粉末成形资料

第十一章粉末体塑性成形理论粉末锻造、挤压、摆辗、轧制等是金属粉末塑性加工的形式，在工业生产中得到了应用粉末体塑性成形理论包括致密和塑性变形一、基本假设金属粉末体是由大量颗粒材料组成的。

每一个颗粒均可视为致密体，其变形行为可以用传统的塑性力学来描述。

大量颗粒组成的粉末体，其中含有一定的空隙，是一个非连续体。

需要从各个颗粒的变形颗粒之间的协调关系研究其整体变形，即塑性变形和塑性致密问题，对粉末体塑性变形的研究，是将粉末体视为“可压缩的连续体”。

颗粒变形遵循体积不变原则，整体变形遵循质量不变定律。

质量不变定律不仅适合于连续体的变形，也适合于非连续体的变形，是粉末体变形的基本方程之一。

令V0、d0、V、d 分别为粉末体的初始体积、初始密度、塑性变形中的体积和密度，质量不变可用公式表示为0d V Vd =或 10=d V Vd（a ）对上式取对数得ln ln 00=+d d V V 简记 0=∈+∈ρV (b)V ∈为体积应变，0ln VVV =∈； ρ∈为密度应变，00lnln ρρρ==∈d d ，其中f d d /00=ρ 粉末体初始相对密度，fd d =ρ 塑性变形中的相对密度，f d 粉末体全致密时的密度。

二、粉末体变形的屈服准则由于粉末体变形的有下列特殊性， （1）粉末体在变形时的体积变化；（2）粉末体的流动应力与相对密度关系，相对密度越大，变形所需的应力就越大； （3）静水压力对粉末体屈服的影响。

对于致密金属，根据Mises 屈服准则可写出屈服函数，0=-=Y F σ。

由于粉末体塑性变形时，同时发生形状变化和体积变化，因此屈服应力不仅与应力偏张量有关，还与静水压力有关，因而其屈服函数F 常用下列通式表示)(02121'2=-=-+=Y Y J J F δσβα (c)式中，'2J——应力偏张量第二不变量；1J ——是应力张量第一不变量；α、β、δ是与相对密度或泊松比有关的系数；0Y 是基体材料的流动应力（全致密，即ρ=1）；Y 是粉末体的流动应力（ρ<1）；σ是粉末体的等效应力。

粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法包括：
1. 烧结成型：将粉末材料加压成形后，在高温下进行烧结，使粉末颗粒粘结和合并，形成坚固的固体。

2. 注射成型：将粉末和粘结剂混合后注射到模具中，然后通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。

3. 挤出成型：将粉末和粘结剂混合后挤出成型，通过加热或固化使粉末颗粒固化成形。

4. 粉末冶金成型：通过压制、烧结或热压等方式，将粉末材料制成金属产品或零件。

5. 粘结剂成型：将粉末材料与粘结剂混合后进行成型，其中粘结剂的作用是使粉末颗粒粘结在一起。

6. 激光烧结成型：利用激光束将粉末颗粒局部加热，使其熔化和熔接成形。

7. 真空烧结成型：在真空环境中进行烧结成型，可以减少氧化反应和杂质的产生，提高成品质量。

8. 喷雾成型：将粉末材料喷雾成细小颗粒，在加热或加压条件下使其固化成形。

粉末压制成形(powder pressing)在压模中利用外加压力的粉末成形方法。

又称粉末模压成形。

压制成形过程由装粉、压制和脱模组成。

粉末压制成形的内容包括粉末压制理论、粉末压坯、粉末压制模具和粉末压制压力机4个方面。

压制成形过程中，颗粒间以及颗粒与模壁间存在的内、外摩擦引起压力损失使压坯各部位受力不均，因此压坯密度分布不均匀。

不均匀的程度与选用的压制方式有关。

基本的压制方式有单向压制、双向压制、浮动压制、拉下式压制和摩擦芯杆压制5种。

(1)单向压制。

阴模与芯杆不动，上模冲单向加压。

此时，外摩擦使压坯上端密度较下端高，且压坯直径越小，高度越大，则密度差也越大。

故单向压制一般适用于高径比H/D≤1的制品或高度与壁厚之比H/T≤3的套类零件。

(2)双向压制。

阴模固定不动，上、下模冲从两端同时加压，又称同时双向压制。

若先单向加压，然后再在密度较低端进行一次反向单向压制，则称为非同时双向压制，又称后压。

这种方式可以在单向加压的压力机上实现双向压制。

双向压制时，若两向压力相等则低密度层位于压坯中部；反之，低密度层向低压端移动。

双向压制的压坯密度分布较单向压制的均匀，密度差减小，适用于H/D≥2或H/T≤6的零件。

(3)浮动压制。

下模冲固定不动，阴模由弹簧、汽缸或油缸支撑可上下浮动。

压制时对上模冲加压，随着粉末被压缩，阴模壁与粉末间的摩擦逐渐增大。

当摩擦力大于弹簧等的支承力(浮动力)时，阴模与上模冲一同下降，相当于下模冲上升反向压制而起双向压制的作用。

浮动压制中除阴模浮动外，芯杆也可浮动，这时的密度分布同双向压制。

若阴模浮动，芯杆不动，则压坯靠近阴模处近似双向压制，中部密度最低；压坯靠近芯杆处类似上模冲下移的单向压制，最下端密度最低。

浮动压制适用于H/T≤6或H/D≥2的零件。

(4)拉下式压制。

又称引下式压制、强动压制。

压制开始时，上模冲被压下一定距离，然后与阴模一同下降(阴模被强制拉下)。

阴模下降的速度可调整，其拉下的距离相当于浮动的距离。

粉末压制及烧结方法一、成形技术1、金属粉末注射成形技术( MIM)粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法，首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(约150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。

被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。

由于在流动状态下，均匀填充模腔成形，模腔内各点压力一致，密度一致，消除了传统粉末冶金压制成形不可避免的沿压制方向的密度梯度，可以获得组织结构均匀、力学性能优异的近净成形零部件，并且产品的制造成本可以降低到传统工艺的20％～30％。

适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。

缺点：去除粘结剂可能会产生气孔问题。

2、激光成型技术激光成型原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层、每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射液体、粉末或薄片材料，加工出要求形状的薄层，逐层积累形成实体模型。

同传统的制造方法相比较，激光成型显示出诸多的优点：（1）制造速度快、成本低、节省时间和节约成本，为传统制造方法注入新的活力，而且可实现自由制造，产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。

（2）采用非接触加工的方式，没有传统加工的残余应力的问题，没有工具更换和磨损之类的问题，无切割、噪音和振动等，有利于环保。

（3）可实现快速铸造、快速模具制造，特别适合于新产品开发和单间零件生产。

3、温压成形技术它是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至150℃左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸。

该技术主要有以下几个方面的特点：能以较低的成本制造出高性能的铁基等粉末冶金零部件；提高零部件生坯密度；产品具有高强度；便于制造形状复杂以及要求精密的零部件；密度均匀等该技术目前主要用于生产铁基合金零件，同时人们正在研究用这种技术制备铜基合金、钛合金等其它材料零件。