靜液壓制

靜液壓制設(shè)備主要由3部分組成，即由缸體（高壓容器）、高壓泵、管道閥門組成。

靜液壓制缸體

冷等靜壓缸體也叫高壓容器。其形狀一般為厚壁圓筒形。按照材料力學(xué)關(guān)于厚壁圓筒的強度計算可知，如果將單層壁圓筒在壁厚不變的情況下改為雙層壁預(yù)應(yīng)力圓筒，則高壓容器的耐壓強度可以提高很多。若改成多層預(yù)應(yīng)力圓筒，則其耐壓強度更加提高。冷等靜壓缸體按筒壁的層數(shù)可分為下列3種

1. 單層厚壁圓筒

2. 雙層厚壁圓筒

3. 纏繞式圓筒，由高強度（σ_b>3000MPa）的小鋼帶多層纏繞制成。

靜液壓制高壓泵

高壓柱塞泵和（液、氣）泵，油泵可供給300 MPa壓力油，氣泵可供100 MPa壓縮氣。薄膜泵，一般用來供高壓氣（Ar，N₂），壓力小于100 MPa。

增壓器，是增壓氣泵和增壓油泵的總稱。增壓氣泵可將0～2 MPa常壓氣體增壓到5～50MPa；增壓油泵可將32MPa油液增壓到300MPa。如圖《高壓泵和增壓器結(jié)構(gòu)圖》所示。

靜液壓制管道閥門

管道一般用厚壁無縫鋼管，最好是厚壁無縫不銹鋼管。

閥門：低壓可用電液閥，高壓一般為手動針形閥。

靜液壓制缸口密封蓋結(jié)構(gòu)

螺旋式，使用麻煩，逐漸淘汰。

活塞式，缸口由活塞與“O”形橡膠密封環(huán)（圈）或楔形橡膠聚四氟復(fù)合密封環(huán)（圈）密封。

靜液壓制模具結(jié)構(gòu)

濕袋結(jié)構(gòu)，濕袋是用橡皮、聚乙烯等軟袋，做成裝粉末的軟袋。在使用時，軟袋直接放入油液中直接與液體接觸。壓制完成后，將粉末壓坯和橡膠袋一同取出，將橡膠袋表面的油擦干再將壓坯從橡膠袋中取出即可。此法稱濕袋法。是因為常與油膩的橡膠袋接觸，壓坯脫模時油膩粘污雙手，不易操作。

干袋結(jié)構(gòu)。干袋結(jié)構(gòu)是采用雙層橡皮袋、加壓橡皮袋固定并密封在高壓缸體口上，高壓油只局限在鋼模和加壓橡皮袋之間很小的空間內(nèi)。裝粉末的橡皮袋（也可不用）放在加壓成形橡皮袋內(nèi)，粉末受加壓橡皮袋擠壓而成形。這種結(jié)構(gòu)裝粉和取壓件都很方便。特別是生產(chǎn)時不與油液接觸，工件干凈，勞動條件較好，因此生產(chǎn)效率很高（可達10～15件/min）。大制品（可達300件/h）。如圖《模具結(jié)構(gòu)圖》所示。

干袋法在高強度陶瓷硬質(zhì)合金棒材、磁性材料等在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，特別是近年來英國希馬克公司生產(chǎn)的Monostatic系列干袋式等靜壓機生產(chǎn)效率很高壓坯表面光潔。尺寸精度高可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的陶瓷壓坯。

靜液壓制工藝的物理本質(zhì)就足利用巴斯葛原理，流體基本上是不可壓縮的，給流體施加壓力，壓強通過流體連續(xù)的傳遞，在液體中各處的壓強相等。不過要注意，在高壓狀態(tài)下液體也會發(fā)生收縮，一般認為在壓力超過50MPa時，體積會發(fā)生明顯收縮，可高達

上圖是等靜壓機的原理圖（以濕式為例）。用大型高強度鋼鍛件做的高壓缸是等靜壓機的主體零件，或者用鋼件做缸體內(nèi)襯，外面用鋼帶，鋼絲纏繞，提高壓缸的抗壓強度，保證壓缸工作時的安全性。高壓缸內(nèi)裝液體油，或者含有5%油的乳化液，也可裝純凈水，用這些液體做傳遞壓力的介質(zhì)。操作時用高壓泵向壓缸內(nèi)加添少許液體，可把缸內(nèi)的液體壓力提高到約200MPa，需要壓制的粉末裝在一個柔性的塑膠套（袋）內(nèi)，排盡膠套內(nèi)的空氣，并把膠袋密封，防止壓制過程中油進入套內(nèi)。膠套置于高壓缸內(nèi)的液體介質(zhì)里面，在高壓液體的作用下，膠套內(nèi)的粉末被壓成壓坯。通常在柔性塑膠套的外面套一個等尺寸同形狀的鋼外套，以便保證壓坯的形狀和尺寸的準(zhǔn)確性。柔性套用天然橡膠或人造塑料制造，通常人造塑膠的成分（質(zhì)量分數(shù)）是：聚氯乙烯樹脂100份，苯二甲酸二辛酯100份（或者苯二甲酸二丁酯），三元基硫酸鉛2～3份，再加硬脂酸0.3份，攪拌混合均勻，抽真空排氣后，用混合調(diào)好的膠體制造軟套的過程為：只把符合設(shè)計尺寸要求的芯棒放在混合好的液態(tài)膠內(nèi)，使芯棒表面沾帶有一定厚度的膠體，再把帶有膠體的芯棒放在適當(dāng)?shù)母邷睾嫦鋬?nèi)烘烤一定時間，套子定形后水冷脫模，并仔細檢查保證膠套沒有滲漏，否則，在等靜壓機的高壓缸內(nèi)加壓時，液體滲入套內(nèi)粉末變成稀的金屬泥料而不能成形。

裝有粉末的柔性套放人高壓缸的液體內(nèi)，軟模套和粉末同時受壓變形。與鋼模壓制不同，等靜壓時軟模套和被壓粉末同時變形，消除了壓模和粉末之間的摩擦壓力損失，粉末之間相對運動距離很小，特別是縱向比橫向要小得多。高壓缸內(nèi)的液體各處的水靜壓力認為都是相等的。這樣一來，等靜壓壓制的粉末壓坯各處的密度近似是相等的。

但是，經(jīng)過仔細的分析研究后發(fā)現(xiàn)，等靜壓壓出的毛坯各點的密度還是有一點差別，特別對大直徑坯料，但總體差別不大。對于直徑80mm的鉬生坯的密度進行了解剖分析，壓制壓力接近200MPa，用車床把鉬壓坯的外徑每次車掉10mm，分六次把壓坯的直徑車小到20mm。實際上每次車掉一個同心圓套，計算出圓套的體積和重量，就可算出每個同心圓套筒的密度，可以得出壓坯直徑方向的密度分布。壓坯的平均密度和相對密度自外向里逐漸變小，車下的套環(huán)的密度自大直徑到小直徑密度是逐漸下降，即整個壓坯的密度由里向外逐漸向上升。最外面一層環(huán)的密度比心部的密度高約5%。而等靜壓壓制的平板坯的內(nèi)外密度差比圓柱體的小約50%。板坯的內(nèi)外密度差比圓柱體的小，板坯的密度均勻。

這種密度差的根源在于粉末之間存在有內(nèi)摩擦，引起由外向內(nèi)的壓力損失。粉末壓坯的壓制密度與壓力有直接關(guān)系，這種關(guān)系可能符合巴爾申關(guān)系或者雙對數(shù)方程的關(guān)系。等靜壓壓制的壓坯密度與壓制壓力之間關(guān)系的研究表明，粉末粒度和壓坯形狀（長徑比）之問有關(guān)系，壓坯的徑向收縮和軸向收縮是不一樣的，存在有收縮的各向異性。細粉的收縮率比粗粉的高，粗粉收縮的各向異性比細粉的嚴重一點（粉末的粒度5.0μm、3.5μm和2.3μm）。

在金屬模成形中，復(fù)雜形狀或圓柱狀等簡單形狀物體的成形，其加壓方向的厚度比加壓斷面積大時，成形密度不均勻，在燒結(jié)時會產(chǎn)生變形問題。這是因為用金屬模威形時，模壁與粉體之闖發(fā)生摩擦，壓力傳導(dǎo)不能均勻地達到全系統(tǒng)所致。而用靜水壓成形時，由于通過橡膠等彈性體而在應(yīng)該成形的粉末上施以靜水壓，從而將金屬模成形中存在的粉體流動與阻止其流動的模壁摩擦阻力的問題通過使用與粉體發(fā)生相似收縮的橡膠等彈性體而解決了。

靜水壓制雖在70年前就已提出，但由于超高壓技術(shù)長期沒有發(fā)展而未得到工業(yè)性實用。近20年來隨著超高壓技術(shù)的進步，已成為工業(yè)化的成形方法。從點火栓火花塞、球磨機用磨球等小型制品，到連續(xù)鑄造用浸漬噴嘴等均已在工業(yè)上得到應(yīng)用。正在向以成形大型制品及同時成形大量制品為目的的大型化生產(chǎn)發(fā)展。在大型設(shè)備中，高壓容器內(nèi)部尺寸為宜徑1.5m、高3.5m的超大型機器也已出現(xiàn)。

靜液壓制方法是可以獲得密度均勻的壓件的粉末成形方法之一。這種方法的實質(zhì)在于：把粉末裝在彈性模具中，經(jīng)受各個方向的液體靜壓力。過程是在密封室中進行的，密封室裝有用來工作的液體－油、水、甘油等。液體靜壓力通常是202~404MPa或更高一些。

靜液壓制彈性模一般是用橡皮、塑料等制成的。將粉末裝人模中時，裝粉的均勻性對制品的密度和形狀有一定影響，所以，通常用振動的方法使粉末在模具中均勻填充。在密封好的彈性模外邊還要緊套上一個帶孔的套筒，然后進行壓制。

液靜壓制的特點是在這種情況下，沒有外摩擦的影響。粉末顆粒在液體靜力作用下，向壓件中心移動。用液靜壓制各種形狀的壓件（圓柱體、球體、矩形坯條）時，發(fā)現(xiàn)只有球形和圓柱形壓件，其外緣到中心的密度有很小的降低（1%～2%）。這種現(xiàn)象可能是由于拱橋效應(yīng)所引起的。矩形坯條各處的密度和硬度都相同。

液靜壓壓制是在液靜壓機中進行的。液靜壓機的主體部分分高壓工作室和高壓泵兩部分。

靜液傳動系統(tǒng)的容積效率是衡量其性能的一項重要指標(biāo),也是影響其在高速軍用車輛上廣泛應(yīng)用的瓶頸。找到靜液傳動系統(tǒng)容積效率的影響因素并對其進行準(zhǔn)確的建模,是對靜液傳動系統(tǒng)進行準(zhǔn)確控制的前提,是實現(xiàn)靜液傳動車輛動力傳動系統(tǒng)整體優(yōu)化匹配及控制的基礎(chǔ)。

影響高速靜液傳動系統(tǒng)容積效率的3個因素:泵輸入轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)工作壓力、系統(tǒng)工作油溫對靜液傳動系統(tǒng)的影響規(guī)律。

1. 在一定工作油溫、一定泵工作轉(zhuǎn)速下,靜液傳動系統(tǒng)容積效率隨系統(tǒng)工作壓力的升高而降低;

2. 在一定工作油溫、一定工作壓力下,靜液傳動系統(tǒng)容積效率隨泵工作轉(zhuǎn)速的升高而升高;

3. 在一定工作壓力、一定工作轉(zhuǎn)速下,靜液傳動系統(tǒng)容積效率隨工作油溫的升高而降低;

4. 盡管引用傳統(tǒng)計算泵容積效率的公式來計算靜液傳動系統(tǒng)的容積效率會有所偏差,但理論值與試驗值之間的誤差對于靜液傳動系統(tǒng)建模研究來說,精度已經(jīng)足夠,而且,當(dāng)泵工作轉(zhuǎn)速高于2 200r/min時,不管在低油溫還是在高油溫,理論值與試驗值都有很好的一致性,高速軍用車輛靜液傳動系統(tǒng)的應(yīng)用研究來說,按照傳統(tǒng)柱塞泵容積效率計算公式去建立靜液傳動系統(tǒng)容積效率模型完全可以滿足當(dāng)前研究的需要 。