粉末冶金工艺——粉末成形

　　主要功能在于：

　　(1)将粉末成形为所要求的形状;

　　(2)赋予坯体以精确的几何形状与尺寸，这时应考虑烧结时的尺寸变化;

　　(3)赋予坯体要求的孔隙度和孔隙类型;

　　(4)赋予坯体以适当的强度，以便搬运。

　　根据成形时是否从外部施加压力，可分为压制成形和无压成形两大类。

　　压制成形主要有：封闭钢模冷压成形、流体等静压制成形、粉末塑性成形、三轴向压制成形、高能率成形、挤压成形、轧制成形、振动压制成形等;

　　无压成形主要有：粉浆浇注、松装烧结等。

　　下面着重介绍封闭钢模冷压成形方法。

　　封闭钢模冷压成形是指在常温下,粉料在封闭的钢模中，按规定的单位压力,将粉料制成压坯的方法。这种成形过程通常由下列工序组成：称粉、装粉、压制、保压及脱模。

　　1.称粉与装粉称量形成一个压坯所需粉料的质量或容积。采用非自动压模和小批量生产时，多用质量法;大量生产和自动化压制成形时，一般采用容积法。

　　装粉方式有三种，。落入法是送粉器移送到阴模和芯棒形成的型腔上，粉末自由落入型腔中;吸入法是下模冲位于顶出压坯的位置，送粉器被移送到型腔上，下模冲下降(或阴模和芯棒升起)复位时，粉料被吸入型腔中;多余充填法是芯棒下降到下模冲的位置，粉末落入阴模型腔内，然后芯棒升起，将多余的粉末顶出，并被送粉器刮回，此法适用于薄壁深腔的压模。

　　自动装粉方式

　　a)落入法b)吸入法c)多余充填法

　　2.压制按一定的单位压力，将装在型腔中的粉料，集聚成达到一定强度、密度、形状和尺寸要求的压坯工序。

　　在封闭钢模中冷压成形时，最基本的压制方式有三种，如所示。其它压制方式，或是基本方式的组合，或是用不同结构来实现。

　　三种基本压制方式

　　a)单项压制b)双向压制c)浮动压制

　　(1)压坯密度的均匀性不同的压制方式，压坯密度的不均匀程度有差别。但无论哪一种方式，不仅密度沿高度分布不均匀，而且沿压坯断面的分布也是不均匀的。造成压坯密度不均匀的原因是在压制过程中，粉末颗粒之间、粉末颗粒与模冲、模腔壁之间存在磨擦，使压力损耗而造成的。采取各种措施，可减轻密度分布的不均匀性，但无法完全消除磨擦。

　　压坯密度的均匀性是其质量的重要标志，烧结制品的强度、硬度及各部分性能的同一性，皆取决于密度分布的均匀程度。此外，压坯密度分布不均匀，在烧结时将导致收缩不均匀，从而使制品中产生很大的应力，出现翘曲变形、甚至裂纹等。因此压制成形时，应力求使压坯密度分布均匀。

　　为了减小粉末颗粒与模壁之间的磨擦，延长压模的寿命，一方面可减小模壁的粗糙度;另一方面可在粉料中添加润滑剂。减小粉末与模壁之间的磨擦，可在相同的压力下，提高压坯密度和降低脱模力。常使用的润滑剂有石蜡、硬脂酸盐、油酸盐、樟脑、滑石、矿物油、植物油、肥皂、石墨及合成树脂等。

　　(2)压制过程粉末装在模腔中，形成许多大小不一的拱洞。加压时，粉末颗粒产生移动，拱洞被破坏，孔隙减小，随之粉粒从弹性变形转为塑性变形，颗粒间从点接触转为面接触。由于颗粒间的机械啮合和接触面增加，原子间的引力使粉末体形成具有一定强度的压坯。

　　压制过程大体上可分为四个阶段：

　　①粉末颗粒移动，孔隙减小，颗粒间相互挤紧;

　　②粉末挤紧，小颗粒填入大颗粒间隙中，颗粒开始有变形;

　　③粉末颗粒表面的凹凸部分被压紧且啮合成牢固接触状态;

　　④粉末颗粒加工硬化到了极限状态，进一步增高压力，粉末颗粒被破坏和结晶细化。

　　实际上这四个阶段并无严格的分界，而且依据粉末的性能、压制方式及其它条件等有差异。

　　3.脱模压坯从模具型腔中脱出是压制工序中重要的一步。压制时由于侧压力的存在，使阴模向外胀变形，而压坯是在已胀大了的阴模型腔中成形的。当卸压后，侧压力消失，阴模弹性恢复，向内收缩，压迫已成形的压坯，压坯产生抗压应力，迫使阴模收缩不到原位(指未压制时)，而在某一位置达到阴模收缩力与压坯抗压应力之间的平衡，这个卸压后引起的力，叫做剩余侧压强。这个力的存在使压坯与模壁间产生很大的磨擦阻力，脱模力必须大于这个磨擦阻力，才能使压坯脱出型腔。

　　压坯从模腔中脱出后，剩余侧压强消失，阴模收缩到原位，压坯弹性恢复而胀大，这种胀大现象，叫做回弹或弹性后效。此值与模具尺寸计算有直接的关系。这种回弹可用回弹率来表示，即线性相对伸长的百分率。普通还原铁粉的压坯，其沿压制方向的回弹率约0.6%左右，垂直于压制方向约0.2%左右。