6.1 粉末成型.ppt

粉末的成形第一节 粉末的成型与干燥n概念：成型是将松散的粉体加工成具有一 定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯块 n传统的成型方法有：模压成型、等静压成 型、挤压成型、扎制成型、注浆成型和热 压铸成型等n近年来，出现了许多新的成型方法，如： 压滤成型、注射成型、流延成型、凝胶铸 模成型和直接凝固成型等概述：6.1 粉末的成型与干燥一、成型的理论基础 8粉体的堆积与排列 8粉末在压力下的运动行为 8粉末的工艺性能 二、主要成形方法 8压力成型 8增塑成型 8料浆成型 三、压坯的干燥与脱蜡本节主要内容：6.1 粉末的成型与干燥一.成型的理论基础影响成型过程的重要因素：8 粉末的堆积密度 8 粉末在压力下的运动情况6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论• 粉末的堆积密度表6-1 理想球形颗粒的堆积类型、堆积密度和配位数6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之1: 粉体的堆积与排列• 即使是最密堆积，堆积密度也只能达到74% • 实际堆积密度要小于理想堆积密度：即使采 用最仔细的振动方式，最高的振实密度也仅能 达到62.8% （1）粉体的堆积与排列粉末的堆积密度6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之1: 粉体的堆积与排列提高堆积密度的措施：n振动n在较大的均一颗粒之间加入较小的颗粒 粉末的堆积密度6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之1: 粉体的堆积与排列衡量粉末堆积密度的指标：n松装密度n振实密度n粉体的流动速率 粉末的堆积密度6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之1: 粉体的堆积与排列衡量粉末堆积密度的指标——松装密度n松装密度是影响压缩比（即松装粉末的高 度与成形坯体高度之比）的重要因素。

n通常，颗粒尺寸越小，松装密度也越小， 这是因为颗粒之间的摩擦力增加了；颗粒 形状越不规则或球形度越低，松装密度就 越低粉末的堆积密度6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之1: 粉体的堆积与排列衡量粉末堆积密度的指标——振实密度n介于松装密度和压坯密度之间n与松装密度相似，通常颗粒尺寸越小，振 实密度也越小，颗粒形状越不规则或球形 度越低，振实密度就越低n振实密度还与振动状态有关粉末的堆积密度6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之1: 粉体的堆积与排列衡量粉末堆积密度的指标——粉体的流动速率 n粉体的流动速率用来描述粉体的流动性n流动速率对成形有重要的影响，一般当颗粒 尺寸小于44μm（-325目）时，颗粒几乎不具 有流动性，使成形难以进行n球形颗粒的流动性最好，并且流动速率随表 面粗糙度的增加而降低n流动性好有利于成型加工 （2）粉末在压力下的运动行为6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之2: 粉末在压力下的运动行为对粉末施加外力进行成形的工艺主要有：n刚性模具中粉末的压制（模压）n弹性封套中粉末的等静压n粉末的板条滚压以及粉末的挤压这里主要讨论前两种情况下粉末的运动行为。

<< 受力过程的三个阶段受力过程的三个阶段接近 第一阶段：粉末颗粒重排（位移） 滑动 转动第二阶段：颗粒变形第三阶段：颗粒断裂6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之2: 粉末在压力下的运动行为弹性变形 塑性变形• 这三个阶段并不是界限分明的，常常是相互 交叉发生的 • 在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低• 人们对压力与密度或气孔率的关系进 行了大量的研究，试图在压力与相对 密度之间推导出定量的数学公式—— 压制理论• 目前已经提出的压制压力与压坯密度 的定量公式（包括理论公式和经验公 式）有几十种之多< 压坯密度与压制压力的关系6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之2: 粉末在压力下的运动行为表6-2 粉末压制理论的一些理论公式和经验公式代表性压制理论：nBalshin压制方程：认为在压制金属粉末时，压力 和变形之间的关系符合虎克定律lgP=lgPmax-L(β-1) n川北公夫压制理论：在压制压力不太高（如小于 0.1MN）时较为优越n黄培云压制理论方程 6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之2: 粉末在压力下的运动行为总压力 P净压力 P静压力损失 P损失侧压力 P侧模壁摩擦力 P摩内摩擦力 P内摩弹性力 P弹<< 压制过程中力的分析压制过程中力的分析6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之2: 粉末在压力下的运动行为侧压系数摩擦系数成形剂 为改善粉末成形性能的一种添加物。

润滑剂 为降低粉末与模壁和模冲间的摩擦、改善密度分布 、减少压模磨损和有利于脱模的一种添加物6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之2: 粉末在压力下的运动行为• 在粉末成形加工中，为改善粉末成形性能， 经常添加一些辅助成分常见成形剂： 合成橡胶、石蜡、聚乙烯，酵、乙二脂、松香 淀粉、甘油、凡土林、樟脑、油酸等常见润滑剂： 硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸锂、硬 脂酸钙、硬脂酸铝、硫磺、二硫化钼、石墨粉 和机油1--用硬脂酸润滑模壁2、3--用二硫化钼润滑模壁4--无润滑剂6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之2: 粉末在压力下的运动行为结论：在没有润滑剂的情况下，模壁摩擦力的压力损失很大， 可达60~90%由于压力沿压模轴向分布不均，造成压坯的密度不均匀现象加入润滑剂能够改善这一现象A、松装密度B、流动性C、压缩性D、成形性（3）粉末的工艺性能6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能A A、松装密度、松装密度 粉末试样自然填充规定的容器时，单位容器内粉末的质量，克/厘米3规定值6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能松装密度测定装置一(a) 装配图 (b) 流速漏斗 (c) 量杯 6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能松装密度测定装置二(1) 漏斗(2) 阻尼箱(3) 阻尼隔板(4) 量杯(5) 支架6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能B B、流动性、流动性50克粉末从标准的流速 漏斗流出所需的时间,单位为 秒／50克，其倒数是单位时 间内流出粉末的重量，俗称 为流速。

6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能测量方法1流动性采用前述测松装密度的漏斗来测定标准漏斗(又称流速计)是用150目金刚砂粉末，在40秒内流完50克来标定和校准的美国标准还规定用孔径1／5英寸的标准漏斗测定流动性差的粉末6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能测量方法2采用粉末自然堆积角(又称安息角)试验测定流动性让粉末通过一粗筛网自然流下 并堆积在直径为l英寸的圆板上当粉末堆满圆板后，以粉末锥的高度衡量流动性，粉末锥的底角称为安息角，也可作为流动性的量度锥愈高或安息角愈大，则表示粉末的流动性愈差，反之则流动性愈好6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能流动性一般规律：• 对称性好的粉末、粗颗粒粉末的流动性 好；• 粒度组成中，极细粉末占的比例愈大， 流动性愈差，但是，粒度组成向偏粗的 方向增大时，流动性变化不明显6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能C C、压缩性、压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力 在标准的模具中在规定的润滑条件下加 以测定，用规定的单位压力下粉末所达到 的压坯密度表示。

通常也可以用压坯密度 随压制压力变化的曲线图表示压缩比：松装粉末的高度与成型坯体高度之比6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能C C、压缩性、压缩性成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末得以成形的最小单位压制压力表示，或者用压坯的强度来衡量压制性：是压缩性和成形性的总称6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能压缩性一般规律：成形性好的粉末，往往压缩性差；相反，压缩性好的粉末，成形性差例如松装密度高的粉末，压缩性虽好，但成形性差；细粉末的成形性好，而压缩性却较差6.1 粉末的成型与干燥6.1.1 成型基本理论之3:粉末的工艺性能二.主要成型方法6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法粉 末 主 要 成 型 方 法• 压力成形• 增塑成形• 料浆成形模压成形 等静压成形 三轴压制 高能成形挤压成形 轧膜成形 注射成形注浆成形 热压铸成形 流延法成形 压力渗滤和离心成形 凝胶铸模成形 直接凝固成形n概念：也称干压成形，是将粉料填充到模具内部 后，通过单向或双向加压，将粉料压制成所需形 状n优点：操作简便，生产效率高，易于自动化。

n缺点：粉料容易团聚，坯体厚度大时，内部密度 不均匀，制品形状可控精度差，且对模具质量要 求高，复杂形状的部件模具设计较困难 二.主要成型方法6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法1.压力成型压力成型之:模压成形n基本工艺流程二.主要成型方法6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法 1.压力成型压力成型之:模压成形(1) 模压成型原料准备 → 装模 → 加压 → 保压 → 脱模n粉末退火：主要针对是金属粉末原料n混合：指将两种或两种以上不同成分的粉 末混合均匀的过程，目的是使两种或以上 的粉末混合均匀混合主要有两种方法：机械法和化学法6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法压力成型之:模压成形(1) 模压成型原料准备 → 装模 → 加压 → 保压 → 脱模n制粒：是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序， 目的是为了改善粉末的流动性，以使粉末能顺利地充 填模腔 制粒方法主要包括：普通造粒、加压造粒、喷雾造粒n添加成型剂：粉末混合料中常常要添加一些能改善成 形过程的物质，即成形剂（包括润滑剂、粘合剂和造 孔剂等） 选择成型剂的基本条件：(1)有较好的粘结性和润滑 性；(2)软化点高；(3)对粉体松装密度和流动性以及 烧结体性能影响小；(4)加热时易从坯体中呈气态排除 。

6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法压力成型之:模压成形(1) 模压成型原料准备 → 装模 → 加压 → 保压 → 脱模n加压方式：单向加压和双向加压6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法压力成型之:模压成形(1) 模压成型原料准备 → 装模 → 加压 → 保压 → 脱模单向压制（a）与双向压制（b）的压坯密度沿高度方向的分布 n成形压力的大小直接影响压坯的烧结密度 和烧结收缩率n一般成形压力大，则烧后产品收缩小、密 度高n但压力过大时，坯体易出现裂纹、分层和 脱模困难等现象 6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法压力成型之:模压成形(1) 模压成型原料准备 → 装模 → 加压 → 保压 → 脱模n加压速度影响到粉末颗粒间的摩擦状态、 金属粉末的加工硬化、以及空气从粉末颗 粒孔隙中的逸出情况n按不同加压速度可将压制过程分为：静压 （缓慢加压）和动压（快速加压） 6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法压力成型之:模压成形(1) 模压成型原料准备 → 装模 → 加压 → 保压 → 脱模n保压主要针对形状复杂或体积较大的制品 n保压目的：使压力传递得更充分，有利于 压坯中各部分的密度均匀；使粉末中的空 气有足够的时间通过模壁和模腔或模冲和 芯杆之间逸出；可以给粉末之间的机械啮 合和变形以时间，有利于应变弛豫的进行 。

6.1 粉末的成型与干燥6.1.2 主要成型方法压力成型之:模压成形(1) 模压成型原料准备 → 装模 → 加压 → 保压 → 脱模n脱模压力：把坯体从模具中卸出所需要的 压力n脱模压力受压制压力、压坯密度、粉末特 性、压坯尺寸、模壁状况以及润滑条件等 一系列因素的影响n一般，压制压力小于或等于300~400MPa 时。