粉末冶金簡(jiǎn)介

1、粉末冶金及應(yīng)用實(shí)例分析粉末冶金及應(yīng)用實(shí)例分析粉末冶金簡(jiǎn)介粉末冶金簡(jiǎn)介粉末冶金定義：粉末冶金定義：研究和制取各種金屬粉末，通過(guò)成型與燒結(jié)過(guò)程和必要的后續(xù)處理，最終獲得最終材料和制品的技術(shù)。粉末冶金是一種少或無(wú)切削加工的批量生產(chǎn)方法，可以在較低的成本下，制得形狀叫復(fù)雜，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度叫高的結(jié)構(gòu)件；是在較低成本下批量生產(chǎn)軸承類自潤(rùn)滑零件的主要方法粉末冶金典型的工藝過(guò)程：粉末冶金典型的工藝過(guò)程：1、原料粉末制取；2、原料粉末經(jīng)必要的預(yù)處理，通過(guò)不同的成型技術(shù)以獲得具有一定形狀和尺寸的壓坯；3、將坯件在低于基體金屬熔點(diǎn)溫度下加熱燒結(jié)；4、零件的后續(xù)處理。粉末冶金機(jī)械零件傳統(tǒng)工藝過(guò)程：粉末冶金機(jī)械零件傳統(tǒng)工藝過(guò)

2、程：粉末冶金機(jī)械零件新工藝過(guò)程粉末冶金機(jī)械零件新工藝過(guò)程粉末鍛造：粉末鍛造：粉末冶金機(jī)械零件新工藝過(guò)程粉末冶金機(jī)械零件新工藝過(guò)程溫壓工藝：溫壓工藝：粉末冶金機(jī)械零件新工藝過(guò)程粉末冶金機(jī)械零件新工藝過(guò)程金屬注射成型：金屬注射成型：優(yōu)選粉末冶金的基本原則：優(yōu)選粉末冶金的基本原則：1、自潤(rùn)滑性零件：含油軸承類零件，件小量大2、同一品種大批量的各種結(jié)構(gòu)件：形狀復(fù)雜，不加工和少加工粉末冶金零件設(shè)計(jì)粉末冶金零件設(shè)計(jì)粉末壓坯的形狀設(shè)計(jì)粉末壓坯的形狀設(shè)計(jì)什么樣形狀的零件可以用粉末冶金加工？什么樣形狀的零件可以用粉末冶金加工？首先要弄清楚粉末材料是如何被成型的：每個(gè)臺(tái)階對(duì)應(yīng)一個(gè)模沖，模沖可以簡(jiǎn)單理解為能單獨(dú)運(yùn)動(dòng)

3、并施加壓力的模具沖頭什么樣形狀的零件可以用粉末冶金加工？什么樣形狀的零件可以用粉末冶金加工？然后根據(jù)粉末成型壓機(jī)的構(gòu)造、模架、模具的結(jié)構(gòu)，將粉末零件分為6種基本類型：1、型壓坯指柱狀、筒狀、板狀等形狀簡(jiǎn)單的一類壓坯。通常由：陰模、一個(gè)上模沖、一個(gè)下模沖（有孔的零件可以帶一個(gè)芯棒）所組成的模具成型，如下圖所示。2、型壓坯指端部有外凸緣或內(nèi)凸緣的一類壓坯。通常由：陰模、一個(gè)上模沖、兩個(gè)下模沖及芯棒所組成的模具成型，如下圖所示。3、型壓坯指上、下端面都有兩個(gè)臺(tái)面的一類壓坯。通常由：陰模、兩個(gè)上模沖、兩個(gè)下模沖及芯棒所組成的模具成型，如下圖所示。4、型壓坯指下端面都有三個(gè)臺(tái)面的一類壓坯，包括兩個(gè)外臺(tái)階

4、面類和凹槽類。通常由：陰模、一個(gè)上模沖、三個(gè)下模沖及芯棒所組成的模具成型，如下圖所示。5、型壓坯指上部有兩個(gè)臺(tái)面，下部有三個(gè)臺(tái)面的一類壓坯。通常由：陰模、兩個(gè)上模沖、三個(gè)下模沖及芯棒所組成的模具成型；“上三下四”壓坯，是目前粉末冶金成型機(jī)可壓制成型的、形狀最復(fù)雜的壓坯，如下圖所示。6、型壓坯指壓坯帶有球面或斜面、側(cè)面工端面帶有螺旋齒、多平行孔、支座和連桿等類特殊形狀的壓坯。因形狀特殊用常規(guī)方法無(wú)法成型，除考慮密度均勻性，應(yīng)補(bǔ)償裝粉外，還要考慮成型及脫模需要。幾種壓坯形狀匯總幾種壓坯形狀匯總壓坯分類陰模上模沖下模沖芯棒111有/無(wú)112有/無(wú)122有/無(wú)113有/無(wú)123有/無(wú)球面、斜面、螺旋齒

5、等有/無(wú)思考：如下的零件能不能用粉末冶金成型法制作？分別是什么類型的？粉末冶金的壓坯形狀設(shè)計(jì)：粉末冶金的壓坯形狀設(shè)計(jì)：粉末冶金的形狀千差萬(wàn)別，只有易于粉末冶金的方法壓制，才能充分發(fā)揮粉末冶金技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。制品壓坯形狀設(shè)計(jì)是在保證產(chǎn)品使用要求的情況下，從壓制過(guò)程（裝粉、壓制、脫模）、模具壽命、壓坯質(zhì)量等方面來(lái)考慮。1、應(yīng)滿足裝粉均勻性要求：制件上不能有薄壁、窄鍵、尖端等，這些地方難以填充粉末，使壓坯密度很不均勻，容易掉邊、掉角或變形開(kāi)裂，還會(huì)因受力不均，造成模沖斷裂：最小壁厚不能小于1mm，齒厚需要在1mm以上，齒根及頂部要有R0.3以上的過(guò)渡圓弧，這樣才能是粉末易于流動(dòng)和均勻

6、充填。如下圖的零件，在壓制時(shí)，尖角處往往不能成型，應(yīng)將尖角處設(shè)計(jì)有R0.3的圓角。圖C所示的帶臺(tái)階零件，為了便于粉末流動(dòng)和充填，避免尖角處應(yīng)力集中和開(kāi)裂，臺(tái)階處應(yīng)設(shè)R0.25以上的圓角2、應(yīng)滿足壓坯成型及脫模的需要：一般壓坯成型都是沿壓坯的軸向進(jìn)行的，制品是徑向的孔、槽、螺紋和倒錐，通常是不能壓制成型的，需要在燒結(jié)后用機(jī)加工切削來(lái)完成，設(shè)計(jì)時(shí)必須將其設(shè)計(jì)成能壓制成型和脫模的形狀這樣的零件能不能成型和脫模？粉末冶金模具示意圖粉末冶金模具示意圖3、應(yīng)保證模具壽命：由于鐵基燒結(jié)結(jié)構(gòu)零件的成型壓力一般為600MPa左右，股壓模的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)不然會(huì)受到一定的限制，設(shè)計(jì)壓坯時(shí)應(yīng)避免在壓模結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)不堅(jiān)固部位

7、，同時(shí)應(yīng)力求模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造a）小孔壓坯：壓制極小孔（直徑小于2mm或長(zhǎng)度長(zhǎng)、直徑小于3mm）壓坯時(shí)，芯棒壓制時(shí)可能彎曲或脫模時(shí)被拉長(zhǎng)。在進(jìn)行復(fù)壓時(shí)，由于側(cè)向力、或切向力大，芯棒可能會(huì)斷裂b）薄壁壓坯：壓制薄壁、長(zhǎng)零件的模具十分易壞，且模具壽命很短，一般要求壓坯壁厚不小于1.5mm，在壓制多臺(tái)階零件時(shí)，為避免模沖因太薄而損壞，壓坯臺(tái)面厚度不小于1.5mm，否則應(yīng)燒制后用機(jī)加工方法來(lái)完成，部分情況下可以設(shè)計(jì)成臺(tái)階模腔或臺(tái)階芯棒來(lái)壓制c）相切圓壓坯，臺(tái)階圓相切類制品d）曲面和斜面壓坯具有球形表面的壓坯，其中間部位應(yīng)有一直帶（寬度不得小于1mm），避免將模沖末端做成尖角銳邊。對(duì)于有拔梢或斜度的壓

8、坯為防壓制時(shí)模具相碰，陰模和模沖或芯棒移動(dòng)時(shí)斜坡相接處塞粉，需要在壓制放向上有一長(zhǎng)為1mm的平行面e）帶尖角或細(xì)窄部分的壓坯模具細(xì)窄處強(qiáng)度低，易于在應(yīng)力集中處斷裂，必須將壓坯的尖角處設(shè)計(jì)成圓角，細(xì)窄部位應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成寬度在1mm以上，在拐角處應(yīng)有圓角過(guò)渡，使模具壽命延長(zhǎng)，同時(shí)可以改善壓坯的強(qiáng)度f(wàn)）圓角和倒角為了避免模沖出現(xiàn)尖薄邊緣，一般皆采用小于45角和寬度不小于0.125mm的平臺(tái)，如下圖所示。最佳的倒角是取對(duì)徑向不大于30倒角，這使得模具具有足夠的強(qiáng)度，模沖倒角凸出部的破裂降低到最低程度，當(dāng)?shù)菇堑膹较蚪嵌缺仨毚笥?0時(shí)，最好是在復(fù)壓時(shí)成型出該倒角特殊壓坯形狀設(shè)計(jì)：特殊壓坯形狀設(shè)計(jì)：隨著粉末冶

9、金模具制造水平及壓坯成型技術(shù)的發(fā)展，將制品上的一些特殊形狀設(shè)計(jì)成適合粉末冶金方法直接成型，不僅可以減少制品后續(xù)加工量，同時(shí)可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)模具壽命a）凸凹臺(tái)高度壓坯總高度15%的單一凸臺(tái)和其斜度足夠大時(shí)，往往可用具有相應(yīng)凹形面的整沖成型。用這種成型方法壓坯凸臺(tái)與其余部分密度差較大，但模具簡(jiǎn)單，模具與零件費(fèi)用較低，且軸向尺寸公差較小，如下圖所示，有（a）設(shè)計(jì)改為（b）設(shè)計(jì)可以使用此法b）溝槽在中低密度的零件上任一端都可以壓出溝槽，但需要符合以下條件半圓形或弧形溝槽深壓坯總高度的30%矩形溝槽平行于壓制方向深度壓坯總高度的20%c）孔零件中位于壓制方向，不論多復(fù)雜的通孔，都可以單軸向壓制，并

10、容易成型，而對(duì)于盲孔，則需要注意：、避免圖（a）所示的底面面向凸緣的盲孔形式、圖（b）所示的上端盲孔需要較淺，且有脫模斜度、圖（b）、（c）所示的下端孔可以使用活動(dòng)芯棒或下模沖成型、圖（d）的異形孔可以成型，單異形難做，改為圓孔會(huì)對(duì)模具壽命，芯棒制造、模具精度等有較大提高d）字母、數(shù)字標(biāo)志零件上的編號(hào)、文字及類似標(biāo)志可以在垂直壓制方向的表面上壓制出來(lái)。如果零件需要進(jìn)行復(fù)壓時(shí)，也可以在復(fù)壓作業(yè)時(shí)將它們壓制在零件表面。凸出或凹入的文字都可以壓制成型。不同壓坯形狀壓制面的選擇：不同壓坯形狀壓制面的選擇：壓制面是指成型時(shí)壓坯的方向，其對(duì)零件的影響至關(guān)重要1、從壓制成型過(guò)程來(lái)看a）多臺(tái)階壓坯：考慮到多臺(tái)

11、階的補(bǔ)償裝粉，如下圖所示，需要注意：外臺(tái)階朝外臺(tái)階朝上、內(nèi)臺(tái)階朝下、平端面朝上、小頭朝下上、內(nèi)臺(tái)階朝下、平端面朝上、小頭朝下的原則b）帶有孔槽的壓坯：為了便于壓坯脫模，應(yīng)使孔槽平行于壓制方向c）帶有特殊形狀的壓坯：一般將難加工或異形的面放在壓制成型的放向，將易加工的結(jié)構(gòu)后續(xù)通過(guò)機(jī)加工實(shí)現(xiàn)2、從保證壓坯質(zhì)量的角度來(lái)考慮a）壓坯密度均勻性：如下圖（a）由于減小了壓坯的長(zhǎng)細(xì)比，從而可以提高壓坯的密度均勻性；圖（b）采用凹坑向下的方向壓制，可以部分地減少凹坑的裝粉，有助于改善密度分布，凹坑越深改善越明顯；圖（c）凸臍朝上，因上模沖下行，壓坯上部密度提高以免因凸臍部分少裝粉所帶來(lái)的密度偏低的不足。b）提

12、高壓坯局部密度：將有螺旋齒的面作為上表面，可以提高齒部密度；將內(nèi)圓弧及錐齒面向上也有助于提高局部的密度；c）將有精度要求的面放在側(cè)面d）避免錐面壓制皺紋：外錐大頭朝上，內(nèi)錐小頭朝上；如圖（c）所示，外形用補(bǔ)償裝粉法，內(nèi)形是用粉末側(cè)向移動(dòng)成型法3、考慮生產(chǎn)條件簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)：圖（a1）方式需要上二下二的模具壓制，圖（a2）則可以使用上一下二的方式壓制；對(duì)于圖（b），在兩個(gè)臺(tái)階相接處有一斜坡，很難解決密度差的問(wèn)題，如果用仿形裝粉法可以大大降低密度差，且模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，報(bào)廢少粉末冶金零件設(shè)計(jì)粉末冶金零件設(shè)計(jì)粉末壓坯的密度設(shè)計(jì)粉末壓坯的密度設(shè)計(jì)粉末壓坯密度大小設(shè)計(jì)：粉末壓坯密度大小設(shè)計(jì)：一般來(lái)

13、說(shuō)，材料的密度越大，其物理力學(xué)性能越高，故常用密度作為粉末冶金材料的分類標(biāo)準(zhǔn)：低密度：低密度：5.6-6.2g/cm3，一般為含油軸承和燒結(jié)機(jī)械零件，在任何生產(chǎn)條件下均可順利壓制成型中密度：中密度：6.2-6.8g/cm3，選用壓制性好的原料，可以一次壓制成型較高和高密度：較高和高密度：大于6.8g/cm3燒結(jié)零件需要選用壓制性好的原材料，如果形狀簡(jiǎn)單，一次成型可以達(dá)到6.8-7.1g/cm3，如果零件臺(tái)階較多，可以使用復(fù)壓復(fù)燒工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)小知識(shí)：小知識(shí)：溫壓：溫壓：在傳統(tǒng)的粉末冶金設(shè)備上采用特制的溫壓專用粉末加熱系統(tǒng)、粉末輸送系統(tǒng)和模具加熱系統(tǒng)，將溫壓專用粉加熱到130-150后壓制成坯，再經(jīng)

14、過(guò)后續(xù)燒結(jié)等處理，制取粉末零件。其密度可達(dá)7.25-7.5g/cm3，其中以7.3g/cm3密度較易實(shí)現(xiàn)液相燒結(jié)：液相燒結(jié)：通過(guò)加入適量的合金元素，提高燒結(jié)溫度，在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生一定量的液相，強(qiáng)化燒結(jié)，通過(guò)液相來(lái)填充孔隙，并使燒結(jié)產(chǎn)生很大的收縮，以獲得密度大于7.4g/cm3的粉末冶金零件熔滲：熔滲：將金屬熔體靠毛細(xì)管力滲入到多空系統(tǒng)中，從而可以獲得密度大于7.4g/cm3的粉末冶金零件熱鍛：熱鍛：將原料粉末用剛性模具或冷靜壓成型技術(shù)預(yù)成型，預(yù)燒結(jié)或經(jīng)燒結(jié)，在熱狀態(tài)下鍛造燒結(jié)坯，實(shí)現(xiàn)高密度（ 7.4g/cm3 ）的粉末冶金制品的方法粉末壓坯密度均勻設(shè)計(jì)：粉末壓坯密度均勻設(shè)計(jì)：粉末在壓制過(guò)程中由

15、于其受力情況和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，使壓坯密度分布不均勻，即粉末壓坯存在密度差。由于燒結(jié)體強(qiáng)度決定于密度最小部分，故設(shè)計(jì)壓坯時(shí)希望密度差越小越好：1、等高壓坯密度均勻設(shè)計(jì)a）細(xì)長(zhǎng)類零件：如圖所示的襯套類零件壓坯，在采用單向壓制時(shí)，其上下密度差達(dá)0.46g/cm3，硬度差達(dá)25HB，其壓潰值低于200MPa；如采用雙向壓制，其上、下與中間的密度差小于0.13g/cm3，硬度差可以控制在5HB范圍內(nèi)b）薄壁類零件：如下圖所示，二個(gè)零件的外徑與高度相同，但內(nèi)徑不同，壁厚不同，采用雙向壓制后，左側(cè)零件整體密度為6.55g/cm3，上端密度為6.62g/cm3，中間密度為6.44g/cm3，下端密度為6.61g/c

16、m3；右側(cè)零件整體密度為6.47g/cm3，上端密度為6.64g/cm3，中間密度為6.33g/cm3，下端密度為6.61g/cm3?？梢钥闯霰诤裨叫。w密度越低，上、中、下密度差也越大，這是陰模內(nèi)壁與芯棒表面對(duì)粉末的摩擦阻力增大所致。c）高精度齒輪零件：對(duì)于側(cè)正比大的齒輪（包括帶輪、鏈輪、棘輪等相似零件）類壓坯，在壓制過(guò)程中，齒面對(duì)壓坯的摩擦阻力很大，使得齒面本身、齒面和心部之間都產(chǎn)生很大的密度差，對(duì)于小模數(shù)齒輪情況更嚴(yán)重故齒輪類零件常出現(xiàn)齒面壓不實(shí)，易出現(xiàn)壓形裂紋，燒結(jié)變形大，甚至出現(xiàn)燒結(jié)裂紋，熱處理裂紋等。對(duì)于用粉末冶金方法生產(chǎn)的齒輪，往往齒形精度、齒向精度不易達(dá)到要求，在設(shè)計(jì)高精度要

17、求的齒輪零件時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施控制齒面密度差，如裝粉均勻性及壓制方式的選擇2、不等高壓坯密度均勻設(shè)計(jì)a）多臺(tái)階類零件：工作中主要承受載荷的工作段要求有較高強(qiáng)度，所以可以適當(dāng)提高工作段的密度。如下圖所示的帶邊襯套類零件及帶邊帶輪，它們的臺(tái)階邊主要起安裝限位作用，所以可以用高度限位保證其臺(tái)階厚度即可，密度偏差并不影響其使用。多臺(tái)階壓坯的各臺(tái)階的厚薄差別很大，且臺(tái)階形狀的復(fù)雜程度不同，這會(huì)影響各臺(tái)階粉末充填量，從而引起各臺(tái)階密度不同。如圖所示的變速凸輪，其寬窄兩處的密度差較大，產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè)方面：一是由于形狀復(fù)雜，引起裝粉不均勻，二是在壓形時(shí)，臺(tái)階處的粉料橫向移動(dòng)，使得寬窄兩處裝粉比發(fā)生了變

18、化，產(chǎn)生了密度差。反映到壓坯上就是大端面上色質(zhì)明顯灰、亮度不同，甚至造成大臺(tái)階厚薄不均，嚴(yán)重時(shí)，制品翹曲、端面各部硬度差較大當(dāng)多臺(tái)階壓坯精度要求高時(shí)，即使密度分布均勻，因臺(tái)階壁厚及形狀差異，由于臺(tái)階的壓形回彈不同，壁厚的臺(tái)階回彈量大，壁薄零件回彈量小。如下圖的電機(jī)殼體，密度基本均勻時(shí)，上端的外徑比下端外徑大0.06mm；如果上端密度適當(dāng)小于下端時(shí)，上、下端直徑差變小，如將密度調(diào)到一定范圍內(nèi)，可以使殼體外徑直線度小于0.02mmb）端面異形類零件：當(dāng)壓坯的端面形狀難以用組合模沖成型時(shí)，往往將模沖的端面做成凹凸形式，用這種模具成型有較大的密度差，如下圖所示，圖的零件其整體密度為7.0g/cm3，但

19、齒部密度低至6.62g/cm3，齒背密度為7.03g/cm3；如對(duì)壓坯形狀做一些改變，將圖中b處上設(shè)計(jì)成與a部齒相對(duì)應(yīng)的齒形，如圖所示，改變了裝粉狀況，從而起到調(diào)節(jié)密度分布的作用。粉末冶金零件設(shè)計(jì)粉末冶金零件設(shè)計(jì)粉末壓坯的尺寸及精度設(shè)計(jì)粉末壓坯的尺寸及精度設(shè)計(jì)壓坯的尺寸限制：壓坯的尺寸限制：1、高度方向的限制：壓坯的最大高度決定于壓機(jī)容許的模具最大裝粉深度。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械式壓機(jī)，在壓制能力為0.15-5MN時(shí)，最大裝粉深度為100-200mm左右，壓機(jī)的最大裝粉深度是根據(jù)常用的成型壓坯高度確定，和壓機(jī)的壓制能力無(wú)關(guān)。壓坯高度與裝粉深度關(guān)系：壓坯高度H（mm），壓坯密度D（g/cm3），混合料的松裝密

20、度A（g/cm3），裝粉深度F（mm） F=（DH）/A式中D/A稱為裝粉比2、徑向尺寸方向的限制：徑向尺寸大?。ㄊ軌航孛娣e）的上限取決于粉末成型壓機(jī)的能力，而其下限主要受壓模的工作性和成型操作的限制。現(xiàn)在用粉末冶金制造的零件，直徑最小1.6mm，最大200mm左右。壓坯在垂直方向的橫截面積S（mm2），將粉壓到既定壓坯密度所需的單位壓力p（MPa），則壓制成型時(shí)，施加于壓坯上的總壓力P（N）為 P=Sp假定壓機(jī)的壓制能力為Pmax（N），則成型壓的最大截面積Smax（mm2）為 SmaxPmax/P一般鐵基粉末零件的單位成型壓力約400-700MPa，它除決定于壓坯密度外，還因所用鐵粉種類、

21、材料組成配比、碳添加量等有關(guān)尺寸及位置精度設(shè)計(jì)：尺寸及位置精度設(shè)計(jì)：1、尺寸精度a）尺寸取向：?jiǎn)屋S向粉末壓制時(shí)，從軸向施加壓力，因此，零件的徑向尺寸精度取決于模具尺寸精度；軸向尺寸取決于壓機(jī)動(dòng)作精度：液壓機(jī)用壓力控制，軸向高度偏差約：（0.10-0.15）mm機(jī)械壓機(jī)由壓頭行程控制，軸向偏差： （0.03-0.05）mmb）工藝方法：大致分為三個(gè)級(jí)別，粗、中、精度燒結(jié)工藝的徑向精度大致約為IT9-11，高度精度大致為IT12，燒結(jié)件的精度取決于壓坯的精度蒸汽處理對(duì)尺寸精度的影響不大熱處理對(duì)尺寸精度的影響很大，其程度不小于燒結(jié)對(duì)尺寸精度的影響精整：精整幾乎使產(chǎn)品的徑向尺寸精度提高了一倍，徑向尺寸可達(dá)到IT6-7，但精整后的熱處理會(huì)使精整的精度完全破壞精整的影響見(jiàn)下表：