CN101073832A - 粉末压坯振动致密方法 - Google Patents

Abstract

一种粉末压坯振动致密方法，其特征在于在压坯工序中，通过模冲对阴模腔中的粉末施加随压坯密度变化而规律性变化的压制压力，当压坯相对密度—松装密度/理论密度≥0.05时，再同时施加随压坯密度变化而规律性变化的振动。所述压制压力随压坯密度的提高而增大；振动频率随压坯密度的提高而提高，在0～300Hz范围内，振幅随压坯密度的提高而减小，在0～0.5mm范围内。本发明的优点在于：压制压力可以比传统的小1/3以上，使得模具变形减小，压坯精度提高，压坯内应力减小，压坯密度均匀性好。

Description

粉末压坯振动致密方法

技术领域：

本发明涉及粉末冶金成形工艺过程中粉末压坯振动致密方法。

背景技术：

粉末冶金成形工艺过程一般经过以下主要工序：混粉、压坯、烧结、后处理等。通过提高制品密度可以大大提高粉末冶金零件的机械性能，如屈服强度、抗拉强度、冲击韧性、延伸率等，而制品密度的获得主要取决于压坯工序中所形成的压坯密度，尽管烧结后有一定的收缩，后处理也可以采用塑性加工使制品密度有所提高，但后两道工序中密度提高量很小，而且塑性加工成本大为提高。通过在压坯工序中提高压坯密度，以最终获得高密度制品，是经济而有效的方法。

压坯工序中提高压坯密度的措施有：增加压制压力、温压成形工艺、振动等，但现有技术都存在严重不足：

1)增加压制压力的方法

由于金属粉末在受压致密过程中，颗粒材料产生塑性变形时引起加工硬化，使压坯密度达到一定值后，压制压力升高，对压坯密度的提高贡献极小，不仅需要较大吨位的压机，而且也降低了模具的使用寿命，甚至损坏模具和设备。

实际上，压坯密度越大，所需压制压力越大，模具变形越大，同时压坯内应力也越大。脱模时，压坯弹性后效及变形增大，压坯精度降低，甚至造成分层、裂纹等破坏。

由于压制压力增大时，粉末颗粒间的摩擦力及粉末与模壁间的摩擦力都增大，粉末流动性降低，导致压坯密度及内应力不均匀性加剧。

2)温压成形工艺

要求采用温压专用混合粉，其中添加有一定量的成形剂(润滑剂和粘结剂)，压制前混合粉和模具都必须加热到一定温度，现有的粉末加热系统和模具加热系统成本较高。在烧结时成形剂分解，一方面使制品密度降低，另一方面使烧结收缩量和变形加大而降低制品精度。

目前，温压专用混合粉、专用压机和加热系统只有国外少数几家公司可以生产，国内仍需大量进口。

3)现有振动致密方法存在以下问题：

(1)将振动源固定在工作台上带动阴模振动，依靠阴模侧壁对阴模腔中的粉末施加振动作用，对粉末的有效致密作用较小，而绝大部分振动能对设备起破坏作用，由于振动力与振动体质量成正比，与工作台的质量相比，粉末的质量很小。

(2)振动源的振动频率固定不变或有级可调，在压制过程中没有采取在线连续控制措施，不能适应不同粉末品种的材质特性，更不能适应压制过程中压坯密度连续变化的实际。

(3)振动源的无负载振幅固定不变或有级可调，在压制过程中没有采取在线连续控制措施，随压力的增大，压坯与阴模及模冲结合刚度提高，振幅减小，不能适应压制过程中压坯密度连续变化的需要。

(4)振动源的主振动方向不确定，其振动位移轨迹为椭圆，且由于阴模与模冲之间的配合间隙较小，振动横向分量对模具精度和使用寿命不利。

(5)压坯密度与压制压力达到一定值(压坯密度未达到要求)时，压坯与阴模及模冲结合在一起作为一个整体同步振动，从而完全丧失振动致密作用，而事实上起破坏设备作用。

(6)没有建立起压坯密度与压制压力及振动参数之间的关系，也未确定振动起停时刻与压制过程的时序关系，粉末压坯密度未达到一定值时，不适当地采用振动，压坯将产生成分偏析。所以，这种振动致密方法存在严重不足。

本发明内容：

本发明的目的就是为克服现有粉末压坯致密方法存在的压坯密度不够高且密度均匀性差、压坯内应力大且分布不均匀、压坯弹性后效大及压坯变形大、现有振动不合理、压坯成分偏析、设备成本高等缺点，而提出的一种新的粉末压坯致密方法，即依据粉末特性和连续变化的压坯密度自动控制压制压力、振动频率和振幅大小，通过模冲直接作用于粉末，使粉末压坯致密的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种粉末压坯振动致密方法，它包括以下主要工艺过程：装填混合粉或温压专用混合粉(容积法、称重法或注射法)、对粉末加压(单向或双向)、压坯达一定密度后施加振动(单向或双向)同时压制压力继续增大、脱模。

其特征在于：

1、振动主体是模冲，直接作用于粉末，振动位移轨迹为一直线，且其方向与压制压力方向相同。

2、混合粉未受压或压制压力很小而处于自由流动状态时不可施加振动，对粉末施加压力达一定值，即压坯获得一定密度(压坯相对密度≥松装密度/理论密度+0.05)后，开始施加振动，则可阻止因为振动而导致的粉末成分偏析。

3、在振动过程中，压制压力继续随压坯密度的提高而增大，直至压坯密度达到要求，而最大压制压力可以减小到无振动压制时的2/3以下。

4、振动频率在0～300Hz范围内，随压坯密度的提高而提高。由于随压坯密度的提高，压坯中粉末颗粒间的摩擦力增大，导致粉末颗粒转动能垒增加，提高振动频率可以有效提高压坯中粉末颗粒角动量而获得足以克服转动能垒的转动能，且转动能与振动频率的平方成正比。

5、振幅在0～0.5mm范围内，随压坯密度的提高而减小。由于压坯在致密过程中粉末颗粒的位移随压坯密度的提高而减小。

6、压制压力及振动参数与压坯密度及粉末特性具有确定的关系。

本发明的优点在于：

1、在获得相同压坯密度条件下，压制压力可以比传统的小1/3以上，达到了以柔克刚的效果，因此：

1)可以降低对设备的吨位要求，同吨位的压机可扩大被加工产品的尺寸范围；

2)模具变形减小，压坯精度提高；

3)模具磨损减小，寿命提高；

4)压坯内应力减小，回弹效应减小，压制成形缺陷减少甚至可以消除，同时烧结变形小，因而制品精度高，成品率提高；

5)由于压制压力的减小使粉末颗粒的塑性变形和弹性变形都减小，压制压力卸载后，压坯对模壁的正压力小，所以脱模力小，从而避免压坯表面拉伤，降低表面粗糙度，而且有利于压制复杂形状零件。

2、压坯密度提高，由于振动力场充分发挥了颗粒重排致密作用。与静压成形工艺相比，振动致密工艺可使铁基粉末压坯密度提高约0.1～0.3g/cm³，可达7.2g/cm³。因而压坯强度高，可达25～32MPa，比传统方法提高50～100％，不仅降低压坯在搬运过程中的破损率而且能对压坯进行机加工而后烧结，表面质量好。

3、压坯密度均匀性好，振动克服粉末颗粒与模壁的摩擦以及粉末颗粒间的摩擦，大幅度减小压坯高度方向的压力损失，从而减小压坯高度方向的密度不均匀度，可达0.1g/cm³以下。因此，可增大制品的长径比。

4、压坯残余内应力减小，内应力均匀性好，振动力场在很大程度上消除了压坯内应力，因而压坯弹性后效减小，变形减小，可以消除压坯内部裂纹等缺陷。

为了更加详细地说明本发明，下面提供了本发明的一个实施例。

具体实施方式：

1、在普通液压机上或者在温压成形机上，添加专用数控液压激振子系统和专用电器控制子系统。

2、专用数控液压激振子系统输入端的压力油来自现有压机液压系统的高压油输出口，其输出为脉动压力油，通入现有压机油缸的工作行程进油口，迫使液压活塞和模冲产生脉动步进式振动。

3、专用电器控制子系统输入端采用线位移光栅传感器，用来采集模冲工作位移(从接触粉末开始产生的位移)信号，精度达0.001mm，采样时间＜1/300s，以适时表征压坯密度，经专用电器控制子系统内控制程序变换后，其输出端，一路与现有压机的电器控制系统合并，以控制由现有压机的液压系统提供的压制压力；另一路与专用数控液压激振子系统相连接，以控制振动频率和振幅。

4、专用电器控制子系统内控制程序依据粉末特性和连续变化的压坯密度自动变换控制信号，以控制压制压力、振动频率和振幅，变换规则有：

1)压制压力随模冲工作位移的增加而增大，直至模冲位移达到最大值；

2)模冲工作位移达一定值(压坯相对密度≥松装密度/理论密度+0.05)后，开始施加振动；

3)振动频率在0～300Hz范围内随模冲工作位移的增加而提高；

4)振幅在0～0.5mm范围内模冲工作位移的增加而减小。

Claims (7)

1、一种粉末压坯振动致密方法，粉末冶金成形工艺过程一般经过以下主要工序：混粉、压坯、烧结、后处理等，本发明特征在于在压坯工序中，通过模冲对阴模腔中的粉末同时施加随压坯密度变化而变化的压制压力和振动。

2、根据权利要求1所述的粉末压坯振动致密方法，其特征在于所述振动的振动主体是模冲。

3、根据权利要求1、2所述的粉末压坯振动致密方法，其特征在于所述振动的振动位移轨迹为一直线，且其方向与压制压力方向相同。

4、根据权利要求1、2所述的粉末压坯振动致密方法，其特征在于所述振动开始施加的条件为：压坯相对密度一松装密度/理论密度≥0.05。

5、根据权利要求1、2所述的粉末压坯振动致密方法，其特征在于所述振动的振动频率在0～300Hz范围内，随压坯密度的提高而提高。

6、根据权利要求1、2所述的粉末压坯振动致密方法，其特征在于所述振动的振幅在0～0.5mm范围内，随压坯密度的提高而减小。

7、根据权利要求1所述的粉末压坯振动致密方法，其特征在于所述压制压力在振动过程中继续随压坯密度的提高而增大，直至压坯密度达到要求。