專利名稱：粉末壓坯振動致密方法
技術領域：
本發明涉及粉末冶金成形工藝過程中粉末壓坯振動致密方法。
背景技術：
粉末冶金成形工藝過程一般經過以下主要工序混粉、壓坯、燒結、后處理等。通過提高制品密度可以大大提高粉末冶金零件的機械性能，如屈服強度、抗拉強度、沖擊韌性、延伸率等，而制品密度的獲得主要取決于壓坯工序中所形成的壓坯密度，盡管燒結后有一定的收縮，后處理也可以采用塑性加工使制品密度有所提高，但后兩道工序中密度提高量很小，而且塑性加工成本大為提高。通過在壓坯工序中提高壓坯密度，以最終獲得高密度制品，是經濟而有效的方法。
壓坯工序中提高壓坯密度的措施有增加壓制壓力、溫壓成形工藝、振動等，但現有技術都存在嚴重不足1)增加壓制壓力的方法由于金屬粉末在受壓致密過程中，顆粒材料產生塑性變形時引起加工硬化，使壓坯密度達到一定值后，壓制壓力升高，對壓坯密度的提高貢獻極小，不僅需要較大噸位的壓機，而且也降低了模具的使用壽命，甚至損壞模具和設備。
實際上，壓坯密度越大，所需壓制壓力越大，模具變形越大，同時壓坯內應力也越大。脫模時，壓坯彈性后效及變形增大，壓坯精度降低，甚至造成分層、裂紋等破壞。
由于壓制壓力增大時，粉末顆粒間的摩擦力及粉末與模壁間的摩擦力都增大，粉末流動性降低，導致壓坯密度及內應力不均勻性加劇。
2)溫壓成形工藝要求采用溫壓專用混合粉，其中添加有一定量的成形劑(潤滑劑和粘結劑)，壓制前混合粉和模具都必須加熱到一定溫度，現有的粉末加熱系統和模具加熱系統成本較高。在燒結時成形劑分解，一方面使制品密度降低，另一方面使燒結收縮量和變形加大而降低制品精度。
目前，溫壓專用混合粉、專用壓機和加熱系統只有國外少數幾家公司可以生產，國內仍需大量進口。
3)現有振動致密方法存在以下問題(1)將振動源固定在工作臺上帶動陰模振動，依靠陰模側壁對陰模腔中的粉末施加振動作用，對粉末的有效致密作用較小，而絕大部分振動能對設備起破壞作用，由于振動力與振動體質量成正比，與工作臺的質量相比，粉末的質量很小。
(2)振動源的振動頻率固定不變或有級可調，在壓制過程中沒有采取在線連續控制措施，不能適應不同粉末品種的材質特性，更不能適應壓制過程中壓坯密度連續變化的實際。
(3)振動源的無負載振幅固定不變或有級可調，在壓制過程中沒有采取在線連續控制措施，隨壓力的增大，壓坯與陰模及模沖結合剛度提高，振幅減小，不能適應壓制過程中壓坯密度連續變化的需要。
(4)振動源的主振動方向不確定，其振動位移軌跡為橢圓，且由于陰模與模沖之間的配合間隙較小，振動橫向分量對模具精度和使用壽命不利。
(5)壓坯密度與壓制壓力達到一定值(壓坯密度未達到要求)時，壓坯與陰模及模沖結合在一起作為一個整體同步振動，從而完全喪失振動致密作用，而事實上起破壞設備作用。
(6)沒有建立起壓坯密度與壓制壓力及振動參數之間的關系，也未確定振動起停時刻與壓制過程的時序關系，粉末壓坯密度未達到一定值時，不適當地采用振動，壓坯將產生成分偏析。所以，這種振動致密方法存在嚴重不足。
本

發明內容
本發明的目的就是為克服現有粉末壓坯致密方法存在的壓坯密度不夠高且密度均勻性差、壓坯內應力大且分布不均勻、壓坯彈性后效大及壓坯變形大、現有振動不合理、壓坯成分偏析、設備成本高等缺點，而提出的一種新的粉末壓坯致密方法，即依據粉末特性和連續變化的壓坯密度自動控制壓制壓力、振動頻率和振幅大小，通過模沖直接作用于粉末，使粉末壓坯致密的方法。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種粉末壓坯振動致密方法，它包括以下主要工藝過程裝填混合粉或溫壓專用混合粉(容積法、稱重法或注射法)、對粉末加壓(單向或雙向)、壓坯達一定密度后施加振動(單向或雙向)同時壓制壓力繼續增大、脫模。
其特征在于
1、振動主體是模沖，直接作用于粉末，振動位移軌跡為一直線，且其方向與壓制壓力方向相同。
2、混合粉未受壓或壓制壓力很小而處于自由流動狀態時不可施加振動，對粉末施加壓力達一定值，即壓坯獲得一定密度(壓坯相對密度≥松裝密度/理論密度+0.05)后，開始施加振動，則可阻止因為振動而導致的粉末成分偏析。
3、在振動過程中，壓制壓力繼續隨壓坯密度的提高而增大，直至壓坯密度達到要求，而最大壓制壓力可以減小到無振動壓制時的2/3以下。
4、振動頻率在0～300Hz范圍內，隨壓坯密度的提高而提高。由于隨壓坯密度的提高，壓坯中粉末顆粒間的摩擦力增大，導致粉末顆粒轉動能壘增加，提高振動頻率可以有效提高壓坯中粉末顆粒角動量而獲得足以克服轉動能壘的轉動能，且轉動能與振動頻率的平方成正比。
5、振幅在0～0.5mm范圍內，隨壓坯密度的提高而減小。由于壓坯在致密過程中粉末顆粒的位移隨壓坯密度的提高而減小。
6、壓制壓力及振動參數與壓坯密度及粉末特性具有確定的關系。
本發明的優點在于1、在獲得相同壓坯密度條件下，壓制壓力可以比傳統的小1/3以上，達到了以柔克剛的效果，因此1)可以降低對設備的噸位要求，同噸位的壓機可擴大被加工產品的尺寸范圍；2)模具變形減小，壓坯精度提高；3)模具磨損減小，壽命提高；4)壓坯內應力減小，回彈效應減小，壓制成形缺陷減少甚至可以消除，同時燒結變形小，因而制品精度高，成品率提高；5)由于壓制壓力的減小使粉末顆粒的塑性變形和彈性變形都減小，壓制壓力卸載后，壓坯對模壁的正壓力小，所以脫模力小，從而避免壓坯表面拉傷，降低表面粗糙度，而且有利于壓制復雜形狀零件。
2、壓坯密度提高，由于振動力場充分發揮了顆粒重排致密作用。與靜壓成形工藝相比，振動致密工藝可使鐵基粉末壓坯密度提高約0.1～0.3g/cm3，可達7.2g/cm3。因而壓坯強度高，可達25～32MPa，比傳統方法提高50～100％，不僅降低壓坯在搬運過程中的破損率而且能對壓坯進行機加工而后燒結，表面質量好。
3、壓坯密度均勻性好，振動克服粉末顆粒與模壁的摩擦以及粉末顆粒間的摩擦，大幅度減小壓坯高度方向的壓力損失，從而減小壓坯高度方向的密度不均勻度，可達0.1g/cm3以下。因此，可增大制品的長徑比。
4、壓坯殘余內應力減小，內應力均勻性好，振動力場在很大程度上消除了壓坯內應力，因而壓坯彈性后效減小，變形減小，可以消除壓坯內部裂紋等缺陷。
為了更加詳細地說明本發明，下面提供了本發明的一個實施例。
具體實施例方式1、在普通液壓機上或者在溫壓成形機上，添加專用數控液壓激振子系統和專用電器控制子系統。
2、專用數控液壓激振子系統輸入端的壓力油來自現有壓機液壓系統的高壓油輸出口，其輸出為脈動壓力油，通入現有壓機油缸的工作行程進油口，迫使液壓活塞和模沖產生脈動步進式振動。
3、專用電器控制子系統輸入端采用線位移光柵傳感器，用來采集模沖工作位移(從接觸粉末開始產生的位移)信號，精度達0.001mm，采樣時間＜1/300s，以適時表征壓坯密度，經專用電器控制子系統內控制程序變換后，其輸出端，一路與現有壓機的電器控制系統合并，以控制由現有壓機的液壓系統提供的壓制壓力；另一路與專用數控液壓激振子系統相連接，以控制振動頻率和振幅。
4、專用電器控制子系統內控制程序依據粉末特性和連續變化的壓坯密度自動變換控制信號，以控制壓制壓力、振動頻率和振幅，變換規則有1)壓制壓力隨模沖工作位移的增加而增大，直至模沖位移達到最大值；2)模沖工作位移達一定值(壓坯相對密度≥松裝密度/理論密度+0.05)后，開始施加振動；3)振動頻率在0～300Hz范圍內隨模沖工作位移的增加而提高；4)振幅在0～0.5mm范圍內模沖工作位移的增加而減小。
權利要求
1.一種粉末壓坯振動致密方法，粉末冶金成形工藝過程一般經過以下主要工序混粉、壓坯、燒結、后處理等，本發明特征在于在壓坯工序中，通過模沖對陰模腔中的粉末同時施加隨壓坯密度變化而變化的壓制壓力和振動。
2.根據權利要求1所述的粉末壓坯振動致密方法，其特征在于所述振動的振動主體是模沖。
3.根據權利要求1、2所述的粉末壓坯振動致密方法，其特征在于所述振動的振動位移軌跡為一直線，且其方向與壓制壓力方向相同。
4.根據權利要求1、2所述的粉末壓坯振動致密方法，其特征在于所述振動開始施加的條件為壓坯相對密度一松裝密度/理論密度≥0.05。
5.根據權利要求1、2所述的粉末壓坯振動致密方法，其特征在于所述振動的振動頻率在0～300Hz范圍內，隨壓坯密度的提高而提高。
6.根據權利要求1、2所述的粉末壓坯振動致密方法，其特征在于所述振動的振幅在0～0.5mm范圍內，隨壓坯密度的提高而減小。
7.根據權利要求1所述的粉末壓坯振動致密方法，其特征在于所述壓制壓力在振動過程中繼續隨壓坯密度的提高而增大，直至壓坯密度達到要求。
全文摘要
一種粉末壓坯振動致密方法，其特征在于在壓坯工序中，通過模沖對陰模腔中的粉末施加隨壓坯密度變化而規律性變化的壓制壓力，當壓坯相對密度—松裝密度/理論密度≥0.05時，再同時施加隨壓坯密度變化而規律性變化的振動。所述壓制壓力隨壓坯密度的提高而增大；振動頻率隨壓坯密度的提高而提高，在0～300Hz范圍內，振幅隨壓坯密度的提高而減小，在0～0.5mm范圍內。本發明的優點在于壓制壓力可以比傳統的小1/3以上，使得模具變形減小，壓坯精度提高，壓坯內應力減小，壓坯密度均勻性好。
文檔編號B22F3/093GK101073832SQ200710015069
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月21日 優先權日2007年6月21日
發明者汪太平 申請人:汪太平