粉末遞增壓制裝置設計及其壓制方法研究

陳和娟，張哲軒，山 泉

(1.無錫商業職業技術學院，江蘇 無錫 214153；昆明理工大學材料科學與工程學院，云南 昆明 650093)

0 引 言

成形是重要性僅次于燒結的1個基本的粉末冶金過程，比其他工序更限制和決定粉末冶金整個生產過程。成形方法的合理與否直接決定整個生產過程能否順利進行，影響后續各個工藝及其最終產品質量，以及生產的自動化、生產率和生產成本。

粉末壓制過程中，壓制后粉末體的孔隙率降低，壓胚相對密度明顯高于粉末體的密度，但隨著軸向壓力施加于粉末體，其在某種程度上表現出類似流體的行為，向陰模模壁施加作用力，導致側壓力的產生，并且加之粉末顆粒間摩擦，壓力傳遞不均勻，導致壓胚中不同部位密度不均勻，進而影響產品最終性能。

現有技術中多采用單次壓制成型的工藝，單次壓制成型的壓胚會存在壓胚密度不均勻的問題，即在底端致密度與平均致密度2方面問題尤為突出。因此，該文提出粉末遞增壓制裝置的設計及其壓制方法的研究。

1 機械結構設計

粉末遞增壓制裝置的機械結構見圖1，包括上模沖、上模沖液壓桿、前陰模、后陰模、陰模液壓桿、下模沖、脫模板、脫模板液壓桿、陰模液壓桿伺服電機、上模沖液壓桿伺服電機、脫模板液壓桿伺服電機。

上模沖和上模沖液壓桿位于前陰模、后陰模上方，上模沖與4個上模沖液壓桿連接，并且上模沖的軸線與前陰模和后陰模閉合后的中軸線重合，下模沖設置在前陰模、后陰模下面，下模沖上開有脫?？?，脫?？谏显O置脫模板，前陰模和后陰模之間設置4個陰模液壓桿，4個陰模液壓桿兩兩對稱設置，后陰模、下模沖固定不動，前陰模與4個陰模液壓桿配合推動前陰模移動，脫模板與脫模板液壓桿連接；4個上模沖液壓桿同時由上模沖液壓桿伺服電機驅動，4個陰模液壓桿同時由陰模液壓桿伺服電機驅動，脫模板液壓桿由脫模板液壓桿伺服電機驅動。還包括傳送帶、推板、推板連桿、導軌、傳送帶伺服電機、推板連桿伺服電機，傳送帶設置在后陰模旁邊，傳送帶和后陰模上設有導軌，傳送帶與推板配合設置，推板在移動過程中和傳送帶相交，推板與推板連桿連接，推板連桿設置在后陰模側面，傳送帶由傳送帶伺服電機驅動，推板連桿由推板連桿伺服電機驅動。

2 控制電路設計

粉末遞增壓制裝置的控制電路見圖2，包括控制芯片、復位電路、進程開關按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉動伺服電機電路、推板連桿單向轉動伺服電機電路、陰模液壓桿雙向轉動伺服電機電路、上模沖液壓桿雙向轉動伺服電機電路、脫模板液壓桿雙向轉動伺服電機電路、三極管開關電路。

控制芯片分別與復位電路、進程開關按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉動伺服電機電路、推板連桿單向轉動伺服電機電路、陰模液壓桿雙向轉動伺服電機電路、上模沖液壓桿雙向轉動伺服電機電路、脫模板液壓桿雙向轉動伺服電機電路、三極管開關電路連接；進程開關按鍵電路由一副開關網絡構成，模式切換按鍵電路由兩副開關網絡構成，傳送帶單向轉動伺服電機電路與傳送帶伺服電機連接，推板連桿單向轉動伺服電機電路與推板連桿伺服電機連接，陰模液壓桿雙向轉動伺服電機電路與陰模液壓桿伺服電機連接，上模沖液壓桿雙向轉動伺服電機電路與上模沖液壓桿伺服電機連接，脫模板液壓桿雙向轉動伺服電機電路與脫模板液壓桿伺服電機連接，三極管開關電路與陰模液壓桿雙向轉動伺服電機電路、上模沖液壓桿雙向轉動伺服電機電路分別連接。

3 壓制方法對比

模具壁處的摩擦力抑制粉末的壓實，用于粉末局部致密化的軸向應力隨著與壓制沖頭表面之間距離的增加而降低，同時壓胚致密度與軸向應力正相關，則存在如下關系：

σa(x)=σa(0)×exp(-2×μ×ξ/r×x)

(1)

ρavg(x)∈σa(x)

(2)

式中：

σa(x)——距離壓制沖頭x處的用于粉末局部致密化的軸向應力；

ρavg(x)——距離壓制沖頭x處的壓胚平均致密度；

μ——模具壁處的摩擦系數；

ξ——模具壁處的側壓系數；

r——壓胚半徑；

l——壓坯長度；

Δl——新增壓坯長度；

N——新增壓坯次數。

l=n*Δl。

(3)

(4)

(5)

(-2×μ×ξ/r×l)-1)/(-2×μ×ξ/r×l)

(6)

ξ/r×(x-[x/Δl]×Δl))

(7)

(8)

μ×ξ/r×Δl)

(9)

ξ/r×Δl)-1)/(-2×μ×ξ/r×Δl))/n

(10)

式中：

根據壓制方式，存在如下關系：

(11)

(12)

(13)

(14)

綜上所述，遞增壓制方式在底端致密度與平均致密度2個方面的性能均優于單次壓制方式，見圖3。

4 結 語

(1)單次壓制成型的壓胚會存在壓胚密度不均勻的問題，即在底端致密度與平均致密度兩方面問題尤為突出。因此，筆者開展粉末遞增壓制裝置的設計及其壓制方法的研究。

(2)粉末遞增壓制裝置的機械結構包括上模沖、上模沖液壓桿、前陰模、后陰模、陰模液壓桿、下模沖、脫模板、脫模板液壓桿、陰模液壓桿伺服電機、上模沖液壓桿伺服電機、脫模板液壓桿伺服電機。除此之外，控制電路包括控制芯片、復位電路、進程開關按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉動伺服電機電路、推板連桿單向轉動伺服電機電路、陰模液壓桿雙向轉動伺服電機電路、上模沖液壓桿雙向轉動伺服電機電路、脫模板液壓桿雙向轉動伺服電機電路、三極管開關電路。