成形壓力機簡介

粉末冶金成形壓力機的驅(qū)動裝置主要有機械式和液壓式。分別簡介如下。

機械式粉末成形壓力機

機械式粉末成形壓力機在壓制與脫模時所需的動力是由電動機驅(qū)動的飛輪提供的，飛輪一般安裝在高速旋轉(zhuǎn)的軸上并不間斷地進行運轉(zhuǎn)。壓力機通過裝在飛輪軸上的離合器和制動器進行起動和停車。在成形過程中隨時可以嚙合與脫開。離合器通常借助于彈簧松脫裝置氣動接合，制動器用一片簧組氣動脫開，從而在空氣壓力不足時能提供足夠大的制動力。為調(diào)節(jié)由壓制到脫模過程的生產(chǎn)速度，選用速度可調(diào)的壓力機。

在主電動機功率不高于約19kW的壓力機上，調(diào)速傳動裝置一般為變距帶輪或牽引一驅(qū)動型裝置。功率大于19kW時，最好選用直流電動機或渦流控制裝置。電動機和傳動裝置都必須密封，以防止被金屬粉塵污染。

機械式粉末成形壓力機有頂部驅(qū)動和底部驅(qū)動兩種形式。在頂部驅(qū)動的壓力機中，電動機、飛輪及變速系統(tǒng)皆位于壓力機頂部（或上部）機構(gòu)中，壓制力為1960kN（200tf）左右的壓力機安裝在地面上，不需要或只需要一個小地坑。壓制力大于1960kN的頂部驅(qū)動式壓力機通常需要有地坑，以使操作者有一個合適的工作高度。

在底部驅(qū)動的壓力機中，電動機、飛輪及傳動機構(gòu)皆裝在壓力機底座中。這些壓力機通常都是拉下式的，即通過拉桿或連接桿將壓力機的上壓頭拉下。壓制力大于445kN（50tf）的底部驅(qū)動的壓力機，一般都需要有地坑。

常見的機械式粉末成形壓力機有凸輪驅(qū)動式成形壓力機、偏心驅(qū)動式成形壓力機、肘桿式成形壓力機以及轉(zhuǎn)盤式成形壓力機等。

液壓式粉末成形壓力機

一般生產(chǎn)用液壓式粉末成形壓力機額定壓制力為490一12250kN（50一1250tf），專用液壓式壓力機額定壓制力可達49000kN（5000tf）。液壓式壓力機可以成形沿壓制方向很長的壓坯，機械式壓力機最大裝粉高度一般為180mm，而液壓式壓力機的最大裝粉高度一般為380mm。

壓制長的壓坯時，液壓式壓力機的壓制速度很低，有利于模腔中粉末里夾帶的空氣從模具的間隙處逸出。

液壓式壓力機的結(jié)構(gòu)特點

由于液壓式壓力機的主要工作的液壓缸位于壓力機正中頂部，因而大多數(shù)液壓式壓力機驅(qū)動裝置都在頂部。壓制壓坯的力就來自這個主液壓缸。液壓式壓力機壓制成形時的下行速度有三種:

1）快速下行。這時產(chǎn)生的壓制力極小，用于使模沖快速進入陰模型腔。

2）中速下行。當(dāng)需要從下部施加壓力時，開始壓制時使用的壓制力約為全部額定壓制力的50qc。

3）慢速下行。用于最終壓制成形的最大壓制力。

粉末成形壓力機中常用的液壓泵系統(tǒng)有兩種類型:高·低壓系統(tǒng)和油路充油系統(tǒng)。高。低壓系統(tǒng)有一雙動式主缸。回授油路用于快速趨近，即快速下行。一開始，用大容量的低壓泵驅(qū)動液壓缸的活塞，除低壓泵容量外，油液還從低壓缸的底部流向缸的頂部。中速下行時，回授油路不起作用，但低壓泵仍在驅(qū)動活塞。以最大壓制力壓制時低壓泵不起作用，由高壓泵驅(qū)動活塞。

油路充油系統(tǒng)有一單向式主液壓缸，壓頭的動作受控于小的雙動式液壓缸。控制壓

頭的液壓缸皆比主缸小，因此對于使壓頭快速移動僅需要低的油液流速。但在趨近和回行期間，油液流入和流出的速度很高。主缸裝有一個大的雙通閥，從而使油液可在低壓（通常是重力供油）下流動。壓制時，雙通閥被關(guān)閉，來自高壓泵的油壓作用在主缸活塞上。

零件壓坯一般是由裝在壓力機底座正中的液壓缸脫出的。依據(jù)所用模具的類型，液壓缸或者向上將零件壓坯頂出或者將陰模向下拉下脫出零件壓坯。

將零件壓坯壓制到給定厚度時，在液壓式壓力機上是用一剛性機械擋塊來控制壓頭的下行動作。當(dāng)將零件壓坯壓制到要求的密度時，可通過調(diào)節(jié)液壓缸的壓力來控制壓頭的下行動作。當(dāng)將零件壓坯壓制到要求的單位壓力時，壓力機壓頭停止下行，回行至其回程位置。

對成形壓力機的基本要求

根據(jù)粉末成形特性，粉末成形壓力機一般應(yīng)滿足壓制力（上模沖裝置）、送料系統(tǒng)（裝料機構(gòu)）、成形和脫出行程、脫出力（下模沖及芯棒動作裝置）等因素對沒備的要求，模具設(shè)計者應(yīng)了解這些因素（裝置），以便確定模具結(jié)構(gòu)。粉末成形壓力機的各種基本裝置的說明見表4-1。

上模沖動作裝置:1.單動作時（單模沖），直接由上工作臺傳遞壓力機額定壓力，根據(jù)成形需要應(yīng)可調(diào)整

加壓、成形、后壓，保壓等動作。2.多動作時（多模沖），可以通過增設(shè)的氣缸（液壓缸），進行驅(qū)動多個上沖頭，以達到不同形狀壓胚成形要求。3.在加壓過程中，為防止粉末中空氣引起的壓坯裂紋及變形，應(yīng)有排除粉末中空氣的裝置。

裝料機構(gòu):1.供料系統(tǒng)。一般由儲存料倉、輸送軟管、送料靴及驅(qū)動與振動裝置組成。2.過量裝料機構(gòu)。可以比正規(guī)填充量多填充一些粉末，壓制前能夠充填到模腔的各個部分。3.欠料裝料機構(gòu)。送料靴加料完畢退后，使陰模略微上升，防止開始加壓時模腔內(nèi)粉末泄漏影響壓坯密度。

陰模裝置:1.預(yù)壓裝置。用控制器控制陰模正確動作，加上預(yù)壓以（克服自身重量）阻攔空動。2.保持裝置。在加壓過程中，上模沖下壓時，使陰模在承受規(guī)定壓力之前不下降（稱壓坯上下密度調(diào)整裝置）。3.調(diào)節(jié)加壓裝置。上模沖下壓時，陰模可作同樣下浮動作。當(dāng)需要時，可令陰模按需比例下降，并同時上，下加壓，以保證壓坯各部分密度均勻。

下模沖動作裝置:1.單模沖時，由下缸傳遞壓力機穩(wěn)定脫模壓力，確保壓坯脫模。2.多模沖時，由氣缸（或液壓缸），斜楔機構(gòu)來確保壓制多臺階面壓坯的成形及脫模。

芯棒動作裝置:1、通過氣缸（或液壓缸）來保證芯棒裝料后到位（對薄壁件時），以使模腔裝粉均勻。2、通過氣缸（或液壓缸）來保證芯棒浮動，使壓坯內(nèi)部密度均勻。3.通過氣缸（或液壓缸）來保證脫模時，芯棒后脫（或先脫）以防止壓坯裂紋。

成形壓力機的選擇依據(jù)

對于粉末冶金常用的液壓式和機械式壓力機，都要考慮壓制壓力、頂出力、脫模方式、工作臺面尺寸、行程、壓制方式、裝粉、生產(chǎn)效率等諸因素。

1.壓制壓力

1）在選用專用粉末成形壓力機時，必須使壓力機的額定壓力大于壓坯所需要的壓制力。一般來說，壓制力為壓力機額定壓力的60%~85%較為合適（特別是對液壓式壓力機）二若使用額定醫(yī)力過高的壓力機，一方面末充分發(fā)揮設(shè)備的潛力，另外壓力控制的準(zhǔn)確性也降低。若使用額定壓力過低的壓力機，對延長壓力機壽命不利。

2）在選用普通可傾壓力機時，需要結(jié)合壓坯的高度來考慮壓力機實際能達到的壓力.由于常用的機械壓力機（沖床）是為冷沖壓而設(shè)計的，其受力行程小。例如630kN雙柱可傾壓力機，實際達到的壓力P與滑塊行程s有關(guān)（下圖）。所謂630kN是指受力行程在8mm處的實際壓力，過早受力時（受力行程大于8mm），則實際壓力減小，而粉米冶金壓制的受力行程大，開始壓制時，所需要的壓力很小，隨著壓制過程的進行，需要的壓力急劇上升。在這個過程中，消耗了壓力機一定量的動能，因而實際達到的壓力要小于下圖所示的曲線。壓坯越高，實際壓力下降得越多。因此，壓坯的高度將受到限制。

2.脫出力及下模沖動作裝置

（1）脫出力（頂出力）

脫出力是粉末成形壓力機的一個重要參數(shù)。制造廠在其壓力機的技術(shù)性能數(shù)據(jù)中列出額定頂出力（kN）。有些廠家將額定頂出力分成初始頂出力與持續(xù)頂出力。初始分離頂出力是將壓坯從成形位置頂出一預(yù)定距離（通常為0.79~12.7mm）;持續(xù)頂出力一般為初始頂出力的25%~50%，以避免壓坯脫模時裂紋的產(chǎn)生。壓制所需脫出力取決于壓坯與模沖、芯棒及陰模型腔側(cè)壁的接觸面積、模具材料、模具工作表面的表面粗糙度以及所用潤滑劑的種類和數(shù)量等因素。

對于高密度、粉料中潤滑劑少和側(cè)面積大（如齒輪或高度大）的壓坯，尤其要注意脫模力的問題。

（2）下模沖動作裝置

1）壓制直套類壓坯時（單模沖），由下缸機構(gòu)傳遞壓力機脫模力，確保壓坯脫模。

2）壓制多臺階面類壓坯時，有多個氣（油）缸或可增設(shè)斜楔機構(gòu)等，確保壓坯的成形和脫模。

3.陰模及芯棒動作裝置

對于多功能的粉末成形壓力機，還具備多動作的陰模及芯棒動作裝置，以滿足復(fù)雜形狀壓坯成形及脫模要求。

（1）陰模動作裝置

1）預(yù)壓裝置。用控制器控制陰模正確動作，加上預(yù)壓（克服陰模自身重量）以阻止空動。

2）保持裝置。在加壓過程中，上模沖下壓時，陰模在承受規(guī)定壓力之前不下降，亦稱為壓坯上下密度調(diào)整裝置。制造廠在其壓力機的技術(shù)性能數(shù)據(jù)中列出了陰模浮動（擋塊）能力（kN）。

3）調(diào)節(jié)加壓裝置。調(diào)節(jié)加壓裝置適用于壓制多臺階面壓坯。上模沖下壓時，陰模可做同樣下浮動作。當(dāng)需要時，可令陰模按照所需比例下降，并同時上下加壓，以保證壓坯各部分密度均勻。

（2）芯棒動作裝置

1）通過氣缸來保證裝料時芯棒后到位（對薄壁壓件），以使模腔裝粉均勻。

2）通過氣缸來保證陰模浮動，使壓坯（帶內(nèi)臺階面）內(nèi)部密度均勻。

3）通過氣缸來保證壓坯脫模時，芯棒后脫（或先脫），以防止壓坯產(chǎn)生裂紋。

3.其他因素

（1）生產(chǎn)效率

在保證壓坯成形質(zhì)量的前提下，機械式粉末成形壓力機生產(chǎn)效率高，在兩種壓力機都能壓制的情況下，中、小型規(guī)格的零件，采用機械式粉末成形壓力機更合適。對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，采用機械式粉末成形壓力機更合適。對要求密度均勻的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件（各部位不允許有裂紋），宜采用液壓式粉末成形壓力機。

（2）安全裝置

壓力機制造廠應(yīng)提供正規(guī)的安全作業(yè)規(guī)程，并保證壓力機操作者在正常使用時不應(yīng)受到傷害等危險。設(shè)備應(yīng)配有保證人身安全的裝置。比如光電感應(yīng)裝置，當(dāng)壓力機正常運行中，一旦操作者不慎將手進入模沖行程，壓力機應(yīng)立即停止，如圖所示。

應(yīng)用

板材無模多點成形設(shè)備可應(yīng)用于飛機、

成形壓力機航天器、各種車輛、輪船、艦艇、醫(yī)學(xué)工程、壓力容器、建筑裝潢城市雕塑等領(lǐng)域。目前，已應(yīng)用領(lǐng)域如下

（1）列車流線型車頭覆蓋件成形

長春軌道客車股份有限公司使用無模多點成形系統(tǒng)生產(chǎn)出44種成形難度大的高速列車車頭覆蓋件，節(jié)省了巨額模具費用;按原工藝方案生產(chǎn)新車型的模具需6~8個月時間，采用多點成形技術(shù)后，僅用幾天的時間就完成了一臺新型高速列車車頭覆蓋件的成形，大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了成形效率與成形質(zhì)量;同時，顯著地降低了工人的勞動強度，改善了工作環(huán)境。

唐山機車車輛廠定制的多點成形系統(tǒng)也已通過驗收，即將投入300公里動車組的生產(chǎn)中。

（2）鈦合金板成形

我國新一代潛艇的外板用鈦合金材料，成形后的回彈極大，用傳統(tǒng)的方法很難成形;采用多點成形設(shè)備較好地解決了鈦合金成形問題。洛陽725所已利用該設(shè)備加工了數(shù)件潛艇鈦合金外板，縮短了生產(chǎn)周期。

（3）醫(yī)學(xué)工程中的鈦網(wǎng)板塑形

在醫(yī)學(xué)工程中，人腦受損傷后，顱骨缺損部位需要植入鈦網(wǎng)板進行修補。采用多點成形技術(shù)，很好地解決了鈦板塑形問題。這項技術(shù)首先根據(jù)CT斷層照片完成顱骨修補部位的三維重建，然后進行修復(fù)體的數(shù)字設(shè)計、模擬裝配、優(yōu)化工藝參數(shù)，最后將設(shè)計好的修復(fù)體數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)綗o模多點成形設(shè)備上制造出修復(fù)體。目前，北京天壇醫(yī)院，天津環(huán)湖醫(yī)院，天津第一中心醫(yī)院，吉林大學(xué)一院、二院、三院、四院，長春市中心醫(yī)院，中日聯(lián)誼醫(yī)院，哈醫(yī)大一院、黑龍江省醫(yī)院、云南德宏州醫(yī)院、青島四零一醫(yī)院等已成功用于200多例臨床手術(shù)。

（4）建筑裝飾件成形

（5）壓力容器封頭件成形

（6）薄板件、大曲率件及特殊形狀樣件成形

無模多點成形技術(shù)還解決了利用柔性壓邊裝置實現(xiàn)薄板多點成形的技術(shù)難題，成形出了多種曲率大、形狀復(fù)雜，厚度僅為0.5毫米的薄板件，同時實現(xiàn)了大變形量下的無缺陷成形，獲得使用模具很難實現(xiàn)的大曲率馬鞍形工件，而且加工出總扭曲角度超過360度的扭曲形樣件。