粉末遞增壓制裝置設(shè)計(jì)及其壓制方法研究

陳和娟，張哲軒，山 泉

(1.無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153；昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

0 引 言

成形是重要性僅次于燒結(jié)的1個(gè)基本的粉末冶金過程，比其他工序更限制和決定粉末冶金整個(gè)生產(chǎn)過程。成形方法的合理與否直接決定整個(gè)生產(chǎn)過程能否順利進(jìn)行，影響后續(xù)各個(gè)工藝及其最終產(chǎn)品質(zhì)量，以及生產(chǎn)的自動(dòng)化、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。

粉末壓制過程中，壓制后粉末體的孔隙率降低，壓胚相對(duì)密度明顯高于粉末體的密度，但隨著軸向壓力施加于粉末體，其在某種程度上表現(xiàn)出類似流體的行為，向陰模模壁施加作用力，導(dǎo)致側(cè)壓力的產(chǎn)生，并且加之粉末顆粒間摩擦，壓力傳遞不均勻，導(dǎo)致壓胚中不同部位密度不均勻，進(jìn)而影響產(chǎn)品最終性能。

現(xiàn)有技術(shù)中多采用單次壓制成型的工藝，單次壓制成型的壓胚會(huì)存在壓胚密度不均勻的問題，即在底端致密度與平均致密度2方面問題尤為突出。因此，該文提出粉末遞增壓制裝置的設(shè)計(jì)及其壓制方法的研究。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

粉末遞增壓制裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)見圖1，包括上模沖、上模沖液壓桿、前陰模、后陰模、陰模液壓桿、下模沖、脫模板、脫模板液壓桿、陰模液壓桿伺服電機(jī)、上模沖液壓桿伺服電機(jī)、脫模板液壓桿伺服電機(jī)。

上模沖和上模沖液壓桿位于前陰模、后陰模上方，上模沖與4個(gè)上模沖液壓桿連接，并且上模沖的軸線與前陰模和后陰模閉合后的中軸線重合，下模沖設(shè)置在前陰模、后陰模下面，下模沖上開有脫?？?，脫?？谏显O(shè)置脫模板，前陰模和后陰模之間設(shè)置4個(gè)陰模液壓桿，4個(gè)陰模液壓桿兩兩對(duì)稱設(shè)置，后陰模、下模沖固定不動(dòng)，前陰模與4個(gè)陰模液壓桿配合推動(dòng)前陰模移動(dòng)，脫模板與脫模板液壓桿連接；4個(gè)上模沖液壓桿同時(shí)由上模沖液壓桿伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，4個(gè)陰模液壓桿同時(shí)由陰模液壓桿伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，脫模板液壓桿由脫模板液壓桿伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。還包括傳送帶、推板、推板連桿、導(dǎo)軌、傳送帶伺服電機(jī)、推板連桿伺服電機(jī)，傳送帶設(shè)置在后陰模旁邊，傳送帶和后陰模上設(shè)有導(dǎo)軌，傳送帶與推板配合設(shè)置，推板在移動(dòng)過程中和傳送帶相交，推板與推板連桿連接，推板連桿設(shè)置在后陰模側(cè)面，傳送帶由傳送帶伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，推板連桿由推板連桿伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

2 控制電路設(shè)計(jì)

粉末遞增壓制裝置的控制電路見圖2，包括控制芯片、復(fù)位電路、進(jìn)程開關(guān)按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、推板連桿單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、三極管開關(guān)電路。

控制芯片分別與復(fù)位電路、進(jìn)程開關(guān)按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、推板連桿單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、三極管開關(guān)電路連接；進(jìn)程開關(guān)按鍵電路由一副開關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，模式切換按鍵電路由兩副開關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，傳送帶單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路與傳送帶伺服電機(jī)連接，推板連桿單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路與推板連桿伺服電機(jī)連接，陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路與陰模液壓桿伺服電機(jī)連接，上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路與上模沖液壓桿伺服電機(jī)連接，脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路與脫模板液壓桿伺服電機(jī)連接，三極管開關(guān)電路與陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路分別連接。

3 壓制方法對(duì)比

模具壁處的摩擦力抑制粉末的壓實(shí)，用于粉末局部致密化的軸向應(yīng)力隨著與壓制沖頭表面之間距離的增加而降低，同時(shí)壓胚致密度與軸向應(yīng)力正相關(guān)，則存在如下關(guān)系：

σa(x)=σa(0)×exp(-2×μ×ξ/r×x)

(1)

ρa(bǔ)vg(x)∈σa(x)

(2)

式中：

σa(x)——距離壓制沖頭x處的用于粉末局部致密化的軸向應(yīng)力；

ρa(bǔ)vg(x)——距離壓制沖頭x處的壓胚平均致密度；

μ——模具壁處的摩擦系數(shù)；

ξ——模具壁處的側(cè)壓系數(shù)；

r——壓胚半徑；

l——壓坯長(zhǎng)度；

Δl——新增壓坯長(zhǎng)度；

N——新增壓坯次數(shù)。

l=n*Δl。

(3)

(4)

(5)

(-2×μ×ξ/r×l)-1)/(-2×μ×ξ/r×l)

(6)

ξ/r×(x-[x/Δl]×Δl))

(7)

(8)

μ×ξ/r×Δl)

(9)

ξ/r×Δl)-1)/(-2×μ×ξ/r×Δl))/n

(10)

式中：

根據(jù)壓制方式，存在如下關(guān)系：

(11)

(12)

(13)

(14)

綜上所述，遞增壓制方式在底端致密度與平均致密度2個(gè)方面的性能均優(yōu)于單次壓制方式，見圖3。

4 結(jié) 語

(1)單次壓制成型的壓胚會(huì)存在壓胚密度不均勻的問題，即在底端致密度與平均致密度兩方面問題尤為突出。因此，筆者開展粉末遞增壓制裝置的設(shè)計(jì)及其壓制方法的研究。

(2)粉末遞增壓制裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括上模沖、上模沖液壓桿、前陰模、后陰模、陰模液壓桿、下模沖、脫模板、脫模板液壓桿、陰模液壓桿伺服電機(jī)、上模沖液壓桿伺服電機(jī)、脫模板液壓桿伺服電機(jī)。除此之外，控制電路包括控制芯片、復(fù)位電路、進(jìn)程開關(guān)按鍵電路、模式切換按鍵電路、傳送帶單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、推板連桿單向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、陰模液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、上模沖液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、脫模板液壓桿雙向轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)電路、三極管開關(guān)電路。