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1、第二章第二章 粉末压制成形原理粉末压制成形原理Principles of Powder CompactionPressing程继贵程继贵程继贵程继贵jgcheng63sina jgcheng63sina 资料科学与工程学院资料科学与工程学院资料科学与工程学院资料科学与工程学院School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering本章内容2.1 概述2.2 压制过程中力的分析2.3 压制压力与压坯密度的关系2.4 粉末压坯密度的分布2.5 粉末压坯的强度2.6 影响压制过程的要素
2、自学School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering一、根本概念一、根本概念 成形成形Forming的定的定义： 将粉末密将粉末密实densify成具有一定外形、成具有一定外形、尺寸、孔隙度和尺寸、孔隙度和强度的坯体度的坯体green compacts的工的工艺过程。程。第一节第一节 概述概述ConsolidationSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Eng
3、ineering 成形的重要性成形的重要性 1 1是重要性是重要性仅次于次于烧结的一个根本的粉末冶金工的一个根本的粉末冶金工艺过程。程。 2 2比其他工序更限制和决比其他工序更限制和决议粉末冶金整个消粉末冶金整个消费过程。程。 a a成形方法的合理与否直接决成形方法的合理与否直接决议其能否其能否顺利利进展。展。 b b影响随后各工序包括影响随后各工序包括辅助工序及最助工序及最终产质量量。量量。 c c影响消影响消费的自的自动化、消化、消费率和消率和消费本本钱。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Scien
4、ce and Engineering 成形方法的普通分成形方法的普通分类冷法冷法石膏模石膏模常常压冷法注冷法注浆加加压冷法注冷法注浆抽真空冷法注抽真空冷法注浆等静压成形等静压成形 isostatichydrostatic pressing粉末粉末压制成形制成形钢模模压制制compacting，briquetting，pressing 普通成形普通成形注浆成形法注浆成形法热法热压注法：钢模热法热压注法：钢模粉末延粉末延续成形成形粉末粉末轧制制粉末粉末挤压可塑成形可塑成形放射成形放射成形热成形及高能率成形成形及高能率成形 成形成形烧结同同时进展展特殊成形特殊成形School of Material
5、s Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 按成形按成形过程中有无程中有无压力：力： 有有压压力成形、无力成形、无压成形成形 按成形按成形过程中粉末的温度：程中粉末的温度： 冷冷压常温成形、温常温成形、温压成形、成形、热成成形形 按成形按成形过程的延程的延续性：性： 间歇成形、粉末延歇成形、粉末延续成形成形 按成形料的干湿程度：按成形料的干湿程度： 干粉干粉压制、可塑成形、制、可塑成形、浆料成形料成形 成形方法的其他分成形方法的其他分类School of Materials Science and E
6、ngineeringSchool of Materials Science and Engineering模压成形是最重要、运用最广的成形方法！本章有关成形原理的讨论以模压成形为根底！School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering成形压模的根本构造成形压模的根本构造上模冲上模冲下模冲下模冲阴模阴模粉末粉末Loose powder is compacted and densified into Loose powder is compacted and densified
7、 into a shape, known as green compacta shape, known as green compactMost compacting is done with mechanical Most compacting is done with mechanical presses and rigid toolspresses and rigid toolsHydraulic and pneumatic presses are also Hydraulic and pneumatic presses are also usedused 模压成形模压成形 是将金属粉末
8、或粉末混合料装入钢制压是将金属粉末或粉末混合料装入钢制压模阴模中，经过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从模阴模中，经过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。阴模内脱出，完成成形过程。模压成形模压成形，pressing模压成形的主要功用是：模压成形的主要功用是： 将粉末成构成所要求的外形；将粉末成构成所要求的外形； 赋予压坯以准确的几何尺寸；赋予压坯以准确的几何尺寸； 赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型；赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型； 赋予压坯以适当的强度以便于搬运。赋予压坯以适当的强度以便于搬运。School of Materials Science and Engineeri
9、ngSchool of Materials Science and Engineering模模模模压压成形成形成形成形PMPMPMPM产产品品品品实实例例例例电电开工具零件开工具零件开工具零件开工具零件School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering模模模模压压成形成形成形成形PMPMPMPM产产品品品品实实例例例例汽汽汽汽车发动车发动机用粉末机用粉末机用粉末机用粉末烧结钢烧结钢零件零件零件零件School of Materials Science and Enginee
10、ringSchool of Materials Science and Engineering二、金属粉末压制过程中发生的景象图12-4 粉末粉末压制表示制表示图 1 阴模阴模 Die 2上模冲上模冲 Topupper punch 3下模冲下模冲 Bottomlowerpunch 4 粉末粉末 PowderSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering钢模钢模钢模钢模压制压制压制压制粉末粉末粉末粉末的的的的根本根本根本根本过程过程过程过程粉末混合料粉末混合料称量、装模称
11、量、装模压制压制卸压卸压脱模脱模粉末压坯粉末压坯Powder mixWeighting，filling CompactingcompactsSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉末压制过程中发生的景象：粉末压制过程中发生的景象：1. 1. 压制后粉末体的孔隙度降低，制后粉末体的孔隙度降低，压坯相坯相对密度明密度明显高于高于粉末体的相粉末体的相对密度。密度。 压制使粉末体堆制使粉末体堆积高度降低，普通高度降低，普通紧缩量超越量超越50%50%2. 2. 轴向向压
12、力正力正压力施加于粉末体，粉末体在某种程力施加于粉末体，粉末体在某种程度上表度上表现出出类似流体的行似流体的行为，向阴模模壁施加作用力，向阴模模壁施加作用力，其反作用力其反作用力侧压力力产生。生。 但是粉末体非流体，但是粉末体非流体，侧压力小于正力小于正压力！力！School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3. 3. 随粉末体密随粉末体密实，压坯密度添加，坯密度添加，压坯坯强度也添加。度也添加。 Q: Q: 压坯坯强度是如何构成的？后述度是如何构成的？后述4. 4.
13、由于粉末由于粉末颗粒之粒之间摩擦，摩擦，压力力传送不均匀，送不均匀，压坯中不同部位密坯中不同部位密度存在不均匀。度存在不均匀。 压坯密度不均匀坯密度不均匀对压坯乃至坯乃至产品性能有非常重要的影响。品性能有非常重要的影响。5. 5. 卸卸压脱模后，脱模后，压坯尺寸坯尺寸发生膨生膨胀产生生弹性后效性后效 弹性后效是性后效是压坯坯发生生变形、开裂的最主要形、开裂的最主要缘由之一。由之一。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering三、 粉末体在压制过程中的变形一一 粉末体受
14、压力后的变形特点与致密资料受力变形比粉末体受压力后的变形特点与致密资料受力变形比较较1. 致密资料受力变形服从质量不变和体积不变，粉末体压制致密资料受力变形服从质量不变和体积不变，粉末体压制变形仅服从质量不变。变形仅服从质量不变。 粉末体变形较致密资料复杂。粉末体变形较致密资料复杂。2.致密资料受力变形时，仅经过固体质点本身变形，粉末体致密资料受力变形时，仅经过固体质点本身变形，粉末体变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形状的改变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形状的改动，即颗粒发生位移。动，即颗粒发生位移。 ！粉末体的变形是广义变形：颗粒位移！粉末体的变形是广义变形：颗粒位移
15、+ 颗粒变形颗粒变形School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3. 3. 致密资料变形时，各微观区域的变形规律与宏观变致密资料变形时，各微观区域的变形规律与宏观变形规律根本一致，粉末体变形时，各颗粒的变形根形规律根本一致，粉末体变形时，各颗粒的变形根本独立，不同颗粒变形程度能够存在较大差别。本独立，不同颗粒变形程度能够存在较大差别。 4. 4. 粉末体受力变形时，部分区域的实践应力远高于粉末体受力变形时，部分区域的实践应力远高于粉末体遭到的表观应力表观压制压力。粉末
16、体遭到的表观应力表观压制压力。部分区域的高应力能够超越粉末颗粒的强度极限。部分区域的高应力能够超越粉末颗粒的强度极限。5. 5. 粉末体受力压制，颗粒之间的接触面积随压制压力粉末体受力压制，颗粒之间的接触面积随压制压力增大而增大，两者间存在一定的定量关系。增大而增大，两者间存在一定的定量关系。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering二二 粉末体在粉末体在压制制过程中的程中的变形形动力力变形内因形内因1. 1. 粉末体的多孔性粉末体的多孔性 粉末体中的孔隙包括：粉末
17、体中的孔隙包括： 拱拱桥效效应景象景象图：粉末在松装堆集：粉末在松装堆集时，由于外表不，由于外表不规那么，彼此之那么，彼此之间有摩擦，有摩擦，颗粒相互搭架而构成拱粒相互搭架而构成拱桥孔孔拱拱桥效效应产生的孔隙尺寸能生的孔隙尺寸能够远大于粉末大于粉末颗粒尺寸。粒尺寸。 实例：例：Fe Fe 实际密度密度 7.8 g/cm3 7.8 g/cm3 ，松装密度普通，松装密度普通为2-3g/cm32-3g/cm3； W W 实际密度密度 19.3 g/cm3 19.3 g/cm3 ，中，中颗粒粒W W粉粉松装密度松装密度3-4g/cm3 3-4g/cm3 ， 细颗粒粒W W粉松装密度粉松装密度3g/cm
18、33g/cm3。 ？估算其孔隙率。？估算其孔隙率。一次孔隙一次孔隙颗粒内部孔隙粒内部孔隙二次孔隙二次孔隙颗粒之粒之间孔隙孔隙拱拱桥效效应产生的孔隙生的孔隙School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粉末体高的孔隙率使其受力后易于发生重排粉末体高的孔隙率使其受力后易于发生重排粉末体高的孔隙率使其受力后
19、易于发生重排粉末体高的孔隙率使其受力后易于发生重排School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2. 2. 粉末粉末颗粒良好的粒良好的弹塑性塑性 制粉制粉过程中，粉末普通都程中，粉末普通都经过专门处置置 复原、退火复原、退火 消除加工硬化、外表消除加工硬化、外表杂质等等3. 3. 粉末体粉末体较高的比外表高的比外表积 主要作主要作为烧结动力，力，对压制也有影响。制也有影响。实例：几种商品粉末的比外表例：几种商品粉末的比外表积cm2/gcm2/g： 复原复原FeFe粉粉7
20、9%-32579%-325目：目：51605160 复原复原FeFe粉粉1%-3251%-325目：目： 516 516 电解解FeFe粉粉-200-200目：目：400400 羰基基FeFe粉粉7m7m：34603460 复原复原W W粉粉0.6m0.6m：5000 5000 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering三三 粉末体在压制过程中的位移变形规律粉末体在压制过程中的位移变形规律1. 1. 较低压力下首先发生位移，位移方式多样较低压力下首先发生位移，位移方
21、式多样 a a b b c c d d e e 压压制制制制时时粉末位移的方式粉末位移的方式粉末位移的方式粉末位移的方式a a颗颗粒接近；粒接近；粒接近；粒接近；b b颗颗粒分粒分粒分粒分别别；c c颗颗粒相粒相粒相粒相对对滑滑滑滑动动； d d颗颗粒相粒相粒相粒相对转动对转动；e e颗颗粒因粉碎粒因粉碎粒因粉碎粒因粉碎产产生挪生挪生挪生挪动动School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering影响压制时粉末位移的要素影响压制时粉末位移的要素颗粒间可用于相互填充的空间孔隙颗粒
22、间可用于相互填充的空间孔隙粉末颗粒间摩擦粉末颗粒间摩擦颗粒外表粗糙度颗粒外表粗糙度光滑条件光滑条件颗粒的显微硬度颗粒的显微硬度颗粒外形颗粒外形加压速度加压速度School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2. 粉末粉末颗粒的粒的变形形 弹性性变形形 颗粒所受粒所受实践践应力超越其力超越其弹性极限，性极限，发生生弹性性变形。形。 塑性塑性变形形 颗粒所受粒所受实践践应力超越其屈服极限，力超越其屈服极限，发生塑性生塑性变形。形。 脆性断裂脆性断裂 颗粒所受粒所受实践践应力超
23、越其力超越其强度极限，度极限，发生脆性生脆性断裂。断裂。 粉末的位移和粉末的位移和变形，促使了形，促使了压坯密度和坯密度和强度的增高度的增高School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3. 实践粉末位移践粉末位移变形的复形的复杂性性 粉末的位移和粉末的位移和变形与粉末本身性能有关；形与粉末本身性能有关； 不同粉末位移、不同粉末位移、变形形规律不同律不同 粉末受力后，首先粉末受力后，首先发生生颗粒位移，位移方式粒位移，位移方式多种多多种多样； 粉末粉末颗粒位移至一定程度
24、，粒位移至一定程度，发生生颗粒粒变形，形，变形方式多形方式多样； 位移和位移和变形不能截然分开，有重叠；形不能截然分开，有重叠； 位移位移总是伴随着是伴随着变形而形而发生生 粉末粉末变形必然形必然产生加工硬化生加工硬化 模模压成形不能得到完全致密成形不能得到完全致密压坯坯 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 压制过程中粉末运动表示图a松装粉末； b拱桥破坏颗粒位移； c、d颗粒变形； e压制成形后 a b c d eSchool of Materials S
25、cience and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering第二节第二节 压制过程中力的分析压制过程中力的分析单向压制各种力的表示图单向压制各种力的表示图一、正一、正压力、力、净压力、力、压力力损失失 ( ( 压制制压力的分配力的分配 正正压力力: p: p，P P单位位压制制压力、力、总压力力 净压力有效力有效压力：力：p p，P1P1 压力力损失：失：p p，P2P2抑制内外摩抑制内外摩擦力，擦力， P = P1 + P2 P = P1 + P2 p = p-pp = p-p，School of Materials Sc
26、ience and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering Blended powders are pressed into shapes in dies.Blended powders are pressed into shapes in dies. Pressure distribution:Pressure distribution:School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering园柱型园柱型压模
27、中取小立方体模中取小立方体压坯坯为分析分析对象径向受力均匀，象径向受力均匀，假定：假定： 阴模不阴模不发生生变形形 不思索粉末体的塑性不思索粉末体的塑性变形形xyzP压坯受力表示图压坯受力表示图二、模二、模压成形成形时的的侧压力力 定定义：压制制过程中由垂直程中由垂直压力所引起的模壁施加力所引起的模壁施加于于压坯坯 的的侧面面压力称力称为侧压力力一一侧压力与力与压制制压力的关系力的关系School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering推导推导p侧 单位位侧压力力MPa；p
28、单位位压制制压力力MPa； = /1- 侧压系数；系数；泊桑比泊桑比 二二侧压系数系数 定定义： = /1- = p侧 /p ：单位位侧压力与力与单位正位正压力之比力之比 影响要素影响要素 泊桑比泊桑比资料本性下表料本性下表 压制制压力力压坯密度坯密度School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering资料资料WFeSnCuAuPb0.170.280.330.350.420.440.200.390.490.540.720.79表表 不同不同资料的泊桑比和料的泊桑比和侧压系数系
29、数School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering留意几个留意几个问题： 公式公式计算的算的侧压力是平均力是平均值，沿高度不，沿高度不同位置同位置侧压力不等力不等 粉末体非流体，粉末体非流体， p侧总小于小于p 研研讨侧压力具有重要意力具有重要意义 估算摩擦力、估算摩擦力、压力力损失失 模具模具设计的需求的需求 解解释压制制过程中的一些景象程中的一些景象School of Materials Science and EngineeringSchool of Materia
30、ls Science and Engineering三、外摩擦力、三、外摩擦力、压力力损失失一外摩擦力一外摩擦力 定定义：粉末：粉末颗粒与阴模芯棒之粒与阴模芯棒之间的摩擦力。的摩擦力。 对比：内摩擦力比：内摩擦力粉末粉末颗粒之粒之间的摩擦力的摩擦力 外摩擦力与外摩擦力与压制制压力的关系力的关系式中，式中，f 摩摩 单位外摩擦力位外摩擦力MPa；粉末与模粉末与模壁的摩擦系数。壁的摩擦系数。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering二二压力力损失失 定定义：用于抑制外摩
31、擦力而耗：用于抑制外摩擦力而耗费的的压制正制正压力。力。 与与压制制压力的关系推力的关系推导式中，式中，p/ 模底遭到的模底遭到的压力力N；H为压坯高度坯高度mm；D为压坯直径坯直径mm思索到耗思索到耗费在在弹性性变形上的形上的应力，那么：力，那么： p1 思索思索弹性性变形后模底遭到的形后模底遭到的压力力 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 压力力损失失 P = P2 = P-P1 压力力损失是呵斥失是呵斥压坯密度坯密度分布不均匀的根本分布不均匀的根本缘由
32、；由；应尽量减少；尽量减少； 特定情况下可以利用外摩特定情况下可以利用外摩 擦力擦力 影响影响压力力损失的要素失的要素 摩擦系数摩擦系数 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 侧压侧压系数系数系数系数 压压坯尺寸坯尺寸坯尺寸坯尺寸H/D H/D 对压对压力力力力损损失摩擦力有明失摩擦力有明失摩擦力有明失摩擦力有明显显影响影响影响影响H/DH/D一一一一样样，D D不同，到达一不同，到达一不同，到达一不同，到达一样样的的的的压压坯密度，坯密度，坯密度，坯密度，所
33、需所需所需所需单单位位位位压压制制制制压压力不同力不同力不同力不同小直径小直径小直径小直径压压坯需坯需坯需坯需较较高的高的高的高的压压制制制制压压力力力力图图School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering四、脱模四、脱模压力力 定定义：压制制压力卸除后，使力卸除后，使压坯由模中脱出所需坯由模中脱出所需的的压力力 称称为脱模脱模压力。力。 脱模脱模压力与力与压制制压力、粉末性能、力、粉末性能、压坯密度和尺坯密度和尺寸、寸、压模和光滑模和光滑剂等有关。等有关。 p脱脱 =
34、p侧剩剩 单位脱模位脱模压力力 P脱脱 = p侧剩剩S侧总脱模脱模压力力 铁粉的脱模粉的脱模压力与力与压制制压力力P的关系如下：的关系如下： P脱脱0.13 P 硬硬质合金物料在大多数情况下：合金物料在大多数情况下： P脱脱0.3 PSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering五、五、弹性内性内应力
35、与后效力与后效 SpringbackSpringback 弹性内性内应力：粉末体受力：粉末体受压后内部后内部产生的生的变形抗力形抗力阻力阻力 弹性后效：当性后效：当压力去除，把力去除，把压坯从坯从压模中脱出，由模中脱出，由于于弹性内性内应力的松弛作用，粉末力的松弛作用，粉末压坯会坯会发生生弹性膨性膨胀，称，称为弹性后效。性后效。 计算：算： = = L/L 0 x 100% =L/L 0 x 100% = L-L0 L-L0/L0 /L0 x100%x100%高度或直径方向高度或直径方向弹性后效；性后效； Lo Lo 、L L 卸卸压前后前后压坯直径高度坯直径高度School of Mater
36、ials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 影响影响弹性后效的要素性后效的要素粉末性能粉末性能 粉末成形性差，粉末成形性差，难成形，需高的成形，需高的压制制压力，添加力，添加弹性后效性后效 雾化化铁粉粉 复原复原铁粉粉 电解解铁粉粉 细粉粉弹性后效高于粗粉：性后效高于粗粉：细粉粉 粗粉粗粉压制制压力力 P P较低低时，P P添加，添加， 添加；添加； P P较大大时，P P添加，添加，减小；减小； 一定范一定范围内，内，P P对影响不大影响不大p202p202图2-252-25School of
37、 Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringPMPa无光滑无光滑加凡士林加凡士林油酸苯溶液油酸苯溶液2501.15%1.10%0.25%4001.20%1.10%0.30%光滑条件光滑条件CuCu粉粉压制制School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering留意留意 : 弹性后效各向异性径向性后效各向异性径向弹性后效性后效 轴向向弹性后效性后效 弹性后效是性后效是设计
38、模具的重要参数之一模具的重要参数之一 弹性后效是性后效是压坯坯产生生变形、开裂的主要形、开裂的主要缘由之一由之一School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering一、压坯密度随压制压力的变化规律定性描画一、压坯密度随压制压力的变化规律定性描画一理想的压制曲线一理想的压制曲线第第阶段：段：颗粒位移，填充孔隙粒位移，填充孔隙 压力添加，密度快速添加力添加，密度快速添加 滑滑动阶段段第第阶段：段：压力力续添加，添加， 压坯密度添加不明坯密度添加不明显 平衡平衡阶段段第第阶段：段：
39、压力超越一定力超越一定值， 压力升高，力升高，压坯密度坯密度继续添添加加 颗粒粒变形形阶段段第三节第三节 压制压力与压坯密度的关系压制压力与压坯密度的关系School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering粗颗粒、软颗粒、粗颗粒、软颗粒、低成形速度低成形速度细颗粒、硬颗粒、细颗粒、硬颗粒、高成形速度高成形速度p二实践粉末的压制曲线二实践粉末的压制曲线1.1.根本规律图根本规律图2. 2. 实践粉末压制时，三个阶段相实践粉末压制时，三个阶段相互重叠，不可截然分开：互重叠，不可截
40、然分开： 位移阶段有变形，位移阶段有变形， 变形阶段有位移变形阶段有位移3. 3. 粉末性质不同，某一阶段的粉末性质不同，某一阶段的 特征能够不明显或特别突出。特征能够不明显或特别突出。Q:Q:实践压制压力如何选择？实践压制压力如何选择？ School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering一巴尔申方程一巴
41、尔申方程 1. 1.根本假设根本假设 1 1将粉末体视为弹性体将粉末体视为弹性体 2 2不思索粉末的加工硬化不思索粉末的加工硬化 3 3不思索摩擦力的影响不思索摩擦力的影响 4 4不思索压制时间的影响不思索压制时间的影响 5 5不思索粉末流动性的影响不思索粉末流动性的影响二、二、压制方程制方程压坯密度与坯密度与压制制压力关系的定量描画力关系的定量描画School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2. 2. 方程推方程推导恣意一点的恣意一点的变形与形与压力力间的的变化率：
42、化率： d/d=k=P/A d/d=k=P/A - -对应于于紧缩量；量； A- A-颗粒粒间有效接触面有效接触面积积分、分、变换并取并取对数后得数后得: : lgPmax-lg P = L(-1) lgPmax-lg P = L(-1) lgP lgP与与(-1)(-1)成成线性关系性关系L=L=压制因子制因子,=,=压坯的相坯的相对体体积 =V =V粉粉/V/V颗粒，粒，=+1=+13.3.顺应性性硬硬质粉末或中等硬度粉末在中粉末或中等硬度粉末在中压范范围内内压坯密度坯密度的定量描画的定量描画School of Materials Science and EngineeringSchool
43、 of Materials Science and Engineering巴尔申方程在高压与低压情形下出现偏向的缘由巴尔申方程在高压与低压情形下出现偏向的缘由低压低压粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末体的实践紧缩模量高于计算值即实际值，粉末体的实践紧缩模量高于计算值即实际值，产生偏高景象产生偏高景象高压高压粉末产生加工硬化景象和摩擦力的奉献大，导致粉末产生加工硬化景象和摩擦力的奉献大，导致实践值低于计算值实践值低于计算值School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Scienc
44、e and Engineering二川北方程二川北方程1.1.根本假设根本假设 1) 1) 粉末层内一切各点的单位压力相等。粉末层内一切各点的单位压力相等。 2) 2) 粉末层内各点的压力是外力和粉末内固有的内压粉末层内各点的压力是外力和粉末内固有的内压力之和，内压力与粉末的聚集力或吸附力有关，与力之和，内压力与粉末的聚集力或吸附力有关，与粉末屈服值有亲密关系。粉末屈服值有亲密关系。 3) 3) 粉末层各断面上的外压力与该断面上粉末的实践粉末层各断面上的外压力与该断面上粉末的实践断面积受的压力总和坚持平衡。外压如添加，粉末断面积受的压力总和坚持平衡。外压如添加，粉末体便紧缩体便紧缩. . 4)
45、 4) 每个粉末颗粒仅能接受它所固有的屈服极限的才每个粉末颗粒仅能接受它所固有的屈服极限的才干。干。 5) 5) 粉末紧缩时的各个颗粒位移的几率和它邻接的孔粉末紧缩时的各个颗粒位移的几率和它邻接的孔隙大小成比例。隙大小成比例。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2.2.方程推方程推导 C = C = Vo VVo V/Vo = ab P/Vo = ab P/1 + bP1 + bP 1/C = 1/ab 1/P + 1/a 1/C = 1/ab 1/P + 1
46、/a C C 粉末体体粉末体体积减少率减少率 V V、Vo Vo 压力力为P P、0 0时的的粉末体粉末体积 a a、b b 常数常数 1/C 1/C 与与1/P1/P成成线性关系性关系3.3.顺应性性: : 压力不大力不大时准确性准确性较好好School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering三艾三艾- -沙沙- -柯方程柯方程 堆堆积岩和粘土在岩和粘土在压力下孔隙率与力下孔隙率与压力关系：力关系：= o e-BP = o e-BP ； ln ln / o / o= - B
47、P= - BPo = o = VoVVoV/ Vo / Vo = = VVVV/V /V VoVo、V V、VV压力力为0 0、P P和和 时的粉末体的粉末体积lnln / 0 / 0与与P P成成线性关系性关系顺应性：普通粉尤非金属粉末性：普通粉尤非金属粉末School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineeri
48、ng已引已引见的三个的三个压制方程：制方程： 1. lgP max- lg P = L (-1) 1. lgP max- lg P = L (-1) L= L=压制因子制因子,=,=压坯的相坯的相对体体积 =V =V粉粉/V/V颗粒，粒，=+1=+1 lgP lgP与与(-1)(-1)成成线性关系性关系 2. 1/C = 1/ab 1/P + 1/a 2. 1/C = 1/ab 1/P + 1/a C C 粉末体体粉末体体积减少率，减少率， V V、Vo Vo 压力力为P P、0 0时的粉末体的粉末体积 a a、b b 常数常数 1/C 1/C 与与1/P1/P成成线性关系性关系 3. ln
49、3. ln / o / o= - BP= - BP o = o = VoVVoV/ Vo / Vo ； = = VVVV/V /V ，VoVo、V V、VV压力力为0 0、P P和和 时的粉末体的粉末体积 ln ln / 0 / 0与与P P成成线性关系性关系四黄培云压制实际方程四黄培云压制实际方程四黄培云压制实际方程四黄培云压制实际方程School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringS
50、chool of Materials Science and Engineering 黄培云先生分析了以前的众多黄培云先生分析了以前的众多压压制方程，以制方程，以为为由于其推由于其推导过导过程中作了程中作了许许多假定，或是从特定的研多假定，或是从特定的研讨对讨对象出象出发发，因此方程的适用性遭到一定限制。，因此方程的适用性遭到一定限制。 以前以前压压制方程的缺乏：制方程的缺乏： 1. 1. 对对摩擦力思索不摩擦力思索不够够； 2. 2. 把粉末体作把粉末体作为为理想的理想的弹弹性体性体处处置；置； 3. 3. 未思索未思索压压制制时间时间对压对压制制过过程中程中应应力、力、应变变应变变化的影响
51、化的影响 未思索弛豫未思索弛豫问题问题； 4. 4. 未思索未思索压压制制时时粉末体的加工硬化粉末体的加工硬化问题问题； 5. 5. 未思索未思索压压制制时时粉末的大程度粉末的大程度变变形形应变应变问题问题。 弛豫景象：物弛豫景象：物质质系系统统由非平衡由非平衡态态自自发发地地趋趋于平衡于平衡形状的形状的过过程；程；过过程所程所阅历阅历的的时间时间称称为为“ “弛豫弛豫时间时间。 黄培云黄培云压制制实际方程方程实际根底根底1. 1. 压压坯密度坯密度坯密度坯密度 是外是外是外是外压压的函数：的函数：的函数：的函数：=kf(P)=kf(P)2. 2. 常用力学模型常用力学模型常用力学模型常用力学
52、模型 理想理想理想理想弹弹性体性体性体性体- -虎克体虎克体虎克体虎克体H H体：体：体：体：=M=M 理想液体理想液体理想液体理想液体- -牛牛牛牛顿顿体体体体N N体：体：体：体：=d/dt=d/dt 线弹线弹性性性性- -塑性体塑性体塑性体塑性体-Maxwell-Maxwell体体体体MM体体体体弹弹性和粘滞性物体性和粘滞性物体性和粘滞性物体性和粘滞性物体应应力弛豫力弛豫力弛豫力弛豫 线弹线弹性体性体性体性体- -应变应变弛豫弛豫弛豫弛豫KelvinKelvin固体固体固体固体K K体体体体 School of Materials Science and EngineeringSchoo
53、l of Materials Science and Engineering黄培云公式黄培云公式黄培云公式黄培云公式( ( ( (压压制方程制方程制方程制方程) ) ) )的推的推的推的推导导1 1 1 1 用用用用弹弹性和粘滞性固体性和粘滞性固体性和粘滞性固体性和粘滞性固体MaxwellMaxwellMaxwellMaxwell体来描画粉末体体来描画粉末体体来描画粉末体体来描画粉末体 对对于理想于理想于理想于理想弹弹性体，性体，性体，性体，应应力力力力- - - -应变应变关系关系关系关系虎克定律：虎克定律：虎克定律：虎克定律：=M=M=M=M d/dt = Md/dt d/dt = Md/
54、dt d/dt = Md/dt d/dt = Md/dt 用用用用M M M M体同体同体同体同时时具有具有具有具有弹弹性和粘滞性的固体替代性和粘滞性的固体替代性和粘滞性的固体替代性和粘滞性的固体替代H H H H体思索体思索体思索体思索应应力弛力弛力弛力弛豫：豫：豫：豫： d/dt = Md/dt /t d/dt = Md/dt /t d/dt = Md/dt /t d/dt = Md/dt /t恒恒恒恒应变应变：d/dt= 0d/dt= 0d/dt= 0d/dt= 0， 有有有有 =0 exp =0 exp =0 exp =0 exp-t/ 1 -t/ 1 -t/ 1 -t/ 1 1 1
55、1 1 1 1 1 1 应应力弛豫力弛豫力弛豫力弛豫时间时间 1 1 1 1式思索了粉末式思索了粉末式思索了粉末式思索了粉末压压制制制制时时的的的的应应力弛豫力弛豫力弛豫力弛豫 用用用用M M M M固体描画粉末体，比固体描画粉末体，比固体描画粉末体，比固体描画粉末体，比H H H H体更接近体更接近体更接近体更接近实实践践践践School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2 2 类类似地，也可以用似地，也可以用似地，也可以用似地，也可以用KelvinKelvin固体固
56、体固体固体K K体，同体，同体，同体，同时时具有具有具有具有弹弹性性性性和和和和应变应变弛豫性弛豫性弛豫性弛豫性质质的固体来描画粉末体：的固体来描画粉末体：的固体来描画粉末体：的固体来描画粉末体： = M+d/dt = M(+2d/dt) = M+d/dt = M(+2d/dt) 2 2 沾滞系数：沾滞系数：沾滞系数：沾滞系数：=M2 =M2 ；2 2 应变应变弛豫弛豫弛豫弛豫时间时间 2 2式思索了粉末式思索了粉末式思索了粉末式思索了粉末压压制制制制时时的的的的应变应变弛豫弛豫弛豫弛豫 用用用用K K固体描画粉末体，比固体描画粉末体，比固体描画粉末体，比固体描画粉末体，比H H体更接近体更接
57、近体更接近体更接近实实践践践践School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3用用规范范线性固体性固体SLS体来描画粉末体体来描画粉末体 SLS体体同同时有有应力和力和应变弛豫的固体弛豫的固体+1d/dt=M(+2d/dt) 31应力弛豫力弛豫时间；2应变弛豫弛豫时间 用用SLS描画粉末体，比描画粉末体，比M、K固体更接近固体更接近实践，即践，即3式比式比1、2式更接近式更接近实践践但但3式仍有缺乏：式仍有缺乏： 粉末体充分弛豫后粉末体充分弛豫后应力力应变非非线性非性非
58、线性性弹滞体滞体,有，有，且且变形程度大形程度大School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering4用用规范非范非线性固体性固体SNLS体来描画粉末体体来描画粉末体(+1d/dt)n = M(+2d/dt) n2数学数学变换得：得： on =M 或或 o = (M)1/n 44式式为思索了粉末体的非思索了粉末体的非线性性弹滞性加工硬化后的关系滞性加工硬化后的关系式，比式，比3式更准确式更准确School of Materials Science and Engineerin
59、gSchool of Materials Science and Engineering 大程度大程度应变的的处置置自然自然应变： = LLo dL/L=ln(L/Lo) = LLo dL/L=ln(L/Lo)对粉末体，其粉末体，其压制制时的体的体积改改动实践上是孔隙体践上是孔隙体积改改动 定定义：= ln (Vo/V/) = ln (Vo/V/) Vo/ Vo/、V/ V/ 粉末原始和受粉末原始和受压P P后的孔隙体后的孔隙体积 留意，是留意，是 = ln(V/Vo/) = ln(V/Vo/) ，此，此处是是为了保了保证11 = ln (Vo-Vm )/(V-Vm) = ln (m-o) =
60、 ln (Vo-Vm )/(V-Vm) = ln (m-o) / (m-)o/ (m-)o Vo Vo、V V、Vm Vm 压力力为0 0、P P、时粉末的体粉末的体积 o o、mm压力力为0 0、P P、时粉末粉末的密度的密度School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 运用运用规范非范非线性固体模型，性固体模型，综合思索粉末体非合思索粉末体非线性性弹滞性、滞性、加工硬化等得到加工硬化等得到压制方程：制方程：=on /M思索大程度思索大程度应变： lg ln (m-
61、o)/(m-)o= n lgP-lgM 5n硬化指数的倒数硬化指数的倒数 M压制模量制模量黄培云黄培云压制方程的最初方式，思索了粉末制方程的最初方式，思索了粉末压制制过程中的程中的应力力应变弛豫、加工硬化以及大程度弛豫、加工硬化以及大程度应变School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 思索量思索量纲，对原模型原模型进展修正：展修正： = =o /Mo /M1/m1/mmlgln(m-o) /(m-)o = lg P- lg M mlgln(m-o) /(m-)o =
62、 lg P- lg M 6 6 m = 1/n m = 1/n 粉末粉末压制制过程的非程的非线性指数，反映硬化性指数，反映硬化趋势的的大小大小与晶体构造，粉末外形、合金化等相关与晶体构造，粉末外形、合金化等相关 m m 普通大于普通大于1 1，m m越大，硬化越大，硬化趋势大大硬化指数硬化指数 lgln(m-o)/(m-)o lgln(m-o)/(m-)o与与lgPlgP成成线性关系性关系 双双对数数方程方程 顺应性性: : 对硬硬质或或软质粉末、中、高、低粉末、中、高、低压力均力均较为有效有效School of Materials Science and EngineeringSchool
63、of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering几个有代表性的压制方程几个有代表性的压制方程序号序号提出日期提出日期著者著者公式公式注解注解11938巴巴尔尔申申lg Pmax - lg P = L (-1)Pmax相相应于于压至最至最严密形状密形状=1时的的单位位压力力L压力要素力要素相相对体体积21930-1948艾艾-沙沙-柯柯 = o e-BP ； ln / o= - BP0 P=0时的孔隙体
64、的孔隙体积的外推的外推值压力力为P时的孔隙体的孔隙体积B 常数常数31956川北川北公夫公夫 C= abP/1+bP1/C = 1/ab 1/P + 1/aC粉末体粉末体积减少率减少率C = Vo V/Vo V、Vo 压力力为P、0时的粉末体的粉末体积a、b系数系数41964 1980 黄培黄培云云m致密金属密度致密金属密度0压坯原始密度坯原始密度 压坯密度坯密度P压制制压强强M相当于相当于压制模数制模数n相当于硬化指数的倒数相当于硬化指数的倒数m相当于硬化指数相当于硬化指数School of Materials Science and EngineeringSchool of Materia
65、ls Science and Engineering一样点：系数、定量线性关系一样点：系数、定量线性关系不同点：假定、顺应性不同点：假定、顺应性如何校验方程的正确性：自学如何校验方程的正确性：自学压制方程的总结与比较压制方程的总结与比较School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering第四节 粉末压坯密度的分布一、模压成形时压坯密度分布的不均匀性一压坯密度分布不均匀的景象一压坯密度分布不均匀的景象仅经过上模冲加压的单向压制仅经过上模冲加压的单向压制Ni粉压坯：粉压坯：H：1
66、7.5；D：20；700MPaSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering图3-28 单向向压制制铁粉粉压坯密度和硬坯密度和硬度的分布情况：度的分布情况： 72mm；粉末；粉末为3kg和和1kg上、以下上、以下图；550680MPa； 左左 密度密度g/cm3，右，右硬度硬度HB沿箭头方向密度降低沿箭头方向密度降低密度变化规律密度变化规律 密度分布不均匀的后果：密度分布不均匀的后果： 不能正常不能正常实现成形，如出成形，如出现分分层，断裂，掉，断裂，掉边角等；角等；
67、烧结收收缩不均匀不均匀, ,导致致变形形等；等； 性能不均匀！性能不均匀！School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering绝对密度差、相密度差、相对密度差、平均密度密度差、平均密度绝对密度差：密度差： dj = dmaxdmin dj = dmaxdmin相相对密度差：密度差： d r = d r =dmaxdmindmaxdmin/dmax 100%/dmax 100%二压坯密度分布不均匀性表示二压坯密度分布不均匀性表示密度差反映了模压成形的技术程度密度差反映了模压成形
68、的技术程度对密度差的数值要求越小，要求压制程度就越高对密度差的数值要求越小，要求压制程度就越高在能够的情况下，应采用尽能够宽松的密度差在能够的情况下，应采用尽能够宽松的密度差School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering三压坯密度分布不均匀的产生缘由三压坯密度分布不均匀的产生缘由 外摩擦力外摩擦力压力力损失失 内摩擦力内摩擦力 侧压力力 压制方式制方式 压坯外形与尺寸坯外形与尺寸 压模构造与模构造与设计 光滑光滑直接影响压制压力的直接影响压制压力的传送和部分压力的大小传
69、送和部分压力的大小间接影响压制压力的间接影响压制压力的传送和部分压力的大小传送和部分压力的大小School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering二、改善压坯密度分布不均匀性的措施一合理选择压制方式一合理选择压制方式1.根据根据压坯高度坯高度(H)和直径和直径(D)或厚度或厚度()的比的比值选取取压制方式制方式 H/D1，而，而H/3时，可采用，可采用单向向压制；制； H/Dl，而，而H/3时，采用双向，采用双向压制；制； H/D410时，采用，采用带摩擦芯杆摩擦芯杆压模模压
70、制、双向浮制、双向浮动压 模模压制、引下式制、引下式压模模压制等制等 对于很于很长的制品，需采用特殊成形等静的制品，需采用特殊成形等静压、挤压等等 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering四类零件压制方法有所不同！四类零件压制方法有所不同！ 四种根本的模压成形方法四种根本的模压成形方法a单向压制
71、单向压制 b双向压制双向压制 c浮动模压制浮动模压制 d引下引下式压制式压制abcd本质上只需单向和双向压制！本质上只需单向和双向压制！School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2. 几种典型压制方式的特点及密度分布几种典型压制方式的特点及密度分布1 1单向向压制制1 1压制制过程中阴模不程中阴模不动、下模冲上模、下模冲上模 冲不冲不动，压制制压力力仅经过上模冲下模冲上模冲下模冲施加到粉末体上。施加到粉末体上。2 2 特点特点 典型的密度分布不均匀；典型的密度分布不
72、均匀； 中性中性轴位置：位置：压坯下端；坯下端； H H、H/DH/D增大，密度差增大；增大，密度差增大； 模具构造模具构造简单，消，消费率高；率高； 顺应高度小、壁厚大的高度小、壁厚大的压坯坯Ps-Ps-上冲压力上冲压力Px-Px-下冲压力下冲压力F-F-摩擦力摩擦力中性轴中性轴School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2双向双向压制制1压制制过程中阴模不程中阴模不动、上、下模冲都、上、下模冲都对粉末体施加粉末体施加压力。力。2特点特点 相当于两个相当于两个单向向
73、压制的叠加；制的叠加； 中性中性轴不在不在压坯端部；坯端部； 同同样压制条件下，密度差制条件下，密度差较单向向压制小；制小； 可用与可用与H/D较大大压坯的坯的压制制School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3 3双向双向压制的根本制的根本类型型 同同时双向双向压制制图： 上下模冲同上下模冲同时向粉末体施向粉末体施加相等的加相等的压力力 非同非同时双向双向压制后制后压 完成一次完成一次单向向压制后，制后，再在低密度端再在低密度端进展一次展一次单向向压制。制。中性轴中
74、性轴School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering单双向压制的密度分布单双向压制的密度分布School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3 3浮浮动阴模阴模压制制1 1定定义：压制制过程中上模冲向粉末加程中上模冲向粉末加压，下冲不下冲不动、阴模不是固定不、阴模不是固定不动，而是，而是经过弹簧簧或汽缸、油缸等适当支撑。或汽缸、油缸等适当支撑。2 2
75、 特点特点 压制效果与双向制效果与双向压制制类似；似； 压坯密度分布与双向坯密度分布与双向压制一制一样；中性中性轴的位置与支撑力有关；的位置与支撑力有关； 是消是消费中广泛采用的一种中广泛采用的一种压制方式，便于制方式，便于装粉；装粉； 压机下部只需机下部只需较小的小的压制和脱模制和脱模压力力School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering浮动阴模压制的关键：弹簧支撑力浮动阴模压制的关键：弹簧支撑力 确实定确实定阴模受力：阴模受力：FsFs、FxFx、PfPf、W W，力
76、平衡式：力平衡式：只需浮动压力只需浮动压力PfPf等于等于W W，上下模冲压，上下模冲压力才相等。力才相等。浮动压力浮动压力PfPf过大，中性轴下移，密过大，中性轴下移，密度差增大。度差增大。实践：实践：PfPf稍大于稍大于W W，便于阴模自动复，便于阴模自动复位。位。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engi
77、neering4 拉下式强动式、引下式压制拉下式强动式、引下式压制dabcd压制效果与双向压制一样压制效果与双向压制一样也是消费中广泛采用的一种设计！也是消费中广泛采用的一种设计！School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering二降低摩擦系数，减少压力损失二降低摩擦系数，减少压力损失1.1.采用光滑采用
78、光滑剂 目的：降低摩擦系数以减少外摩擦力目的：降低摩擦系数以减少外摩擦力 中心中心问题：光滑：光滑剂的的选择原那么和用量原那么和用量 不可忽不可忽视光滑光滑剂的副作用！的副作用！ 光滑方式：模壁光滑和粉末光滑光滑方式：模壁光滑和粉末光滑2. 2. 改良改良压模模资料及外表形状料及外表形状3. 3. 原料粉末的改性原料粉末的改性School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering三复杂外形压坯的压制三复杂外形压坯的压制School of Materials Science an
79、d EngineeringSchool of Materials Science and Engineering1.1.压制的根本原那么压制的根本原那么 1 1保证各部分粉末的紧缩比相等保证各部分粉末的紧缩比相等 紧缩比：粉末松装高度与压坯高度之比。紧缩比：粉末松装高度与压坯高度之比。 装填系数：压坯密度与粉末松装密度之比。装填系数：压坯密度与粉末松装密度之比。 两者数值上相等等截面时！两者数值上相等等截面时！ 2 2采用组合模冲替代整体模冲，实现补偿装粉，是采用组合模冲替代整体模冲，实现补偿装粉，是实现紧缩实现紧缩 比相等的关键比相等的关键 补偿装粉：各部分的粉料装填高度按装填系数补偿装粉：
80、各部分的粉料装填高度按装填系数紧缩比紧缩比 来计算。来计算。 3 3组合模冲尽量在下模冲上实现组合模冲尽量在下模冲上实现 实践消费中，不能够完全按实际计算设计组合模实践消费中，不能够完全按实际计算设计组合模冲，仍需根据实践情况进展简化。冲，仍需根据实践情况进展简化。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 整体模冲不能整体模冲不能实现压坯密度均匀坯密度均匀 为提高密度均匀性，提高密度均匀性，须运用运用组合分合分别模冲！模冲！2.多台阶压坯的压制多台阶压坯的压制 整
81、体下模冲整体下模冲组合下模冲组合下模冲School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering运用组合模冲时料腔高度的计算：运用组合模冲时料腔高度的计算： 假假设：d d松松=2.4g/cm3=2.4g/cm3， d d坯坯=6.6g/cm3=6.6g/cm3 K= d K= d坯坯/d/d松松=2.75=2.75 H H松松1= Kh1= Kh坯坯 =13.75mm =13.75mm H H松松2 =55mm2 =55mmSchool of Materials Science
82、and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringQ：台阶个数能否恣意！带台阶压坯的压制：带台阶压坯的压制： School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering3.带斜面压坯的压制带斜面压坯的压制 自学自学 School of Materi
83、als Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering4.4.带曲面压坯的压制自学带曲面压坯的压制自学 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering第五节 粉末压坯的强度压坯强度：粉末压坯对抗外力而坚持其外形、压坯强度：粉末压坯对抗外力而坚持其外形、 尺寸不变的才干尺寸不变的才干重要性：重要性： 衡量粉末性能的重要目的之一；衡量粉末性能的重要目的之一； 衡量压制过程和压坯质量的重要指
84、衡量压制过程和压坯质量的重要指 标之一。标之一。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering一、压坯强度的构成缘由巴尔申观念：粉末压坯中颗粒之间的结合力压坯强度主要来源于颗 粒间的机械啮合力 机械啮合：在外力作用下，粉末颗粒经过位移或变形而构成的相互 楔接或咬合。 琼斯观念：粉末压坯中颗粒之间的结合力压坯强度主要 来源于相邻颗粒外表上的原子吸引力 普通观念：两者兼而有之，以机械啮合力为主 巴尔申成分、粒度、硬度一样，外形不同的粉末 琼斯外形、粒度一样的电解粉退火前后S
85、chool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering二、压坯强度的表示二、压坯强度的表示1.1.压坯抗弯强度表示法压坯抗弯强度表示法ASTM B 783ASTM B 783，GB5319-85GB5319-85 ASTMASTM：31.75 x 12.7 x 6.35 mm31.75 x 12.7 x 6.35 mm GBGB：30 x 12 x 6mm 30 x 12 x 6mm w-厚度，厚度，mm6mmt-宽度，宽度，mm 12mmL-支点间距，支点间距，mm 25.4m
86、mP-负荷，负荷，NSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering2.2.转鼓鼓实验法法JSPM4-69JSPM4-69 12.7x6.35mm 12.7x6.35mm，1414目金属网目金属网转鼓鼓实验，87rpm.87rpm.分量减少率：分量减少率：S =S =A-BA-B/A x 100%/A x 100%三、影响压坯强度的要素三、影响压坯强度的要素1.1.粉末性能：颗粒硬度、外表粗糙度、比外表积、粉末性能：颗粒硬度、外表粗糙度、比外表积、颗粒颗粒 外形、外表氧化
87、物及杂质等；外形、外表氧化物及杂质等；2.2.压制压力压制压力3.3.成形剂成形剂4.4.压制温度、保压时间压制温度、保压时间School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering可以从以下方面提高可以从以下方面提高压坯坯强度：度：1.1.提高提高颗粒粗糙度粒粗糙度机械机械啮合；合；2.2.增大粉末比外表增大
88、粉末比外表积提高提高颗粒不粒不规那么程度；那么程度；3.3.减少减少颗粒外表氧化物和其他粒外表氧化物和其他杂质；4.4.提高提高压坯密度；坯密度；5.5.减少妨碍机械减少妨碍机械啮合的填加合的填加剂的用量；的用量；6.6.一定条件下，提高一定条件下，提高压制温度，延伸保制温度，延伸保压时间。第六节第六节 影响压制过程的要素影响压制过程的要素( (复习总结复习总结一、粉末性能的影响一、粉末性能的影响 一一 粉末物理性能粉末物理性能 二二 粉末化学组成粉末化学组成 三粉末粒度及粒度组成三粉末粒度及粒度组成二、光滑剂、成形剂的影响二、光滑剂、成形剂的影响 一作用一作用 二选择二选择 三用量三用量三、
89、压制条件的影响三、压制条件的影响 一压制方式一压制方式 二工艺条件二工艺条件四、压制废品分析四、压制废品分析School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering提提要要二、光滑剂、成形剂的影响二、光滑剂、成形剂的影响 一光滑剂和成形剂的作用一光滑剂和成形剂的作用 光滑剂：降低粉末颗粒与模壁及模冲之间摩擦，改光滑剂：降低粉末颗粒与模壁及模冲之间摩擦，改善密度善密度 分布，减少压模磨损，便于脱模。分布，减少压模磨损，便于脱模。 成形剂：改善粉末成形性能，提高压坯强度。成形剂：改善
90、粉末成形性能，提高压坯强度。 缺乏之处：缺乏之处： 1 1降低粉末流动性，降低粉末流动性， 2 2本身密度低，占有一定体积，限制本身密度低，占有一定体积，限制高密度压坯的获得，高密度压坯的获得， 3 3降低颗粒接触程度，降低压坯强度降低颗粒接触程度，降低压坯强度 4 4烧结挥发：制品外观，烧结炉寿命烧结挥发：制品外观，烧结炉寿命 5 5能够的反响能够的反响 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering二选择原那么二选择原那么 1. 1. 良好的光滑性，良好的光滑性，
91、2. 2. 软化点较高，混合时不易因温度升高高而熔化，软化点较高，混合时不易因温度升高高而熔化， 3. 3. 易于排除，残留危害小，易于排除，残留危害小， 4. 4. 不与粉末反响，不与粉末反响， 5. 5. 对粉末松比、流动性影响不大，对粉末松比、流动性影响不大， 6. 6. 来源与本钱来源与本钱 常用资料：常用资料： 铁、铜基零件：硬脂酸及其衍生物、石墨等铁、铜基零件：硬脂酸及其衍生物、石墨等 硬质合金、陶瓷：石蜡、合成橡胶、聚乙烯醇、乙二醇等。硬质合金、陶瓷：石蜡、合成橡胶、聚乙烯醇、乙二醇等。 School of Materials Science and EngineeringSch
92、ool of Materials Science and Engineering三用量及参与方式三用量及参与方式 满足工艺要求前提下，尽能够少用满足工艺要求前提下，尽能够少用 硬脂酸锌最正确用量：硬脂酸锌最正确用量：0.5-1.5 wt%0.5-1.5 wt% 橡胶石蜡最正确用量：橡胶石蜡最正确用量：1-2 wt %1-2 wt % 参与方式：参与方式： 干混合方式参与：与主要成分的金属粉末一同混合，干混合方式参与：与主要成分的金属粉末一同混合， 溶液形状参与：先将石蜡或合成橡胶溶于汽油或酒精中，再溶液形状参与：先将石蜡或合成橡胶溶于汽油或酒精中，再 将它掺入料浆或干的混合料中。压制前，需将其
93、中的汽油或酒将它掺入料浆或干的混合料中。压制前，需将其中的汽油或酒 精挥发。精挥发。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering三、三、压制条件的影响制条件的影响 一一压制方式略制方式略) ) 二二压制工制工艺条件条件 1. 1. 装粉方式：分量法、容量法落入、吸入、装粉方式：分量法、容量法落入、吸入、芯杆挪芯杆挪动 2. 2. 加加压速度：速度： 低低压范范围内内10m/s10m/s：速度加快不利！：速度加快不利！ 快速冲快速冲击压制几十制几十 上百上百m/sm/s
94、新技新技术！ 3. 3. 保保压时间 4. 4. 振振动压制制 5. 5. 磁磁场压制制School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering四、压制缺陷废品分析四、压制缺陷废品分析一分层一分层沿压坯的棱边向内部开展的裂纹称为分层与压制方向垂直。沿压坯的棱边向内部开展的裂纹称为分层与压制方向垂直。产生缘由：粉末颗粒之间的破坏力大于粉末颗粒之间的结力。产生缘由：粉末颗粒之间的破坏力大于粉末颗粒之间的结力。 破坏力包括：弹性内应力、剪切应力等。破坏力包括：弹性内应力、剪切应力等。
95、弹性内应力：颗粒间的斥力作用引起抵抗弹性变形弹性内应力：颗粒间的斥力作用引起抵抗弹性变形的力。的力。 弹性内应力和压应力方向相反。弹性内应力和压应力方向相反。 剪切应力：剪切应力： 大小相等、方向相反、不在一条直线大小相等、方向相反、不在一条直线上。使物体上。使物体 两部分产生相对位移两部分产生相对位移( (或称剪切变或称剪切变形形) )。 分层主要是压制压力过高引起的！分层主要是压制压力过高引起的！ 纠正措施：装料均匀；不过压纠正措施：装料均匀；不过压( (不超越应有压制压力不超越应有压制压力) )；添加压；添加压坯强度。坯强度。 检验方法：磕断压坯察看断面；超声波探伤等。检验方法：磕断压坯
96、察看断面；超声波探伤等。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 二裂纹二裂纹 在压坯的截面变化处产生裂纹的景象，称为在压坯的截面变化处产生裂纹的景象，称为裂纹。裂纹。 产生裂纹的缘由：与分层有一样之处：产生裂纹的缘由：与分层有一样之处： 1 1压坯脱模时中间停顿，压坯脱出部分内应压坯脱模时中
97、间停顿，压坯脱出部分内应力松驰，产力松驰，产 生弹性膨胀，而末脱出部分仍遭到紧缩，生弹性膨胀，而末脱出部分仍遭到紧缩，产生压产生压 应力，致使压坯产生剪切裂纹。应力，致使压坯产生剪切裂纹。 2 2带法兰的轴套，裂纹易产生在法兰和主体带法兰的轴套，裂纹易产生在法兰和主体的结合的结合 部分，方向约为部分，方向约为4545度。产生缘由是法度。产生缘由是法兰部分密度兰部分密度 高，主体部分密度低。压力去除后，高，主体部分密度低。压力去除后，由于法兰弹由于法兰弹 性膨胀大于主体，致使结合部分产生性膨胀大于主体，致使结合部分产生裂纹。裂纹。 纠正措施：装料应控制装料比；添加压坯强度。纠正措施：装料应控制装
98、料比；添加压坯强度。 三压坯单重超差三压坯单重超差School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering四外表划伤四外表划伤 压坯外表划痕称为划伤。压坯外表划痕称为划伤。 产生缘由：产生缘由： 1 1粘模：脱模时在阴模出口处遭到妨碍，部分粘模：脱模时在阴模出口处遭到妨碍，部分产生高温，产生高温， 使粉末焊在模壁上的景象。使粉末焊在模壁上的景象。 粘模使压坯外表产生严重划伤。粘模使压坯外表产生严重划伤。 2 2阴模软或光洁度差，也易产生划伤。阴模软或光洁度差，也易产生划伤。 纠正
99、措施纠正措施: 1) : 1) 采用硬质合金模具，采用硬质合金模具， 2) 2) 提高阴模的硬度，精度和光洁提高阴模的硬度，精度和光洁度；度； 3) 3) 在阴模出口处作出一定长度的在阴模出口处作出一定长度的锥度；锥度； 4) 4) 除去铁粉中的微粉；除去铁粉中的微粉； 5 5改善模具配合间隙。改善模具配合间隙。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五同五同轴度超差度超差 套套类压坯坯对同同轴度的要求度的要求较高，是高，是较难控制的一个参数。控制的一个参数。
100、提高提高压坯同坯同轴度的主要措施：度的主要措施： 1) 1) 装料均匀：粉末流装料均匀：粉末流动性好，装料性好，装料方式合理。方式合理。 2) 2) 模具模具设计合理：提高摸具的精度合理：提高摸具的精度 配合配合间隙小、上下模冲的同隙小、上下模冲的同轴度小、阴模型腔和脱模度小、阴模型腔和脱模锥度度须严厉同同 心、各模具零件的平行度和垂直度心、各模具零件的平行度和垂直度设计合理。合理。 3) 3) 模具安装的定位基准：以阴模内孔模具安装的定位基准：以阴模内孔做定位基准。与阴模做定位基准。与阴模 配合的其它配合的其它 零件，被固定的部位，零件，被固定的部位，其径向其径向应有有调整整间隙，能自隙，能
101、自动调正。正。 4 4压机精度：机精度：压机上滑机上滑块和任和任务台面台面的平行度，以及上滑的平行度，以及上滑块行程行程对工工 作台面的垂直度部作台面的垂直度部应有有合理的要求。合理的要求。School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringThe End of Chapter 2School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and EngineeringThanks a lot for your attention
