粉末壓制壓力機(jī)

20世紀(jì)20年代以來(lái)，科學(xué)家們對(duì)粉末壓形問(wèn)題進(jìn)行了系列研究，提出了數(shù)百個(gè)壓制理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式。最早提出的是粉末相對(duì)體積與壓制壓力對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。多數(shù)作者都把粉末體作為彈性體處理，忽略了壓制過(guò)程中粉末加工硬化和摩擦的影響，不考慮時(shí)間因素，這些都將影響其壓制公式的適用范圍。中國(guó)人黃培云的雙對(duì)數(shù)壓制方程視粉末為非線性彈一塑體，并考慮上述各因素的影響而使其壓制方程的適用性改善。粉末壓制理論研究中較重要的壓制方程有巴爾申方程、柯諾皮斯基方程、川北公式、黃培云方程4種。

(1)巴爾申壓制方程。由蘇聯(lián)人巴爾申于1938年提出。方程假設(shè)粉末體在壓制時(shí)發(fā)生彈性壓縮變形，服從胡克定律，不考慮粉末壓制時(shí)加工硬化的影響，并假設(shè)粉末與模壁間無(wú)摩擦。由此得出壓制方程：lgpmax-lgp=L(?-1)(1)式中p為單位壓制壓力，MPa；pmax為壓至全致密(?一1)時(shí)的單位壓制壓力，MPa；?為壓坯相對(duì)體積；L為壓制因素。

式(1)為巴爾申半對(duì)數(shù)壓制方程，表示壓制壓力對(duì)數(shù)(lgp)與粉末相對(duì)體積(?)成線性關(guān)系。方程適用于硬脆粉或中等硬度粉末的壓制，對(duì)于塑性較好的粉末如鉛、錫粉則出現(xiàn)偏差。方程較適用于中等壓力范圍，較高或較低壓力時(shí)均會(huì)出現(xiàn)偏差。

(2)柯諾皮斯基壓制方程。由德國(guó)人柯諾皮斯基(K．Konopicky)于40年代提出。

dD/dp=K(1-D)(2)ln(1-D/1-D0)=-Kp(3)式中D為壓坯相對(duì)密度，%；D0為粉末松裝相對(duì)密度，%；p為單位壓制壓力，MPa；K為常數(shù)。

公式表明壓制壓力與壓坯相對(duì)密度成直線關(guān)系。公式在中壓及高壓范圍內(nèi)應(yīng)用較好，在很低的壓力下出現(xiàn)偏差，適用于大多數(shù)粉末的壓制。此外，由美國(guó)人艾西(E．F．Athy)和沙皮羅(I．Shapiro)分別提出的兩種壓制公式與柯諾皮斯基壓制公式屬于同一類型的公式。

(3)川北公式。由日本人川北公夫于1956年以經(jīng)驗(yàn)公式的形式提出，后又經(jīng)理論推導(dǎo)，于1963年提出以下理論方程：C=abp/(1 bp)(4)式中p為單位壓制壓力，MPa；a為松裝孔隙度，%；c為體積壓縮比；b為壓縮系數(shù)。

由式(4)可推導(dǎo)出壓制壓力的倒數(shù)(1/p)與粉末體積壓縮比的倒數(shù)(1/c)成直線關(guān)系。川北公式形式簡(jiǎn)單，沒(méi)有采用對(duì)數(shù)關(guān)系。對(duì)低壓力范圍和軟粉末適應(yīng)較好。

(4)黃培云壓制公式。由中國(guó)人黃培云于1964年提出公式(5)，1980年又提出改進(jìn)后的公式(6)。他首次將粉末視為標(biāo)準(zhǔn)非線性固體，考慮粉末體的非彈性性質(zhì)、加工硬化、模壁摩擦和壓制時(shí)間(弛豫)對(duì)粉末壓制成形的影響，并應(yīng)用自然應(yīng)變概念處理工程中的大變形問(wèn)題，推導(dǎo)出雙對(duì)數(shù)壓制方程：lgln(dm-d0)d/(dm-d)d0=nlgp-lgM(5) mlgln(dm-d0)d/(dm-d)d0=lgp-lgM(6) 式中dm為致密金屬密度，g/cm；d0為粉末松裝密度，g/cm；d為壓坯密度，g/cm；戶為單位壓制壓力，MPa；M為壓制模數(shù)；n為硬化指數(shù)的倒數(shù)；m為硬化指數(shù)。

方程既適合于硬粉也適合于軟粉，適用于粉末壓制成形，也適用于粉末冷等靜壓成形。用回歸分析方法整理銅、錫、鎢、鉬、碳化鎢粉末的模壓成形和冷等靜壓成形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與巴爾申、柯諾皮斯基和川北公夫的壓制公式相比，黃培云雙對(duì)數(shù)壓制方程的直線關(guān)系符合最好，其回歸直線的相關(guān)系數(shù)R最接近于1。 2100433B

對(duì)于粉末冶金常用的液壓式和機(jī)械式壓力機(jī)，都要考慮壓制壓力、頂出力、脫模方式、工作臺(tái)面尺寸、行程、壓制方式、裝粉、生產(chǎn)效率等諸因素。

1．壓制壓力

1）在選用專用粉末成形壓力機(jī)時(shí)，必須使壓力機(jī)的額定壓力大于壓坯所需要的壓制力。一般來(lái)說(shuō)，壓制力為壓力機(jī)額定壓力的60%～85%較為合適（特別是對(duì)液壓式壓力機(jī)）二若使用額定醫(yī)力過(guò)高的壓力機(jī)，一方面末充分發(fā)揮設(shè)備的潛力，另外壓力控制的準(zhǔn)確性也降低。若使用額定壓力過(guò)低的壓力機(jī)，對(duì)延長(zhǎng)壓力機(jī)壽命不利。

2）在選用普通可傾壓力機(jī)時(shí)，需要結(jié)合壓坯的高度來(lái)考慮壓力機(jī)實(shí)際能達(dá)到的壓力．由于常用的機(jī)械壓力機(jī)（沖床）是為冷沖壓而設(shè)計(jì)的，其受力行程小。例如630kN雙柱可傾壓力機(jī)，實(shí)際達(dá)到的壓力P與滑塊行程s有關(guān)（圖1）。所謂630kN是指受力行程在8mm處的實(shí)際壓力，過(guò)早受力時(shí)（受力行程大于8mm），則實(shí)際壓力減小，而粉米冶金壓制的受力行程大，開(kāi)始?jí)褐茣r(shí)，所需要的壓力很小，隨著壓制過(guò)程的進(jìn)行，需要的壓力急劇上升。在這個(gè)過(guò)程中，消耗了壓力機(jī)一定量的動(dòng)能，因而實(shí)際達(dá)到的壓力要小于圖1所示的曲線。壓坯越高，實(shí)際壓力下降得越多。因此，壓坯的高度將受到限制。

2．脫出力及下模沖動(dòng)作裝置

（1）脫出力（頂出力）

脫出力是粉末成形壓力機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。制造廠在其壓力機(jī)的技術(shù)性能數(shù)據(jù)中列出額定頂出力（kN）。有些廠家將額定頂出力分成初始頂出力與持續(xù)頂出力。初始分離頂出力是將壓坯從成形位置頂出一預(yù)定距離（通常為0.79～12.7mm）；持續(xù)頂出力一般為初始頂出力的25%～50%，以避免壓坯脫模時(shí)裂紋的產(chǎn)生。壓制所需脫出力取決于壓坯與模沖、芯棒及陰模型腔側(cè)壁的接觸面積、模具材料、模具工作表面的表面粗糙度以及所用潤(rùn)滑劑的種類和數(shù)量等因素。

對(duì)于高密度、粉料中潤(rùn)滑劑少和側(cè)面積大（如齒輪或高度大）的壓坯，尤其要注意脫模力的問(wèn)題。

（2）下模沖動(dòng)作裝置

1）壓制直套類壓坯時(shí)（單模沖），由下缸機(jī)構(gòu)傳遞壓力機(jī)脫模力，確保壓坯脫模。

2）壓制多臺(tái)階面類壓坯時(shí)，有多個(gè)氣（油）缸或可增設(shè)斜楔機(jī)構(gòu)等，確保壓坯的成形和脫模。

3．陰模及芯棒動(dòng)作裝置

對(duì)于多功能的粉末成形壓力機(jī)，還具備多動(dòng)作的陰模及芯棒動(dòng)作裝置，以滿足復(fù)雜形狀壓坯成形及脫模要求。

（1）陰模動(dòng)作裝置

1）預(yù)壓裝置。用控制器控制陰模正確動(dòng)作，加上預(yù)壓（克服陰模自身重量）以阻止空動(dòng)。

2）保持裝置。在加壓過(guò)程中，上模沖下壓時(shí)，陰模在承受規(guī)定壓力之前不下降，亦稱為壓坯上下密度調(diào)整裝置。制造廠在其壓力機(jī)的技術(shù)性能數(shù)據(jù)中列出了陰模浮動(dòng)（擋塊）能力（kN）。

3）調(diào)節(jié)加壓裝置。調(diào)節(jié)加壓裝置適用于壓制多臺(tái)階面壓坯。上模沖下壓時(shí)，陰?？勺鐾瑯酉赂?dòng)作。當(dāng)需要時(shí)，可令陰模按照所需比例下降，并同時(shí)上下加壓，以保證壓坯各部分密度均勻。

（2）芯棒動(dòng)作裝置

1）通過(guò)氣缸來(lái)保證裝料時(shí)芯棒后到位（對(duì)薄壁壓件），以使模腔裝粉均勻。

2）通過(guò)氣缸來(lái)保證陰模浮動(dòng)，使壓坯（帶內(nèi)臺(tái)階面）內(nèi)部密度均勻。

3）通過(guò)氣缸來(lái)保證壓坯脫模時(shí)，芯棒后脫（或先脫），以防止壓坯產(chǎn)生裂紋。

3．其他因素

（1）生產(chǎn)效率

在保證壓坯成形質(zhì)量的前提下，機(jī)械式粉末成形壓力機(jī)生產(chǎn)效率高，在兩種壓力機(jī)都能壓制的情況下，中、小型規(guī)格的零件，采用機(jī)械式粉末成形壓力機(jī)更合適。對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，采用機(jī)械式粉末成形壓力機(jī)更合適。對(duì)要求密度均勻的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件（各部位不允許有裂紋），宜采用液壓式粉末成形壓力機(jī)。

（2）安全裝置

壓力機(jī)制造廠應(yīng)提供正規(guī)的安全作業(yè)規(guī)程，并保證壓力機(jī)操作者在正常使用時(shí)不應(yīng)受到傷害等危險(xiǎn)。設(shè)備應(yīng)配有保證人身安全的裝置。比如光電感應(yīng)裝置，當(dāng)壓力機(jī)正常運(yùn)行中，一旦操作者不慎將手進(jìn)入模沖行程，壓力機(jī)應(yīng)立即停止，如圖2所示。