CN110899693B - 一种粉末冶金零件的成型方法及成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末冶金零件的成型方法及成型装置，方法包括：首次压制、末次压制、出模、烧结的步骤，成型装置包括上模冲、阴模和下模冲，阴模设有用于装粉末的阴模型腔，上模冲包括上模座和上模冲压制件，下模冲包括下模座和下模冲压制件，上模冲压制件和下模冲压制件可穿入阴模型腔对粉末进行压制。采用本发明方法和装置加工出来的粉末零件致密性好，有效的增加了中间的初始密度，整体的密度增加，相对密度差值变小，整体生坯性能提升。

Description

一种粉末冶金零件的成型方法及成型装置

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术，尤其涉及一种粉末冶金零件的成型方法及成型装置。

背景技术

粉末冶金是用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。高效、环保、浪费少的特点使得其在工业上的应用范围和深层次的应用拓展不断延伸，这项技术得到不断的完善。其在汽车行业、军工方面、航天航空、计算机行业、核能动力等行业均可见粉末冶金零件的身影。

大长径比粉末冶金零件如大长径比(L/D>3)棒材压制时存在中性区，造成腰部尺寸偏小。粉末冶金压制工艺决定生坯的密度分布和致密化程度。生坯的密度会进一步影响零件的尺寸精度和物理性能。目前，提高致密化程度方面的研究较多，成形方法上有温压、高度压制、振动压制等可提高致密度，压制工艺中提高密度均匀性的方法有采用优化送料、提高模具表面粗糙度、增加模具润滑等方法。对ISO数控刀片生产而言，模具表面粗糙度，目前已经达到Ra0.04，达到镜面级别，再提高加工粗糙度，经济性较低。但上述方法就中性区造成的密度减小且中部细两端粗，进而造成的大长径比粉末冶金零件尺寸精度问题，无法解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、能减少密度分布不均匀、可提高粉末冶金零件的致密化程度，进而提高粉末冶金零件的精度的粉末冶金零件的成型方法及成型装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种粉末冶金零件的成型方法，包括以下步骤：

S1、首次压制：上模冲上行离开阴模的阴模型腔，下模冲下行并保持在阴模型腔内，将粉末送至阴模型腔内，填料高度低于阴模型腔的高度，之后，上模冲下行，对阴模型腔内的粉末进行压制，下模冲保持不动，当上模冲下行至指定位置后，完成压制；

S2、末次压制：上模冲上行离开阴模型腔，下模冲下行至指定位置，并保持在阴模型腔内，将粉末送至阴模型腔内并填满，之后，上模冲下行同时下模冲上行，共同对阴模型腔内的粉末进行压制；

S3、出模：上模冲上行离开阴模型腔，下模冲上行顶出压制后的生坯；

S4、烧结：将压制后的生坯进行烧结成型。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S1的首次压制与步骤S2的末次压制之间还包括至少一次中间压制，当中间压制为一次时，采用首次压制的方法，或者末次压制的方法；当中间压制为多次时，采用首次压制的方法，或者末次压制的方法，或者首次压制与末次压制结合使用的方法。

所述烧结后的生坯为大长径比的棒材。

所述上模冲可进入阴模型腔内的长度大于分次压制过程中每次压制量的总和。

一种基于上述的粉末冶金零件的成型方法的成型装置，包括上模冲、阴模和下模冲，所述阴模设有用于装粉末的阴模型腔，所述上模冲包括上模座和上模冲压制件，所述下模冲包括下模座和下模冲压制件，所述上模冲压制件和下模冲压制件可穿入阴模型腔对粉末进行压制。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述阴模型腔设置为两个以上，所述上模冲压制件和下模冲压制件对应设置为两个以上。

所述阴模型腔为大长径比的圆柱形腔，所述上模冲压制件和下模冲压制件对应设置为上模冲成型棒和下模冲成型棒。

所述阴模型腔具有便于出模的拔模斜度α，0.5°≤α≤2°。

所述阴模包括阴模外套和阴模内套，所述阴模外套为钢材外套，所述阴模内套为硬质合金内套。

所述上模冲成型棒与阴模型腔之间的最小间隙L1大于下模冲成型棒与阴模型腔之间的间隙L2。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

现有技术中，粉末成型均是单段压制比较，当采用单段双向压制时，得益于双向压制其最上和最下的相对密度是接近的，从两端看尺寸是相近的，但是腰部中性区的存在，使中间的相对密度较小，从而造成尺寸偏小，成型剂摩擦系数越高，则此效果越强烈。相比于此，本发明的粉末冶金零件的成型方法，采用至少两次压制，两次分段压制则有效的避免此问题，当采用两段压制时，第一阶段的单向顶压，有效的增加了中间的初始密度，此阶段的粉末压缩量较小，处于弹性变形阶段，第二阶段的压制时，呈现生坯中间密度大，两边密度小的纺锤形分布，此时在进行一次短距离的双向压制，进一步弥补了两端的密度小的现象，此阶段密度迅速增加，压制压力进一步增加，粉末变形增加完成三阶段的致密化，达到生坯强度，此时的生坯相对密度较高，密度差异小，整体的密度增加，相对密度差值变小，整体生坯性能提升。本发明的粉末冶金产品的成型装置，采用上述的粉末冶金零件的成型方法进行，因此具备上述粉末冶金成型方法相应的技术效果。

附图说明

图1是本发明实施例1的粉末冶金零件的成型方法的过程示意图。

图2是本发明实施例1的成型方法与现有技术成型方法获得的生坯的效果对比图。

图3是本发明实施例1的粉末冶金零件的成型装置的结构示意图。

图4是本发明实施例1的粉末冶金零件的成型装置的部分结构分解示意图。

图5是本发明实施例1中上模冲成型棒、下模冲成型棒与阴模型腔形成的间隙的示意图。

图6是本发明实施例1中两个阴模型腔之间的位置关系示意图。

图中各标号表示：

1、上模冲；11、上模座；12、上模冲成型棒；2、阴模；201、阴模型腔；21、阴模外套；22、阴模内套；3、下模冲；31、下模座；32、下模冲成型棒；4、生坯。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实施例的粉末冶金零件的成型方法，包括以下步骤：

S1、首次压制：上模冲1上行离开阴模2的阴模型腔201，下模冲3下行并保持在阴模型腔201内，将粉末送至阴模型腔201内，填料高度低于阴模型腔201的高度，之后，上模冲1下行，对阴模型腔201内的粉末进行压制，下模冲3保持不动，当上模冲1下行至指定位置后，完成压制；

S2、末次压制：上模冲1上行离开阴模型腔201，下模冲3下行至指定位置，并保持在阴模型腔201内，将粉末送至阴模型腔201内并填满，之后，上模冲1下行同时下模冲3上行，共同对阴模型腔201内的粉末进行压制；

S3、出模：上模冲1上行离开阴模型腔201，下模冲3上行顶出压制后的生坯4；

S4、烧结：将压制后的生坯4进行烧结成型。

上述方法以压制两次为例，首次压制为上模冲1单向压制，首次压制的后粉料不是完整的生坯4，而是生坯4的一部分生坯4a，生坯4a的上端为生坯4的中间部分，经过上模冲1单向将生坯4a的上端压密实，首次压制的过程参见图1中的Ⅰ和Ⅱ部分。ⅢⅣⅤⅥ之后再进行填料，后填的这部分粉料构成生坯4的另一部分生坯4b，在此之后，进行末次压制，采用双向压制，即上模冲1下行同时下模冲3上行，共同对粉末进行压制，形成完整的生坯4，末次压制的过程参见图1中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ部分，这样分段压制加工出来的生坯4，密度较均匀，减小中性区的影响，通过此方法可以调整中间密度最低的位置。参见图2，a部分表示采用现有技术的成型方法加工出来的生坯4，b部分表示采用本实施例的方法加工出来的生坯4，由该图可以获知，本实施例的方法加工出来的生坯4致密性好，中间部分密度ρ与两端部分的密度ρ相差不大。

本实施例中，上模冲1可进入阴模型腔201内的长度大于分次压制过程中每次压制量的总和。

如图3至图6所示，本实施例的粉末冶金零件的成型方法所采用的装置，包括上模冲1、阴模2和下模冲3，阴模2设有用于装粉末的阴模型腔201，上模冲1包括上模座11和上模冲压制件，下模冲3包括下模座31和下模冲压制件，上模冲压制件和下模冲压制件可穿入阴模型腔201对粉末进行压制。

本实施例中，阴模型腔201设置为两个，上模冲压制件和下模冲压制件对应设置为两个。各阴模型腔201的内壁表面粗糙度需一致，否则易出现多次压制每个型腔中生坯4高度不同的想象.需要说明的是，本实施例仅以两个为例，除本实施例，也可以采用单个或者三个以上的阴模型腔201。

本实施例中，成型针对的是大长径比的棒材，因此，阴模型腔201为大长径比的圆柱形腔，上模冲压制件和下模冲压制件对应设置为上模冲成型棒12和下模冲成型棒32。该结构中，上模冲成型棒12和下模冲成型棒32分别用于控制行程，防止压制过量，并在阴模型腔201内动作，配合阴模2完成粉末压制。由于分段成型，在前期阶段不断的增加中间密度，有效减少中性区影响，在摩擦系数较高混合料体系中，有效减少径向尺寸值，可有效成型长径比或高径比较大的产品，无裂纹风险，其结构简单，有效减小生坯轴向密度分布不均现象，大大提高了压制成型尺寸精度。其中，上模冲成型棒12可进入阴模型腔201内的长度大于分次压制过程中每次压制量的总和。

本实施例中，阴模型腔201具有便于出模的拔模斜度α，α取值为0.5°≤α≤2°，本实施例优选的α为0.5°，将拔模斜度(倾斜角度)设置为0.5°，一方面便于出模时生坯4从阴模2向上顶出，另一方面，烧结后使得产品两端面不会有太大的倾斜。拔模斜度α与分段次数相关，分段次数越多，其角度越大，控制拔模斜度形成的距离不小于粉冶零件的弹性后效。较传统的成型模具而言，该成型装置的阴模型腔201的内壁面分为两种，角度0°的部分的直面和带拔模角度的成型斜面(脱模部分)，即形成生坯4部分的距离，这保证脱模时的顺畅，弹性后效在上模冲1回撤后，下模冲4顶出脱模距离较小时，弹性后效得到释放空间，保证生坯4不会出现脱模横向裂纹。

本实施例中，上模冲成型棒12与阴模型腔201之间的最小间隙L1大于下模冲成型棒32与阴模型腔201之间的间隙L2。这样设置，使得上模冲成型棒12和阴模型腔201的脱模部分(具有拔模斜度的部分)之间的间距不会过大，不会行程异常毛刺，防止生坯3出现异常过宽毛刺而引起易碰损。其中，阴模2带拔模角度的成型斜面高度为H，拔模斜度α与H、L1、L2之间的关系为：α＝arctan((L1-L2)/H)。

本实施例中，阴模2包括阴模外套21和阴模内套22，阴模外套21为钢材外套，阴模内套22为硬质合金内套。硬质合金内套具有高硬度的特点，粉料装在阴模内套22进行压制，稳定性好。而外套不需要高高硬度，普通的钢材即可，可减低成本，经济节约，实用性好。

本实施例中，上模冲成型棒12与粉末装填密切配合，每一次再填粉，上模冲成型棒12需要上移超过填料用的填料皿的高度，以避免碰撞；但不能上移过高，以保证后续再次压制上模冲不需要移动过多空行程，以保证压制效率。

本实施例中，阴模2有效装填高度在10mm～20mm范围之内。在粉料松装密度稳定的粉末体系下，可少量增加，在粉末体系精度不稳定的情况下需要增加较大值，以保证一定重量粉末有效装填。

实施例2

本实施例的粉末冶金零件的成型方法，与实施例1不同之处在于：

本实施的成型方法，在步骤S1的首次压制与步骤S2的末次压制之间还包括一次中间压制，中间压制的方法与首次压制方法相同：上模冲1上行离开阴模2的阴模型腔201，下模冲3下行并保持在阴模型腔201内，将粉末送至阴模型腔201内，填料高度低于阴模型腔201的高度，之后，上模冲1下行，对阴模型腔201内的粉末进行压制，下模冲3保持不动，当上模冲1下行至指定位置后，完成压制。之后再进行末次压制。

其余之处与实施例1的成型方法基本相同，此处不再赘述。

需要说明的是，本实施例以中间压制为一次为例，而且该次中间压制的方法与首次压制方法相同，除本实施例外，此次中间压制也可以采用末次压制的方法。还需要说明的是，中间压制也可以为2次以上，当中间压制为2次以上时，可以全部采用首次压制的方法，或者可以全部采用末次压制的方法，或者可以部分采用首次压制与部分采用末次压制结合使用的方法。压制次数的多少根据产品长径比大小进行分割，控制每次分段压制的长径比不大于3。

本发明的粉末冶金零件的成型方法可以采用上述实施例的粉末冶金零件的成型装置，也可以适用于现有技术中的粉末冶金零件的成型装置。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种粉末冶金零件的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首次压制：上模冲（1）上行离开阴模（2）的阴模型腔（201），下模冲（3）下行并保持在阴模型腔（201）内，将粉末送至阴模型腔（201）内，填料高度低于阴模型腔（201）的高度，之后，上模冲（1）下行，对阴模型腔（201）内的粉末进行压制，下模冲（3）保持不动，当上模冲（1）下行至指定位置后，完成压制；

S2、末次压制：上模冲（1）上行离开阴模型腔（201），下模冲（3）下行至指定位置，并保持在阴模型腔（201）内，将粉末送至阴模型腔（201）内并填满，之后，上模冲（1）下行同时下模冲（3）上行，共同对阴模型腔（201）内的粉末进行压制；

S3、出模：上模冲（1）上行离开阴模型腔（201），下模冲（3）上行顶出压制后的生坯（4）；

S4、烧结：将压制后的生坯（4）进行烧结成型；

在步骤S1的首次压制与步骤S2的末次压制之间还包括至少一次中间压制，当中间压制为一次或多次时，采用首次压制的方法，首次压制为单向压制，末次压制为双向压制。

2.根据权利要求1所述的粉末冶金零件的成型方法，其特征在于：所述上模冲（1）可进入阴模型腔（201）内的长度大于分次压制过程中每次压制量的总和。

Images