第三章第三章 粉末压制成形原理粉末压制成形原理Principles of Powder Compaction（Pressing）付健付健材料科学与工程学院材料科学与工程学院E-Mail: fujianhfut.edu.cnTEL：13965091840凝会坚均贝趟毖被忌刷捍宽烃弓藩占卒迷赃侄晨臆旁斗拘狙凉图峭挚恋枉3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理本章内容本章内容3.1 概述概述3.2 压制过程中力的分析压制过程中力的分析3.3 压制压力与压坯密度的关系压制压力与压坯密度的关系3.4 粉末压坯密度的分布粉末压坯密度的分布3.5 粉末压坯的强度粉末压坯的强度3.6 影响压制过程的因素影响压制过程的因素2荷潞毙巨绿怔借话瑶厢蜕忆俺炙塑象弃开臭格碘秉诫诸讽盟力凤歧侯碰诛3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理Making Powder-Metallurgy Parts3School of Materials Science and Engineering圣颗勘产削匹眶慷弓呼独裂卧帕扰级痛蓟勒立陀恃默玲兢侨失死闰蕊慑寂3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理一、基本概念一、基本概念 成形（成形（Forming）的定义：）的定义： 将粉末将粉末密实密实（densifydensify）成具有一定形状、尺）成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度的坯体（寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工）的工艺过程。艺过程。第一节 概述ConsolidationSchool of Materials Science and Engineering4瓤疾仟嗅朔囤述稗答渍恤青柠视召俊负圆泄春隔颓渊抒饮碗捂清蛙授粱桐3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 成形的重要性成形的重要性 1 1）是重要性仅次于烧结的一个基本的粉末冶金工艺过程。）是重要性仅次于烧结的一个基本的粉末冶金工艺过程。 2 2）比其他工序更）比其他工序更限制限制和和决定决定粉末冶金整个生产过程。粉末冶金整个生产过程。 a a）成形方法的合理与否直接决定其能否顺利进行。）成形方法的合理与否直接决定其能否顺利进行。 b b）影响随后各工序（包括辅助工序）及最终产品质量。）影响随后各工序（包括辅助工序）及最终产品质量。 c c）影响生产的自动化、生产率和生产成本。）影响生产的自动化、生产率和生产成本。School of Materials Science and Engineering5耶科绊佯豌诀栋问贱它易何吮帘俏样递畦斯衰掉菠巨谱叶嘉乳富喻田窟焊3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 成形方法的一般分类成形方法的一般分类冷法冷法石膏模石膏模常压冷法注浆常压冷法注浆加压冷法注浆加压冷法注浆抽真空冷法注浆抽真空冷法注浆等静压成形等静压成形 isostatic（hydrostatic） pressing粉末压制成形（钢模压制）粉末压制成形（钢模压制）compacting，briquetting，pressing 普通成形普通成形注浆成型法热法（热压注法）：钢模粉末连续成形粉末连续成形粉末轧制粉末轧制粉末挤压（可塑成形）粉末挤压（可塑成形）喷射成形喷射成形热成形及高能率成形热成形及高能率成形 成形烧结同时进行成形烧结同时进行特殊成形School of Materials Science and Engineering6由闲叁违痕腰糯搐锐济仿侥梁诣膨释伸而应煮鹿更辗吾羞挂爵骋城忱怠呐3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 按成形过程中有无压力：按成形过程中有无压力： 有压（压力）成形、无压成形有压（压力）成形、无压成形 按成形过程中粉末的温度：按成形过程中粉末的温度： 冷压（常温）成形、温压成形、热成形冷压（常温）成形、温压成形、热成形 按成形过程的连续性：按成形过程的连续性： 间歇成形、粉末连续成形间歇成形、粉末连续成形 按成形料的干湿程度：按成形料的干湿程度： 干粉压制、可塑成形、浆料成形干粉压制、可塑成形、浆料成形 成形方法的其他分类成形方法的其他分类School of Materials Science and Engineering7帜藉辈队尤喻得敛谋煮僧存洼淹踪翁物霸裕哨拟渗桩挎瞩轩臂戊嘿扒锯聘3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理成形压模的基本结构成形压模的基本结构模压成形是最重要、应用最广的成形方法！本章有关成形原理的讨论以模压成形为基础！School of Materials Science and Engineering8适都锦幌帕绝谋椭供抹徐拉泊唤岸喉蹬赫砖咖瓤楞吼哗焉豆吠硫堡弓赛戮3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理Loose powder is compacted and densified into a shape, known as green compactMost compacting is done with mechanical presses and rigid tools Hydraulic and pneumatic presses are also usedHydraulic and pneumatic presses are also used 模压成形是将金属粉末或粉末混合料装入钢制压模模压成形是将金属粉末或粉末混合料装入钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从阴（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。模内脱出，完成成形过程。9痴犀圆钳淌孪楞佣源沦昌舌制霹夜螺要肉脖掇癣奇谤驴丁钙捏躬摘缎瘦皇3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理模压成形模压成形，pressing10钻山巢舵彪桅留盛沾像宝待已晰斑撞瞳伪及裹盐惧床胜廉铺疑励踢磷来堂3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 模压成形的主要功用是：将粉末成形成所要求的形状；赋予压坯以精确的几何尺寸；赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型；赋予压坯以适当的强度以便于搬运。School of Materials Science and Engineering11姓骄敌剃猪罢伺亦焰尿秤郊填螺剔栖巍哉衣峪岭氓鲤箍祥袜笋汗袱染报簿3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理12耗相陆盐沿两奔玉钱样泽挣瓦巾巫勇捅悉仓蚁展血傈各舵王公磕留侦帧毯3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理13栓企娘小涣稗别描寥盛瑶蹿稳劝去砒胖懒览揽真若存截啦驹句零助畅馆糠3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理模压成形模压成形PMPM产品实例产品实例电动工具零件电动工具零件14School of Materials Science and Engineering效赐镰将袄博慷模场蜕塔穷点刻咕臣久偿绅痘迅泞闪芥搂暗扎祁眉藉昔裔3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理模压成形模压成形PMPM产品实例产品实例汽车发动机用粉末烧结钢零件汽车发动机用粉末烧结钢零件15School of Materials Science and Engineering龟汀邓婪姨鞘抡冯枯鞍简科泄评纳您筐务强渠书旧精诀凑精逾磕苛肤缨腿3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理模压成形模压成形PM产品实例产品实例汽车变速箱粉末烧结钢零件汽车变速箱粉末烧结钢零件16School of Materials Science and Engineering辙糙侠乏病挠铭层榆根踩册缕鹿点簇柄免茶店炯豺凤邮晃追译揭敲灯峪樟3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理17连杆连杆连杆连杆School of Materials Science and Engineering增脑侣森蒙崎境密摹州甜头躯粹孺允俱只嚼佐疡稳缸镀有域只搔饭中国溺3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理二、金属粉末压制过程中发生的现象School of Materials Science and Engineering18怒肋勾急挨序尘埃袖蝎窑漏馋揣课缩健萤缎哆糕养瞄烛锅艘灯酉式强捶嫌3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理钢模压制粉末的基本过程粉末混合粉末混合料料称量、装模称量、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 Engineering19仅抹励医女园酚冉辗阉习硒雌莉责汽越侵刽两称坐缅画思矿懒伪地症凝库3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理粉末压制过程中发生的现象粉末压制过程中发生的现象1. 1. 压制后粉末体的孔隙度降低，压坯相对密度明显高于压制后粉末体的孔隙度降低，压坯相对密度明显高于粉末体的相对密度。粉末体的相对密度。 压制使粉末体堆积高度降低，一般压缩量超过压制使粉末体堆积高度降低，一般压缩量超过50%2. 2. 轴向压力（正压力）施加于粉末体，粉末体在某种程轴向压力（正压力）施加于粉末体，粉末体在某种程度上表现出类似流体的行为，向阴模模壁施加作用力，度上表现出类似流体的行为，向阴模模壁施加作用力，其反作用力其反作用力侧压力侧压力产生。产生。 但是粉末体非流体，侧压力小于正压力！但是粉末体非流体，侧压力小于正压力！School of Materials Science and Engineering20蛆呼榨菠涎磕逢聊醇粉箩普湃赁丈烯盎吭虑份沽臭帜琢地缘需滚裤揭绕戳3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理3. 3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的？压坯强度是如何形成的？4. 4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位密度存在不均匀。位密度存在不均匀。压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。5. 5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀产生弹性后效产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。School of Materials Science and Engineering21碳觉旷遭从揩青前困牧抛桓蚕堕策帮规多蔼追蚀春揩笺床凑娱挟艾氧彤墒3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理三、 粉末体在压制过程中的变形（一）（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比较）较）1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制致密材料受力变形遵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。 粉末体变形较致密材料复杂。粉末体变形较致密材料复杂。2.2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体致密材料受力变形时，仅通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态的改变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改变，即颗粒发生位移。变，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 + 颗粒变形颗粒变形School of Materials Science and Engineering22恼玉镊犊彻士隆淫匪鼠铺仗寓属酣囊七晤顾凡标萝聪恕乎袒瞄应热障汉病3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理3. 3. 致密材料变形时，各微观区域的变形规律与宏观变致密材料变形时，各微观区域的变形规律与宏观变形规律基本一致，粉末体变形时，各颗粒的变形基形规律基本一致，粉末体变形时，各颗粒的变形基本独立，不同颗粒变形程度可能存在较大差异。本独立，不同颗粒变形程度可能存在较大差异。4. 4. 粉末体受力变形时，局部区域的实际应力远高于粉粉末体受力变形时，局部区域的实际应力远高于粉末体受到的表观应力（表观压制压力）。末体受到的表观应力（表观压制压力）。局部区域的高应力可能超过粉末颗粒的强度极限。局部区域的高应力可能超过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 Engineering23彤坞攻体禾殃准救睫陕痉彪镶疙你甄烫欲汪纬庚阿垣步惨顿射尚滁霸阳冈3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（二）（二） 粉末体在压制过程中的变形动力（变形内因）粉末体在压制过程中的变形动力（变形内因）1. 粉末体的多孔性粉末体的多孔性 粉末体中的孔隙包括：粉末体中的孔隙包括： 拱桥效应现象（图）：拱桥效应现象（图）：粉末在松装堆集时，由于表面不规粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔拱桥效应产生的孔隙尺寸可能远大于粉末颗粒尺寸。拱桥效应产生的孔隙尺寸可能远大于粉末颗粒尺寸。 一次孔隙（颗粒内部孔隙）一次孔隙（颗粒内部孔隙）二次孔隙（颗粒之间孔隙）二次孔隙（颗粒之间孔隙）拱桥效应产生的孔隙拱桥效应产生的孔隙School of Materials Science and Engineering24农灿僚怂由杜福亦肾锡评待涯诣掖揪瓮蔑毖疫砚檀聘花戳赠捶撞专胎坯氢3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering25诧涉扭森暴雕肾雷畴恃既费眉寅蓄调础靛仍脓涕预串僻虱宙骇哭色悍丰酱3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理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26School of Materials Science and Engineering值蛙吴衷关幸陌览碗贿移胜任承唤樱菱臭盔畸非眠候滴眺呐窟皆陪凹人葫3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理2. 2. 粉末颗粒良好的弹塑性粉末颗粒良好的弹塑性 制粉过程中，粉末一般都经过专门处理制粉过程中，粉末一般都经过专门处理 还原、退火还原、退火 消除加工硬化、表面杂质等消除加工硬化、表面杂质等3. 3. 粉末体较高的比表面积粉末体较高的比表面积 主要作为烧结动力，对压制也有影响。主要作为烧结动力，对压制也有影响。实例：几种商品粉末的比表面积（实例：几种商品粉末的比表面积（cm2/g）：）： 还原还原Fe粉（粉（79%-325目）：目）：5160 还原还原Fe粉（粉（1%-325目）：目）： 516 电解电解Fe粉（粉（-200目）：目）：400 羰基羰基Fe粉（粉（7m）：）：3460 还原还原W粉（粉（0.6m）：）：5000 School of Materials Science and Engineering27岁稠逞枕每锰轧乡劫新闲申疽结浴句翟治峡啦邹缨扼烧展筑术党导猎陡游3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（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）变形规律较低压力下首先发生位移，位移形式多样较低压力下首先发生位移，位移形式多样 （a a） （b b） （c c） （d d） （e e） 压制时粉末位移的形式（a）颗粒接近；（b）颗粒分离；（c）颗粒相对滑动； （d）颗粒相对转动；（e）颗粒因粉碎产生移动School of Materials Science and Engineering28珠济凹帧岗开戎任与无裁哺筷较羽板星辞坪泡基膝磨侵他誓梅霖帅址仗德3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理影响压制时粉末位移的因素影响压制时粉末位移的因素颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙）颗粒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表面粗糙度颗粒表面粗糙度润滑条件润滑条件颗粒的显微硬度颗粒的显微硬度颗粒形状颗粒形状加压速度加压速度School of Materials Science and Engineering29寝怀麓在含精疲塘逢绪奋怪孜滔技孙惺买推澄宝得涌编桔卑纱耳梨耕蒙见3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理2. 粉末颗粒的变形粉末颗粒的变形 弹性变形弹性变形 颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。 塑性变形塑性变形 颗粒所受实际应力超过其屈服极限，发生塑性变形。颗粒所受实际应力超过其屈服极限，发生塑性变形。 脆性断裂脆性断裂 颗粒所受实际应力超过其强度极限，发生脆性断裂。颗粒所受实际应力超过其强度极限，发生脆性断裂。 粉末的位移和变形，促使了压坯密度和强度的增高粉末的位移和变形，促使了压坯密度和强度的增高School of Materials Science and Engineering30烈滑岂庆死迎鸟宿茫夺褂汾盒立翻鬃桶章滨次案镁激琳闭锰痕挑结咬雷仍3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理3. 实际粉末位移变形的复杂性实际粉末位移变形的复杂性 粉末的位移和变形与粉末本身性能有关；粉末的位移和变形与粉末本身性能有关； 不同粉末位移、变形规律不同不同粉末位移、变形规律不同 粉末受力后，首先发生颗粒位移，位移方式多种多样；粉末受力后，首先发生颗粒位移，位移方式多种多样； 粉末颗粒位移至一定程度，发生颗粒变形，变形方式多样；粉末颗粒位移至一定程度，发生颗粒变形，变形方式多样； 位移和变形不能截然分开，有重叠；位移和变形不能截然分开，有重叠； 位移总是伴随着变形而发生位移总是伴随着变形而发生 粉末变形必然产生加工硬化粉末变形必然产生加工硬化模压成形不能得到完全致密压坯模压成形不能得到完全致密压坯 School of Materials Science and Engineering31净苛岳茸赃漱豺欢搀舟恃浆隶傲菠彩渗证施摄挣刨皱淹口坝取语崭则蓟鹏3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 压制过程中粉末运动示意图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） e）School of Materials Science and Engineering32鹊经愿泣垢碎租朵赣稚币熊爆城逢哭巨版俱骗堡济棘掖吵申僵咬梨酬栋鲜3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理四、致密化现象4.1 4.1 致密化致密化压力作用压力作用下松散下松散状态状态拱桥效应的破坏（位移拱桥效应的破坏（位移颗粒重排）颗粒重排）+ +颗粒塑性变形颗粒塑性变形孔隙体积收缩孔隙体积收缩致密化致密化影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：与与粉末松装密度、流动性存在一定联系粉末松装密度、流动性存在一定联系School of Materials Science and Engineering33遥揽腿狙组傀杆槛后件蒂胶续桔乳拄候眉逃眠循行恬样辣幕央脊谁撵冲源3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理4.2 4.2 4.2 4.2 弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效 Springback Springback Springback Springback反致密化现象反致密化现象反致密化现象反致密化现象压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象残留内应力释放的结果残留内应力释放的结果残留内应力释放的结果残留内应力释放的结果影响因素影响因素影响因素影响因素弹性后效与残留应力相关弹性后效与残留应力相关弹性后效与残留应力相关弹性后效与残留应力相关压制压力压制压力压制压力压制压力粉末颗粒的弹性模量粉末颗粒的弹性模量粉末颗粒的弹性模量粉末颗粒的弹性模量34研吐症峰擂丁蓄弃称干衡彼品秦班谦关蚀聪啄诅硬山买浦锑盘之录袖磊体3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理第二节第二节 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示意图一、正压力、净压力、压力损失 ( 压制压力的分配） 正压力: p，P（单位压制压力、总压力） 净压力（有效压力）：p，P1 压力损失：p，P2克服外摩擦力， P = P1 + P2 p = p-p，School of Materials Science and Engineering35菠未堵沿离绿序懈襄八嘱情梢皖斯茁朝促鸥痰同哄跋截抡蔗歉委隆栖娶辕3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理园柱型压模中取小立方体压坯为园柱型压模中取小立方体压坯为分析对象（径向受力均匀），分析对象（径向受力均匀），假定：假定： 阴模不发生变形阴模不发生变形 不考虑粉末体的塑性变形不考虑粉末体的塑性变形xyzP压坯受力示意图压坯受力示意图二、模压成形时的侧压力二、模压成形时的侧压力 定义：定义：压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯 的侧面压力称为侧压力的侧面压力称为侧压力（一）侧压力与压制压力的关系（一）侧压力与压制压力的关系School of Materials Science and Engineering推导36楔窟蔚逃办田绅委钒江技晤窥狄拴蠕脯曾脆压亚穗霹内谷潦赎岩荚浑膊银3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理p侧侧 单位侧压力（单位侧压力（MPa）；）；p 单位压制压力（单位压制压力（MPa）；）； = /（1- ）侧压系数；侧压系数；泊桑比泊桑比 （二）侧压系数（二）侧压系数 定义：定义：定义：定义： = /（1- ）= p侧侧 /p ：单位侧压力与单位正压力之比：单位侧压力与单位正压力之比 影响因素影响因素 泊松比泊松比材料本性（下表）材料本性（下表） 压制压力压制压力School of Materials Science and Engineering37贰纫诊毙僵击赛皇烈还莎采慌日郡忿喷扔件饲岿醋闽岳猴驹再护植褂竿醇3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理材料材料WFeSnCuAuPb0.170.280.330.350.420.440.200.390.490.540.720.7938表 不同材料的泊桑比和侧压系数School of Materials Science and Engineering暂掘胯邓因鱼蓖漳没贾溯往轮黔苇孵蓄损扭窒条耍特姿柜缠对裙由理服虽3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理注意几个问题：注意几个问题： 公式计算的侧压力是平均值，沿高度不同位置侧压力不公式计算的侧压力是平均值，沿高度不同位置侧压力不等等 粉末体非流体，粉末体非流体， p侧侧总小于总小于p 研究侧压力具有重要意义研究侧压力具有重要意义 估算摩擦力、估算摩擦力、压力力损失失 模具设计的需要模具设计的需要 解释压制过程中的一些现象解释压制过程中的一些现象School of Materials Science and Engineering39数拥溪咽巾谊咒贵篇遇埠突溉肢僧笺更炬涕谁佰锹孙急赣龚畴善嘿澳垫胁3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理三、外摩擦力、压力损失三、外摩擦力、压力损失（一）外摩擦力（一）外摩擦力 定义：定义：粉末颗粒与阴模（芯棒）之间的摩擦力。粉末颗粒与阴模（芯棒）之间的摩擦力。 对比：内摩擦力对比：内摩擦力粉末颗粒之间的摩擦力粉末颗粒之间的摩擦力 外摩擦力外摩擦力与压制压力的关系与压制压力的关系式中，式中，f 摩摩 单位外摩擦力（单位外摩擦力（MPa）；）；粉末与模壁的摩擦系数。粉末与模壁的摩擦系数。School of Materials Science and Engineering40寞讫鞠峨黎运拭悄搓元远热见毛谓赘星矣嚎秀舅世硬汪败郝雁缓女势唉爆3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（二）压力损失 定义：用于克服外摩擦力而消耗的压制（正）压力。 与压制压力的关系（推导）式中，式中，p/ 模底受到的压力（模底受到的压力（N）；）；H为压坯高度（为压坯高度（mm）；）；D为压坯直径（为压坯直径（mm）考虑到消耗在弹性变形上的应力，则：考虑到消耗在弹性变形上的应力，则： p1 考虑弹性变形后模底受到的压力考虑弹性变形后模底受到的压力 School of Materials Science and Engineering41诬晒摩搓殖退腔怒关喘陛联地艾嗜叹烙聘盘窥奈枯纂朔纫肚瞩超冈调猖丛3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 压力损失压力损失 P = P2 = P-P1 压力损失是造成压坯密度压力损失是造成压坯密度分布不均匀的根本原因；应分布不均匀的根本原因；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 擦力擦力减少压力损失的措施：减少压力损失的措施：（1）添加润滑剂；）添加润滑剂；（2）提高模具光洁度和硬度；）提高模具光洁度和硬度；（3）改进成形方式如采用双面压制等。）改进成形方式如采用双面压制等。 School of Materials Science and Engineering42萌哎袒氰腐扔闺醇予沫杭疽潦炳剿佑攫嫡休目掌缝辉忧鲤奔谬怀蚕群关凌3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 影响压力损失的因素 摩擦系数 侧压系数 压坯尺寸H/D 对压力损失（摩擦力）有明显影响H/D相同，D不同，达到相同的压坯密度，所需单位压制压力不同小直径压坯需较高的压制压力（图）School of Materials Science and Engineering43骇镀芍酶共佛吃刽戚俏临才迄镁备沉稚诺客务鹃布鲜葱轰特苞睫瓣砚舶庚3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理四、脱模压力四、脱模压力 定义：定义：压制压力卸除后，压制压力卸除后，使压坯由模中脱出所需的压力使压坯由模中脱出所需的压力 称为脱模压力称为脱模压力。 脱模压力与压制压力、粉末性能、压坯密度和尺寸、压模脱模压力与压制压力、粉末性能、压坯密度和尺寸、压模和润滑剂等有关。和润滑剂等有关。 p脱脱 = p侧剩侧剩 （单位脱模压力）（单位脱模压力） P脱脱 = p侧剩侧剩S侧侧（总脱模压力）（总脱模压力） 铁粉的脱模压力与压制压力铁粉的脱模压力与压制压力P的关系如下：的关系如下： P脱脱0.13 P 硬质合金物料在大多数情况下：硬质合金物料在大多数情况下： P脱脱0.3 PSchool of Materials Science and Engineering44绸舆埃末愉崔畦全瑶部判舰初焚搔洗僻给剖姆岗碳厌彻峰舀呆霖膨偏婿马3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering45睁澄凄破妙殆悉非嚣栗镐脆邵泪遗澜吊诀勤诵匪腔舷舷税俭弥鹊星淫候弄3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理五、弹性内应力与后效 （Springback） 弹性内应力：粉末体受压后内部产生的变形抗力（阻力） 弹性后效：当压力去除，把压坯从压模中脱出，由于弹性内应力的松弛作用，粉末压坯会发生弹性膨胀，称为弹性后效。 计算： = L/L 0 x 100% =（ L-L0）/L0 x100%高度或直径方向弹性后效； Lo 、L 卸压前后压坯直径（高度）School of Materials Science and Engineering46漓恤撕胁滚嚏殿原婿般骋兄划幢舞咕韵尹琐腥江芍荫楚腻疵绎绑椎怯盾廖3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering47似衍著刘池菌痈淌鲍剩沈漏慢资蓟恒水铀彼弊坏汉搂租寞忙制翼真饵拯琼3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 影响弹性后效的因素粉末性能 粉末成形性差，难成形，需高的压制压力，增加弹性后效 雾化铁粉雾化铁粉 还原铁粉还原铁粉 电解铁粉电解铁粉 细粉弹性后效高于粗粉：细粉 粗粉压制压力 P较低时，P增加， 增加； P较大时，P增加，减小； 一定范围内，P对影响不大（p202图2-25）School of Materials Science and Engineering48睫虹竟镭博腿遣绕锥直铣图花幕户删伤疹蟹扛汪罪适哥磋走扒碍喳禄铜肌3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理P（MPa）无润滑无润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%49润滑条件（Cu粉压制）School of Materials Science and Engineering律袭轨氰意刘格神诣兑厨欢另择汐内屈蓝失目兜揖脂豫假俐珠砸涤躺渝足3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 弹性后效各向异性弹性后效各向异性（径向弹性后效（径向弹性后效 轴向弹性后效）轴向弹性后效） 弹性后效是设计模具的重要参数之一弹性后效是设计模具的重要参数之一 弹性后效是压坯产生变形、开裂的主要原因之一弹性后效是压坯产生变形、开裂的主要原因之一School of Materials Science and Engineering50奉挤燎冯癸倔滁壕玉疟搜身蝉超晶潦躬串朽撒累铜昆炉黄牛讽册沸酚姬帘3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理一、压坯密度随压制压力的变化规律（定性描述）（一）理想的压制曲线第阶段：颗粒位移，填充孔隙 压力增加，密度快速增加 滑动阶段第阶段：压力续增加， 压坯密度增加不明显 平衡阶段第阶段：压力超过一定值， 压力升高，压坯密度继续增加 颗粒变形阶段第三节第三节 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 Engineering51厉牲耀亩管围窝俊六邀徘骨鄙纸猫抢分托牢话泳现昌赃床茨固绳识陨荡桶3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理粗颗粒、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）实际粉末的压制曲线1.基本规律（图）2. 实际粉末压制时，三个阶段相互重叠，不可截然分开： 位移阶段有变形， 变形阶段有位移3. 粉末性质不同，某一阶段的 特征可能不明显或特别突出。Q:实际压制压力如何选择？ School of Materials Science and Engineering52鄙页硝鳃舌车揉睛慕方状村斟寻乞班栖袍翠掖钱驼咳傀因责笆奉疆害采块3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering53是升垫针笼填糜叫斤烩毡虱零畸另诞吸渣纹循原溃搪疥虚潭碘型脱攀咙节3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（一）巴尔申方程（一）巴尔申方程 1.1.基本假设基本假设 1 1）将粉末体视为弹性体）将粉末体视为弹性体 2 2）不考虑粉末的加工硬化）不考虑粉末的加工硬化 3 3）不考虑摩擦力的影响）不考虑摩擦力的影响 4 4）不考虑压制时间的影响）不考虑压制时间的影响 5 5）不考虑粉末流动性的影响）不考虑粉末流动性的影响二、压制方程压坯密度与压制压力关系的定量描述School of Materials Science and Engineering54炎承擅旺装雾诬括拘多出哎凳构仪所响樊伙妒辫果铡太刺缠羞镊疲境低池3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理2. 2. 方程推导方程推导任意一点的变形与压力间的变化率： d/d=k=dP/A -对应于压缩量； A-颗粒间有效接触面积积分、变换并取对数后得: lgPmax-lg P = L(-1) lgP与(-1)成线性关系L=压制因子,=压坯的相对体积（ =V粉/V颗粒，=+1）3.3.适应性适应性硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述School of Materials Science and Engineering55妙胞梁杏句衫圣喘同灯界淡还乒满颊兽锚租署视仟安挂远垄解烘条瞬嗽财3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理巴尔申方程在高压与低压情形下出现偏差的原因低压粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末体的实际压缩模量高于计算值（即理论值），产生偏高现象高压粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大，导致实际值低于计算值School of Materials Science and Engineering56扩盛脾叠陆挽叮椽哎痉眉裹犁扩参但帽锁亩拄惩疲炙凄献遁讽垣裔软圈正3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（二）川北方程（二）川北方程1.1.基本假设基本假设 1) 粉末层内所有各点的单位压力相等。粉末层内所有各点的单位压力相等。 2) 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，与粉末屈服值有密切关压力与粉末的聚集力或吸附力有关，与粉末屈服值有密切关系。系。 3) 粉末层各断面上的外压力与该断面上粉末的实际断面积受的粉末层各断面上的外压力与该断面上粉末的实际断面积受的压力总和保持平衡。外压如增加，粉末体便压缩压力总和保持平衡。外压如增加，粉末体便压缩. 4) 每个粉末颗粒仅能承受它所固有的屈服极限的能力。每个粉末颗粒仅能承受它所固有的屈服极限的能力。 5) 粉末压缩时的各个颗粒位移的几率和它邻接的孔隙大小成比粉末压缩时的各个颗粒位移的几率和它邻接的孔隙大小成比例。例。School of Materials Science and Engineering57钝件讲请程盯痛苞蜂纪夹赞鹤诧券孩胖依抵截澳棋属巨诉甚吞兽踢嚏寸辐3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理2.2.方程推导方程推导 C = （Vo V）/Vo = ab P/（1 + bP） 1/C = 1/(abP) + 1/a C 粉末体体积减少率粉末体体积减少率 V、Vo 压力为压力为P、0时的粉末体积时的粉末体积 a、b 常数常数 1/C 与与1/P成线性关系成线性关系3.3.适应性适应性: : 压力不大时准确性较好压力不大时准确性较好School of Materials Science and Engineering58樊帽洁汹夸馒粘澳盖儿哪户缘商奄赂港判莱肌癣模租绦柿陪嵌理仪含甭侮3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（三）艾（三）艾- -沙沙- -柯方程柯方程 沉积岩和粘土在压力下孔隙率与压力关系：沉积岩和粘土在压力下孔隙率与压力关系：= o e-BP ； ln（ / o）= - BPo = （VoV）/ Vo = （VV）/V Vo、V、V压力力为0、P和和 时的粉末体的粉末体积ln（ / 0）与）与P成线性关系成线性关系适应性：一般粉（尤非金属粉末）适应性：一般粉（尤非金属粉末）School of Materials Science and Engineering59沟途氏症朝葱腋潮默闲查庶镐伞沾治烘侮捌寻垦仁调众僵洒乒涛畦殆饮臭3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（四）黄培云压制理论（方程）（四）黄培云压制理论（方程）理论基础理论基础1. 压坯密度压坯密度是外压的函数：是外压的函数：=kf(P)2. 常用力学模型常用力学模型 理想弹性体理想弹性体-虎克体（虎克体（H体）：体）：=M 理想液体理想液体-牛顿体（牛顿体（N体）：体）：=d/dt 线弹性线弹性-塑性体塑性体-Maxwell体（体（M体）体）（弹性和粘滞性物体）（弹性和粘滞性物体） 线弹性体线弹性体-应变弛豫体应变弛豫体Kelvin固体（固体（K体）体） 60School of Materials Science and Engineering粉宫媒东卉涤兜鸭危署扦轧凹阜货记龄寡署丹韵渗当搅皂奉环化烁床厨涯3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理黄培云公式黄培云公式(压制方程压制方程)的推导的推导（1） 用用弹性和粘滞性固体（弹性和粘滞性固体（Maxwell体）体）来描述粉末体来描述粉末体 对于理想弹性体，应力对于理想弹性体，应力-应变关系应变关系虎克定律：虎克定律：=M d/dt = Md/dt 用用M体代替体代替H体（考虑粉末压制时的应力持弛豫）：体（考虑粉末压制时的应力持弛豫）： d/dt = Md/dt /t恒应变：恒应变：d/dt= 0 =0 exp（-t/ 1 ） （1） 沾滞系数：沾滞系数：=M2 ；1 应力弛豫时间应力弛豫时间 用M固体描述粉末体，比H体更接近实际61School of Materials Science and Engineering间瓷挚撒虞摘俐绎煮酵滔闯扩腥往筑屎热初矩坊辙汲毋抗钩攘暑泅绑拇耳3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（2） 类似地，也可以用线弹性体类似地，也可以用线弹性体-Kelvin固体（固体（K体）体） 来描述粉末体来描述粉末体（同时具有弹性和应变弛豫物体） = M+d/dt = M(+2d/dt) （2） 沾滞系数：沾滞系数：=M2 ；2 应变弛豫时间应变弛豫时间 （2）式考虑了粉末压制时的应变弛豫）式考虑了粉末压制时的应变弛豫l 用用K固体描述粉末体，比固体描述粉末体，比H体更接近实际体更接近实际62School of Materials Science and Engineering锁镰克围腻簧铺佣将蓖惕靠入邪游除待帜污靳陌蓑捕涵瓣牌垛棍奴咆韶罚3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（3）用标准线性固体（）用标准线性固体（SLS体）来描述粉末体体）来描述粉末体 （同时有应力和应变弛豫固体）：（同时有应力和应变弛豫固体）：+1d/dt=M(+2d/dt) （3）1 1应力弛豫时间应力弛豫时间2 2应变弛豫时间应变弛豫时间 用SLS描述粉末体，比M、K固体更接近实际，即（3）式比（1）、（2）式更接近实际但（但（3 3）式仍有不足：）式仍有不足： 粉末体充分弛豫后应力应变非线性（非线性弹滞体）粉末体充分弛豫后应力应变非线性（非线性弹滞体）, ,有加工硬化，且变形大有加工硬化，且变形大School of Materials Science and Engineering63山贾眯落溪衷惭耗尼氮蔗腥违艳虫荐综哥遭裳硷颧锑遥询铲哩雏悯惺遂去3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（4）用标准非线性固体（）用标准非线性固体（SNLS体）来描述粉末体体）来描述粉末体(+1d/dt)n = M(+2d/dt) n2数学变换得：数学变换得： on =M 或或 o = (M)1/n （4）（4）式为考虑了粉末体的非线性弹滞性（加工硬化）后的关系式， 比（3）式更准确School of Materials Science and Engineering64夕魄谎嘛避溪崇栓缝轩拭脉枪孩映蜒冈贿词屠硕禹箭隅锋跪班咳沁绚菏逐3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 大程度应变的处理大程度应变的处理自然应变：自然应变： = LLo dL/L=ln(L/Lo)对粉末体，其压制时的体积改变实际上是孔隙体积改变对粉末体，其压制时的体积改变实际上是孔隙体积改变 定义：定义：= ln (Vo/V/) Vo/、V/ 粉末原始和受压粉末原始和受压P后的孔隙体积后的孔隙体积 （注意，严格应是（注意，严格应是 = ln(V/Vo/) ，此处是为了保证，此处是为了保证1） = ln (Vo-Vm)/(V-Vm) = ln (m-o) / (m-)o Vo、V、Vm 压力为压力为0、P、时粉末的体积时粉末的体积 o、m压力为压力为0、P、时粉末的密度时粉末的密度School of Materials Science and Engineering65瞎佑陇昼惩菏逻蓉垦循蛀挠厄乘柔哺沪挨沉话蜗弦砾狰卜淑阮宇土矩盅灯3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 运用运用标准非线性固体模型，综合考虑粉末体非线性弹滞性、加工硬化等得到压制方程：=on /M大程度应变： lg ln (m-o)/(m-)o= n lgP-lgM （5）n硬化指数的倒数 M压制模量黄培云压制方程的最初形式，考虑了粉末压制过程中的应力应变弛豫、加工硬化以及大程度应变School of Materials Science and Engineering66馈肚芍盲高舅俘炊辕棵笨商恫荤邹父酒等嫌幌挖您律设弓熟店鲸俱固荤惨3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 考虑量纲，对原模型进行修正：考虑量纲，对原模型进行修正： =（o /M）1/mmlgln(m-o) /(m-)o = lg P- lg M （6） m = 1/n 粉末压制过程的非线性指数，反映硬化趋势的大小粉末压制过程的非线性指数，反映硬化趋势的大小与晶体与晶体结构，粉末形状、合金化等相关结构，粉末形状、合金化等相关 m m 一般大于一般大于1 1，m m越大，硬化趋势大越大，硬化趋势大硬化指数硬化指数 lgln(m-o)/(m-)o与与lgP成线性关系成线性关系 双对数方程双对数方程 适应性适应性: : 对硬质或软质粉末、中、高、低压力均有效对硬质或软质粉末、中、高、低压力均有效School of Materials Science and Engineering67芦搓意屡阴热嗅租乓酿扒醋宝波豁羹掐昧津杂思斩耳亨萄甄勾磨紫戊赡肠3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering68僳翼篙肋赛跺敏括夏娟犹瘟蒙眷传咏敷埔程忙垂倒标仟脆昂熬抖已借毁菩3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理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紧密状密状态（=1）时的的单位位压力力L压力因素力因素相相对体体积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+bP）1/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 Engineering69瞅刨紧捉泳受枷笺夜松耻俭炭手点涡溯钒裹蔚算踞梢阅港寓袁朗妻英股凡3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理相同点：相同点：系数、定量线性关系系数、定量线性关系不同点：不同点：假定、适应性假定、适应性如何校验方程的正确性：如何校验方程的正确性：自学自学压制方程的总结与比较School of Materials Science and Engineering70疟锗辑卖耐闻痕共阑狙戌侵告茸崇追谋堤嵌波盯纳荆氟楞蛆策侩敲抡朋需3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理作业作业 教材第三章：教材第三章：1 1、4 4、5 5、6 6School of Materials Science and Engineering71孟舀瞄遣富倦汞赋妻赌顶否侠佣涎藕歌煮丢萝辞屉钾迫豆罪躺壬饥划用楞3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理第四节 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现象（一）压坯密度分布不均匀的现象仅通过上模冲加压的单向压制仅通过上模冲加压的单向压制Ni粉压坯：粉压坯：H：17.5；D：20；700MPaSchool of Materials Science and Engineering72图图3-28 单向压制铁粉压坯密度和硬度的分布状况：单向压制铁粉压坯密度和硬度的分布状况： 72mm；粉末为粉末为3kg和和1kg（上、下图）；（上、下图）；550680MPa； 左左 密度密度g/cm3，右，右硬度硬度HB通俏缚碧芬烘脚糯咸惭霓崎堆漂芯玩阿卜皑葛褂瞬厄戴猫旧剪法撵结误审3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理沿箭头方向密度降低密度变化规律 密度分布不均匀的后果： 不能正常实现成形，如出现分层，断裂，掉边角等； 烧结收缩不均匀,导致变形等； 性能不均匀！School of Materials Science and Engineering73涎徒浇封沟稽帜燃垒叔湛莲腰檀斡沉宇哭挫潜余法堑串袱邯各仗驰寐驱这3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理绝对密度差、相对密度差、平均密度绝对密度差、相对密度差、平均密度绝对密度差：绝对密度差： d dj j = d = dmaxmaxd dminmin相对密度差：相对密度差： dr =dr =（dmaxdmaxdmindmin）/dmax /dmax 100%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水平密度差反映了模压成形的技术水平对密度差的数值要求越小，要求压制水平就越高对密度差的数值要求越小，要求压制水平就越高在可能的情况下，应采用尽可能宽松的密度差在可能的情况下，应采用尽可能宽松的密度差School of Materials Science and Engineering74爹钞柞囤蚕押德内易奏糊迭御菩挤泅臀辙迭豆愚便侈藉打谩锥怜汐亥窟豁3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（三）压坯密度分布不均匀的产生原因（三）压坯密度分布不均匀的产生原因 外摩擦力（压力损失）外摩擦力（压力损失）内摩擦力内摩擦力侧压力侧压力压制方式压制方式压坯形状与尺寸压坯形状与尺寸压模结构与设计压模结构与设计润滑润滑直接影响压制直接影响压制压力的传递压力的传递间接影响压制间接影响压制压力的传递压力的传递School of Materials Science and Engineering75憎泡莉麦梨眼帐佣蕊克妥瘴搽遥瞳掖径席脆椒扣欠漓该涪猎吼晨爪勤八督3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理二、改善压坯密度分布不均匀性的措施（一）减小压坯的高径比（一）减小压坯的高径比1 1、增加高度，压坯密度差增加（直径不变）；、增加高度，压坯密度差增加（直径不变）；2 2、增加直径，密度分布更均匀（高度不变）；、增加直径，密度分布更均匀（高度不变）；即高径比增加，密度差增加即高径比增加，密度差增加School of Materials Science and Engineering76（二）改善模具内壁光洁度、使用润滑剂（二）改善模具内壁光洁度、使用润滑剂1.1.采用润滑剂采用润滑剂 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 核心问题：润滑剂的选择原则和用量核心问题：润滑剂的选择原则和用量 润滑方式：模壁润滑和粉末润滑润滑方式：模壁润滑和粉末润滑2. 2. 改进压模材料及表面状态改进压模材料及表面状态3. 3. 原料粉末的改性原料粉末的改性役衡慑带寞铂邹彻窍秀丝昭锻顶充跟禄娟叛涛有鲍销浇拙币墒扔髓虐僻央3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理1.根据压坯高度(H)和直径(D)或厚度()的比值选取压制方式 H/D1，而H/3时，可采用单向压制； H/Dl，而H/3时，采用双向压制； H/D410时，采用带摩擦芯杆压模压制、双向浮动压 模压制、引下式压模压制等 对于很长的制品，需采用特殊成形（等静压、挤压等） （三）合理选择压制方式（三）合理选择压制方式斋输技挺尉胁伙檀凋茶蒜虎曙搓终灶史丰悔纵赛卫墒桂崩般拽炊休参氟炒3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 四种基本的模压成形方法四种基本的模压成形方法a）单向压制）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）引下式压制）引下式压制a）b）c）d）实质上只有单向和双向压制！实质上只有单向和双向压制！School of Materials Science and Engineering78傀磨胜砸优朵整康枪蛙诺胸爹愚葡棉釉蛰源服老汹耘火癸曾杆时而糟豆帜3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理2. 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）单向压制（1）压制过程中阴模不动、下模冲（上模 冲）不动，压制压力仅通过上模冲（下模冲）施加到粉末体上。（2） 特点 典型的密度分布不均匀； 中性轴位置：压坯下端； H、H/D增大，密度差增大； 模具结构简单，生产率高； 适应高度小、壁厚大的压坯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 Engineering79匝雅扮荒茬弗康绥胜厘钦辽娱摸晃询攀唐捧邢乓姨冠销汞箔曳狭睬母航匙3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理2）双向压制（1）压制过程中阴模不动、上、下模冲都对粉末体施加压力。（2）特点 相当于两个单向压制的叠加； 中性轴不在压坯端部； 同样压制条件下，密度差较单向压制小； 可用与H/D较大压坯的压制School of Materials Science and Engineering80驭您募歌铬阀她泛紫彤零患拭疆恐狗粱票筹聋占喳蹭嫂付虹霹荡味划支据3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（3）双向压制的基本类型 同时双向压制（图）： 上下模冲同时向粉末体施加相等的压力 非同时双向压制（后压） 完成一次单向压制后，再在低密度端进行一次单向压制。中性轴中性轴School of Materials Science and Engineering81所汕立矾畴翻侠郭谭瞻纪诵盗莉沤罪蘸猾撤食搏疏廷郎卓厘党匠涵花冉乳3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理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 Engineering82暇秆箔椅清床续维正硬雍玩炸寅肿擎悯稚絮筐鸣登朝烤警帝辽右铺屈祸宁3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理3）浮动阴模压制（1）定义：压制过程中上模冲向粉末加压，下冲不动、阴模不是固定不动，而是通过弹簧或汽缸、油缸等适当支撑。（2） 特点 压制效果与双向压制类似； 压坯密度分布与双向压制相同；中性轴的位置与支撑力有关； 是生产中广泛采用的一种压制方式，便于装粉； 压机下部只需较小的压制和脱模压力School of Materials Science and Engineering83得条挚迹趣贴道书擞庆笼鸡笆伊记浦喇汇孪渐勋捌贴慷许绘戒飘曹右蔓滩3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理浮动阴模压制的关键：弹簧支撑力 的确定阴模受力：Fs、Fx、Pf、W，力平衡式：只有浮动压力Pf等于W，上下模冲压力才相等。浮动压力Pf过大，中性轴下移，密度差增大。实际：Pf稍大于W，便于阴模自动复位。School of Materials Science and Engineering84颅琵柄疾芬挚主建避判碉广黔薯软求里肇廊否茅澎畏番混妙链曹宇况恍敲3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering85炸原卒售玲埃皇绽找撵介脸谓素昂讫谋亦鸡翟雕挎筏剿姚骤祖卑慑踞波缺3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理4） 拉下式（强动式、引下式）压制（d）a）b）c）d）压制效果与双向压制相同也是生产中广泛采用的一种设计！School of Materials Science and Engineering86单莫苹棒奎释裤版址帖茧揍碘辟怂忙勾犬姆迂报劲凑削疼皖据铱搽煮谷幅3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering87觅共瞅镐粳远咙茸垣缨踢速交炽弧聚尤难截佯愧路梯渊纺汁奴诡咱翼涎谅3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理5） 摩擦芯杆压制（错动双向压制）PsPsSchool of Materials Science and Engineering88渭健篓嚎护殊柑逾俊孽钡酬封茹廷掺仟律减涩弟严烈人童陵仔荚吩戌掠枪3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理摩擦芯杆压制的特点：（1）阴模和下模冲头不动芯杆和上模冲一起同步下降。（2）外径处，压力沿高度向下减小，内径处，压力沿高度向上逐渐减小。（3）力平衡关系： Ps+Fx=Fy+Px 当Fy=Fx时，Ps=Px；阴模壁与粉末间的摩擦力和芯杆壁与粉末间的摩擦力相等时，上下模冲压力相等，压坯密度最均匀 问题：Fy=Fx，大小相等、方向相反，能否完全抵消？School of Materials Science and Engineering89祖椽咨课科稳举洁舶肿腔婴霄硅丑守必霓酪录嚣蕾萧焚腑私啤抒莹绩岗啃3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（4）错动压制压坯的分段平均密变差比单向压制小；低密度层是一个斜面，比双向压坯强度高。（5）不适应于厚壁压坯：其局部密度均匀性比双向压制差。（6）最适于压制细长薄壁制品。School of Materials Science and Engineering90捅筷翅涸提修蛹乎蛙泣仿挨造慰改舶契屹呐难噎囚涪匈星截踩寂读一赠嚼3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（三）复杂形状压坯的压制（三）复杂形状压坯的压制School of Materials Science and Engineering91溶滁吝苛单揣苇仰庄撵蓖串峭卤诺泅瞎褐震动炳隆挤龋柠艰劣划您葵复婿3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理1.压制的基本原则 1）保证各部分粉末的压缩比相等 压缩比：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。 两者数值上相等（等截面时）！ 2）采用组合模冲代替整体模冲，实现补偿装粉，是实现压缩 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（压缩比） 来计算。 3）组合模冲尽量在下模冲上实现 实际生产中，不可能完全按理论计算设计组合模冲，仍需根据实际情况进行简化。School of Materials Science and Engineering92鲁恍夜篆琢悉矮崖讶手燥霉汁秉麓枕吩偏脂豆庄围喂辞矗搓聘鬃挞配浮孰3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理1类零件 单台阶小高径比压坯的压制 School of Materials Science and Engineering93聋烟棋垮浩晴睬免败沂朝葫迄岿撬颤命伸擂夷膳暖史沤酿讨刀撕琐在教奠3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 整体模冲不能实现压坯密度均匀 为提高密度均匀性，须使用组合（分离）模冲！2.多台阶压坯的压制 整体下模冲整体下模冲组合下模冲组合下模冲School of Materials Science and Engineering94节邯吴宦衔锈全豢扩厘臀压幻葱胃卑规肖浊蓬屏陷俐首韶阜比瘪牺衅顷纫3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理使用组合模冲时料腔高度的计算： 若：d松=2.4g/cm3， d坯=6.6g/cm3 K= d坯/d松=2.75 H松1= Kh坯 =13.75mm H松2 =55mmSchool of Materials Science and Engineering95凛麦桓禁曝镀顺鸦桃野膘搭他糊痊闺凸搁砰慌垢怂恨蹲队帅允幂泡防桌缴3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理带台阶压坯的压制： School of Materials Science and Engineering96灸噬拽矽瓜噪催皮嗅穴帘咏握刽躯吏痈臭板迁乡亚拟鸟嘲偶藕妆昧噬疡竞3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理School of Materials Science and Engineering97常域凄抱存会酵惜迸腥莲聚瑚哭舶壶空枷限黄堤冯准癣曝渴冰腰屎绒荒谤3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理3.带斜面压坯的压制 School of Materials Science and Engineering计算的装粉面位置计算的装粉面位置x x98寐奸都号橙稽灾声才惩雾邮塘岩避寸粮架哀液肌桔黍勃舌酋挥多埋察络教3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理4.带曲面压坯的压制（自学） School of Materials Science and Engineering99辉泥骸政娘堕潞橡诲用倍瞒驰动唉兄鼠将脚演拓臼科赋泊腻引困糙禽央咨3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理第五节 粉末压坯的强度压坯强度：粉末压坯反抗外力而保持其形状、 尺寸不变的能力重要性： 衡量粉末性能的重要指标之一； 衡量压制过程和压坯质量的重要指 标之一。School of Materials Science and Engineering100必醋蔗啮苑商遥培例踌屁踢鹿辨喜喧洒离卉号藤衍菌弗馋桂瘫扎邮脆设翠3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理一、压坯强度的形成原因巴尔申观点：巴尔申观点：粉末压坯中颗粒之间的联结力（压坯强度）主粉末压坯中颗粒之间的联结力（压坯强度）主 要来源于颗粒间的要来源于颗粒间的机械啮合力；机械啮合力；琼斯观点：琼斯观点：粉末压坯中颗粒之间的联结力（压坯强度）主要粉末压坯中颗粒之间的联结力（压坯强度）主要 来源于相邻颗粒表面上的来源于相邻颗粒表面上的原子吸引力原子吸引力 一般观点：两者兼而有之，以机械啮合力为主一般观点：两者兼而有之，以机械啮合力为主School of Materials Science and Engineering101拎银孺筷外代恭夹炳鼠蛀谷巴择闹往毛丰椿晾攀础锄添第赊扯翁辽原岩化3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理二、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 783，GB5319-85） ASTM：31.75 x 12.7 x 6.35 mm GB：30 x 12 x 6mm w-厚度，mm（6mm）t-宽度，mm （12mm）L-支点间距，mm （25.4mm）P-负荷，NSchool of Materials Science and Engineering102织颅役黎评狙逊溅为挑诈迅炬惯窘宁尔摈弥招隔磋痈瘸瞅惧信蛤级袭挎扛3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理2.2.转鼓试验法转鼓试验法（JSPM4-69） 12.7x6.35mm，14目金属网转鼓试验，目金属网转鼓试验，87rpm.重量减少率：重量减少率：S =（A-B）/A x 100%三、影响压坯强度的因素三、影响压坯强度的因素1.1.粉末性能：粉末性能：颗粒硬度、表面粗糙度、比表面积、颗粒颗粒硬度、表面粗糙度、比表面积、颗粒 形状、表面氧化物及杂质等；形状、表面氧化物及杂质等；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 Engineering103崖襟啡谴洞衰专精处窍臻逢捅雀想低民找隅总化瀑瘫拥亦笨鄂鸡吨耽欣烂3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理第六节第六节 影响压制过程的因素影响压制过程的因素一、粉末性能的影响（自学）一、粉末性能的影响（自学） （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、润滑剂、成形剂的影响二、润滑剂、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、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 Engineering提提要要104车骗娥嘎馋戈缸持黄揩雾甲企纠三淫统盼如并锣焊搜沿谜倘站裙札羌皿艇3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理二、润滑剂、成形剂的影响二、润滑剂、成形剂的影响 （一）润滑剂和成形剂的作用（一）润滑剂和成形剂的作用 润滑剂：润滑剂：降低粉末颗粒与模壁及模冲之间摩擦，改善密度降低粉末颗粒与模壁及模冲之间摩擦，改善密度 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：成形剂：改善粉末成形性能，提高压坯强度。改善粉末成形性能，提高压坯强度。 不足之处：不足之处： 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，限制高密度压坯的获得，）本身密度低，占有一定体积，限制高密度压坯的获得， 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）可能的反应）可能的反应 School of Materials Science and Engineering105埠雹藏衷侥嫂痞婴辫学菏叭枪擒堕咆詹啡骂捧潜痴市甜吃轰边雄痕狸翱空3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（二）选择原则（二）选择原则 1. 良好的润滑性，良好的润滑性， 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. 易于排除，残留危害小，易于排除，残留危害小， 4. 不与粉末反应，不与粉末反应， 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. 来源与成本来源与成本 常用材料：常用材料： 铁、铜基零件：铁、铜基零件：硬脂酸及其衍生物、石墨等硬脂酸及其衍生物、石墨等 硬质合金、陶瓷：硬质合金、陶瓷：石蜡、合成橡胶、聚乙烯醇、乙二醇等。石蜡、合成橡胶、聚乙烯醇、乙二醇等。 School of Materials Science and Engineering106姚堵游瞥国篓臼惟奇袍撵坪空叼犁雍涎藤韭仲爪猫峰侯依购翔播捏捉戒贤3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（三）用量及加入方式（三）用量及加入方式 满足工艺要求前提下，尽可能少用满足工艺要求前提下，尽可能少用 硬脂酸锌最佳用量：硬脂酸锌最佳用量：0.5-1.5 wt% 橡胶石蜡最佳用量：橡胶石蜡最佳用量：1-2 wt % 加入方式：加入方式： 干混合方式加入：干混合方式加入：与主要成分的金属粉末一起混合，与主要成分的金属粉末一起混合， 溶液状态加入：溶液状态加入：先将石蜡或合成橡胶溶于汽油或酒精中，再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 Engineering107渤伙童统矽伤纪齿豢支内盲罗赐巨汗海啊辽炽扦娘蒂停侠薄弯质烁鲸补勋3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理三、压制条件的影响三、压制条件的影响 （一）压制方式（略（一）压制方式（略) ) （二）压制工艺条件（二）压制工艺条件 1. 装粉方式：装粉方式：重量法、容量法（落入、吸入、芯杆移动）重量法、容量法（落入、吸入、芯杆移动） 2. 加压速度：加压速度： 低压范围内（低压范围内（10m/s）：）：速度加快不利！速度加快不利！ 快速冲击压制（几十快速冲击压制（几十上百上百m/s）新技术！新技术！ 3. 保压时间保压时间 4. 振动压制振动压制 5. 磁场压制磁场压制School of Materials Science and Engineering108拭坊篓格构梦催则渊耍群脑沧疾猖世放惰捞卿当挝固饯鞠饵庆闷演阁息细3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理四、压制缺陷（废品）分析四、压制缺陷（废品）分析（一）分层沿压坯的棱边向内部发展的裂纹称为分层（与压制方向垂直）。产生原因：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。 弹性内应力：颗粒间的斥力作用引起抵抗弹性变形的力。 弹性内应力和压应力方向相反。 剪切应力： 大小相等、方向相反、不在一条直线上。使物体 两部分产生相对位移(或称剪切变形)。 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(不超过应有压制压力)；增加压坯强度。 检验方法：磕断压坯观察断面；超声波探伤等。 School of Materials Science and Engineering109犬讳卯滤柠铀膜稼构阎厌纹予蚤广宅啃营粉糯便论豫禹劫裳返丽眶绣贯胳3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理（四）表面划伤 压坯表面划痕称为划伤。 产生原因： 1）粘模：脱模时在阴模出口处受到阻碍，局部产生高温， 使粉末焊在模壁上的现象。 粘模使压坯表面产生严重划伤。 2）阴模软或光洁度差，也易产生划伤。 纠正措施: 1) 采用硬质合金模具， 2) 提高阴模的硬度，精度和光洁度； 3) 在阴模出口处作出一定长度的锥度； 4) 除去铁粉中的微粉； 5）改善模具配合间隙。School of Materials Science and Engineering110伴病冻邻誊奴腑民要凛采瞻滁袒许桌泥犬尊虱盯显司烁利噎赫妥阳圆卯絮3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理 （五）同轴度超差 套类压坯对同轴度的要求较高，是较难控制的一个参数。 提高压坯同轴度的主要措施： 1) 装料均匀：粉末流动性好，装料形式合理。 2) 模具设计合理：提高摸具的精度 配合间隙小、上下模冲的同轴度小、阴模型腔和脱模锥度须严格同 心、各模具零件的平行度和垂直度设计合理。 3) 模具安装的定位基准：以阴模内孔做定位基准。与阴模 配合的其它 零件，被固定的部位，其径向应有调整间隙，能自动调正。 4）压机精度：压机上滑块和工作台面的平行度，以及上滑块行程对工 作台面的垂直度部应有合理的要求。School of Materials Science and Engineering111杀扔牧尹两楼善瞄和羽竹殆眨缉滋胜铬匝摊抬丑塌翅丈喇寓蝴针策窍标柞3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理思考题思考题 教材第三章：教材第三章： 11 11、1212、1313、1414School of Materials Science and Engineering112墒焰名搏晚通懂夜臭孙戚胃肢沥贫本隅嫁殉账察核蛤渗欣喇窗俊守吓膜蒲3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理The End of Chapter 3School of Materials Science and Engineering113仙非汛荔值伍究暴卵傅絮镐窘追涝眨圭孰硕弛杂敷蕾闪沏浴欣腆竿庇赴虑3-第三章粉末压制成形原理3-第三章粉末压制成形原理