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船舶主要噪声源及噪声传递途径及降噪措施超声金属粉末压制技术是超声塑性加工技术的一个 分支，以下是小编搜集的一篇相关论文范文，供大家阅读查 看引言粉体压制成形是将预先充分混合的复合粉体置于钢 制压模内，通过模冲对粉体进行加压，以获得具有一定形状、 尺寸、密度和强度的压坯粉体压制成形技术在材料制备和 零件制造中具有诸多优点［1-2］:适用多种材料的制备，如难 熔金属及其化合物、假合金、多孔材料等；能压制成需要很 少或不需后续机械加工的压坯，工艺流程减少，产品成本降 低；可保证材料成分配比的正确性和均匀性；可生产出形状 相同的产品，降低了制造成本所以，粉体成形制品在汽车 制造、信息产业、机械制造、石油化工、能源动力、国防装 备、航空航天产业等高科技领域得到了广泛的应用，成为国 民经济和国防建设的重要组成部分［3-11L粉体成形技术也 因此成为国家重点发展的新技术，研制出高性能、高强度的 粉体成形制品成为各国研究人员的目标粉体成形制品的密度和均匀性至关重要，提高成品的 密度和均匀性不但能够提髙其硬度、抗拉强度、疲劳强度等 综合力学性能，还可以提高材料本身的电导率、热导率、磁 导率、热膨胀系数等物理性能。

高密度的粉体冶金材料还可 以使零件有较好的加工性能和较好的加工表面［12-14］.因 此，围绕如何提高粉体成形制品的密度和均匀性，国内国际 的研究人员开展了大量的工作［14-18］,推出了温压、爆炸压 制、快速全向压制、高速压制、动力磁性压制等粉体压制成 型技术，这些技术尽管具有各自的优势，但仍存在着或工艺 复杂或价格偏高或成品质量不佳或污染环境等不足（见表 1）,亟需探索更高效优质环保的方法超声波加工技术［19］最早始于1927年，随后研究人 员开展了超声波应用于材料加工的多项研究和探索研究证 明：在粉体压制过程中施加一定的超声振动，不但可以有效 提高压坯的密度和硬度，而且可降低粉体颗粒间以及粉体颗 粒与模壁之问的摩擦，提高粉体压坯的均匀性，从而提高粉 体成形制品的性能和强度［20-24］.由此，国内外研究人员开 展了一些针对不同材料的超声压制成形技术的研究工作目 前，超声波压制成形技术研究的对象以金属粉末为主，高分 子粉末和陶瓷粉末的超声压制成形技术的研究也取得了一 定的进展1金属粉末的超声压制技术超声金属粉末压制技术是超声塑性加工技术的一个 分支，金属的超声塑性加工效应［25］是1955年由奥地利科学家Blaha和Langenecker首先发现的，因此也称为Blaha 效应，他们在进行锌棒拉伸实验时发现，当对试件或工装模 具施加超声波振动时，材料的变形力明显下降。

超声振动在材料塑性变形中的作用机制主要表现为 体积效应和表面效应［26,27］. “体积效应”是指超声振动 外场引起材料内部微粒的振动，使材料温度升高、活性增大, 出现与材料内部位错有关的热致软化，从而降低材料本身的 动态变形阻力；表面效应”主要表现为超声振动对材料和 工具（即材料塑性变形中的加工工具，如挤压杆、挤压模具 等）之间外摩擦的影响；同时超声振动引起工具与工件瞬时 分离，局部热效应也有利于材料的塑性变形在体积效应和表面效应的共同影响下，根据李祺等 ［24］对纯铁粉700MPa压力下，常规压制与超声压制的动态 压制曲线结果表明（见图1）,超声压制的上模冲的位移量明 显增加，即超声压制下粉体压坯密度高于常规压制的压坯密 度，且超声振动可提高粉体压坯的密度均匀性对于金属粉 末，国外在超声压制成形技术的研究开展较早1984年，日 本学者Tsujino. J［20］等将大功率超声外场应用于铜粉压制 试验，压制坯料高径比<； 1.其超声的施加方式为：在上、 下模冲施加频率为20kHz的持续超声振动，阴模分别施加纵 向（沿压制方向）、轴向（垂直于压制方向）和多向（与压制方 向呈一定角度）的超声振动，如图2所示。

实验结果表明， 在200MPa的压力下，多向超声外场可以将铜粉压坯密度提 高20%,且坯密度分布更加均匀1991年,TsujinoJ等［21］ 在真空条件下，在铜粉（压坯高径比<；0. 5）压制过程中施 加多向复杂大功率超声外场实验结果表明，在超声振动作 用下，金属粉体压坯的密度得到了有效提高，密度分布更均 匀2008年，Tsujino等［22］再次应用多向复杂超声压制 装置对铜粉和铁粉分别进行了成品直径为15mm和5mm的压 制实验，无超声和有超声的压制成品外观对比见图3,由图3 明显可见，有超声加载的压坯表面更平整和光滑2008年， 为提高超声马达磁芯的质量，KIKUCI等［23］设计了金属粉体 磁芯的多向超声振动压制设备（见图4）,并通过有限元仿真 的方法研究了超声振动在压制模具中的传递方式，优化了超 声压制设备的尺寸，使超声振动能够更有效地传递至粉体压 坯，随后又在300MPa条件下进行了粉体SMC500（粒子大小 120&mu；m）和SMC550 （粒子大小150&mu；m）的压制实验，压制 时间8s.绘制的密度和超声振幅的实验数据表明（见图5、6）, 超声振动的振幅越大，粉体压坯的密度就越大。

2009年， HyunRokCha等［28］进一步对使用SMC粉体进行超声压制高效 磁芯马达的相关工艺参数进行了仿真分析和优化，得到压制 密度为7. 4g/cm3的参数设置为830MPa, 12个以上的振子， 振子的输入功率为6000W. 2011年，H. R. Cha对使用超声压制 技术进行碳化鹄纳米粉末压制的压坯密度和硬度进行了研 究［29］,实验结果表明，与常规压制对比，压制过程中，对 模具外周沿径向均匀施加频率20kHz纵向半波振幅的6kW功 率超声，压坯的密度最高可提高1.0~0. 18g/cm3,硬度可提高 20%；超声压制压坯密度的提高在较低压制压力下更明显， 200MPa压制压力下压坯密度增加约15%,而250MPa压力下压 坯密度增加则只有2%~3%.2014年，Y. Daud等［30］设计了仅 在下模冲施加20kHz纵向振动超声的粉体简易型超声压制装 置，进行了不锈钢粉体的超声压制实验，通过对模冲压制力 位移数据的分析研究，得出结论认为：超声压制可以明显地 以较低压制压力使得模冲位移提高140%~170%,从而说明超 声压制方法对粉体压制是行之有效的国内，李祺等［24］在2010年前后开展了粉末材料的 超声压制装置和技术的研究；研制出超声粉末压制试验装置 （见图7）；根据超声粉末塑性成形机理和超声减摩效应，利用 有限元仿真了超声粉体的压制成型过程；以还原纯铁粉为原 料，开展了超声粉体压制实验，和常规压制的压坯密度进行 了对比分析。

研究结论认为：⑴压制压力在300~500MPa时, 超声压制和常规压制的压坯密度均随压力增加而上升，变化 趋势相同，但在500~700MPa压制压力时，常规压制的压坯 密度基本不再随压力增加而上升（见图8） ； （2）与常规压制相 比，在压制压力300^500MPa下，超声压制的压坯密度高 0. 1 g/cm3,在500~700MPa的压制压力下，超声压制的压坯密 度增幅达0. 3g/cm3（见图8）； （3）700MPa压制压力下，超声压 制压坯的最大密度差为0. 6g/cm3,常规压制压坯的最大密度 差为0. 76g/cm3,超声振动压制的孔隙率降低了 4. 3%（见图9、 10） ； （4）随着超声振动作用时间增加，压坯密度增加；增加装 粉量，即与模壁接触面积增加，有利于提高超声振动压制密 度（见图lDo2陶瓷粉体的超声压制成型现代陶瓷制品的成形属粉体或颗粒状材料成形，其成 形过程与粉体压制的过程相同因此，陶瓷粉体的压制成型 一般采用金属粉体相同的技术超声应用于陶瓷的压制成形，最早是在1991年，日 本学者Tsujino. J等［21］在真空条件下采用多向复杂大功率 超声外场进行了压电陶瓷PZT粉体的压制实验，实验用材料 为PZT陶瓷粉体2~8g,成形制品的高度-直径比为 0. 12^0.49（该装置也用于铜粉的压制实验）。

结果表明，在 超声振动作用下，陶瓷粉体压坯的密度得到了有效提高，密 度分布更均匀，且压电陶瓷压坯的电学性能和机械特性比常 规的压制方法更好2008年，Tsujino等［22］再次应用多向 复杂超声压制装置对混合有少量树脂粘结剂的二氧化锥粉 体（陶瓷粉体）分别进行了成品直径为15mra和5mm的压制实 验，结果有超声加载的压坯表面更平整和光滑1997年起，俄罗斯学者Khasanov等［31,32］以静压 740MPa和超声电功率1. 5kW,使用超细纳米陶瓷粉体进行了 PZT压电陶瓷的超声压制成型实验，压制出直径10.1mm、厚 2. 5mm的试样，通过与无超声方法压制出的试样密度和陶瓷 粒子大小等进行对比分析，表明超声压制方法可以得到密度 更高、粒子更小因而结构更均匀的压电陶瓷此后，他们对 不同压力和超声功率下［33］,以模体轴向为基准，分别在横 向与纵向施加超声压制出的压电陶瓷的密度、粒子、硬度、 断裂刚度等进行了分析，认为与粉体模体轴向垂直的横向施 加超声可以得到最优特性的压电陶瓷（密度达5. 78g/cm3,粒 度300nm）,如图12所示图中（+）表示横向施加超声的压 制；（二）表示纵向施加超声的压制。

此后，又针对纳米陶瓷粉 体干法压制压电陶瓷过程中，工艺参数如压力、超声功率等 对压电陶瓷性能的影响进行了研究［34］,对压力99. 2MPa下 不同功率的陶瓷密度（见图13）分析后认为，烧结后致密度较 高的工艺参数为压力P=99. 2MPa,超声功率W=lkW.目前，在国内关于陶瓷粉体的超声压制技术的研究还 几乎没有报道3高分子粉体的超声压制成形当前，高分子材料特别是塑料的使用范围正日益扩 展，被广泛用于制造火箭、导弹、超音速飞机、原子能设备、 大规模集成电路以及军事装备等所需要的各种零部件，在许 多领域开始逐步取代钢铁等传统材料，对于高分子塑料成形 制品的技术研究在不断深入和拓展同传统的熔体模塑成型方法相比，塑料粉体的固相压 制成形有许多优点：成型是在室温下进行的，比传统的熔体 加工技术节省能源，且不会像注塑成型那样对制品的厚度有 限制；能较为容易地加工一些难加工的塑料，例如某些在温 度高至其热分解温度时仍然是固态的塑料，某些在模塑温度 下粘度太高的塑料，以及目前使用较多的质优价廉的高填充 量塑料由此，压制成形技术在高分子塑料零部件制造中的 应用日益增多然而，在实际的压制成形中也发现，对某些 塑料粉体而言，即使采用高压(200〜500MPQ冷压缩成型方法 也很难加工，但是，采用超声波则可以在低压力下(3. 5MPa) 把这些塑料粉体加工成产品［35］.国外对塑料粉体的超声成形研究始于1974年， H. V. Fairbanks［36］首先进行了热固性和热塑性粉体成形过 程中仅施加20kHz超声和一定压力而不额外加热的试验，表 明塑料粉体的超声压制成形是可行的。

1981年,Paul利用超声波焊接装备(900W、20kHz)模 塑了聚丙烯粉体，并且优化了模塑件的强度［371.结果表明：影响模塑件强度的参数主要是超声波的作 用时间以及随后的保压时间；塑料粉体的粒径越小，模型件 的拉伸强度越高；压力对强度无显着影响最佳条件下得到 的试件，其拉伸强度是20MPa,约为注塑件拉伸强度的80%. 超声波塑料粉体压制成形不仅适合于那些热敏性的材料，而 且也适合于高分子量的聚合物，如超高分子量聚乙烯粉体 1990,Benatar等人［38］研究了高密度聚乙烯和超高分子量 聚乙烯的超声波粉体压制成形，用普通超声波塑料焊接机完 成了这些粉体的压制成形结果表明：超声波压制技术具有 许多优点（如无需外部加热、成型周期短、易于加工其它方 法难于成形的增强塑料等）日本学者前田祯三［39］及松冈 信一［40］也进行了类似的研究有机含能。