简述粉末冶金成型方法
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摘要：粉末冶金成型是将金属粉末或混合料装在阴模型腔内，通过模冲对粉末施加压力压制成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度坯块的工艺。成型的方法合理与否直接决定产品能否顺利生产以及能否具备批量生产的能力，降低成本。此外成型的效果将影响产品随后的工序和产品的最终质量。本文通过阐述粉末冶金模压成型常见的几种方法，以及不同的方法对应的原理及其压制的坯件的密度分布。并为不同类型产品的成型压制如何选择最合适的方法提供理论依据。
关键词： 单向压制 双向压制
中图分类号：TP217.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00
1、引言
粉末冶金是用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合料）作为原料，经过成型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【1】。随着粉末冶金技术发的发展，粉末冶金产品的性能要求也不断提高，相对产生多种不同的成型方法。目前传统压制成型方法有：单向压制和双向压制两种。其中双向压制又分为阴模浮动式压制和阴模拉下式压制。
2、成型方法
2.1单向压制
单向压制工作原理：阴模型腔和下模冲的位置固定不动，上模冲在压机凸轮带动下，向下进入阴模型腔，并对阴模型腔的粉末加压，使粉末压制成具有一定密度和强度的坯件。【2、3】
单向压制的一个循环有以下步骤。
A粉末充填：粉末通过手工或者动送粉器的送粉，利用粉末重力充填在阴模型腔中。
B单向压制：粉末填充完毕后，阴模型腔与下模冲位置固定不变，上模冲在压机凸轮带动下，向下进入阴模型腔，使粉末压制成成具有一定密度和强度的坯件。
C保压：为了使压力得到有效传递，保证坯件密度分布均匀，上模冲应在180度的成型压制位置下保持不动一段时间，使坯件中空气有足够时间逸出。【4】。
D脱模：保压结束后，上模冲由压机凸轮复位带动向上脱离阴模型腔，下模冲则由压机的下气缸的作用力作用下把坯件顶出阴模型腔。
E复位：上模冲退到最高点，送粉器把压制的坯件推出，同时下模冲退回固定位置，同时粉末在重力作用下充填在阴模型腔中。
2.2双向压制
双向压制一般分为阴模浮动式压制和阴模拉下式压制。
2.2.1阴模浮动式压制
阴模浮动式压制工作原理：阴模由弹簧支承，处于浮动状态，下模冲固定不动，上模冲在凸轮带动下向下进入阴模型腔，对粉末施加向下压力。开始加压时，由于粉末与阴模型腔壁间摩擦力小于弹簧支承力，只有上模冲向下移动，随着压力增大，粉末对阴模型腔壁间的摩擦力大于弹簧支承力时，阴模型腔与上模冲一起向下运动，与下模冲间产生相对移动，从而达到双向压制的效果。【2、3】。
阴模浮动式压制的一个循环有以下步骤。
A装料：手工或者由自动送粉器把粉末均匀装入阴模型腔。
B上冲下压：粉末填充完毕后，阴模弹簧支撑，下模冲位置固定不变，上模冲在压机凸轮带动下，向下进入阴模型腔，对阴模型腔中的粉末施加向下压力。
C阴模浮动：随着上模冲施加的压力不断增大，粉末对阴模型腔壁间的摩擦力也不断增大，当此摩擦力大于阴模型腔的弹簧支撑力时，阴模型腔与上模冲一起向下运动，直到坯件成型
D保压：为了使压力得到有效传递，保证坯件密度分布均匀，上模冲和阴模型腔向下运动至坯件成型的位置下保持不动一段时间，使坯件中空气有足够时间逸出。【4】。
E脱模：保压结束后，上模冲由压机凸轮复位带动向上脱离阴模型腔，阴模则由压机下压气缸的向下拉力往下退，直到坯件从阴模型腔脱出。
F复位：上模冲退到最高点，送粉器推出从阴模型腔脱出的坯件，然后阴模由弹簧支撑恢复到粉末充填位置，同时粉末在重力作用下充填在阴模型腔中。
2.2.2阴模拉下式压制
下模冲固定位置不动，上模冲在凸轮的带动下，向下进入阴模型并对型腔中的粉末施加向下压力的同时，阴模型腔也由于受压机下压气缸的向下拉力，使其与上模冲一起向下运动，相对下模冲形成向上运动。从而实现上冲和下冲的双向压制【2、3】。
阴模拉下式压制过程一个循环有以下步骤。
A装料：手工或者由自动送粉器把粉末均匀装入阴模型腔。
B双向压制：粉末填充完毕后，上冲在凸轮的带动下，向下进入阴模型腔并对型腔粉末施加向下压力的同时，阴模也在压机下压气缸的向下拉力作用下一起向下运动，使下模冲相对阴模向上运动。
C保压：为了使压力得到有效传递，保证坯件密度分布均匀，在上、下模冲和阴模型腔相对位置不变的前提下保持不动一段时间，使坯件中空气有足够时间逸出。【4】。
D脱模：保压结束后，上模冲由压机凸轮复位带动向上脱离阴模型腔，阴模则由压机下压气缸的向下拉力往下退，直到坯件从阴模型腔脱出。
E复位：上模冲退到最高点，送粉器推出从阴模型腔脱出的坯件，然后阴模卸去下压气缸压力，恢复到粉末充填位置，同时粉末在重力作用下充填在阴模型腔中。
3压制方式与坯件密度的关系以及它们应用
3.1单向压制坯件与密度关系
单向压制的密度分析：从压制原理可知，单向压制的压力是从上模冲方向向下传递。与上模冲相接触的坯件上层，从横向分析，密度从中心向边缘逐步增大，顶部的边缘部门密度最高，这是由于压制过程在阴模型腔壁会对粉末产生横向反作用力，所以边缘比心部高。从纵向分析，密度从上往下逐渐减少。这时由于压力在密实粉末过程，粉末发生滑移和变形会产生向上的反作用力，随着传递的压力不断减少，粉末更难发生滑移变形，最终导致底部坯件的密度低【5】。由此可知，单压制坯件密度分布从边缘向中心，从上到下逐渐减少。
3.2双向压制坯件与密度关系
双压制的密度分析：从双向压制原理可知，双向压制的压力是从两端向中心传递。与模冲接触的坯件两端，横向分析，密度同样从中心向边缘逐步增大，理论跟单向压制一致。从纵向分析，由于压力从两端向中心传递，所以坯件两端的粉末能充分发生滑移变形现象，密度高，而随着压力传递减少，心部密度粉末不能充分滑移变形，密度低。由此可知，双向压制坯件密度分布：从边缘向中心逐渐减少，但坯件由于受两端压力压制，降低坯件的高径比，减少压力沿高度而减少的差异，密度分布更均匀。【5】。
4 结语
随着社会科技的不断发展，粉末冶金也发生翻天覆地的变化，各式的成型压制方法不断出现。但无论那种压制方式（摩擦芯棒压制，下模冲浮动压制，组合冲压制，换向压制等）都可以从上述3种压制方法的原理中找到理论基础。因此掌握上述3种方法的原理和应用原则就能为粉末冶金模具设计大打下坚实基础。
【1】 黄培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工业出版社.1997（2006.1重印）.1
【2】 中南矿冶学院粉末冶金教研室，粉末冶金基础，冶金工业出版社，1974
【3】 黄培云.粉末压型问题.（中南矿冶学院）.1980
【4】 黄培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工业出版社.1997（2006.1重印）.213
【5】 黄培云.粉末冶金原理.[M].北京.冶金工业出版社.1997（2006.1重印）.204
作者简介：阮志光（1985-）？男，汉，广东佛山人，本科，毕业于合肥工业大学，主要从事粉末冶金的研发工作。