粉末压制成形详解
粉末冶金成型工艺
粉末冶金成型工艺粉末冶金成型工艺是一种通过将金属或非金属粉末在一定条件下进行成型和烧结制备材料的工艺方法。
具体而言，该工艺涉及将粉末与添加剂混合、压制成型、烧结等多个步骤。
粉末冶金成型工艺被广泛应用于制造各种金属、合金、陶瓷等材料，具有高效率、低成本、良好的材料性能和设计灵活性等优点。
粉末冶金成型工艺的第一步是粉末的制备。
在制备过程中，需要选择合适的原料，并使用相应的方法将其粉碎成细小的颗粒。
这些粉末的粒径通常在1-100微米之间，可以根据具体需求进行调控。
此外，为了提高材料的性能，还可以通过添加剂的投入来调整和改善材料的特性。
在粉末的制备完成后，下一步是将粉末与添加剂混合。
混合的目的是使粉末和添加剂均匀分散，保证材料的均一性。
常用的混合方法有机械混合、湿法混合等。
机械混合通常通过旋转式球磨机、振动式球磨机等设备进行，湿法混合则是将粉末和添加剂悬浮在液体介质中进行混合。
混合完成后，接下来是将混合后的粉末进行成型。
成型的方法主要有压制成型和注射成型两种。
在压制成型中，将混合后的粉末放置在模具中，并施加压力使其成型。
而注射成型则是将粉末与添加剂的混合物注射到模具中，经过固化后得到所需形状的制品。
不同的成型方法适用于不同类型的材料和形状需求。
成型完成后，还需要进行烧结过程。
烧结是指在高温下，将成型后的粉末进行加热处理，使其颗粒之间发生结合。
在烧结过程中，粉末的颗粒会相互扩散，形成致密的结构。
烧结温度和时间的选择对于材料的性能具有重要影响。
粉末冶金成型工艺的最后一步是进行后续处理。
这包括退火、热处理、表面处理等过程。
退火是为了消除成型过程中产生的残余应力，提高材料的塑性和韧性。
热处理可以改变材料的组织结构和性能，提高其硬度、强度等。
表面处理则是为了改善材料的表面性能，如防腐蚀、增加耐磨性等。
粉末冶金成型工艺是一种重要的材料制备方法，具有广泛的应用前景。
通过粉末冶金成型工艺，可以制备出具有良好性能、复杂形状和高精度的材料，满足不同行业的需求。
陶瓷粉末成型工艺
陶瓷粉末成型工艺陶瓷粉末成型工艺是一种将陶瓷粉末通过成型工艺形成所需形状的技术。
它是陶瓷制造过程中的重要工艺环节之一，具有节约原料、节能环保、生产周期短等优点，在陶瓷制造行业中得到广泛应用。
首先，陶瓷粉末成型工艺一般分为干法成型和湿法成型两种。
干法成型是指将陶瓷粉末与一定比例的添加剂（如粘结剂）混合均匀，然后通过压制、模压等工艺将混合物制成所需形状。
干法成型通常适用于较简单的形状，成型效率较高。
湿法成型是指将陶瓷粉末与一定比例的添加剂混合均匀后，加入一定量的溶剂形成糊状物料，然后通过浇注、注射、挤出等工艺将糊状物料制成所需形状。
湿法成型适用于复杂形状的制造，可以制作出细致、复杂的陶瓷制品。
其次，为了保证陶瓷粉末成型的质量，需要对粉末进行预处理。
预处理主要包括粉末的浸湿处理、干燥处理和筛分处理等。
粉末的浸湿处理是指将粉末与一定比例的溶液混合搅拌，使其表面浸润均匀。
干燥处理是将浸润后的粉末进行烘干，以去除其中的水分。
筛分处理是将粉末进行筛分，分离出一定粒度的粉末，保证成型过程中粉末的均匀性和流动性。
陶瓷粉末成型工艺中常用的成型方法有压制成型、注射成型、挤出成型等。
压制成型是指将混合好的陶瓷粉末放入模具中，通过压力的作用使其成型。
压制成型适用于简单的形状，能够控制成型件的尺寸和密度。
注射成型是指将糊状物料注入模具中，然后通过空气或机械力将糊状物料强制排出，形成所需的形状。
注射成型适用于复杂的形状，能够制作出尺寸精度较高的陶瓷制品。
挤出成型是将糊状物料放入压力容器中，通过挤压压力将糊状物料从模具中挤出，形成所需形状。
挤出成型适用于长形或管状的制品，能够提高生产效率。
陶瓷粉末成型工艺中，还需要考虑烧结工艺。
烧结工艺是将成型好的陶瓷制品放入烧窑中进行高温烧结处理，使其具有一定的强度和致密度。
烧结温度和时间的选择对陶瓷制品的性能具有重要影响。
烧结温度过高会使陶瓷制品变形或烧结不充分，烧结温度过低则会影响陶瓷制品的力学性能和致密度。
粉末冶金加压成型
1、成形步骤：成形模具可分为上冲、中模、下冲、芯棒四大部份。
而依零件之复杂程度，其上、下冲之数目不同。
1、步骤：粉末成形后，中模向下移动，使胚体露出中模面，此步骤称为脱模顶出。
接着填粉盒向右方前进，利用其前端将胚体顶向右方的收料盘。
接着中模向上移，而填粉盒则移至模穴正方，使粉末落入模穴内，再此过程中填粉盒将左右振动使粉末较易落入。
当充填结束后，填粉盒向左移，上冲向下移动进入中模挤压粉末。
当压结动作结束后，上冲上移而中模继续下移，直到试片露出中模。
2、充填：粉末的充填有四种方法：A：落入法：传统之填粉法，亦即中模上升至最高点之位置后，填粉盒才到达模穴上方，将粉以自由落体的方式掉入模穴中。
利用此法填粉时，充填之速度及均匀性常取决于模穴的截面积之大小及粉末的速度。
B：吸入法：由于一般所使用粉末的粒径多在40~200μm之间，若使用落入法，当模穴狭窄时，粉末进入不易，速度较慢，将影响成形机的使用效率。
为改善此现象，可采用吸入法。
亦即当填粉盒到达模穴上方时，中模才往上移，此动作造成真空吸粉之现象，可加快粉末进入模穴之速度，以及充填的完全性。
对于形状复杂有尖角之零件，或小于1mm之薄壁轴承之充填均有很大之帮助。
C：上充填法：粉末填入模穴后，芯棒才向上移至模面之高度，此对于薄壁零件亦有相当大之帮助，因为薄壁零件成形时芯棒与中模间之空隙小，易产生架桥现象，阻碍了后续粉末之掉入，若芯棒先在下方，可增加模穴空间有利充填，待充填结束后，芯棒再往上移即可改善这些困扰。
D：下充填法：当充填结束后，下冲不动，中模和芯棒再向上移，使粉末相对下移低于模面，此可防止上冲向下移动到达中模面时粉末向外喷，且可减少因中模有推拔角或圆弧角而使一些粉末卡在上冲与中模间造成夹粉之现象。
粉末之充填量、深度以及胚体尺寸之关系：填粉的深度H1、生胚胚体之高度H2、ρg生胚密度、ρa粉末之视密度。
公式为：(H1/H2)=( ρg/ρa) 以圆柱体为例：若H2=3mm、ρg=6.8g/cm3、ρa=2.8g/cm3 则H1=7.28mm3、成形：粉末的充填有四种方法：A：单压成形：成形时下冲不动，由上冲施力，压结后，中模不动，由下冲向上将产品顶出。
粉末压制和常用复合材料成形过程材料成型技术基础讲课稿
3—高压容器； 4—高压泵
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3）三向压制
这种方法得到的
压坯密度和强度超过
用其他成形方法得到 的压坯。但它适用于 成形形状规则的零件， 如圆柱形、正方形、 长方形、套筒等。
综合了单 向钢模压 制与等静 压制的特 点
1—侧向压力；2—轴向冲头；3—放气孔
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在现今汽车工业中广泛采用粉末压制制造零件。烧 结结构件总产量的60%~70%用于汽车工业，如发动 机、变速箱、转向器、启动马达、刮雨器、减震 器、车门锁中都使用有烧结零件。
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汽车变速箱中粉末压制件
零件名称 材料及处理 零件名称 材料及处理
离合器导向轴 Fe-C-Pb， Fe-
承
Cu-C
B 烧结分类
① 固相烧结 ：烧结过程中各组元均不形成液相。
② 液相烧结：烧结时部分组元形成液相。在液相表面张力的作用 下，粉粒相互靠紧，故烧结速度快，制品强度高。
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4.1.4 压坯烧结
粉末压坯一般因孔隙度大，表面积大，在烧结 中高温长时间加热下，粉粒表面容易发生氧化，造 成废品。因此，烧结必须在真空或保护气氛中进行， 若采用还原性气体作保护气氛则更为有利。
（2）颗粒形状和大小
颗粒形状是影响粉末技术特征（如松装密度、流动 性等）的因素之一。通常，粉粒以球状或粒状为好。
颗粒大小常用粒度表示。粉末粒度通常在0.1~50 0μm，150μm以上的定为粗粉，40~150μm定为中等 粉，10~40μm的定为细粉，0.5~10μm为极细粉，0.5 μm以下的为超细粉。粉末颗粒大小通常用筛号表示 其范围，各种筛号表示每平方英寸（1 in2=6.45×104 m2）筛网上的网孔数。
粉末冶金成型原理
中小学生足球学习兴趣的提高策略分析随着体育教育的普及和足球运动的热度不断增加，越来越多的中小学生对足球运动产生了浓厚的兴趣。
如何提高中小学生对足球学习的兴趣，让他们在足球运动中得到快乐和成长，是每个足球教练和老师都需要思考和关注的问题。
本文将分析并总结一些有效的策略，帮助中小学生提高足球学习兴趣。
一、注重趣味性和互动性中小学生的足球学习应该是一种快乐的体验。
教练和老师们可以通过增加趣味性和互动性，激发学生对足球的兴趣。
可以利用小游戏和趣味赛事的形式，让学生在轻松愉快的氛围中学习和训练足球技能，增强学生的参与感和归属感。
还可以引入一些趣味性的训练器材和设备，如彩色训练球、趣味障碍训练道具等，让学生在训练中感受到乐趣。
二、激发学生的竞争欲望竞争是足球运动中不可缺少的元素，教练和老师们可以通过设置一些竞赛和比赛，激发学生的竞争欲望，让他们在比赛中感受到胜利的喜悦和失败的挫折，从而提高学生的学习兴趣和积极性。
还可以利用小组合作的形式进行比赛训练，培养学生的团队合作意识和集体荣誉感，增强学生的足球学习兴趣。
三、关注学生的个性化需求中小学生的个性差异较大，教练和老师们应该关注学生的个性化需求，根据学生的特长和兴趣，灵活调整训练内容和方式。
对于对足球技能有特长的学生，可以给予重点培养和引导，提供更高级的技战术训练；对于对足球漫技能较为薄弱但对足球运动很感兴趣的学生，可以通过一些外围活动和故事分享，激发他们学习足球的热情。
只有关注学生的个性化需求，才能真正激发学生的学习兴趣。
四、营造积极的学习氛围教练和老师们应该努力营造一个积极向上的足球学习氛围，让学生在积极的氛围中学习和成长。
可以通过举办足球文化节、足球运动会等活动，让学生感受到足球运动的魅力和魅力，增强他们对足球的热爱。
还可以邀请一些足球明星或资深教练来学校做客，与学生分享足球学习经验和技巧，激发学生的学习兴趣。
五、鼓励学生坚持训练和比赛足球学习是一个长期的过程，教练和老师们应该鼓励学生坚持训练和比赛，培养学生的毅力和耐心。
粉末冶金技术 第五讲 压制成形原理与工艺过程
层裂
弹性后效的影响因素
➢ 为什么瘠性陶瓷粉末 成型时压制压力不宜 过大？
➢ 压制压力、粉末粒度、 压模材质和结构、压 坯孔隙率、润滑剂对 弹性后效有何影响？
粉末压制理论
➢ 巴尔申理论（1938） ➢ 川北公夫理论（1956） ➢ 黄培云理论（1964~1980）
巴尔申压制方程（1938）
d d
影响压制成形的因素
➢ 粉末性能的影响 ➢ 润滑剂和塑化剂的影响 ➢ 工艺参数的影响 ➢ 加压方式的影响
粉末性能的影响
➢硬度 ➢流动性 ➢堆积密度 ➢粒度
润滑剂和塑化剂的影响
工艺参数的影响
加压速度 ➢ 冲击成形 ➢ 冲压成形 ➢ 静压成形 保压时间和卸压速度 ➢ 延长保压时间有利于压坯强度提高 ➢ 对卸压速度适当控制防止弹性变形反弹层裂
p外 p
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压制过程力的分析
➢ 脱模压力pt
pt C p
与压制压力、粉末性能、压坯密度、压坯形状 尺寸、润滑剂等有关。
压制过程力的分析
➢ 弹性后效
l l0 100%
加压方式的影响
➢振动压制 ➢磁场压制
压制成形工艺
工艺过程
原料准备 称料 装料 压制 脱模
压制成形工艺
原料准备 ➢ 退火 ➢ 混合 ➢ 筛分 ➢ 制粒 ➢ 加润滑剂
压制成形工艺
称料
➢ 容积法
Q Vd松
➢ 重量法 Q Vd松 1 K
粉末冶金的主要成形方法
热压加热方式
1-碳管；2-粉末压坯；3-阴模；4-冲头
轧制成形 轧制ຫໍສະໝຸດ 形是将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入 转动的轧辊缝中，可轧出具有一定厚度的、长度 连续的、且强度适宜的板带坯料。这些坯料经预 烧结、烧结，又经轧制加工和热处理等工序，可 制成有一定孔隙率的或致密的粉末冶金板带材。 与模压成形相比，粉末轧制法的优点是制品的长 度可不受限制、轧制制品密度较为均匀。但是， 由轧制法生产的带材厚度受轧辊直径的限制，一 般不超过10mm,宽度也受到轧辊宽度的限制。轧制 成形只能制取形状较简单的板带及直径与厚度比 值很大的衬套。
粉末轧制成形
温压成形
温压成形的基本工艺过程是将专用金属或合金粉末与聚合 物润滑剂混合后，采用特制的粉末加热系统、粉末输送系 统和模具加热系统，升温到75～150℃，压制成压坯，再 经预烧、烧结、整形等工序，可获得密度高至7.2～ 7.5g/cm3的铁基粉末冶金件。
温压成形的工艺流程
温压装置及其温度分布系统示意图
温压成形
温压成形可以显著提高压坯密度的机理一般归于在加热状态下， 粉末的屈服强度降低(如下图)和润滑剂作用增强。在材料达到 同等密度的前提下，温压成形工艺的生产成本比粉末锻造低75 ％，比“复压／复烧”低25％，比渗铜低15％；在零件达到同 等力学性能和加工精度的前提下，温压成形工艺的生产成本比 现行热、冷机械加工工艺低50％～80％，生产效率提高10～30 倍。
粉末冶金的主要成形方法
粉末成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状、 密度和强度的压坯的工艺过程，它可分为普通模压成形和 非模压成形两大类。普通模压成形是将金属粉末或混合粉 末装在压模内，通过压力机加压成形，这种传统的成形方 法在粉末冶金生产中占主导地位；非模压成形主要有等静 压成形、连续轧制成形、喷射成形、注射成形等。
粉末压制
2.3 多孔性材料及摩擦材料
(1) 多孔性材料 多孔性材料制品有过滤器、热交换器、触媒 及灭火装置等。
过滤器是最典型的制品，主要用来过滤燃料油、
交换空气、以及化学工业上过滤液体与气体等。常 使用的粉料有青铜、镍、不锈钢等。
( 2)
摩擦材料
烧结材料结构上的多孔性和复合材料特点， 可制成摩擦系数大，耐磨性、耐热性及导热性好 摩擦材料
制造金属（或无机非金属）粉末和利用金属 （或无机非金属）粉末生产大块材料和一定形 状零件的方法。 （The arts Of producing metal powders and Of the utilization Of metal powders for the production of massive materials and shaped objects）。
速条件工作；空隙度低含油少，强度高，适宜于中高载 荷，低速条件工作。
烧结含油轴承工作原理示意图
（2）金属塑料减磨材料 粉末压制多孔制品与聚四氟乙烯、二硫化钼 或二硫化钨等固体润滑剂复合制成，是一种具 有良好综合性能的无油润滑减磨材料。
特点：工作时不需润滑油，工作温度范围较 宽，能在真空、水和其他液体中工作。
(1)金属粉末的制取
1）矿物还原法：金属矿石在一定冶金条件下被 还原后，得到一定形状和大小的金属料，然 后将金属料经粉碎等处理以获得粉末。
2）电解法：采用金属盐的水溶液电解析出或熔 融的金属盐电解析出金属颗粒或海绵状金属 块，再用机械法进行粉碎。
3）雾化法：将熔化的金属液通过喷射气流、水 蒸气或水的机械力和急冷作用使金属熔液雾化， 而得到的金属粉末。 4）机械粉碎法：钢球或硬质合金球对金属块或 粒原料进行球磨，适宜于制备一些脆性的金属 粉末，或者经过脆性化处理的金属粉末。
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3. 随粉末体密实，压坯密度增加，压坯强度也增加。 压坯强度是如何形成的
三、 粉末体在压制过程中的变形
（一） 粉末体受压力后的变形特点（与致密材料受力变形比 较）
1. 致密材料受力变形遵从质量不变和体积不变，粉末体压制 变形仅服从质量不变。
粉末体变形较致密材料复杂。 2.致密材料受力变形时，仅通过固体质点本身变形，粉末体
变形包括粉末颗粒的变形，还包括颗粒之间孔隙形态的改 变，即颗粒发生位移。
4. 由于粉末颗粒之间摩擦，压力传递不均匀，压坯中不同部位密 度存在不均匀。 压坯密度不均匀对压坯乃至产品性能有十分重要的影响。
5. 卸压脱模后，压坯尺寸发生膨胀—产生弹性后效 弹性后效是压坯发生变形、开裂的最主要原因之一。
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本章内容
§2.1 概述 §2.2 压制过程中力的分析 §2.3 压制压力与压坯密度的关系 §2.4 粉末压坯密度的分布 §2.5 粉末压坯的强度
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第一节 概述
一、基本概念
● 成形（Forming）的定义： 将粉末密实（densify）成具有一定形状、尺
寸、孔隙度和强度的坯体（green compacts）的工 艺过程。
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● 成形的重要性
1）是重要性仅次于烧结的一个基本的粉末冶金工艺过程。 2）比其他工序更限制和决定粉末冶金整个生产过程。
a）成形方法的合理与否直接决定其能否顺利进行。 b）影响随后各工序（包括辅助工序）及最终产品质量。 c）影响生产的自动化、生产率和生产成本。
上模冲 粉末
阴模
下模冲
成形压模的基本结构
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模压成形 是将金属粉末或粉末混合料装入 钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸 压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。
模压成形的主要功用是：
➢ 将粉末成形成所要求的形状； ➢ 赋予压坯以精确的几何尺寸； ➢ 赋予压坯所要求的孔隙度和孔隙模型； ➢ 赋予压坯以适当的强度以便于搬运。
！粉末体的变形是广义变形：颗粒位移 + 颗粒变形
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3. 致密材料变形时，各微观区域的变形规律与宏观变 形规律基本一致，粉末体变形时，各颗粒的变形基 本独立，不同颗粒变形程度可能存在较大差异。
4. 粉末体受力变形时，局部区域的实际应力远高于粉 末体受到的表观应力（表观压制压力）。 局部区域的高应力可能超过粉末颗粒的强度极限。
的 基本 过程
粉末混合料
称量、装模
压制 卸压 脱模 粉末压坯
Powder mix Weighting，filling Compacting
compacts
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粉末压制过程中发生的现象：
1. 压制后粉末体的孔隙度降低，压坯相对密度明显高于 粉末体的相对密度。 压制使粉末体堆积高度降低，一般压缩量超过50%
二、金属粉末压制过程中发生的现象
图12-4 粉末压制示意图
1— 阴模 Die 2—上模冲 Top（upper） punch 3—下模冲 Bottom（lower）punch 4— 粉末 Powder
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钢模 压制 粉末
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模压成形PM产品实例—电动工具零件
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模压成形PM产品实例—汽车发动机用粉末烧结钢零件
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● 成形方法的一般分类
粉末压制成形（钢模压制）compacting，briquetting，pressing
————普通成形
等静压成形 isostatic（hydrostatic） pressing
热法（热压注法）：钢模
拱桥效应现象（图）：粉末在松装堆集时，由于表面不规 则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔
拱桥效应产生的孔隙尺寸可能远大于粉末颗粒尺寸。
☻ 按成形过程中粉末的温度：
冷压（常温）成形、温压成形、热成形
☻ 按成形过程的连续性：
间歇成形、粉末连续成形
☻ 按成形料的干湿程度：
干粉压制、可塑成形、浆料成形
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➢ 模压成形是最重要、应用最广的成形方法！ ➢ 本章有关成形原理的讨论以模压成形为基础！
5. 粉末体受力压制，颗粒之间的接触面积随压制压力 增大而增大，两者间存在一定的定量关系。
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（二） 粉末体在压制过程中的变形动力（变形内因）
1. 粉末体的多孔性 粉末体中的孔隙包括：
一次孔隙（颗粒内部孔隙） 二次孔隙（颗粒之间孔隙） 拱桥效应产生的孔隙
注浆成形法
冷法
常压冷法注浆 加压冷法注浆 抽真空冷法注浆
粉末连续成形
粉末轧制 粉末挤压（可塑成形） 喷射成形
石膏模
热成形及高能率成形—— 成形烧结同时进行
特殊成形
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● 成形方法的其他分类
☻ 按成形过程中有无压力：
有压（压力）成形、无压成形