在压制成形过程中,将发生粉末颗粒与颗粒之间的摩擦、粉末颗粒与模壁之间的摩擦、压力的传递以及压坯密度和强度的变化等复杂现象。得到一定的压坯密度是压制过程的主要目的。压坯密度表示压制对粉末密实的有效程度,是在粉末冶金制品的生产中需要控制的最重要的性能之一,可以决定以后烧结时材料的性状。实践表明,压坯密度分布不均匀是压制过程的主要特征。
(1)压坯密度分布
在单向压制时,压坯沿其高度方向上密度分布是不均匀的。对于圆柱形压模,在任何垂直面上,上层密度比下层密度大。在水平面上,接近上模冲断面的密度分布为两侧大、中间小,而远离上模冲截面的密度分布则为中间大、两侧小。但是,在靠近模壁处,由于外摩擦作用,轴向压力的降低比压坯中心大,导致压坯底部的边缘密度比中心的密度低。因此,压坯各部分的致密化程度也就有所不同。
(2)影响压坯密度分布的因素
在压制过程中,除通过上模冲施加的压制压力外,还有侧压力、摩擦力、内应力等,各力对压坯分别产生不同的作用。在钢模压制过程中,作用在压坯各个断面上的力并不完全一样。在压坯的同一个横截面上,中心部位和靠近模壁的部位,以及沿压坯高度的上中下各部位所受的力都不相同。
一般来讲,压制压力主要为两部分:一部分用于使粉末颗粒产生位移、变形,以及克服粉末颗粒之间的摩擦力,使粉末压紧,称为净压力;另一部分是用于克服粉末颗粒与模壁之间的摩擦力,为压力损失。压制总压力为净压力与压力损失之和。压力损失是模压中造成压坯密度分布不均匀的主要原因。
压坯密度的大小受压制压力、粉末颗粒性能、压坯尺寸及压模润滑条件等因素的影响。
试验证明,增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增大,而加大直径则会使密度的分布更加均匀。压坯高度与直径的比值越大,压坯密度差就越大。为了减少密度差别,应降低压坯的高径比。
采用模壁表面粗糙度值小的压模,并在模壁上涂润滑油,能够降低摩擦系数,改善压坯的密度分布。
另外,压坯中密度分布的不均匀性可以通过双向压制得到很大的改善,因为双向压制时,与上、下模冲接触的两端密度较高,而中间部分密度较低。
图5-6 压坯密度与影响因素的关系曲线
(3)压坯密度与影响因素的关系
压坯密度与影响因素的关系曲线如图5-6所示。由图5-6可知:
1)压坯密度随压制压力增高而增大,这是因为压制压力促使颗粒移动、变形及断裂。
2)压坯密度随粉末的粒度或松装密度增大而增大。
3)粉末颗粒的硬度和强度减小时,有利于颗粒变形,从而促进压坯密度增大。
4)减小压制速度时,有利于粉末颗粒移动,从而促进压坯密度增大。