粉末压制压力机

20世纪20年代以来，科学家们对粉末压形问题进行了系列研究，提出了数百个压制理论公式和经验公式。最早提出的是粉末相对体积与压制压力对数呈线性关系的经验公式。多数作者都把粉末体作为弹性体处理，忽略了压制过程中粉末加工硬化和摩擦的影响，不考虑时间因素，这些都将影响其压制公式的适用范围。中国人黄培云的双对数压制方程视粉末为非线性弹一塑体，并考虑上述各因素的影响而使其压制方程的适用性改善。粉末压制理论研究中较重要的压制方程有巴尔申方程、柯诺皮斯基方程、川北公式、黄培云方程4种。

(1)巴尔申压制方程。由苏联人巴尔申于1938年提出。方程假设粉末体在压制时发生弹性压缩变形，服从胡克定律，不考虑粉末压制时加工硬化的影响，并假设粉末与模壁间无摩擦。由此得出压制方程：lgpmax-lgp=L(ß-1)(1)式中p为单位压制压力，MPa；pmax为压至全致密(ß一1)时的单位压制压力，MPa；ß为压坯相对体积；L为压制因素。

式(1)为巴尔申半对数压制方程，表示压制压力对数(lgp)与粉末相对体积(ß)成线性关系。方程适用于硬脆粉或中等硬度粉末的压制，对于塑性较好的粉末如铅、锡粉则出现偏差。方程较适用于中等压力范围，较高或较低压力时均会出现偏差。

(2)柯诺皮斯基压制方程。由德国人柯诺皮斯基(K．Konopicky)于40年代提出。

dD/dp=K(1-D)(2)ln(1-D/1-D0)=-Kp(3)式中D为压坯相对密度，%；D0为粉末松装相对密度，%；p为单位压制压力，MPa；K为常数。

公式表明压制压力与压坯相对密度成直线关系。公式在中压及高压范围内应用较好，在很低的压力下出现偏差，适用于大多数粉末的压制。此外，由美国人艾西(E．F．Athy)和沙皮罗(I．Shapiro)分别提出的两种压制公式与柯诺皮斯基压制公式属于同一类型的公式。

(3)川北公式。由日本人川北公夫于1956年以经验公式的形式提出，后又经理论推导，于1963年提出以下理论方程：C=abp/(1 bp)(4)式中p为单位压制压力，MPa；a为松装孔隙度，%；c为体积压缩比；b为压缩系数。

由式(4)可推导出压制压力的倒数(1/p)与粉末体积压缩比的倒数(1/c)成直线关系。川北公式形式简单，没有采用对数关系。对低压力范围和软粉末适应较好。

(4)黄培云压制公式。由中国人黄培云于1964年提出公式(5)，1980年又提出改进后的公式(6)。他首次将粉末视为标准非线性固体，考虑粉末体的非弹性性质、加工硬化、模壁摩擦和压制时间(弛豫)对粉末压制成形的影响，并应用自然应变概念处理工程中的大变形问题，推导出双对数压制方程：lgln(dm-d0)d/(dm-d)d0=nlgp-lgM(5) mlgln(dm-d0)d/(dm-d)d0=lgp-lgM(6) 式中dm为致密金属密度，g/cm；d0为粉末松装密度，g/cm；d为压坯密度，g/cm；户为单位压制压力，MPa；M为压制模数；n为硬化指数的倒数；m为硬化指数。

方程既适合于硬粉也适合于软粉，适用于粉末压制成形，也适用于粉末冷等静压成形。用回归分析方法整理铜、锡、钨、钼、碳化钨粉末的模压成形和冷等静压成形实验数据表明，与巴尔申、柯诺皮斯基和川北公夫的压制公式相比，黄培云双对数压制方程的直线关系符合最好，其回归直线的相关系数R最接近于1。 2100433B

对于粉末冶金常用的液压式和机械式压力机，都要考虑压制压力、顶出力、脱模方式、工作台面尺寸、行程、压制方式、装粉、生产效率等诸因素。

1．压制压力

1）在选用专用粉末成形压力机时，必须使压力机的额定压力大于压坯所需要的压制力。一般来说，压制力为压力机额定压力的60%～85%较为合适（特别是对液压式压力机）二若使用额定医力过高的压力机，一方面末充分发挥设备的潜力，另外压力控制的准确性也降低。若使用额定压力过低的压力机，对延长压力机寿命不利。

2）在选用普通可倾压力机时，需要结合压坯的高度来考虑压力机实际能达到的压力．由于常用的机械压力机（冲床）是为冷冲压而设计的，其受力行程小。例如630kN双柱可倾压力机，实际达到的压力P与滑块行程s有关（图1）。所谓630kN是指受力行程在8mm处的实际压力，过早受力时（受力行程大于8mm），则实际压力减小，而粉米冶金压制的受力行程大，开始压制时，所需要的压力很小，随着压制过程的进行，需要的压力急剧上升。在这个过程中，消耗了压力机一定量的动能，因而实际达到的压力要小于图1所示的曲线。压坯越高，实际压力下降得越多。因此，压坯的高度将受到限制。

2．脱出力及下模冲动作装置

（1）脱出力（顶出力）

脱出力是粉末成形压力机的一个重要参数。制造厂在其压力机的技术性能数据中列出额定顶出力（kN）。有些厂家将额定顶出力分成初始顶出力与持续顶出力。初始分离顶出力是将压坯从成形位置顶出一预定距离（通常为0.79～12.7mm）；持续顶出力一般为初始顶出力的25%～50%，以避免压坯脱模时裂纹的产生。压制所需脱出力取决于压坯与模冲、芯棒及阴模型腔侧壁的接触面积、模具材料、模具工作表面的表面粗糙度以及所用润滑剂的种类和数量等因素。

对于高密度、粉料中润滑剂少和侧面积大（如齿轮或高度大）的压坯，尤其要注意脱模力的问题。

（2）下模冲动作装置

1）压制直套类压坯时（单模冲），由下缸机构传递压力机脱模力，确保压坯脱模。

2）压制多台阶面类压坯时，有多个气（油）缸或可增设斜楔机构等，确保压坯的成形和脱模。

3．阴模及芯棒动作装置

对于多功能的粉末成形压力机，还具备多动作的阴模及芯棒动作装置，以满足复杂形状压坯成形及脱模要求。

（1）阴模动作装置

1）预压装置。用控制器控制阴模正确动作，加上预压（克服阴模自身重量）以阻止空动。

2）保持装置。在加压过程中，上模冲下压时，阴模在承受规定压力之前不下降，亦称为压坯上下密度调整装置。制造厂在其压力机的技术性能数据中列出了阴模浮动（挡块）能力（kN）。

3）调节加压装置。调节加压装置适用于压制多台阶面压坯。上模冲下压时，阴模可做同样下浮动作。当需要时，可令阴模按照所需比例下降，并同时上下加压，以保证压坯各部分密度均匀。

（2）芯棒动作装置

1）通过气缸来保证装料时芯棒后到位（对薄壁压件），以使模腔装粉均匀。

2）通过气缸来保证阴模浮动，使压坯（带内台阶面）内部密度均匀。

3）通过气缸来保证压坯脱模时，芯棒后脱（或先脱），以防止压坯产生裂纹。

3．其他因素

（1）生产效率

在保证压坯成形质量的前提下，机械式粉末成形压力机生产效率高，在两种压力机都能压制的情况下，中、小型规格的零件，采用机械式粉末成形压力机更合适。对大型复杂结构零件，采用机械式粉末成形压力机更合适。对要求密度均匀的大型复杂结构零件（各部位不允许有裂纹），宜采用液压式粉末成形压力机。

（2）安全装置

压力机制造厂应提供正规的安全作业规程，并保证压力机操作者在正常使用时不应受到伤害等危险。设备应配有保证人身安全的装置。比如光电感应装置，当压力机正常运行中，一旦操作者不慎将手进入模冲行程，压力机应立即停止，如图2所示。