的坯块。即 或1DH1LH图3-19密度变化三、成形三、成形65c.c.脱模压力 脱模压力指把坯块从模具内取出所需的压力。 压制铁粉： 压制硬质合金： 脱模压力与压制力的关系： 氧化镁脱模压力与压制力的关系：式中P压制压力；D坯块直径；H坯块高度；C模具质量的特征系数；m常数。PP13. 0脱PP3 . 0脱压脱PPmDHPCP脱三、成形三、成形66 d. d.弹性后效弹性后效 加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值
17、的现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。 式中沿坯块高度或直径的弹性后效； l0坯块卸压前的高度或直径； l坯块卸压后的高度或直径。%100%1000lllll图3-20各种粉末的弹性后效三、成形三、成形675. 压制密度及其分布压制密度及其分布5.1压坯密度分布规律压坯密度分布规律压制过程的主要目的是得到一定的坯块密度，并力求密度均匀分布，但实践证明，坯块密度分布不均匀是压制过程的主要特征之一。液体在模具内经受流体静压力后，压力传递到模具的任何一个面，即液体力图向各个方向流动，而粉末在模具中压制时，主要是在施加力的
18、方向上移动。图3-21密度变化三、成形三、成形68图3-23密度变化三、成形三、成形69图3-25镍粉坯块的密度分布D 模=20mmH/D=0.87P压=686MPa从上向下单向压制从图可看出，密度最大的地方在顶部外圆周，最小的地方在底部外圆周，在圆柱体表面附近，密度从高到低逐渐降低。三、成形三、成形705.2影响压坯密度分布的因素影响压坯密度分布的因素 实验证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增实验证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增大，而加大直径则会使密度的分布更加均匀。压坯中密度分大，而加大直径则会使密度的分布更加均匀。压坯中密度分布的不均匀性，在很大程度上可以用双向压制来
19、改善。在双布的不均匀性，在很大程度上可以用双向压制来改善。在双向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较低（图向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较低（图3-15）。）。 图图3-15 单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布单向压制与双向压制的压坯密度沿高度方向的分布三、成形三、成形715.3复杂形状压坯的压制复杂形状压坯的压制 历史上在自动压机上压制的第一种产品是药丸，药粉计量后倒入模腔，压制和挤出自动进行，在药丸机上压制的第一种粉末冶金制品是自润滑轴承，药丸机被重新设计后既能在高压下操作，又能压制复杂的金属结构件。 a.a.单向压制的简单零件单向压制的简单零件 单向压制只有一个活动的模冲
20、，通常是上模冲动，下模冲不动，用于压制H/D 1的坯块。单向压制只在一个面上施加压力，对圆柱体则为上表面，密度从上到下逐渐减小，由于零件比较薄，密度变化在允许范围内。三、成形三、成形72图3-27单向压制可压制的零件三、成形三、成形73Die ：固定到压机台面上的模具；Core rod：与模具内径同轴的固定芯杆；Upper punch:固定到压机压头上的空心上模冲；Lower punch:固定到压机下压头上的空心上模冲。图3-28压制短套筒的模具组成三、成形三、成形74图3-29用下模冲脱模的单向压制操作步骤三、成形三、成形75b.b.双向压制的简单零件双向压制的简单零件双向压制可压制高度与直
21、径比或高度与壁厚比较大且形状较复杂的零件。从图看出，上下模冲同时运动，且坯块高度增加。图3-30用下模冲脱模的双向压制操作步骤三、成形三、成形76弹簧底座弹簧底座双向压制双向压制系统系统 模具底面固定在弹簧上，可上下浮动，上模冲运动进入模腔时，粉末与模具内表面产生摩擦，使模具下表面向下运动，抵抗弹簧的弹力，效果与下模冲向上运动相同。图3-31弹簧底座下模冲脱模步骤三、成形三、成形77 下模冲不动双向压制 模具底面固定在液压缸上，取代了由下模冲推出坯块的系统。下模冲安装在基础平台上，压制循环过程中不运动，模具安装在模具平台上。上模冲进入模腔后，模冲与模具平台一起向下运动，下模冲不动。压制结束后，
22、上模冲向上运动，模具平台和下连接器向下运动，直到坯块脱出。三、成形三、成形78图3-32下模冲不动双向压制脱模步骤三、成形三、成形79c.c.双向压制双向压制下表面具有两个不同平面下表面具有两个不同平面的零件的零件 下图是一带凸缘的零件，下表面有两个面，一个小圆，一个空心圆，这类零件只能由下模冲将其推出模腔。成形采用组合模冲，一个上模冲，两个下模冲。为了保证整个零件密度分布均匀，两个下模冲运动调节一致。图3-33具有两个不同平面的零件三、成形三、成形80下表面具有两个不同平面零件的压制过程：下表面具有两个不同平面零件的压制过程： 图1装满粉末；图2上模冲放入模腔，上面不同方向的剖面线代表上模冲
23、，中间黑体部分是要压制的粉末部分，下面两边上同方向剖面线表示下模冲，中间黑体下部另一方向剖面线部分是内下模冲；图3表示压制结束；图4上模冲移走，下模冲往上推，直到外下模冲与模具平齐，此时凸缘部分已离开模腔，图5外下模冲不动，内下模冲向上推，零件脱模；图6压制好的零件。图3-34带凸缘零件的压制三、成形三、成形81d.d.双向压制多面体零件双向压制多面体零件 多面体零件通常形状复杂，且有一个上表面，多个下表面，即需要一个上模冲，多个下模冲。压制时，要保证整个坯块密度相同，否则脱模过程中密度不同的衔接处会由于应力的重新分布而产生断裂或分层。设计不同动作的多模冲模具时，要求各模冲的压缩比相同，目的是
24、使复杂形状坯块密度相同。压制过程中要考虑各个模冲的弹性偏差，并平衡弹性偏差。偏差的计算由计算机完成，整个压制过程由微信息处理机控制，可得到好的零件。压缩比：压缩比：松散粉末体与坯块截面高度之比图3-35涡轮机轮毂三、成形三、成形82图3-36压制过程中系统部件的10个位置三、成形三、成形83图3-37复杂形状坯块的压制(a)、(b)坯块形状；、(d)简单模冲压制及坯块密度分布；(e)多模冲压制示意图及坯块密度分布e.e.复杂形状坯块压制复杂形状坯块压制三、成形三、成形84 f.f.具有曲面坯块的压制具有曲面坯块的压制 实际生产中，会遇到表面是曲面的零件，这种零件在自动压机中可以压制，但要保证均
25、匀密度比较难，因为松散粉末体与坯块厚度的比率不同。 自动压机可提供水平装满和非水平装满，往模腔装粉末时，上表面可装成曲面，但曲面上密度的一致性难以预测。 假设结论假设结论：假设粉末颗粒不仅在施加力的方向上运动，同时也有一定量的侧向运动，这样，密度变化取决于曲面的半径，半径越大，密度变化越小。若根据压缩比来衡量，则压缩比越大，密度变化越小。 大多数情况下密度变化在可接受的范围内，即密度的变化不影响零件的使用，特殊情况下，不均匀的密度分布可通过烧结、再压，使密度分布均匀。三、成形三、成形85图3-38曲面坯块的压制三、成形三、成形86 6.6.影响压制过程和坯块质量的因素影响压制过程和坯块质量的因
26、素 6.16.1粉末性能粉末性能 a.a. 粉末物理性能粉末物理性能 软金属粉末压制时密度易达到，硬金属粉末需用成形剂；压制硬金属粉末时对模具的磨损大于软金属粉末。 b.粉末粒度及粒度组成粉末粒度及粒度组成 粉末越细，流动性越差，填充模腔边角处越困难，越易形成拱桥效应。细粉末松装密度低，在模具中充填容积大，使压制过程模冲的运动距离与粉末之间的内摩擦力均增加，压力损失增大，密度分布不均匀。粒度组成合理的粉末在压制过程中小颗粒填充大颗粒之间的孔隙，因此坯块密度、强度提高，弹性后效减小，密度分布合理。三、成形三、成形87 c.粉末纯度粉末纯度 粉末纯度越高，压制越易进行。粉末中杂质大多是硬而脆的氧化
27、物，其存在使粉末压制阻力增加，压制性能变坏，坯块的弹性后效增大。 d.粉末颗粒形状粉末颗粒形状 球形粉末流动性好，易于充填模腔坯块密度分布均匀；不规则粉末充填模腔困难，易产生拱桥效应，但坯块强度高，成形性好。 e.粉末松装密度粉末松装密度 松装密度小，模具高度和模冲长度增加，坯块密度分布不易均匀，但坯块强度高。松装密度大，利于压制长而高的坯块。 三、成形三、成形88 6.2 6.2成形剂和润滑剂成形剂和润滑剂 金属粉末压制时，模壁与粉末之间、粉末与粉末之间产生摩擦，使压力和密度分布不均匀，加入成形剂可改变这种状况。 使用成形剂的目的有：使用成形剂的目的有： a 促进颗粒变形，改善压制过程，降低
28、单位压制力；促进颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制力； b 提高压坯强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件；提高压坯强度，减少粉尘飞扬，改善劳动条件； c 提高压坯密度的均匀性，改善压坯表面质量；提高压坯密度的均匀性，改善压坯表面质量； d 可明显提高压模寿命等等。可明显提高压模寿命等等。三、成形三、成形89成形剂的选择原则成形剂的选择原则 选择成形剂的原则有以下几个方面：选择成形剂的原则有以下几个方面： （1）成形剂的加入不会改变混合料的化学成）成形剂的加入不会改变混合料的化学成分；成形剂在随后的预烧或烧结过程中能全部排除，分；成形剂在随后的预烧或烧结过程中能全部排除，不残留有害物质；所放出的气
29、体对人体无害。不残留有害物质；所放出的气体对人体无害。 （2）成形剂应具有很好的分散性能；具有较好）成形剂应具有很好的分散性能；具有较好的粘性和良好的润滑性；并且易于和粉末料混合均的粘性和良好的润滑性；并且易于和粉末料混合均匀。匀。 （3）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大；除特殊情况外其软化点应当高，以防止混合过大；除特殊情况外其软化点应当高，以防止混合过程中的温升而熔化。程中的温升而熔化。 （4）烧结后对产品性能和外观等没有不良影响。）烧结后对产品性能和外观等没有不良影响。 （5）成本低，来源广。）成本低，来源广。 三、成形三、成形90成形剂种类成
30、形剂种类不同金属粉末选用不同物质作成形剂。 铁基粉末制品铁基粉末制品：硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硫磺、二硫化钼、石墨粉和机油等。 硬质合金硬质合金：合成橡胶、石蜡、聚乙烯醇、乙二酯和松香等。 其他其他成形剂成形剂：淀粉、甘油、凡士林、樟脑及油醇等。 成形剂加入方法：成形剂加入方法： 干混干混：成形剂直接以粉末状与金属一起混合； 湿混湿混：成形剂先溶于水、酒精、汽油、丙酮、苯及四氯化碳等液体中，然后加入到粉末中混合，干燥时挥发掉。三、成形三、成形91成形剂的用量及效果成形剂的用量及效果 成形剂的加入量与粉末种类、颗粒大小、压制压力以及成形剂的加入量与粉末种类、颗粒
31、大小、压制压力以及摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细摩擦表面有关，并与成形剂本身的性质有关。一般说来，细颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。颗粒粉末所需的成形剂加入量比粗粒度粉末的量要多一些。成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同（图成形剂的加入随压坯形状因素的不同而不同（图3-18）。）。由图可知，成形剂的加入量与形状因素成正比。由图可知，成形剂的加入量与形状因素成正比。 图图3-18 形状因素对成形剂加入量的影响形状因素对成形剂加入量的影响三、成形三、成形92 加入不同粒度的成形剂对粉末流动性、松装密度和脱模加入不同粒度的成形剂对粉末流动性、松装密度和脱模
32、压力的影响如图压力的影响如图3-19和图和图3-20所示。成形剂的加入量还影所示。成形剂的加入量还影响压坯密度和脱模压力（图响压坯密度和脱模压力（图3-21）。图）。图3-22是成形剂对烧是成形剂对烧结体的抗弯强度的影响。结体的抗弯强度的影响。 图图3-19 成形剂粒度对粉末流动性和松装密度的影响成形剂粒度对粉末流动性和松装密度的影响三、成形三、成形93三、成形三、成形94三、成形三、成形95 从图从图3-19 图图3-22可知，加入成形剂对压可知，加入成形剂对压坯质量和烧结性能都有影响，因此应从多方面综合坯质量和烧结性能都有影响，因此应从多方面综合考虑正确地选择和使用成形剂。考虑正确地选择和
33、使用成形剂。 由上分析，也可不把成形剂加入混合料中而直由上分析，也可不把成形剂加入混合料中而直接润滑压模。常用润滑压模地润滑剂有：硬脂酸、接润滑压模。常用润滑压模地润滑剂有：硬脂酸、硬脂酸盐类、丙酮、苯、甘油、油酸、三氯乙烷等。硬脂酸盐类、丙酮、苯、甘油、油酸、三氯乙烷等。图图3-23为不同润滑方式对压坯密度的影响。为不同润滑方式对压坯密度的影响。 图图3-23 不同润滑方式对压坯密度的影响不同润滑方式对压坯密度的影响三、成形三、成形96 6.3 6.3压制方式压制方式 a.加压方式加压方式 单向压制、双向压制、多向压制或组合模冲。 b.加压速度加压速度 粉末体受到高速冲击负荷时，坯块致密化过
34、程不同于静压。加压过快，影响粉末颗粒间的摩擦状态和加工硬化程度及空气从粉末颗粒孔隙中逸出。因此，压制过程以静压（缓慢加压）状态进行。三、成形三、成形97 c.加压保持时间加压保持时间 金属粉末压制过程中，施加的压力达一定值后保持一定时间，坯块密度提高。 d.振动压制振动压制 采用机械、电磁、气动或超声振动，有利于坯块的致密化。但振动压制噪音大，对人体有害，对设备的设计和材质要求较高。三、成形三、成形98 e.磁场磁场 主要针对磁性材料。在普通压制的基础上加一个外磁场，利用粉末的磁各向异性，使自由旋转颗粒的易磁化方向旋转到与外加磁场一致，在材料中产生一种与单晶体磁状态几乎相同的组织。图3-46磁
35、场压制模具结构图(a)平行加压方式；(b)垂直加压方式 三、成形三、成形997. 压制废品分析压制废品分析（1)分层分层 沿坯块的棱边向内部发展的裂纹，与受压面呈450角的整齐界面。 分层原因分层原因：弹性后效。压制压力过高，易引起分层。因为压制压力过高，坯块密度过高，其弹性后效明显增大。图3-44压制分层三、成形三、成形100 (2)裂纹裂纹 裂纹不同于分层，一般是不规则的，且无整齐界面。裂纹可以是纵向，也可以是横向，或任意方向。 裂纹原因裂纹原因：弹性后效。当坯块脱模时中间停顿、坯块脱出部分产生弹性膨胀，而未脱出部分仍受到压缩，产生压应力，致使痞块产生裂纹。图3-45压制裂纹三、成形三、成
36、形101 (3)掉边掉角掉边掉角 原因是坯块强度、密度未达到要求，或脱模过程和搬运过程操作不当。 (4)坯块密度分布不均匀坯块密度分布不均匀 原因是装料不均，操作不慎。其他缺陷如划伤多为模具软或光洁度差的缘故。毛刺过大和同轴度超差大多为模具尺寸精度低、配合间隙过大引起。三、成形三、成形1028. 特殊成形特殊成形8.1等静压成形等静压成形等静压制的基本原理等静压制的基本原理 等静压制是借助高压泵的作用把液体介质等静压制是借助高压泵的作用把液体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内（如图（如图3-28），高压流体的静压力直接作用在），高压流体的静压力
37、直接作用在弹性模套内粉末上，使粉末体在同一时间内各个弹性模套内粉末上，使粉末体在同一时间内各个方法均匀受压而获得密度分布均匀和强度较高的方法均匀受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。压坯。 （A）压力分布和摩擦力对压坯密度分布的影响）压力分布和摩擦力对压坯密度分布的影响 （B）压制压力与压坯密度的关系）压制压力与压坯密度的关系三、成形三、成形图3-28 等静压原理图1038. 2冷等静压制冷等静压制 冷等静压制主要工艺过程包括模具材料的选择及模具的制冷等静压制主要工艺过程包括模具材料的选择及模具的制作，粉末料的准备，以及将粉末料装入模袋、密封、压制和脱作，粉末料的准备，以及将粉末料装入模袋、
38、密封、压制和脱模。图模。图3-29为冷等静压工艺的流程图。为冷等静压工艺的流程图。 图图3-29 冷等静压制的流程图冷等静压制的流程图三、成形三、成形104 （1）模具材料的选择及制作）模具材料的选择及制作 冷等静压制模具大多采用弹性物，例如天然橡胶和合成冷等静压制模具大多采用弹性物，例如天然橡胶和合成橡胶。这些弹性材料的性质如表橡胶。这些弹性材料的性质如表3-3所示。近年来又采用了所示。近年来又采用了塑料。热塑性软性树脂是目前制作模具的主要材料。塑料。热塑性软性树脂是目前制作模具的主要材料。 表表3-3 某些弹性材料的性质某些弹性材料的性质 （2）粉末料的准备）粉末料的准备三、成形三、成形1
39、05 （3）装料、密封及抽气）装料、密封及抽气 冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分为湿袋模具压冷等静压制按粉料装模及其受压形式可分为湿袋模具压制（图制（图3-30）和干袋模具压制（图）和干袋模具压制（图3-31）两种。）两种。 图图3-30 湿袋模具压制试图湿袋模具压制试图 图图3-31干袋模具压制图干袋模具压制图 （4）压制和脱模）压制和脱模三、成形三、成形106三、成形三、成形压制方式压制方式107三、成形三、成形干袋式干袋式108三、成形三、成形8.3热等静压制热等静压制109三、成形三、成形110三、成形三、成形 特点特点111三、成形三、成形8.4粉末轧制粉末轧制112三、成形三、
40、成形包套粉末热轧包套粉末热轧活性粉末和高致密度的坯带2 粉末轧制原理粉末轧制原理113三、成形三、成形粉末轧制示意图粉末轧制示意图114三、成形三、成形特征区特征区115三、成形三、成形3 轧制过程的影响因素116三、成形三、成形4 粉末轧制的应用粉末轧制的应用多孔板材，如过滤板、催化剂板材多孔板材，如过滤板、催化剂板材层状复合材料带、板材层状复合材料带、板材纤维增强复合材料纤维增强复合材料117三、成形三、成形8.5 粉末挤压成形粉末挤压成形1 定义与分类定义定义将粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法分类分类118三、成形三、成形119三、成形三
41、、成形2 粉末增塑挤压原理粉末增塑挤压原理120三、成形三、成形121三、成形三、成形物料运动示意图122三、成形三、成形3 挤压过程挤压过程增塑剂（plasticizer）石蜡+粘结剂PVA+硬脂酸（表面活性剂）添加总量为6-8.5%粗颗粒粉末或厚壁件取下限细颗粒粉末或薄壁件取上限123三、成形三、成形硬质合金增塑挤压工艺流程124三、成形三、成形 4 粉末热挤压粉末热挤压125三、成形三、成形8.6 粉浆浇注粉浆浇注126三、成形三、成形127三、成形三、成形2 石膏模制作石膏模制作128三、成形三、成形3 浇注浇注离型剂离型剂硅油或肥皂水隔绝粉末颗粒与石膏颗粒间的 接触和控制吸水速度但会
42、降低后续使用时吸水速度129三、成形三、成形4 影响因素1308.7高能成形高能成形 爆炸成形法是高能成形的方法之一。爆炸成形法是高能成形的方法之一。图图3-39是类似液体等静压一样的间接法爆是类似液体等静压一样的间接法爆炸成形原理图。炸成形原理图。 图图3-39 爆炸成形原理爆炸成形原理三、成形三、成形131原理原理: :将粉末装于一个导电将粉末装于一个导电的容器的容器( (护套护套) )内内, ,置于高强置于高强磁场线圈的中心腔中。电容磁场线圈的中心腔中。电容器放电在数微秒内对线圈通器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流入高脉冲电流, ,线圈腔中形线圈腔中形成磁场成磁场, ,护套内产生感应电
43、护套内产生感应电流。感应电流与施加磁场相流。感应电流与施加磁场相互作用互作用, ,产生由外向内压缩产生由外向内压缩护套的磁力护套的磁力, ,因而粉末得到因而粉末得到二维压制。整个压制过程不二维压制。整个压制过程不足足1ms。8.8动磁压制技术动磁压制技术三、成形三、成形132动磁压制的优点动磁压制的优点: : 由于不使用模具由于不使用模具, ,成型时模壁摩擦减少到成型时模壁摩擦减少到0 0，因而，因而可达到更高的压制压力可达到更高的压制压力, ,有利于提高产品，并且生有利于提高产品，并且生产成本低；产成本低；由于在任何温度与气氛中均可施压由于在任何温度与气氛中均可施压, ,并适用于所有并适用于
44、所有材料材料, ,因而工作条件更加灵活；因而工作条件更加灵活； 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂, ,因而成型因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保。三、成形三、成形133 许多合金钢粉用动磁压制做过实验许多合金钢粉用动磁压制做过实验, ,粉末中不粉末中不添加任何润滑剂添加任何润滑剂, ,生坯密度均在生坯密度均在95%以上。动磁压以上。动磁压制件可以在常规烧结条件下进行烧结制件可以在常规烧结条件下进行烧结, ,其力学性能其力学性能高于传统压制件。动磁压制适用于制造柱形对称高于传统压制件。动磁压制适用于制
45、造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件。状复杂的零件。三、成形三、成形134 动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革命性变化命性变化, ,由粉末材料一次制成近终形定子与转子由粉末材料一次制成近终形定子与转子, ,从而获得高性能产品从而获得高性能产品, ,大大降低生产成本。大大降低生产成本。 动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高度高, ,其磁能积可提高其
46、磁能积可提高15%-20%15%-20%。三、成形三、成形135 动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材料的显微结构不变料的显微结构不变, ,因而也提高了材料性能。因而也提高了材料性能。对于象、与陶瓷粉末等难压制材料对于象、与陶瓷粉末等难压制材料, ,动动磁压制可达到较高的密度磁压制可达到较高的密度, ,从而降低烧结收缩从而降低烧结收缩率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化率。目前许多动磁压制的应用已接近工业化阶段阶段, ,第一台动磁压制系统已在运行中。第一台动磁压制系统已在运行中。三、成形三、成形136 瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是瑞典开发出粉末
47、冶金用高速压制法。这可能是粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采用液压冲击机用液压冲击机, ,它与传统压制有许多相似之处它与传统压制有许多相似之处, ,但关但关键是压制速度比传统快键是压制速度比传统快50050010001000倍倍, ,其压头速度高其压头速度高达达230m/s, ,因而适用于大批量生产。液压驱动的因而适用于大批量生产。液压驱动的重锤重锤(5(512001200kg) )可产生强烈冲击波可产生强烈冲击波,0.02s,0.02s内将压内将压制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量与冲
48、击时的速度决定压制能量与致密化程度。与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。8.9高速压制高速压制三、成形三、成形137 高速压制的另一个特点是产生多重冲击波，高速压制的另一个特点是产生多重冲击波，间隔约间隔约0 3s的一个个附加冲击波将密度不断提的一个个附加冲击波将密度不断提高。这种多重冲击提高密度的一个优点是高。这种多重冲击提高密度的一个优点是, ,可可用比传统压制小的设备制造重达用比传统压制小的设备制造重达5kg以上的大以上的大零件。零件。 高速压制适用于制造阀座、气门导管、主高速压制适用于制造阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套及轴轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套
49、及轴承座圈等产品。承座圈等产品。三、成形三、成形138与传统压制相比与传统压制相比, 高速压制的优点是：高速压制的优点是：压制件密度提高，提高幅度在压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；左右；压制件抗拉强度可提高压制件抗拉强度可提高20%25%；高速压制压坯径向弹性后效很小高速压制压坯径向弹性后效很小, 脱模力较低；脱模力较低；高速压制的密度较均匀高速压制的密度较均匀, 其偏差小于其偏差小于0.01g/cm3。 三、成形三、成形139 温压技术是近几年新发展的一项新技术温压技术是近几年新发展的一项新技术。它它是在混合物中添加高温新型润滑剂是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末然后
50、将粉末和模具加热至和模具加热至423K左右进行刚性模压制左右进行刚性模压制，最后采最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压是普通模压技术的发展与延伸技术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为被国际粉末冶金界誉为 “开开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和和“导致粉导致粉末冶金技术革命末冶金技术革命”的新型成型技术的新型成型技术。 8.108.10温压成型技术温压成型技术 三、成形三、成形140 温压技术的特点温压技术的特点 ： 能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件；能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件； 提高零部件生坯密度和高强
