粉末冶金压坯缺陷分析.pdf

第 3 0卷第 4期 2 0 1 2年 8月 粉 末 冶金 技术 Po wde r M e t a l l ur g y Te c hno l o gy Vo 1 ． 3 0 ，No ． 4 Aug , 2 01 2 粉末冶金压坯缺陷分析 申小平 ’ 许桂 生 1 南京 理工大学工程训练 中心 ， 南京 2 1 0 0 9 4 2 南 通富士液压机床有限公 司， 江苏南通 2 2 6 5 4 1 摘要 在粉末冶金零件 压制过程 中， 由于原材料 、 零件设计 、 模具设计 、 成形设备 工装 、 模具组装 、 压制工 艺 等原 因 ， 而产生粉末冶金压制件 压坯 缺 陷 ， 如 密度不合 格 、 尺寸超 差、 裂 纹等 ， 最终 导致 粉末 冶金零 件批量 报废 。本文列举 了在粉末冶金零件压制过程 中常出现的各类压坯缺陷 ， 并结合 真实案例详细地分 析了产生 缺 陷 的原 因 ， 提 出了克服压坯缺 陷的方 法和措施 。 关键词 粉末冶金零件 ； 压坯缺陷 ； 缺 陷产 生原因 ； 方法措施 De f e c t a n a l y s i s o f p o wd e r m e t a l l ur g y c o m pa c t Sh en Xi ao pi ng” ， Xu Guhe ng 1 E n g i n e e ri n g T r a i n i n g C e n t e r ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 9 4 ， C h i n a 2 N a n t o n g F u j i H y d r a u l i c M a c h i n e T o o l L i m i t e d C o m p a n y ，N a n t o n g J i a n g s u 2 2 6 5 4 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I n p r e s s i n g p r o c e s s o f p o w d e r m e t a l l u r gy p a r t s ，p o w d e r m e t a l l u r g y m o l d i n g b l a n k d e f e c t s a r e o ft e n r e s u l t e d i n d u e t o r a w ma t e r i a l ，pa r t s d e s i g n，mo l d d e s i g n，f o r mi n g e qu i p me nt ，t o o l i ng，mo l d a s s e mb l y，p r e s s i n g t e c h n ol o gy a n d o t h e r r e a s o n s， s u c h a 8 t h e u nq u a l i f i e d d e ns i t y， o v e r s i z e，c r a c k，e v e n t u a l l y l e a di n g t o t h e ba t c h r e j e c t i o n o f p o wd e r me t a l l u r gy p a r t s ．Va rio u s t y p e s o f b l a n k d e f e c t s i n p o w d e r me t a l l u r gy c o mp a c t i o n p roc e s s a r e en u me r a t e d，a n d t he c a u s e s o f de f e c t s a r e a na l y z e d i n de t a i l ，t h e me t h o d s a n d me a s u r e s t o s o l v e c o mp a c t d e f e c t s a r e p u t f o r wa r d c o mbi ne d wi t h t he r e a l c a s e o f d e f e c t s ． Ke y wor d sp o wde r me t a l l ur gy p a r t s；bl a n k d e f e c t s；d e f e c t pr o du c i ng r e a s o n s；me a s u r e s 粉末 冶 金零 件压 制是 保证 产 品质 量 的一 个 关键 工序 。在 压 制过 程 中 ， 由于种 种原 因 ， 常会产 生 粉末 冶金压制件 压坯 缺陷。常见 的压坯 缺陷有压坯 密度不均匀、 分层、 裂纹、 掉边掉角 、 毛刺过大 、 表面 划伤 、 同轴度超差等 。缺陷的产生可谓防不胜防， 即 使生产了多年的产品也会有各种缺 陷， 从 而导致制 品 的批量 报废 。长 期 以来 ， 压 坯 缺 陷一 直 困扰 着 粉 末 冶 金制 品企 业 。作 者从 事粉 末冶 金 制 品研 发 工作 2 0多年 ， 遇到过各类结构形状制 品在成形过程 中所 出现的种种问题 ， 归纳起来 主要 反映在 以下 4个方 面 ①压坯密度不符合设计要求 ； ②压坯尺寸不符合 要求 ； ③形位公差超差； ④外观缺陷。现分别予以评 述 ， 供 有关 业者 探讨 。 1 压坯密度不符合设计要求 在粉末冶金零件生产中， 材料的密度愈高 ， 其物 理、 力学性能愈 高⋯ 。也就是说 ， 粉末冶金零件压 坯密度的高低和分布情况将决定最终制品的性能。 因而 在粉 末冶金 模 具 调 试 和压 制 过 程 中 ， 压 坯 的密 度是 必须 检测 的项 目。在密 度 检 测 时 ， 应 注 意 不 同 结构和要求的压坯要 区别对待 1 对密度要求精确的制 品， 一定要注意不能以 调试压 力 的首件 为 准 ， 这 是 因 为调 试 压 力 的首 件 制 品保 压时 间远 长于 实 际 生 产时 的 保 压 时间 ， 因而 首 }申小平 1 9 6 3一 ， 女 ， 学 士 ， 高级工程 师。E m a i l x p s h e n l 7 1 1 6 3 ． c o m 收稿 日期 2 0 1 20 3 0 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉末冶金技术 2 0 1 2年 8月 件制品密度偏高。 2 对 于 微小 产 品 ， 密 度 测 试 值 误 差 较 大 ，可 以 选取多件一同测量 ， 所测密度值近似于其平均值 。 3 对于多台阶制 品， 不仅要测整体 密度 ，通 常 还需要根据 台阶情况分段测量密度 ，以反映压坯各 部 分 的密度 分布 情况 ， 及时 调整各 台 阶装粉 比 ，以保 证 密度 分布 的均 匀性 4 对于导管一类长且薄壁的制品 ， 常 由于压制 方式及浮动量的不 同， 引起制品的上 、中、 下各部分 的密度差很大 ， 因而在调试这一类制品时 ，必须进行 分段密度的测量 ， 以保证各段密度差控 制在一定的 范 围 内。 经检测压坯的密度不符合设计要求时 ，其 应对 措施有 1 如压坯密度偏低 ， 可以适当增大压制压力 。 2 对于一些形状复杂 的模具， 由于高的压制力 会影响模具使用寿命， 可选用高压制性能的粉料 。 3 如压坯密度均匀性差 ， 使用流动性能好 的粉 料 。 4 如压坯密度不稳 定， 可改善装 粉条件 、控 制 可动模具的运行速度 、 延长保压时问等 。 5 对于细长零件 ， 改变压制方式或调整浮动量 以达到 调整 密度 的 目的 。如 压 坯上 端 密 度 低 ，可 以 在上 部增 加 1个后 压 ， 也 可 以使 阴模 或 芯 棒 的 下 浮 动量减小 ， 以使压坯上端密度提高。 6 对于多台阶制品 ， 密度偏低 的台阶应增加其 装粉量， 如果是浮动模冲还可通过改变其运行速度 、 改变粉料流向的方式来 达到提高该 台阶密度 的 目 的 。 7 对于特殊形状制品 ， 还应多考虑改进模具 结 构。如图 1 a 所示 的摩托车离合器用外套 ，有 3个 与外台方向相反 、 窄小的斜面台阶， 此斜面台阶是重 要的工作面 ， 有较高 的强度及精度要求 。 由原 来 的 组合下模冲、 补偿装粉 的模具结构 ，改 为 如 图 1 b 所示的整体下模冲和组合上模 冲的模具结构 ，可 彻 底消除密度差， 实现批量生产 。 ， ＼1 ＼＼ { 上 模冲1 _ ／ ／ ／ 上模冲Ⅱ ， ＼ 、 ＼ ＼ ／ ／ 一 弹簧 ＼ ～～ 螺 阴模 ＼一 冲 I ＼ ＼ 模 冲 Ⅱ ／ ／ 、 ＼ l ＼ Y／／ a 压坯 图； b 模具结构 图 图 1 摩 托车离合器用外套 的压坯 图和其压 制模具结构 图 1 co mp a c t a n d i t s p r e s 8 i “g t 0 0 l i n g u s e d f o r j a c k e t 。 f c l u t c h i n m。 t o r c v c l e 2 压坯尺寸不符合要 求 2 1 径 向尺寸不 合格 或 孔距不 合格 可能是模具设计或制造有问题。如果误差可 以 通过 调整 工艺 即通 过调 整 粉 料成 分 、压坯密度 、 烧 结工艺等 消除 ， 还可补救 ， 否则只有报废模具 。 2 ． 2轴 向尺 寸不 合格 对于无 台阶柱面压坯 ， 调整装粉 、 改变压制压力 或延长保压时间等， 便可调整和稳定轴 向尺寸 。对 于台阶压坯 ， 调整组合模冲的成形位置 、各 台阶 的装 粉比、 浮动模冲的运行速度等都可改变 台阶高度尺 寸 。 1 模冲成形位置 由于粉末的横 向流动， 各模 冲的弹性变形量不 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷第 4期 申小平 等 粉末冶金压坯缺 陷分 析 2 8 1 同 ， 将影响压坯的厚度。因而在模具设计 时应尽量 将模冲设计成可调的形式 。 2 各 台阶装 粉 比 装粉不均匀是不可避免的， 加之粉料的不稳定 性 ， 使 得 实 际装 粉 比与计 算值 之 间存在 一定 的误 差 ， 因而在模具设计时应尽量有调节装粉机构。 3 浮动模 冲的运行速度 图 2 a 所 示 的镶块 制 品， 其装 粉方式 如 图 2 b 所示。浮动模冲运行速度的变化会引起粉末 的 流动 ， 从 而导 致 台 阶 尺 寸及 密度 发 生 变 化 。若 下 浮 动模 冲 移动 过早 过快 ， 会 使得 此处 密度 过大 、 尺 寸变 3形 位 公 差 超 差 3 ． 1直 线 度 厚 ， 如图 2 c 所示 ； 图 2 d 所示情况相 反； 若上固 定模冲及上浮动模冲在送粉和压制过程中无相对运 动 ， 类似于整体模冲， 将造成上台阶及薄台阶处密度 低 、 尺寸 小 ， 由于不 同时 成形 ， 在 密度 相 差 大 的 下拐 角处 易 出现裂 纹 ， 如 图 2 e 所示 。浮动 模 冲 的运行 速度 ， 主要取决于模具结构 。如下拉式压机模架有 粉末 移送 系统 ， 可 根据 压 坯 的 密 度及 尺 寸 情 况方 便 地调节； 对于无粉末移送系统的模具 ， 只能依靠浮动 模 冲的浮动力大小来调节 ， 也能起到同样的效果 ， 不 过稳 定性 要略差 。 ； J l l 『 ，／ 表示低密度区 表示高密度区 a 压坯图 ； b 装粉 方式； c 浮动冲下移快； d 浮动 冲下移慢 ； e 二上冲同速下 移 图 2 浮动模冲 的运行速 度对压坯密度及尺寸的影响 Fi g ． 2 Ef f e c t o f o pe r a t i ng s pe e d o f f l o a t i n g p u n ch o n d e n s i t y a nd s i z e o f c o mp a c t 产生直线度超差的原 因有 模具的直线度超差、 压坯 密 度分 布不 均 匀 、 压 坯 的壁厚 不均 匀等 。 3 ． 2平行 度 产 生平 行度 超 差 的原 因有 模 具 的平行 度 超差 、 装粉不均匀等。 3 ． 3 同轴 度 产生同轴度超差的原因有 模具的精度超差、 压 制工装及设备精度低、 模具安装不符合要求 、 装粉不 均匀等 。 在粉末流速适 当、 模具精度符合设计要求 、 压制 工装及设备精度满足安装要求 的情况下 ， 形位公差 主要与压坯的密度分布有关 ， 在压制方式确定 的情 况下 ， 压坯密度 的分布直接与充粉效果有关。 图 3所示为同一零件的2种装粉方向。图 3 a 以对 角 方 式装 粉 ， 压 坯壁 厚 差 为 0 ． 0 5 mm～0 ． 1 0 m m； 图 3 b 以对边方式 装粉 ， 压坯壁厚 差 0 ． 1 0 mm； 按图 4 d 或图 4 e 的方 向装 粉 ， 厚度差便 可控制在 0 ． 0 5 m m 以内 ， 满足 了平行度 的要求 ， 省去 了后续磨加工。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 2 粉末冶金技术 2 0 1 2年 8月 a 角形杆压坯 ； b ， C ， d 。 e 装粉方向 图 4 角形杆压坯及其不同的装粉方向 Fi g ． 4 Va r i o u s p o wde r f i l l i n g di r e c t i o ns o f c o mp a c t s 4外观不合格 粗糙度高、 毛刺过大、 掉边掉角、 拉毛和裂纹等 台易掉边掉角 b 易掉边掉角 都是 常见 的压 坯外 观缺 陷 。 4 ． 1 压坯 粗糙 度高 、 毛刺 过大 、 掉边 掉角 引起 压坯 粗糙 度高 、 毛刺 过大 、 掉边 掉 角的最 直 接原因是模具不合格。模具粗糙度高， 势必引起压 坯粗糙度高； 模具配合 间隙超差 ， 压坯必定毛刺大 ， 甚至过大的模具配合间隙会使得压坯边角处密度过 低 ， 而引起掉边掉角。针对压坯粗糙度高， 需要重新 研抛模具 ， 如研抛余量不足， 就需更换合格的模具 。 针 对压 坯 的毛刺过 大 和掉边 掉角 的唯 一解决 办法 是 更换合格的模具。 压坯产生掉边掉角还与其形状复杂程度有直接 关系 ， 如图 5所示 。解决的办法有 采用合适 的漏粉 靴 、 降低模 具粗 糙度 、 改变 推料 方 向或用 机械 手夹 持 压坯 等 。 ㈦ 螂易 边掉角 ’ l f ’ ，． ． 、． ． L ， ． ’ ● 面易掉边掉角一 a 凸台 ； b 拼模接缝 ； C 端部环槽 ； d 非对称复杂压坯 图 5脱模时易掉边掉角的压坯示例 F i g ． 5 T y p i c a l e x a mp l e s f o r e a s y d a ma g e d c o mp a c t s i n e j e c t i o n 压坯 的 存 放 、 搬 运 过 程 中 ， 应 注 意 压 坯 排 放 整 齐 ， 压坯之 间应 有 隔板 ， 以 免压 坯 相 互 挤 压 、 磕 碰 使 压坯产生掉边掉角 ， 可见文明生产 、 科学管理也是防 止压 坯产 生掉 边掉 角 的有效措 施之 一 。 4 ． 2拉毛 拉 毛是指 脱模 时压 坯 表 面产 生 的划 痕 沿 脱 模 方 向 。引起拉 毛的原 因有 1 润滑不够 ， 局部产生 高温， 致使粉末 焊在模 壁上 ， 这种现象称 为粘模。粘模使压坯表面产生严 重拉 毛 。 2 阴模软或粗糙度高 ， 也易产生拉毛。 3 模 腔表 面局 部被 啃或 划伤 。 纠正措施 如 下 1 提高阴模的硬度 、 精度 ， 降低表面粗糙度 ； 2 阴模 内形 应有 合适 的脱 模锥 度 ； 3 选用纯度高的原料粉及合适的润滑剂。 4 ． 3 裂纹 裂纹 是 由于压坯 所 受 的破 坏力 大 于粉末 颗粒 之 间 的结合 力 而在压坯 上 形成 的一种 开裂 现象 。压 坯 成形 时最 常见 的缺 陷 就 是 裂 纹 ， 主 要 有 以下 几 种 形 式 。 4 ． 3 ． 1 侧面龟裂 在压坯 的表 面形成垂 直于脱模方 向的细小 裂 纹 ， 严重时这些横纹斜向撕开， 甚至相连， 人们形 象 地称之为龟裂。龟裂 主要 位于压坯 的中下部位 表 面 ， 轻微 时 肉 眼 不 易 发 现 ， 在 烧 结 后 也 只 能 部 分 消 除； 烧结工艺不当会使裂纹进一步扩展， 因而侧面龟 裂易引起制品的大量报废。在试模 及生产时， 应加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 4 粉末冶金技术 2 0 1 2年 8月 2 适当减小拐角处的圆角 ， 以减少拐角处的粉 末流 动 。 3 适 当 降低压 坯密度 。 4 采 用 合 理 的 成 形 方 法 ， 实 现 补 偿 装 粉 ； 用 粉 末 侧 向移动 法 ， 改 变粉 末流 向 ， 以减轻 过压状 况 。 5 改善 粉料 的流 动性 和压 制 性 能 ， 以减 轻 过 压 状况 。 b l I I l 、 l ， 1 ／‘ _ __。 ／2 _此凸台成形密度很低 图 9皱纹示例 Fi g ． 9 Ty pi c a l c r i mp i n g e x a mp l e s 4 ． 3 ． 3 分 层 沿压坯 的棱 边或 端 面 向内部发展 的裂纹称 为分 层 ， 如 图 1 0 a 所示 。产生 分层 的原 因有 1 压制压力过 高。压力过高 ， 加剧加工硬化 ， 粉末 颗粒 变形 困难 ， 各 方 向 的应 力 随 之 增加 。如 压 制板状压坯时， 由于装料密度不均 ， 局部压力过高 ， 使高密度处的粉末受压后 向低密度处流动 ， 造成压 坯 内部 裂纹 。压坯 截 面积越 大 ， 装 料越 不易 均匀 ， 过 压 机会 越多 。另 外 ， 压 机 压力 不 稳 也 将 产生 压 坯 的 过 压 。过压 的压 坯 ， 用 肉眼 可看 到 表 面 上有 明显 的 灰 白区域花 纹 ， 严重 时放置 一段 时 间后 表 面会起 皮 。 2 粉料压制性能差。如使用的粉料粒度不合 b l I l l I lJ I● 4 d 适 或粉 料颗 粒 的硬度 高 、 杂 质含量 多等 ， 在 压制过 程 中都易过压而产生裂纹。 3 模具 磨损 。如 模具 在 成 形 段磨 损 ， 在 压制 过 程 中 ， 已开始压 缩 的粉料 经磨损 段 出现横 向移 动 ， 重 新成 形 ， 而形成 层 裂 。 图 1 0 a 所 示 的 进 排 气 门 座 圈易 出现 因模 具磨 损引起 的层 裂 。 4 模具刚性差 。若 阴模的刚性差 ， 压坯在压制 时向外膨胀 ， 引起粉料侧 向移 动， 压力释放后 ， 阴模 回复 力大 ， 使压坯 形成 层裂 。上 述情 况严重 时 ， 压坯 挠 曲而形 成与压 制 方 向平行 的层 裂 ， 如 图 1 0 b 所 示 。如芯 棒 的 刚 度 不 足 或 侧 隙过 大 ， 对 于 如 图 1 0 c 所 示 的 多孔 类 零 件 ， 其 孔 口处 易 出现 开 裂 并 向 压坯内部延伸， 这是由于在压制过程中， 芯棒侧向移 动使已压缩的粉料产生侧向移动而引发层裂 。对于 图 1 0 d 所示 的带斜 坡 的压坯 ， 在压 制过 程 中 ， 粉 末 侧 向移动 就类似 于 模 具 刚性 差 引 起 的侧 移 ， 将 在 斜 坡 的下端 出现层 裂 ， 肉眼可 看 到表 面起泡 ， 轻触 可剥 落。采用组合模冲时， 如果间隙大 、 模 冲刚性不足或 模 冲支撑 板 的刚性 不 足 ， 在 压 制 时模 冲将 产 生 不 可 控弯曲， 使已压缩的粉料产生侧向移动 ， 当应力释放 时 ， 压坯又将形成新 的平衡 ， 从而出现裂纹。如图 7 所 示 的飞块 压坯 ， 下 组合 模 冲 的刚 性 不 足 时易 引起 侧 面 的层裂 。 分 层 的改进措 施 为 1 装料 均匀 ； 2 压机 压力 稳定 且不 过压 ； 3 选用流动性和压制性能好的原料 ； 4 采用保护脱模 ； 5 模 具 的 刚 度 必 须 尽 量 高 。如 阴 模 及 芯 棒 尽 量用刚度高的硬质合金制造； 模具 之间的侧隙应尽 量 小 ； 在 设计 和制 造过 程 中应 注 意 控 制模 冲切 削 加 工的空刀量 ， 以免削弱其强度及刚度 ； 模 冲的支撑板 的刚度尽量高等。 a 进排气 门座圈 ； b 板状压坯 ； c 多孔压坯 ； d 带斜面压坯 图 1 0分 层 裂 纹 示 例 F i g ． 1 0 Ty p i c a l e x a mpl e s f o r l a y e r i ng c r a c ks 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 4期 申小平等 粉末冶金压坯缺陷分析 2 8 5 4 ． 3 ． 4 拐 角裂 纹 在 压 坯 的拐 角 处 形成 并 向 内延伸 的开 裂 ， 称 为 拐角裂纹 。根据裂纹的延伸方 向可将裂纹分为 滑 移型 、 剪 切型 、 弯 曲型 和拉 伸型 。 1 滑移 型 滑移 型裂 纹 的延 伸方 向基本 在 拐角 圆弧 的切 线 方 向上 ， 如 图 1 1中 的 A 裂 纹所 示 。滑 移 型 裂 纹 的 形成 是 由于在 压 制过 程 中 ， 装料 比 、 粉料 的压 缩情 况 不符合多台阶压制成形原理的要求 ， 粉末颗粒产生 了横 向移动 而 引起 的。 ①补偿装粉不足 如图 1 2所示的飞轮压坯 ， 按其厚度可以不用补 偿装 粉 ， 但此 时 由于斜 面 的存在 ， 粉 料 的流 向将在 压 制时改变而产生图示裂纹。 改 进措 施 是 采 用 组 合 模 冲 、 重 新 设 计 压 坯 形 状 、 采用适量的后加工等 。 ②粉末移送不到位 对 于如 图 1 3所示 上下 均有 台 阶 的一 类 制 品 ， 需 要用粉末移送法才能成形。如果粉末移送不到位便 开始 压 制 ， 粉 料 会 有 较 大 的侧 向移 动 ， 压 缩 比改 变 ， 在 压制 终 了 时 ， 后 成 形 台 阶 上 的粉 料 会 在 分 型 处 拐角 处 挤 向已成形 台阶 ， 从 而产 生裂 纹 。 改进措施是 对于有粉末移送机构的 自动模 ， 调 节粉末移送位置或者上组合模冲的加压速度 ； 对于 无粉末移送机构的模具 ， 调节补偿装粉量、 上组合模 冲的浮动距离或者下模冲的移动速度等。 ③浮动模冲的移动速度不当 在压制时 ， 如浮动模 冲移动速度 比压制速率慢 ， 相 当于浮 动支 撑力 过 大 ， 类 似 于粉 末 移 送 不 到 位 即 开始成形的情况 ， 产生的裂纹延伸向低密度区， 如图 1 3所示 。相反 ， 如浮 动模 冲移动 速度 比压制速 率 快 ， 相 当于浮 动支 撑力 过小 ， 那 么引起 粉 料 的流 向刚 好相 反 ， 其裂 纹 方 向如 图 1 4所示 。 改进措施是 对于前者 ， 降低模冲的浮动支撑力 或强制模 冲浮动 ； 对 于后者 ， 增加模 冲 的浮 动支撑 力 ， 以控制浮动模冲的运行速度 ； 也可通过调节装粉 比， 即适 当增加低密度区的装粉比来避免裂纹。 2 剪切 型 剪切型裂纹的延伸方向有 2个 ， 如图 1 1中的 B 裂 纹 和 D裂 纹 所 示 。一 个 方 向 位 于 基 本 与压 制 方 向平行 的压坯分型面上 ； 另一方 向则是沿着压坯的 台阶面向内， 几乎垂直于压制方 向。剪切型裂纹的 图 1 1 不同类型的裂纹 示例 F i g ． 1 1 Di f f e r e nt t y p o l o g i c a l c r a c ks 图 1 2 补偿装粉 不足 引起的裂纹 示例 Fi g ．1 2 Cr a c k f o r c o mp e ns a t i n g un d e r fil l i n g 图 1 3 粉末移送 不到位引起的裂纹 示例 Fi g ．1 3 Cr a c k for po wd e r l a c k i ng i n f i l l i n g 图 l 4浮动模 冲的移 动速 度不 当引起的裂纹 示例 Fi g ．1 4 Cr a c k f o r i mpr o pe r o p e r a t i ng s pe e d o f flo a t pu nc h 形 成原 因有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 6 粉末冶金技术 2 0 1 2年 8月 ① 补偿 装 粉不 足 、 粉 末 移送 不 到 位或 模 冲的移 动 速度 不 当 当产生滑移裂纹的其 中任一原 因较严重时 ， 都 将引起制品的各 台阶不能同时成形 ， 使得在浮动模 冲上 先成 形 的台 阶 ， 在 压 制 终 了 时 移 到成 形 位 而形 成裂 纹 ， 如 图 1 5 a 所示 。 ②浮动模冲的拐角圆弧过小 当浮 动模 冲的 拐 角 圆弧 过小 时 ， 拐 角 处 的粉 料 在压制过程 中流动困难 ， 在分型处形成剪切裂纹。 ③脱模不同步 台阶压坯在脱模时 ， 壁厚大且密度高的部分回 弹 大 ， 如果 此 部分先 脱 出阴模 ， 而壁 厚小 且密 度低 的 一 端仍箍 在模 具 中 ， 就 会形 成 图 1 5 b 所 示 的剪 切 裂 纹 。、 改 进措 施包 括 采 用补偿 装 粉 ； 减 小 浮动模 冲 的 支撑力 ； 采用强制浮动模具 结构 ； 台阶处有过渡 圆 弧 ， 避 免应 力集 中； 采 用 合理 的密 度 分 布 ， 改 善 压坯 强 度。 b 『 4 o 4 d 矗 L j 图 1 5剪切 型拐 角裂纹 Fi g ． 1 5 S h e a r i ng c o r n e r c r a c k s 3 弯 曲型 弯 曲型 裂 纹 主要 是 在脱 模 的过程 中形 成 的 ， 其 开裂 方 向如 图 1 1中 C裂 纹 所示 。 由于在 压 制 力 消 除后 ， 组合模冲各部分间的回复程度不同 ， 从而在 回 复小 的压 坯 台阶 与模 冲之 间 形 成一 定 的 间隙 ， 在 随 后的脱模过程 中， 因间隙的存在使得该压坯台阶缺 少支 撑力 ， 在脱 模 力 的作 用 下弯 曲而形 成裂 纹 ， 如 图 1 6所示 。为 简 化 模 具 结 构 ， 很 多 复 杂 的 台 阶 类 制 品 ， 常 采用 台阶 阴模或 台 阶芯棒 的方 法生产 ， 此 类模 具压制 的压坯在脱模 时， 尤其应注意弯曲型裂纹 的 产生 。 改进措施包括 采用保护脱模 ； 在调模 时， 应注 意压坯的密度分布 ， 以改善压坯强度； 模具的粗糙度 要低 ， 有合适的脱模斜度。 b 图 1 6弯 曲型拐角裂纹 Fi g ．1 6 Be nd i n g c o r n e r c r a c ks 4 拉伸 型 拉伸型裂纹是指在压制力消除后及随后的脱模 过程 中 ， 因模具 回复 动作 引起 压坯 承受拉 伸力 作用 ， 而形 成 的裂纹 ， 其开 裂方 向如 图 1 1中 D裂 纹所 示 。 如 图 1 7 a 所示 ， 在 达到 压制 终 了时 ， 阴模 及 浮 动模冲将落在各 自的固定垫块上而压实 ， 压制力 消 失后 ， 阴模在浮动支撑力的作用下将向上 回弹 ， 但有 一 部分压坯紧固在其余 固定 的模具 中， 不能随阴模 一 同回复 ， 从而在压坯的拐角处形成拉伸型裂纹。 同样 ， 在脱模过程中， 特别在上台阶脱出阴模的 一 瞬间 ， 浮动模 冲在浮动支撑力的作用下向上回弹 ， 在 压坯 内台 阶拐角 处 形 成 裂 纹 ， 严 重 时可 掀 掉 压 坯 的上 台阶 ， 如 图 1 7 b 所示 。 改进措施包括 在模具结构中设计 限制阴模或 浮动模冲回复动作 的机构 ， 如双向气缸； 用较小的浮 动支撑 力 ； 改 善压 坯 的密度 分布 ， 提 高压 坯强度 。 5 结束语 综上所述 ， 压坯缺陷有很 多 ， 但能使 产 品报 废 的、 不易发现的缺陷是 密度的不均匀 和压坯裂纹。 这 2种缺陷常见于多 台阶异型结构件 ， 产生的主要 原 因有 1 装粉 时 装 粉不均 匀 或补偿 装粉 不足 ； 2 压制 过 程 中 压 制 方 式 不 合 理 、 粉 末 移 送 提 前 或滞 后 、 浮动模 冲 的移动 速度 过快 或过 慢 ； 3 脱模时 模具回弹 、 浮动模冲的回复动作 、 脱 模不同步等是导致压坯产生脱模裂纹的主要原因。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 4期 申小平等 粉末 冶金压坯缺陷分析 2 8 7 浮动模 图 l 7 拉伸型拐角裂纹 Fi g ．1 7 Te n s i l e c o me r c r a c k s 常用 的改 进措 施 有 1 使用 流 动性 能好 的粉 料 ； 2 设计合理 的压制方式 单 向、 双向、 浮动 、 摩 擦等 ； 3 遵循多 台阶压坯 密度均匀分 布原则粉 末充填系数 相 同或相 近、 压缩 比相等 、 压制速度 相 同 ； 4 根据产品的形状 ， 在调模时采用合理的密度 分布 ， 改善压坯强度 ； 5 选择 合理 的脱 模 方 式 ， 如 某 个 台阶 先脱 或后 脱 ， 保护脱模等 ； 6 设计合理的模具结构 ， 保证模具有足够 的刚 性 ， 尽量减少模具零件间回弹量的差别 ； 7 模架有好 的稳定性 ， 保证模具零件在压制终 了时不产生 回复动作等。 总之 ， 产 生压 坯缺 陷 的原 因很 复 杂 ， 往 往是 多个 因素一 同引发 ， 所 以在 模具 调试 和实 际生 产 中 ， 应 根 据具体情况 ， 逐项进行分析 ， 加以改进， 防止废 品的 产 生 。 参 考文献 [ 1 ]黄培云 ．粉末 冶金原理 ．北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 4 [ 2 ]申小平 ．提高铁基粉末冶金 飞块座部件产品精度的途径 ．粉末 冶金技术 ， 2 0 0 2 ， 2 0 1 2 0 2 3 [ 3] 申 小 平 ． A n a l y s i s o n f o r m a t i o n c a u s e s f o r d e f e c t s o f p o w d e r me t a l l u r g y fl y w e i g h t s ／ ／ 第三届海峡 两岸科 技与 人文 教育及 产学 合作研讨会及 2 0 0 9年 国 际功能制 造技 术会议 论文 集． 江 苏常 州 。 2 0 0 9 5 9 9 6 0 2 [ 4 ]韩 风麟 ．粉 末冶 金零件 模具 设计 ．北京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 9 J．， ’’’’’’’’’’ ’’ ’’’’’’’ ’’’’’’’ ’’ ’’’’’’’’ ’’’’’ ’’ ’’’’’’’ ’’’’’’’ ’’ ’’’’’’ ’’ ’’ 、 ； 热 诚 欢 迎 各 界 朋 友 投 稿 ，刊 登 广 告 i _ ● - t l‘tt tl ‘It‘I ‘‘ltlttt‘ l‘I Il‘t‘‘tt l‘tI‘‘‘ ‘I‘‘‘ ‘‘‘ ttttt‘ It lI ‘ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m