教學(xué)課件 42粉末壓制成形教程

本章內(nèi)容§2.1概述§2.2壓制過(guò)程中力的分析§2.3壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系§2.4粉末壓坯密度的分布§2.5粉末壓坯的強(qiáng)度SchoolofMaterialsScienceandEngineering本章內(nèi)容SchoolofMaterialsScienc一、基本概念●成形（Forming）的定義：

將粉末密實(shí)（densify）成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度的坯體（greencompacts）的工藝過(guò)程。第一節(jié)概述SchoolofMaterialsScienceandEngineering一、基本概念第一節(jié)概述SchoolofMaterial●成形的重要性

1）是重要性?xún)H次于燒結(jié)的一個(gè)基本的粉末冶金工藝過(guò)程。

2）比其他工序更限制和決定粉末冶金整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。

a）成形方法的合理與否直接決定其能否順利進(jìn)行。

b）影響隨后各工序（包括輔助工序）及最終產(chǎn)品質(zhì)量。

c）影響生產(chǎn)的自動(dòng)化、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。SchoolofMaterialsScienceandEngineering●成形的重要性SchoolofMaterialsSc●成形方法的一般分類(lèi)冷法石膏模常壓冷法注漿加壓冷法注漿抽真空冷法注漿等靜壓成形isostatic（hydrostatic）pressing粉末壓制成形（鋼模壓制）compacting，briquetting，pressing

————普通成形注漿成形法熱法（熱壓注法）：鋼模粉末連續(xù)成形粉末軋制粉末擠壓（可塑成形）噴射成形熱成形及高能率成形——成形燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行特殊成形SchoolofMaterialsScienceandEngineering●成形方法的一般分類(lèi)冷法石膏模常壓冷法注漿等靜壓成形?按成形過(guò)程中有無(wú)壓力：

有壓（壓力）成形、無(wú)壓成形?按成形過(guò)程中粉末的溫度：

冷壓（常溫）成形、溫壓成形、熱成形?按成形過(guò)程的連續(xù)性：

間歇成形、粉末連續(xù)成形?按成形料的干濕程度：

干粉壓制、可塑成形、漿料成形●成形方法的其他分類(lèi)SchoolofMaterialsScienceandEngineering?按成形過(guò)程中有無(wú)壓力：●成形方法的其他分類(lèi)School模壓成形是最重要、應(yīng)用最廣的成形方法！本章有關(guān)成形原理的討論以模壓成形為基礎(chǔ)！SchoolofMaterialsScienceandEngineering成形壓模的基本結(jié)構(gòu)上模沖下模沖陰模粉末模壓成形是最重要、應(yīng)用最廣的成形方法！SchoolofM模壓成形的主要功用是：將粉末成形成所要求的形狀；賦予壓坯以精確的幾何尺寸；賦予壓坯所要求的孔隙度和孔隙模型；賦予壓坯以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度以便于搬運(yùn)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering

模壓成形是將金屬粉末或粉末混合料裝入鋼制壓模（陰模）中，通過(guò)模沖對(duì)粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內(nèi)脫出，完成成形過(guò)程。模壓成形的主要功用是：SchoolofMaterials模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—電動(dòng)工具零件SchoolofMaterialsScienceandEngineering模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—電動(dòng)工具零件SchoolofMat模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末燒結(jié)鋼零件SchoolofMaterialsScienceandEngineering模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末燒結(jié)鋼零件School二、金屬粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象圖12-4粉末壓制示意圖

1—陰模Die2—上模沖Top（upper）punch3—下模沖Bottom（lower）punch4—粉末PowderSchoolofMaterialsScienceandEngineering二、金屬粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象圖12-4粉末壓制示意圖鋼模

壓制

粉末

的

基本

過(guò)程粉末混合料稱(chēng)量、裝模壓制卸壓脫模粉末壓坯PowdermixWeighting，fillingCompactingcompactsSchoolofMaterialsScienceandEngineering鋼模

壓制

粉末

的

基本

過(guò)程粉末混合料稱(chēng)量、裝模壓制卸壓粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象：1.壓制后粉末體的孔隙度降低，壓坯相對(duì)密度明顯高于粉末體的相對(duì)密度。

壓制使粉末體堆積高度降低，一般壓縮量超過(guò)50%2.軸向壓力（正壓力）施加于粉末體，粉末體在某種程度上表現(xiàn)出類(lèi)似流體的行為，向陰模模壁施加作用力，其反作用力—側(cè)壓力產(chǎn)生。

但是粉末體非流體，側(cè)壓力小于正壓力！SchoolofMaterialsScienceandEngineering粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象：1.壓制后粉末體的孔隙度降低，壓3.隨粉末體密實(shí)，壓坯密度增加，壓坯強(qiáng)度也增加。壓坯強(qiáng)度是如何形成的4.由于粉末顆粒之間摩擦，壓力傳遞不均勻，壓坯中不同部位密度存在不均勻。壓坯密度不均勻?qū)号髂酥廉a(chǎn)品性能有十分重要的影響。5.卸壓脫模后，壓坯尺寸發(fā)生膨脹—產(chǎn)生彈性后效

彈性后效是壓坯發(fā)生變形、開(kāi)裂的最主要原因之一。SchoolofMaterialsScienceandEngineering3.隨粉末體密實(shí)，壓坯密度增加，壓坯強(qiáng)度也增加。Schoo三、粉末體在壓制過(guò)程中的變形（一）粉末體受壓力后的變形特點(diǎn)（與致密材料受力變形比較）1.致密材料受力變形遵從質(zhì)量不變和體積不變，粉末體壓制變形僅服從質(zhì)量不變。

粉末體變形較致密材料復(fù)雜。2.致密材料受力變形時(shí)，僅通過(guò)固體質(zhì)點(diǎn)本身變形，粉末體變形包括粉末顆粒的變形，還包括顆粒之間孔隙形態(tài)的改變，即顆粒發(fā)生位移。

！粉末體的變形是廣義變形：顆粒位移+顆粒變形SchoolofMaterialsScienceandEngineering三、粉末體在壓制過(guò)程中的變形（一）粉末體受壓力后的變形特3.致密材料變形時(shí)，各微觀區(qū)域的變形規(guī)律與宏觀變形規(guī)律基本一致，粉末體變形時(shí)，各顆粒的變形基本獨(dú)立，不同顆粒變形程度可能存在較大差異。

4.粉末體受力變形時(shí)，局部區(qū)域的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)高于粉末體受到的表觀應(yīng)力（表觀壓制壓力）。局部區(qū)域的高應(yīng)力可能超過(guò)粉末顆粒的強(qiáng)度極限。5.粉末體受力壓制，顆粒之間的接觸面積隨壓制壓力增大而增大，兩者間存在一定的定量關(guān)系。SchoolofMaterialsScienceandEngineering3.致密材料變形時(shí)，各微觀區(qū)域的變形規(guī)律與宏觀變形規(guī)律基本（二）粉末體在壓制過(guò)程中的變形動(dòng)力（變形內(nèi)因）1.粉末體的多孔性

粉末體中的孔隙包括：

拱橋效應(yīng)現(xiàn)象（圖）：粉末在松裝堆集時(shí)，由于表面不規(guī)則，彼此之間有摩擦，顆粒相互搭架而形成拱橋孔拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙尺寸可能遠(yuǎn)大于粉末顆粒尺寸。

實(shí)例：Fe理論密度7.8g/cm3

，松裝密度一般為2-3g/cm3；

W理論密度19.3g/cm3

，中顆粒W粉松裝密度3-4g/cm3

，

細(xì)顆粒W粉松裝密度∠3g/cm3。？估算其孔隙率。一次孔隙（顆粒內(nèi)部孔隙）二次孔隙（顆粒之間孔隙）拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙SchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）粉末體在壓制過(guò)程中的變形動(dòng)力（變形內(nèi)因）一次孔隙（顆粉末體高的孔隙率使其受力后易于發(fā)生重排SchoolofMaterialsScienceandEngineering粉末體高的孔隙率使其受力后易于發(fā)生重排SchoolofM2.粉末顆粒良好的彈塑性

制粉過(guò)程中，粉末一般都經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)處理

還原、退火→消除加工硬化、表面雜質(zhì)等3.粉末體較高的比表面積

主要作為燒結(jié)動(dòng)力，對(duì)壓制也有影響。實(shí)例：幾種商品粉末的比表面積（cm2/g）：

還原Fe粉（79%-325目）：5160

還原Fe粉（1%-325目）：516

電解Fe粉（-200目）：400

羰基Fe粉（7μm）：3460

還原W粉（0.6μm）：5000

SchoolofMaterialsScienceandEngineering2.粉末顆粒良好的彈塑性SchoolofMateri（三）粉末體在壓制過(guò)程中的（位移）變形規(guī)律1.較低壓力下首先發(fā)生位移，位移形式多樣

（a）（b）（c）（d）（e）

壓制時(shí)粉末位移的形式（a）顆粒接近；（b）顆粒分離；（c）顆粒相對(duì)滑動(dòng)；（d）顆粒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；（e）顆粒因粉碎產(chǎn)生移動(dòng)SchoolofMaterialsScienceandEngineering（三）粉末體在壓制過(guò)程中的（位移）變形規(guī)律（a）影響壓制時(shí)粉末位移的因素顆粒間可用于相互填充的空間（孔隙）粉末顆粒間摩擦顆粒表面粗糙度潤(rùn)滑條件顆粒的顯微硬度顆粒形狀加壓速度SchoolofMaterialsScienceandEngineering影響壓制時(shí)粉末位移的因素SchoolofMaterial2.粉末顆粒的變形

●彈性變形

顆粒所受實(shí)際應(yīng)力超過(guò)其彈性極限，發(fā)生彈性變形。

●塑性變形

顆粒所受實(shí)際應(yīng)力超過(guò)其屈服極限，發(fā)生塑性變形。

●脆性斷裂

顆粒所受實(shí)際應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限，發(fā)生脆性斷裂。

粉末的位移和變形，促使了壓坯密度和強(qiáng)度的增高SchoolofMaterialsScienceandEngineering2.粉末顆粒的變形SchoolofMaterial3.實(shí)際粉末位移變形的復(fù)雜性

●粉末的位移和變形與粉末本身性能有關(guān)；

不同粉末位移、變形規(guī)律不同●粉末受力后，首先發(fā)生顆粒位移，位移方式多種多樣；●粉末顆粒位移至一定程度，發(fā)生顆粒變形，變形方式多樣；●位移和變形不能截然分開(kāi)，有重疊；

位移總是伴隨著變形而發(fā)生●粉末變形必然產(chǎn)生加工硬化

模壓成形不能得到完全致密壓坯

SchoolofMaterialsScienceandEngineering3.實(shí)際粉末位移變形的復(fù)雜性SchoolofMat

壓制過(guò)程中粉末運(yùn)動(dòng)示意圖a）松裝粉末；b）拱橋破壞顆粒位移；c）、d）顆粒變形；e）壓制成形后

a）

b）

c）d）e）SchoolofMaterialsScienceandEngineering壓制過(guò)程中粉末運(yùn)動(dòng)示意圖a）b）第二節(jié)壓制過(guò)程中力的分析單向壓制各種力的示意圖一、正壓力、凈壓力、壓力損失

(壓制壓力的分配）

●正壓力:p，P（單位壓制壓力、總壓力）●凈壓力（有效壓力）：p，，P1●壓力損失：?p，P2—克服內(nèi)外摩擦力，

P=P1+P2

?p

=p-p，SchoolofMaterialsScienceandEngineering第二節(jié)壓制過(guò)程中力的分析單向壓制各種力的示意圖一、正壓力、壓力分布SchoolofMaterialsScienceandEngineering壓力分布SchoolofMaterialsScienc園柱型壓模中取小立方體壓坯為分析對(duì)象（徑向受力均勻），假定：

●陰模不發(fā)生變形●不考慮粉末體的塑性變形xyzP壓坯受力示意圖二、模壓成形時(shí)的側(cè)壓力●定義：壓制過(guò)程中由垂直壓力所引起的模壁施加于壓坯的側(cè)面壓力稱(chēng)為側(cè)壓力（一）側(cè)壓力與壓制壓力的關(guān)系SchoolofMaterialsScienceandEngineering推導(dǎo)園柱型壓模中取小立方體壓坯為分析對(duì)象（徑向受力均勻），xyzp側(cè)—單位側(cè)壓力（MPa）；p—單位壓制壓力（MPa）；ξ=γ/（1-γ

）—側(cè)壓系數(shù)；γ—泊桑比（二）側(cè)壓系數(shù)

●定義：

ξ=γ/（1-γ

）=p側(cè)/p

：?jiǎn)挝粋?cè)壓力與單位正壓力之比

●影響因素

?泊桑比γ—材料本性（下表）

?壓制壓力（壓坯密度）SchoolofMaterialsScienceandEngineeringp側(cè)—單位側(cè)壓力（MPa）；p—單位壓制壓力（MPa材料WFeSnCuAuPbγ0.170.280.330.350.420.44ξ0.200.390.490.540.720.79表不同材料的泊桑比和側(cè)壓系數(shù)SchoolofMaterialsScienceandEngineering材料WFeSnCuAuPbγ0.170.280.330.35注意幾個(gè)問(wèn)題：

●公式計(jì)算的側(cè)壓力是平均值，沿高度不同位置側(cè)壓力不等●粉末體非流體，p側(cè)總小于p

●研究側(cè)壓力具有重要意義?估算摩擦力、壓力損失

?模具設(shè)計(jì)的需要

?解釋壓制過(guò)程中的一些現(xiàn)象SchoolofMaterialsScienceandEngineering注意幾個(gè)問(wèn)題：SchoolofMaterialsSci三、外摩擦力、壓力損失（一）外摩擦力

●定義：粉末顆粒與陰模（芯棒）之間的摩擦力。

對(duì)比：內(nèi)摩擦力—粉末顆粒之間的摩擦力

●外摩擦力與壓制壓力的關(guān)系式中，f摩—

單位外摩擦力（MPa）；μ—粉末與模壁的摩擦系數(shù)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering三、外摩擦力、壓力損失SchoolofMaterials（二）壓力損失

●定義：用于克服外摩擦力而消耗的壓制（正）壓力。

●與壓制壓力的關(guān)系（推導(dǎo)）式中，p/

—模底受到的壓力（N）；H為壓坯高度（mm）；D為壓坯直徑（mm）考慮到消耗在彈性變形上的應(yīng)力，則：

p1

—考慮彈性變形后模底受到的壓力

SchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）壓力損失SchoolofMaterialsSci

●壓力損失

?P=P2=P-P1

壓力損失是造成壓坯密度分布不均勻的根本原因；應(yīng)盡量減少；

特定情況下可以利用外摩擦力

●影響壓力損失的因素

?摩擦系數(shù)μ

SchoolofMaterialsScienceandEngineering●壓力損失SchoolofMaterialsSc

?側(cè)壓系數(shù)ξ?壓坯尺寸H/D對(duì)壓力損失（摩擦力）有明顯影響H/D相同，D不同，達(dá)到相同的壓坯密度，所需單位壓制壓力不同小直徑壓坯需較高的壓制壓力（圖）SchoolofMaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsSciencean四、脫模壓力●定義：壓制壓力卸除后，使壓坯由模中脫出所需的壓力稱(chēng)為脫模壓力?！衩撃毫εc壓制壓力、粉末性能、壓坯密度和尺寸、壓模和潤(rùn)滑劑等有關(guān)。

p脫

=μp側(cè)剩（單位脫模壓力）

P脫

=μp側(cè)剩S側(cè)（總脫模壓力）

鐵粉的脫模壓力與壓制壓力P的關(guān)系如下：

P脫≈0.13P

硬質(zhì)合金物料在大多數(shù)情況下：

P脫≈0.3PSchoolofMaterialsScienceandEngineering四、脫模壓力SchoolofMaterialsScie五、彈性?xún)?nèi)應(yīng)力與后效（Springback）●彈性?xún)?nèi)應(yīng)力：粉末體受壓后內(nèi)部產(chǎn)生的變形抗力（阻力）●彈性后效：當(dāng)壓力去除，把壓坯從壓模中脫出，由于彈性?xún)?nèi)應(yīng)力的松弛作用，粉末壓坯會(huì)發(fā)生彈性膨脹，稱(chēng)為彈性后效。●計(jì)算：

δ=?L/L0x100%=（L-L0）/L0x100%δ—高度或直徑方向彈性后效；Lo

、L—卸壓前后壓坯直徑（高度）SchoolofMaterialsScienceandEngineering五、彈性?xún)?nèi)應(yīng)力與后效（Springback）School●影響彈性后效的因素?粉末性能

粉末成形性差，難成形，需高的壓制壓力，增加彈性后效

δ霧化鐵粉>δ還原鐵粉>δ電解鐵粉

細(xì)粉彈性后效高于粗粉：δ細(xì)粉>δ粗粉?壓制壓力

P較低時(shí)，P增加，δ增加；

P較大時(shí)，P增加，δ減?。灰欢ǚ秶鷥?nèi)，P對(duì)δ影響不大（p202圖2-25）SchoolofMaterialsScienceandEngineering●影響彈性后效的因素SchoolofMaterials注意:●彈性后效各向異性（徑向彈性后效≠軸向彈性后效）●彈性后效是設(shè)計(jì)模具的重要參數(shù)之一●彈性后效是壓坯產(chǎn)生變形、開(kāi)裂的主要原因之一SchoolofMaterialsScienceandEngineering注意:SchoolofMaterialsScienc本章內(nèi)容§2.1概述§2.2壓制過(guò)程中力的分析§2.3壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系§2.4粉末壓坯密度的分布§2.5粉末壓坯的強(qiáng)度SchoolofMaterialsScienceandEngineering本章內(nèi)容SchoolofMaterialsScienc一、基本概念●成形（Forming）的定義：

將粉末密實(shí)（densify）成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度的坯體（greencompacts）的工藝過(guò)程。第一節(jié)概述SchoolofMaterialsScienceandEngineering一、基本概念第一節(jié)概述SchoolofMaterial●成形的重要性

1）是重要性?xún)H次于燒結(jié)的一個(gè)基本的粉末冶金工藝過(guò)程。

2）比其他工序更限制和決定粉末冶金整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。

a）成形方法的合理與否直接決定其能否順利進(jìn)行。

b）影響隨后各工序（包括輔助工序）及最終產(chǎn)品質(zhì)量。

c）影響生產(chǎn)的自動(dòng)化、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。SchoolofMaterialsScienceandEngineering●成形的重要性SchoolofMaterialsSc●成形方法的一般分類(lèi)冷法石膏模常壓冷法注漿加壓冷法注漿抽真空冷法注漿等靜壓成形isostatic（hydrostatic）pressing粉末壓制成形（鋼模壓制）compacting，briquetting，pressing

————普通成形注漿成形法熱法（熱壓注法）：鋼模粉末連續(xù)成形粉末軋制粉末擠壓（可塑成形）噴射成形熱成形及高能率成形——成形燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行特殊成形SchoolofMaterialsScienceandEngineering●成形方法的一般分類(lèi)冷法石膏模常壓冷法注漿等靜壓成形?按成形過(guò)程中有無(wú)壓力：

有壓（壓力）成形、無(wú)壓成形?按成形過(guò)程中粉末的溫度：

冷壓（常溫）成形、溫壓成形、熱成形?按成形過(guò)程的連續(xù)性：

間歇成形、粉末連續(xù)成形?按成形料的干濕程度：

干粉壓制、可塑成形、漿料成形●成形方法的其他分類(lèi)SchoolofMaterialsScienceandEngineering?按成形過(guò)程中有無(wú)壓力：●成形方法的其他分類(lèi)School模壓成形是最重要、應(yīng)用最廣的成形方法！本章有關(guān)成形原理的討論以模壓成形為基礎(chǔ)！SchoolofMaterialsScienceandEngineering成形壓模的基本結(jié)構(gòu)上模沖下模沖陰模粉末模壓成形是最重要、應(yīng)用最廣的成形方法！SchoolofM模壓成形的主要功用是：將粉末成形成所要求的形狀；賦予壓坯以精確的幾何尺寸；賦予壓坯所要求的孔隙度和孔隙模型；賦予壓坯以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度以便于搬運(yùn)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering

模壓成形是將金屬粉末或粉末混合料裝入鋼制壓模（陰模）中，通過(guò)模沖對(duì)粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內(nèi)脫出，完成成形過(guò)程。模壓成形的主要功用是：SchoolofMaterials模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—電動(dòng)工具零件SchoolofMaterialsScienceandEngineering模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—電動(dòng)工具零件SchoolofMat模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末燒結(jié)鋼零件SchoolofMaterialsScienceandEngineering模壓成形PM產(chǎn)品實(shí)例—汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末燒結(jié)鋼零件School二、金屬粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象圖12-4粉末壓制示意圖

1—陰模Die2—上模沖Top（upper）punch3—下模沖Bottom（lower）punch4—粉末PowderSchoolofMaterialsScienceandEngineering二、金屬粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象圖12-4粉末壓制示意圖鋼模

壓制

粉末

的

基本

過(guò)程粉末混合料稱(chēng)量、裝模壓制卸壓脫模粉末壓坯PowdermixWeighting，fillingCompactingcompactsSchoolofMaterialsScienceandEngineering鋼模

壓制

粉末

的

基本

過(guò)程粉末混合料稱(chēng)量、裝模壓制卸壓粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象：1.壓制后粉末體的孔隙度降低，壓坯相對(duì)密度明顯高于粉末體的相對(duì)密度。

壓制使粉末體堆積高度降低，一般壓縮量超過(guò)50%2.軸向壓力（正壓力）施加于粉末體，粉末體在某種程度上表現(xiàn)出類(lèi)似流體的行為，向陰模模壁施加作用力，其反作用力—側(cè)壓力產(chǎn)生。

但是粉末體非流體，側(cè)壓力小于正壓力！SchoolofMaterialsScienceandEngineering粉末壓制過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象：1.壓制后粉末體的孔隙度降低，壓3.隨粉末體密實(shí)，壓坯密度增加，壓坯強(qiáng)度也增加。壓坯強(qiáng)度是如何形成的4.由于粉末顆粒之間摩擦，壓力傳遞不均勻，壓坯中不同部位密度存在不均勻。壓坯密度不均勻?qū)号髂酥廉a(chǎn)品性能有十分重要的影響。5.卸壓脫模后，壓坯尺寸發(fā)生膨脹—產(chǎn)生彈性后效

彈性后效是壓坯發(fā)生變形、開(kāi)裂的最主要原因之一。SchoolofMaterialsScienceandEngineering3.隨粉末體密實(shí)，壓坯密度增加，壓坯強(qiáng)度也增加。Schoo三、粉末體在壓制過(guò)程中的變形（一）粉末體受壓力后的變形特點(diǎn)（與致密材料受力變形比較）1.致密材料受力變形遵從質(zhì)量不變和體積不變，粉末體壓制變形僅服從質(zhì)量不變。

粉末體變形較致密材料復(fù)雜。2.致密材料受力變形時(shí)，僅通過(guò)固體質(zhì)點(diǎn)本身變形，粉末體變形包括粉末顆粒的變形，還包括顆粒之間孔隙形態(tài)的改變，即顆粒發(fā)生位移。

！粉末體的變形是廣義變形：顆粒位移+顆粒變形SchoolofMaterialsScienceandEngineering三、粉末體在壓制過(guò)程中的變形（一）粉末體受壓力后的變形特3.致密材料變形時(shí)，各微觀區(qū)域的變形規(guī)律與宏觀變形規(guī)律基本一致，粉末體變形時(shí)，各顆粒的變形基本獨(dú)立，不同顆粒變形程度可能存在較大差異。

4.粉末體受力變形時(shí)，局部區(qū)域的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)高于粉末體受到的表觀應(yīng)力（表觀壓制壓力）。局部區(qū)域的高應(yīng)力可能超過(guò)粉末顆粒的強(qiáng)度極限。5.粉末體受力壓制，顆粒之間的接觸面積隨壓制壓力增大而增大，兩者間存在一定的定量關(guān)系。SchoolofMaterialsScienceandEngineering3.致密材料變形時(shí)，各微觀區(qū)域的變形規(guī)律與宏觀變形規(guī)律基本（二）粉末體在壓制過(guò)程中的變形動(dòng)力（變形內(nèi)因）1.粉末體的多孔性

粉末體中的孔隙包括：

拱橋效應(yīng)現(xiàn)象（圖）：粉末在松裝堆集時(shí)，由于表面不規(guī)則，彼此之間有摩擦，顆粒相互搭架而形成拱橋孔拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙尺寸可能遠(yuǎn)大于粉末顆粒尺寸。

實(shí)例：Fe理論密度7.8g/cm3

，松裝密度一般為2-3g/cm3；

W理論密度19.3g/cm3

，中顆粒W粉松裝密度3-4g/cm3

，

細(xì)顆粒W粉松裝密度∠3g/cm3。？估算其孔隙率。一次孔隙（顆粒內(nèi)部孔隙）二次孔隙（顆粒之間孔隙）拱橋效應(yīng)產(chǎn)生的孔隙SchoolofMaterialsScienceandEngineering（二）粉末體在壓制過(guò)程中的變形動(dòng)力（變形內(nèi)因）一次孔隙（顆粉末體高的孔隙率使其受力后易于發(fā)生重排SchoolofMaterialsScienceandEngineering粉末體高的孔隙率使其受力后易于發(fā)生重排SchoolofM2.粉末顆粒良好的彈塑性

制粉過(guò)程中，粉末一般都經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)處理

還原、退火→消除加工硬化、表面雜質(zhì)等3.粉末體較高的比表面積

主要作為燒結(jié)動(dòng)力，對(duì)壓制也有影響。實(shí)例：幾種商品粉末的比表面積（cm2/g）：

還原Fe粉（79%-325目）：5160

還原Fe粉（1%-325目）：516

電解Fe粉（-200目）：400

羰基Fe粉（7μm）：3460

還原W粉（0.6μm）：5000

SchoolofMaterialsScienceandEngineering2.粉末顆粒良好的彈塑性SchoolofMateri（三）粉末體在壓制過(guò)程中的（位移）變形規(guī)律1.較低壓力下首先發(fā)生位移，位移形式多樣

（a）（b）（c）（d）（e）

壓制時(shí)粉末位移的形式（a）顆粒接近；（b）顆粒分離；（c）顆粒相對(duì)滑動(dòng)；（d）顆粒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；（e）顆粒因粉碎產(chǎn)生移動(dòng)SchoolofMaterialsScienceandEngineering（三）粉末體在壓制過(guò)程中的（位移）變形規(guī)律（a）影響壓制時(shí)粉末位移的因素顆粒間可用于相互填充的空間（孔隙）粉末顆粒間摩擦顆粒表面粗糙度潤(rùn)滑條件顆粒的顯微硬度顆粒形狀加壓速度SchoolofMaterialsScienceandEngineering影響壓制時(shí)粉末位移的因素SchoolofMaterial2.粉末顆粒的變形

●彈性變形

顆粒所受實(shí)際應(yīng)力超過(guò)其彈性極限，發(fā)生彈性變形。

●塑性變形

顆粒所受實(shí)際應(yīng)力超過(guò)其屈服極限，發(fā)生塑性變形。

●脆性斷裂

顆粒所受實(shí)際應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限，發(fā)生脆性斷裂。

粉末的位移和變形，促使了壓坯密度和強(qiáng)度的增高SchoolofMaterialsScienceandEngineering2.粉末顆粒的變形SchoolofMaterial3.實(shí)際粉末位移變形的復(fù)雜性

●粉末的位移和變形與粉末本身性能有關(guān)；

不同粉末位移、變形規(guī)律不同●粉末受力后，首先發(fā)生顆粒位移，位移方式多種多樣；●粉末顆粒位移至一定程度，發(fā)生顆粒變形，變形方式多樣；●位移和變形不能截然分開(kāi)，有重疊；

位移總是伴隨著變形而發(fā)生●粉末變形必然產(chǎn)生加工硬化

模壓成形不能得到完全致密壓坯

SchoolofMaterialsScienceandEngineering3.實(shí)際粉末位移變形的復(fù)雜性SchoolofMat

壓制過(guò)程中粉末運(yùn)動(dòng)示意圖a）松裝粉末；b）拱橋破壞顆粒位移；c）、d）顆粒變形；e）壓制成形后

a）

b）

c）d）e）SchoolofMaterialsScienceandEngineering壓制過(guò)程中粉末運(yùn)動(dòng)示意圖a）b）第二節(jié)壓制過(guò)程中力的分析單向壓制各種力的示意圖一、正壓力、凈壓力、壓力損失

(壓制壓力的分配）

●正壓力:p，P（單位壓制壓力、總壓力）●凈壓力（有效壓力）：p，，P1●壓力損失：?p，P2—克服內(nèi)外摩擦力，

P=P1+P2

?p

=p-p，SchoolofMaterialsScienceandEngineering第二節(jié)壓制過(guò)程中力的分析單向壓制各種力的示意圖一、正壓力、壓力分布SchoolofMaterialsScienceandEngineering壓力分布SchoolofMaterialsScienc園柱型壓模中取小立方體壓坯為分析對(duì)象（徑向受力均勻），假定：

●陰模不發(fā)生變形●不考慮粉末體的塑性變形xyzP壓坯受力示意圖二、模壓成形時(shí)的側(cè)壓力●定義：壓制過(guò)程中由垂直壓力所引起的模壁施加于壓坯的側(cè)面壓力稱(chēng)為側(cè)壓力（一）側(cè)壓力與壓制壓力的關(guān)系SchoolofMaterialsScienceandEngineering推導(dǎo)園柱型壓模中取小立方體壓坯為分析對(duì)象（徑向受力均勻），xyzp側(cè)—單位側(cè)壓力（MPa）；p—單位壓制壓力（MPa）；ξ=γ/（1-γ

）—側(cè)壓系數(shù)；γ—泊桑比（二）側(cè)壓系數(shù)

●定義：

ξ=γ/（1-γ

）=p側(cè)/p

：?jiǎn)挝粋?cè)壓力與單位正壓力之比

●影響因素

?泊桑比γ—材料本性（下表）

?壓制壓力（壓坯密度）SchoolofMaterialsScienceandEngineeringp側(cè)—單位側(cè)壓力（MPa）；p—單位壓制壓力（MPa材料WFeSnCuAuPbγ0.170.280.330.350.420.44ξ0.200.390.490.540.720.79表不同材料的泊桑比和側(cè)壓系數(shù)SchoolofMaterialsScienceandEngineering材料WFeSnCuAuPbγ0.170.280.330.35注意幾個(gè)問(wèn)題：

●公式計(jì)算的側(cè)壓力是平均值，沿高度不同位置側(cè)壓力不等●粉末體非流體，p側(cè)總小于p

●研究側(cè)壓力具有重要意義?估算摩擦力、壓力損失

?模具設(shè)計(jì)的需要

?解釋壓制過(guò)程中的一些現(xiàn)象SchoolofMaterialsScienceandEngineering注意幾個(gè)問(wèn)題：SchoolofMaterialsSci三、外摩擦力、壓力損失（一）外摩擦力

●定義：粉末顆粒與陰模（芯棒）之間的摩擦力。

對(duì)比：內(nèi)摩擦力—粉末顆粒之間的摩擦力

●外摩擦力與壓制壓力的關(guān)系式中，f摩—

單位外摩擦力（MPa）；μ—粉末與模壁的摩擦系數(shù)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering三、外摩擦力、壓力損失SchoolofMaterials（二）壓力損失

●定義：用于克服外摩擦力而消耗的壓制（正）壓力。

●與壓制壓力的關(guān)系（推導(dǎo)）式中，p/

—模底受到的壓力（N）；H為壓坯高度（mm）；D為壓坯直徑（mm）考慮到消耗在彈性變形上的應(yīng)力，則：