4.2粉末压制成形详解

上模冲 粉末
阴模
下模冲
成形压模的基本结构
School of Materials Science and Engineering
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，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。
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。
！粉末体的变形是广义变形：颗粒位移 + 颗粒变形
School of Materials Science and Engineering
3. 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 本独立，不同颗粒变形程度可能存在较大差异。
4. 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）。 局部区域的高应力可能超过粉末颗粒的强度极限。
School of Materials Science and Engineering
● 成形方法的一般分类
粉末压制成形（钢模压制）compacting，briquetting，pressing
————普通成形
等静压成形 isostatic（hydrostatic） pressing
热法（热压注法）：钢模
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工 艺过程。
School of Materials Science and Engineering
● 成形的重要性
1）是重要性仅次于烧结的一个基本的粉末冶金工艺过程。 2）比其他工序更限制和决定粉末冶金整个生产过程。
a）成形方法的合理与否直接决定其能否顺利进行。 b）影响随后各工序（包括辅助工序）及最终产品质量。 c）影响生产的自动化、生产率和生产成本。
的 基本 过程
粉末混合料
称量、装模
压制 卸压 脱模 粉末压坯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Powder mix Weighting，filling Compacting
compacts
School of Materials Science and Engineering
粉末压制过程中发生的现象：
1. 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。 压制使粉末体堆积高度降低，一般压缩量超过50%
5. 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。
School of Materials Science and Engineering
（二） 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 粉末体中的孔隙包括：
一次孔隙（颗粒内部孔隙） 二次孔隙（颗粒之间孔隙） 拱桥效应产生的孔隙
School of Materials Science and Engineering
模压成形PM产品实例—电动工具零件
School of Materials Science and Engineering
模压成形PM产品实例—汽车发动机用粉末烧结钢零件
School of Materials Science and Engineering
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比 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 变形仅服从质量不变。
粉末体变形较致密材料复杂。 2.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，即颗粒发生位移。
二、金属粉末压制过程中发生的现象
图12-4 粉末压制示意图
1— 阴模 Die 2—上模冲 Top（upper） punch 3—下模冲 Bottom（lower）punch 4— 粉末 Powder
School of Materials Science and Engineering
钢模 压制 粉末
2. 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， 其反作用力—侧压力产生。 但是粉末体非流体，侧压力小于正压力！
School of Materials Science and Engineering
3. 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
4. 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。 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. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—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。
School of Materials Science and Engineering
☻ 按成形过程中粉末的温度：
冷压（常温）成形、温压成形、热成形
☻ 按成形过程的连续性：
间歇成形、粉末连续成形
☻ 按成形料的干湿程度：
干粉压制、可塑成形、浆料成形
School of Materials Science and Engineering
➢ 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！
拱桥效应现象（图）：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
拱桥效应产生的孔隙尺寸可能远大于粉末颗粒尺寸。
注浆成形法
冷法
常压冷法注浆 加压冷法注浆 抽真空冷法注浆
粉末连续成形
粉末轧制 粉末挤压（可塑成形） 喷射成形
石膏模
热成形及高能率成形—— 成形烧结同时进行
特殊成形
School of Materials Science and Engineering
● 成形方法的其他分类
☻ 按成形过程中有无压力：
有压（压力）成形、无压成形
本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
School of Materials Science and Engineering
第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺