【正文】 School of Materials Science and Engineering ? Loose powder is pacted and densified into a shape, known as green pact ? Most pacting is done with mechanical presses and rigid tools ? Hydraulic and pneumatic presses are also used 模壓成形是將金屬粉末或粉末混合料裝入鋼制壓模（陰模）中，通過(guò)模沖對(duì)粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內(nèi)脫出，完成成形過(guò)程。 b）影響隨后各工序（包括輔助工序）及最終產(chǎn)品質(zhì)量。 2）比其他工序更 限制 和 決定 粉末冶金整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。 影響壓制過(guò)程的因素 School of Materials Science and Engineering Making PowderMetallurgy Parts School of Materials Science and Engineering 一、基本概念 ● 成形（ Forming）的定義： 將粉末 密實(shí) （ densify）成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度的坯體（ green pacts）的工藝過(guò)程。 粉末壓坯密度的分布 167。 壓制過(guò)程中力的分析 167。第二章 粉末壓制成形原理 Principles of Powder Compaction（ Pressing） 程繼貴 材料科學(xué)與工程學(xué)院 School of Materials Science and Engineering 本章內(nèi)容 167。 概述 167。 壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系 167。 粉末壓坯的強(qiáng)度 167。 第一節(jié) 概述 Consolidation School of Materials Science and Engineering ● 成形的重要性 1）是重要性僅次于燒結(jié)的一個(gè)基本的粉末冶金工藝過(guò)程。 a）成形方法的合理與否直接決定其能否順利進(jìn)行。 c）影響生產(chǎn)的自動(dòng)化、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。 模壓成形 ， pressing ● 模壓成形的主要功用是： ?將粉末成形成所要求的形狀； ?賦予壓坯以精確的幾何尺寸； ?賦予壓坯所要求的孔隙度和孔隙模型； ?賦予壓坯以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度以便于搬運(yùn)。 壓制使粉末體堆積高度降低，一般壓縮量超過(guò) 50% 2. 軸向壓力（正壓力）施加于粉末體，粉末體在某種程度上表現(xiàn)出類似流體的行為，向陰模模壁施加作用力，其反作用力 —側(cè)壓力 產(chǎn)生。 Q: 壓坯強(qiáng)度是如何形成的？（后述） 4. 由于粉末顆粒之間摩擦，壓力傳遞不均勻，壓坯中不同部位密度存在不均勻。 5. 卸壓脫模后，壓坯尺寸發(fā)生膨脹 —產(chǎn)生彈性后效 彈性后效是壓坯發(fā)生變形、開(kāi)裂的最主要原因之一。 粉末體變形較致密材料復(fù)雜。 ！ 粉末體的變形是廣義變形：顆粒位移 + 顆粒變形 School of Materials Science and Engineering 3. 致密材料變形時(shí)，各微觀區(qū)域的變形規(guī)律與宏觀變形規(guī)律基本一致，粉末體變形時(shí)，各顆粒的變形基本獨(dú)立，不同顆粒變形程度可能存在較大差異。 局部區(qū)域的高應(yīng)力可能超過(guò)粉末顆粒的強(qiáng)度極限。 School of Materials Science and Engineering （二） 粉末體在壓制過(guò)程中的變形動(dòng)力（變形內(nèi)因） 1. 粉末體的多孔性 粉末體中的孔隙包括： 拱橋效應(yīng)現(xiàn)象（圖）： 粉末在松裝堆集時(shí)，由于表面不規(guī)則，彼此之間有摩擦，顆粒相互搭架而形成拱橋孔 拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙尺寸可能遠(yuǎn)大于粉末顆粒尺寸。 ？估算其孔隙率。 實(shí)例：幾種商品粉末的比表面積（ cm2/g）： 還原 Fe粉（ 79%325目）： 5160 還原 Fe粉（ 1%325目）： 516 電解 Fe粉（ 200目）： 400 羰基 Fe粉（ 7181。 ● 塑性變形 顆粒所受實(shí)際應(yīng)力超過(guò)其屈服極限，發(fā)生塑性變形。 粉末的位移和變形，促使了壓坯密度和強(qiáng)度的增高 School of Materials Science and Engineering 3. 實(shí)際粉末位移變形的復(fù)雜性 ● 粉末的位移和變形與粉末本身性能有關(guān)； 不同粉末位移、變形規(guī)律不同 ● 粉末受力后，首先發(fā)生顆粒位移，位移方式多種多樣； ● 粉末顆粒位移至一定程度，發(fā)生顆粒變形，變形方式多樣； ● 位移和變形不能截然分開(kāi)，有重疊； 位移總是伴隨著變形而發(fā)生 ● 粉末變形必然產(chǎn)生加工硬化 模壓成形不能得到完全致密壓坯 School of Materials Science and Engineering 壓制過(guò)程中粉末運(yùn)動(dòng)示意圖 a）松裝粉末； b）拱橋破壞顆粒位移； c）、 d）顆粒變形； e）壓制成形后 ? a） b） c） d） e） School of Materials Science and Engineering 第二節(jié) 壓制過(guò)程中力的分析 單向壓制各種力的示意圖 一、正壓力、凈壓力、壓力損失 ( 壓制壓力的分配） ● 正壓力 : p， P（單位壓制壓力、總壓力） ● 凈壓力（有效壓力）： p， ， P1 ● 壓力損失： ?p， P2—克服內(nèi)外摩擦力， P = P1 + P2 ?p = pp， School of Materials Science and Engineering ? Blended powders are pressed into shapes in dies. ? Pressure distribution: School of Materials Science and Engineering 園柱型壓模中取小立方體壓坯為分析對(duì)象（徑向受力均勻）， 假定： ● 陰模不發(fā)生變形 ● 不考慮粉末體的塑性變形 x y z P 壓坯受力示意圖 二、模壓成形時(shí)的側(cè)壓力 ● 定義： 壓制過(guò)程中由垂直壓力所引起的模壁施加于壓坯 的側(cè)面壓力稱為側(cè)壓力 （一）側(cè)壓力與壓制壓力的關(guān)系 School of Materials Science and Engineering 推導(dǎo) ppp ??? ???1側(cè)p側(cè) — 單位側(cè)壓力（ MPa）； p — 單位壓制壓力（ MPa）； ξ = γ /（ 1γ ） —側(cè)壓系數(shù)； γ—泊桑比 （二）側(cè)壓系數(shù) ● 定義 ： ξ = γ /（ 1γ ） = p側(cè) /p ：?jiǎn)挝粋?cè)壓力與單位正壓力之比 ● 影響因素 ? 泊桑比 γ— 材料本性（下表） ? 壓制壓力（壓坯密度） School of Materials Science and Engineering 材料 W Fe Sn Cu Au Pb γ ξ 表 不同材料的 泊桑比和側(cè)壓系數(shù) School of Materials Science and Engineering 注意幾個(gè)問(wèn)題： ● 公式計(jì)算的側(cè)壓力是平均值，沿高度不同位置側(cè)壓力不等 ● 粉末體非流體， p側(cè) 總小于 p ● 研究側(cè)壓力具有重要意義 ? 估算摩擦力、壓力損失 ? 模具設(shè)計(jì)的需要 ? 解釋壓制過(guò)程中的一些現(xiàn)象 School of Materials Science and Engineering 三、外摩擦力、壓力損失 （一）外摩擦力 ● 定義： 粉末顆粒與陰模（芯棒）之間的摩擦力。 ppf ??? ?? 側(cè)摩School of Materials Science and Engineering （二）壓力損失 ● 定義： 用于克服外摩擦力而消耗的壓制（正）壓力。 )8e xp (1 DHPp ????School of Materials Science and Engineering ? 側(cè)壓系數(shù) ξ ? 壓坯尺寸 H/D 對(duì)壓力損失（摩擦力）有明顯影響 H/D相同， D不同，達(dá)到相同的壓坯密度， 所需單位壓制壓力不同 小直徑壓坯需較高的壓制壓力（圖） School of Materials Science and Engineering 四、脫模壓力 ● 定義： 壓制壓力卸除后， 使壓坯由模中脫出所需的壓力 稱為脫模壓力 。 p脫 = 181。ξp側(cè)剩 S側(cè) （總脫模壓力） 鐵粉的脫模壓力與壓制壓力 P的關(guān)系如下： P脫 ≈ P 硬質(zhì)合金物料在大多數(shù)情況下： P脫 ≈ P School of Materials Science and Engi