金属粉末压缩刚度曲线及其相等的条件.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.s1.018 北京钢铁学院掌报 1982年增刊2 金属粉末压缩刚度曲线及其相等的条件扮末治金教研组：吴成义解子章张丽英张佩玲摘要本文从金属粉末受力变形的观点，对等戴面的等高制品压坯，在压制过程中所受压力与压坯高度的变化关系，即所谓的金属粉末压编刚度问题进行了研究。从理论上提出了各种不同形状制品刚度相等的条件，并从试验上加以验证。 (一)绪言研究金属粉末的止缩刚度间趣，在生产上和压制理论上都有很重要的意义。近年来大量设计和采用高吨位的机械式压机，进行大制品的压制工作。这种压机的最大压力除与功率有关外，还与压机的行程或受力行程有关。就是说需要根据粉末另件在压制过程的刚度曲线进行设计。但是在生产中不可能对每一个制品的刚度曲线都进行测定。而且大截面制品的测定工作几乎是不可能的。因此研究任意制品在何种条件下，彼此间有相同的刚度曲线，在理论上也是很有意义的。现有的压制平衡图及压制理论公式〔1)~〔9)，虽然给出了压坯密度与压力的关系，即间接的给出了压坯高度与压力的关系。但是这些公式和实测的平衡图是在排除或尽量排除外章擦力的情况下得出的，并没有研究制品的形状和装粉重量对压制平衡图的影响。而本文却要研究实际压坯的外雕擦力影响，因此必须专门研究制品形状和装粉重量对压坯刚度曲线的影响。另一方面在等截面的不等高制品自动化压制过程中，多采用弹簧缓冲低粉区压力的方法，使不等高制品各高度区，在全部压制过程中的压力相等。此问题正与本文有直接联系。有关这种方法的原理和计算根据，目前国内外还未见有报导，本文下篇将对此问题专门报导。本文上篇先就等高制品的刚度曲线进行研究。然后从理论上提出刚度相等的条件，最后通过实验加以验证。 (二)试验方法 1.为了研究制品形状，装粉重量对刚度曲线的影响，现用三种不同截面形状（园形②13：毫米，园环形R外=28毫米，R内=19毫米，正六边形，内切园半径r=6.35毫米)的压模， -149-

北京钢铁学院学报年增刊金属粉末压缩刚度曲线及其相等的条件粉末冶金教研组吴成义解子章张而英张佩玲摘要本文从金属粉末受力变形的观点，对等截面的等高制品压坯，在压制过程中所受压力与压坯高度的变化关系，即所谓的金属粉末压缩刚度问题进行了研究。从理论上提出了各种不同形状制品刚度相等的条件，并从试验上加以验证。一绪言研究金属粉末的压缩刚度问题，在生产上和压制理论上都有很重要的意义。近年来大量设计和采用高吨位的机械式压机，进行大制品的压制工作。这种压机的最大压力除与功率有关外，还与压机的行程或受力行程有关。就是说需要根据粉末另件在压制过程的刚度曲线进行设计。但是在生产中不可能对每一个制品的刚度曲线都进行测定。而且大截面制品的测定工作几乎是不可能的。因此研究任意制品在何种条件下，彼此间有相同的刚度曲线，在理论上也是很有意义的。现有的压制平衡图及压制理论公式〔〕〔的，虽然给出了压坯密度与压力的关系，即间接的给出了压坯高度与压力的关系。但是这些公式和实测的平衡图是在排除或尽量排除外联擦力的情况下得出的，并没有研究制品的形状和装粉重量对压制平衡图的影响。而本文却要研究实际压坯的外摩擦力影响，因此必须专门研究制品形状和装粉重量对压坏刚度曲线的影响。另一方面在等截面的不等高制品自动化压制过程中，多采用弹簧缓冲低粉区压力的方法，使不等高制品各高度区，在全部压制过程中的压力相等。此问题正与本文有直接联系。有关这种方法的原理和计算根据，目前国内外还未见有报导，本文下篇将对此问题专门报导。本文上篇先就等高制品的刚度曲线进行研究。然后从理论上提出刚度相等的条件，最后通过实验加以验证。二试验方法为了研究制品形状，装粉重量对刚度曲线的影响，现用三种不同截面形状园形必奄米，园环形外毫米内二毫米，正六边形，内切园半径二毫米的压模，一， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．s1．018

在模具的配合公差。毫米基本相同的情况下，对铁粉，铜粉，硬质合金粉等分别进行刚度曲线测定。压坯的高度变化和压制总压力，直接由材力试验机测出，将总压力换算成单位正压应力并作图。粉重称量误差控制在千分之一克。装粉时不论何种故面的压模，均按下式确定装粉重量七一一下二一一一一 “ ， … ，二匀式中一粉末重量克一等高制品的截面积厘米一单位正压面上的装粉重量克厘米试验结果见图图。为了研究各种制品刚度曲线相等的条件，本文先从理论上提出下列两个参数一誉一 · · … … ‘ ， “ 一魏一 · · · … … ‘ ，式与式完全相同。式中表示等高制品的侧压面积与正压面积的比值。上述两参数简称为值值。任意两种等高制品，在使用的粉末性能和润滑条件及模具材质和光洁度，配合公差完全相同的情况下，其刚度曲线完全相等的条件可用下式表示 · ” · “ 一第一条件式 · ” · ” 一第二条件式式中，分别为第一种和第二种制品的值。，分别为第一种和第二种制品的值。当形状不同的两种制品，满足上两条件式时，则可直接确定此两种制品在截面尺寸上的关系式。从而可以排除 “ 截面形状 ” 这种难以定量描述的概念对刚度曲线的影响。如长方形截面制品长为，宽为，高为，与园形截面制品半径为，高为，当这两类制品满足第二条件式时则有长方形截面制品园形截面制品二 · · …… 。。，，，、一。。。。。。。勺，按第二条件式可知，式相等。按第一条件式，可得二。这是因为上述两种等高制品，在压制前后的重量，截面积，均不变，原始粉末的松装比重，，也相等，具有下例关系式， · · · … … 二广“ · ” 一或有，二一万二－－ … ” ” ，、才一几

W2.1=C…(9) H2= S2 Y:Y: C,=C2故H:=H2 显然由式(4)(5)相等可得： a·b a十b =Y…(10) 式(10)为所有长方形和园形截面制品，在Sk,C值相等的条件下得到的截面尺寸关系。也就是说上述两类截面的制品，当其截面尺寸符合式(10)时，此两类制品在任何相同的高度时，都能满足Sk,=Sk2的条件。同理还可以求出正六角形（内切园直伦h)一园形（半径Y)两类制品截面尺寸的关系如下式： h 一-=Yy…(11) 同理园环形(R内，R外，园环内外半径)一园形（半径）两类制品裁面尺寸的关系如下式： R外一R内=r…(12) 显然上述各式(10)，(11)，(12)左边也可以全等。这就意味着任何截面形状的制品，彼此间存在有Sk值相等的条件，同时又都可以找到与其Sk值相等的园形制品，作为其等值(Sk 值)的截面制品。这样在研究刚度曲线时，就可以完全不考虑制品的具体截面形状，而只考虑制品的C值和Sk值对刚度曲线的影响。为了考查上述刚度曲线相等的条件是否正确。现按式(10)（11)(12)，分别制成三组压榄。各组截面尺寸分别为(i)长方形截面压模（宽0.660厘米，长3.270厘米），按式(10) 其对应的等值园形压模半径为0.549厘米。(2)正六角形截面压模，内切园直径为h=12.705 厘米。按式(11)等值园压模半径r=6.352厘米。(3)园环形裁面压模R外-R内=4.503厘米，按式(12)等值园压模半径为r=4.503厘米。上述模具的材料均为9C「Si,配合公差均为0.03~0.05毫米。光洁度☑，（与粉末接触部位)。用上述三组压模，分别对同种粉末。在不同的C值下测定刚度曲线，然后按压坯的最终高度，计算各种样品对应的Sk值，以便考查在C值，Sk值相等的条件下，刚度曲线是否完全相等。试验结果见图(3)（4)(5)。三、试验结果 1.图(1)图(2)是三种不同截面的压模，在不同的C值下，分别对铁粉和电解钥粉测定的度曲线。所用铁粉为-180目，750℃分解氨中退火一小时，另加0.5%（重量）石爱粉（一 320日)。铜粉为一200目电解铜粉。上述各种粉中均未加润滑剂。由图(1)图(2)可以看出，无论何种粉末，随着C值的增加，其刚度曲线的斜率急剧增大。当模具的截面形状不同时，对于同种粉末来说，即使在相同的C值下，其刚度曲线的斜 -151-

，，一二二－，一 … ’ … ，丫故显然由式相等可得 · 十二 ’ · · … … 式为所有长方形和园形截面制品，在，值相等的条件下得到的截面尺寸关系。也就是说上述两类截面的制品，当其截面尺寸符合式。时，此两类制品在任何相同的高度时，都能满足的条件。同理还可以求出正六角形内切园直径－园形半径两类制品截面尺寸的关系如下式一一石一一丫二 “ 二 “ … 又少乙同理园环形内，外园环内外半径－园形半径两类制品截面尺寸的关系如下式外一内二 · “ · ” ” · 显然上述各式。，，左边也可以全等。这就意味着任何截面形状的制品，彼此，间存在有值相等的条件，同时又都可以找到与其值相等的园形制品，作为其等值值的截面制品。这样在研究刚度曲线时，就可以完全不考虑制品的具体截面形状，而只考虑制品的值和值对刚度曲线的影响。为了考查上述刚度曲线相等的条件是否正确。现按式，分别制成三组压模。各组截面尺寸分别为长方形截面压模宽。厘米，长厘米，按式其对应的等值园形压模半径为厘米。正六角形截面压模，内切园直径为厘米。按式等值园压模半径厘米。园环形截面压模外一内厘米，按式等值园压模半径为二厘米。上述模具的材料均为，配合公差均为毫米。光洁度甲与粉末接触部位。用上述三组压模，分别对同种粉末。在不同的值下测定刚度曲线，然后按压坯的最终高度，计算各种样品对应的值，以便考查在值，值相等的条件下，刚度曲线是否完全相等。试验结果见图。三、试验结果图图是三种不同截面的压模，在不同的值下，分别对铁粉和电解铜粉测定的刚度曲线。所用铁粉为一目， ℃ 分解氨中退火一小时，另加重量石墨粉一扣。铜粉为一。目电解铜粉。上述各种粉中均未加润滑剂。山图图可以看出，无论何种粉末，随着值的增加，其刚度曲线的斜率急剧增大。当模具的截面形状不同时，对于同种粉末来说，即使在相同的值下，其刚度曲线的斜一一

图(4)是第二组（正六角形一园形）压模，采用-180目750℃分解氯中退火一小时的铁粉，在不同的C值和Sk值下测定的刚度曲线。图(5)是第三组（园环形一园形）压模，采用高度 YG8硬质合金粉末，在不同的C值和Sk值下测定的刚度曲线。米圆环压慎由图(4)图(5)可以看出，尽管制品的截面（形圆形压：模状)是园环形和正六角形，但由于它们与园形截面制 YG巾颗粒使质合金粉加收品均满足刚度曲线相等的条件，因此在不同的C值 Sk值条件下，刚度曲线均能重合。 =28.8克/厘米1 根据上述试验结果可以认为，在粉末性能，模具30 Sx12.25 材质，光洁度，配合公差，和润滑条件相同的情况下，不论等高制品的截面形状如何，只要制品的C 值，Sk值相等，其刚度曲线，全等。特别应强调的 20 C:=1.4克/陌米是，在实验的条件下，各组模具的刚度曲线能够惊人 0S5.99 的重合在一起。 10 在使用(-320目)铝粉加5%铜粉(-320日) C=7克/厘米 51=1,755 和锡粉(-320目)的情况下，试验结果与上述完全 C=2克/厘米 S1e0.933 相同。上述试验结果可以这样来分析，当两种等高制品生力吨/凰米满足C1=C条件式时。由式(8)或(9)可以看出，若图(5)，C,Sk值相等时刚度曲将其中的r1,rz用r=f(p)函数关系代入(r=bp) 线的关系式中，r密度.P压力.a、b常数〔2]，似乎即可证明压坯高度与压制压力间有相等的关系。即式(8)与式(9)相等。但是这些关系式匀未包含模壁在压制过程中的摩擦阻力对制品密度（或制品高度）的彩响。而刚度曲线则要包括这种章擦力的影响，因此必须提出第二条件式作为限制条件。显然当任何两种等高制品满足Sk,=Sk2条件时即有 S则1=S则2-…(13) S正1S正4 上式中S侧1，S侧2的大小将直接影响两制品在压制过程中所受的外摩棕力大小。因为由摩擦力(F)的积分计算式可知： F=∫efpL.dH(14) ·…式中： P正一一沿高度分成的单元薄层上受到的正压应力。 f一粉末与模壁的摩擦系数。 e'一多孔压坯的侧压系数。 L一制品截面周长。上式中ε'，f,P正按文献C10)~〔14)可知均与压制压力和压坯高度有关。但在试验条件下，对于两种刚度相等的制品来说，由于两种制品的高度和压制压应力均相等，因此可以相 -153一

图是第二组正六角形一园形压模，粉，在不同的值和值下测定的刚度曲线。图是第三组园环形一园形压模，采用一目 ℃ 分解氮中退火一小时的铁采用高度硬质合金粉末，在不同的值和值下测定的刚度曲线。由图图可以看出，尽管制品的截面形状是园环形和正六角形，但由于它们与园形截面制品均满足刚度曲线相等的条件，因此在不同的值值条件下，刚度曲线均能重合。根据上述试验结果可以认为，在粉末性能，模具材质，光洁度，配合公差，和润滑条件相同的情况下，不论等高制品的截面形状如何，只要制品的值，值相等，其刚度曲线，全等。特别应强调的是，在实验的条件下，各组模具的刚度曲线能够惊人的重合在一起。在使用一目铝粉加铜粉一目和锡粉一目的情况下，试验结果与上述完全相同。上述试验结果可以这样来分析，当两种等高制品满足条件式时。由式或可以看出，若将其中的，用函数关系代入 “ 汉。」，一严失一网形压棋严胶，子巾甲户硬畔姗、 … · 二，州二」 “ “ 卜、习、一一一二甘，一。二， ‘ 克甩米，、卜卜一，、叫‘ 一目如，，自闷》火叫 “ 犷二二和限米卜曰，、、片二伽崛厂子不犷产目压力吨甩米图，值相等时刚度曲线的关系式中，密度压力、常数〔幻，似乎即可证明压坯高度与压制压力间有相等的关系。即式 ’ 与式相等。但是这些关系式匀未包含模壁在压制过程中的摩擦阻力对制品密度或制品高度的影响。而刚度曲线则要包括这种摩擦力的影响，因此必须提出第二条件式作为限制条件。显然当任何两种等高制品满足条件时即有一鬓鱼上理鱼二 … … 乙正正上式中侧，侧的大小将直接影响两制品在压制过程中所受的外摩擦力大小。因为由摩擦力的积分计算式可知丁。、 · “ · ” 一 “ ‘ ，式中正－沿高度分成的单元薄层上受到的正压应力。－粉末与模壁的摩擦系数。。产－多孔压坯的侧压系数。－制品截面周长。上式中。 ‘ ，，正按文献〔。〕，〔〕可知均与压制压力和压坯高度有关。一但在试验条件下，对于两种刚度相等的制品来说，由于两种制品的高度和压制压应力均相等，因此可以相一一