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粉末冶金及生产工艺研究

【摘要】

无论我们的生产还是生活中，粉末冶金产品都是很常见的。比如说：汽车、航空航天、国防武器等等领域都有体现。也在新材料科学中很有发展活力。除此之外，粉末冶金还有另一优点，就是人们一些传统机械加工方法无法加工的零件，粉末冶金技术却完全可以胜任，所以备受国家的重视。粉末冶金制成的产品很多，包括硬质合金、磁性材料等金属制品。粉末冶金把零件成形与材料制备融为一体，是节能、高效的先进技术，并已走在当代科学材料的一线水平，并向着更加高效、成本低廉等方向发展。在当今社会高速发展的时代有着不可替代的作用。而数控技术主要体现在一些特定产品的加工，打孔、车端面都是必不可少的。

【关键词】： 粉末冶金 数控技术 生产工艺

目录
引言.................................................................................................................................1
一、 粉末冶金技术简介.................................................................................................2
(一)粉末冶金起源.....................................................................................................2
(二）粉末冶金定义..................................................................................................2
(三）粉末的制备方法..............................................................................................2
二、压制成形.................................................................................................................3
(一）压制定义..........................................................................................................4
（二）压制技术分类.................................................................................................4
（三）压制成形三部曲.............................................................................................5
（四）压制常见问题.................................................................................................6
三、机加工（生胚的加工）................................................................................6
（一）数控系统.........................................................................................................6
（二）CNC装置主要功能........................................................................................7
（三）打孔环节.........................................................................................................9
（四）机加工常见问题............................................................................................10
四、烧结........................................................................................................................10
（一）烧结炉的功能及用途............................................................................11
（二）烧结常见问题及解决方案.....................................................................12
五、整形处理.....................................................................................................12
（一）整形的目的..........................................................................................13
（二）整形的过程..........................................................................................14
（三）整形常用量具......................................................................................14
（四）整形常见问题......................................................................................15
六、后处理........................................................................................................15
（一）端面精加工..........................................................................................15
（二）蒸汽处理.............................................................................................18
七、现场工作准则.............................................................................................18
（一）质量规范.............................................................................................19
（二）健康、安全规范.................................................................................19
八、 粉末冶金展现状.........................................................................................20
总结..................................................................................................................21
参考文献...........................................................................................................22
谢辞..................................................................................................................23

引 言
一个偶然的机会，进入了米巴精密实习，它是一所粉末冶金企业，主要是针对汽车领域的各种精密零件的生产。虽然和所学的数控技术有所不一样，但是万变不离其中，还是有很多地方相似的。从最基本的压制再到整形都有很好的体现，如何看懂图纸如何测量产品的尺寸，这都是在学校里学到的内容。在这里充分认识了机械加工行业，并把所学知识有了很好的的运用，无论是从机械基础、数控技术以及机械制图，在这里都有了很好的展现，所以选择粉末冶金当论文题目。图1-1为粉末冶金加工流程：

图1-1 粉末冶金加工流程

一、粉末冶金技术简介
（一）粉末冶金的起源
提起粉末冶金的起源，那就要追溯的三千多年前，古人拿它来制造铁器，那就是用的粉末冶金技术。由于它的各种优点，所以粉末冶金技术被广泛地使用从普通机械制造到精密仪器，从民用工业到军事工业，从五金工具到大型机械，从一般技术到尖端技术，从电子工业到电机制造，都能见到粉末冶金工艺的身影。其发展有三个标志，第一个就是上个世纪四十年代的时候，利用粉末冶金技术制成了含油轴承，没有经过任何其他的机械加工，达到了零切削的水平，既而奠定了粉末冶金技术的发展。第二个就是它克服了很难熔化的金属在机械加工中的困难。随后被誉为粉末冶金技术革命的是粉末冶金硬质合金的出现，是机械加工的革命。最后就是粉末冶金技术向着更高水平、高工艺的方向发展。
（二）粉末冶金的定义
什么叫粉末冶金呢，顾名思义就是把准备好的粉末或粉材，利用同型号的模具，压制程自己所需的产品，在经过各种机械加工，来达到特定的尺寸。粉末冶金可以制备微晶、非晶、纳米晶和固溶体等一系列的高性能非平衡材料。其材料性能优越，充分发挥了低成本大回报的特点。

（三） 粉末的制备方法
提到金属粉末的制备，大概有两个方法，一种是机械的，一种是物理的。制备的方法决定了粉末的形状、大小、松装密度、化学成分等。然后是粉末的预处理，包括退火、分级、混合（混合可以利用化学法和机械法来完成。广泛使用的是机械法，将混合料和粉末均匀搀和而不发生化学反应。常常需要加入添加剂来提高强度或者是防止粉末成分偏稀的增塑剂，以及减少颗粒摩擦的润滑剂。）、制粒（制成自己所需要的大小颗粒）。

二、 压制成形（以图及650产品为例）

图3-1 图纸

几个相对重要尺寸如下：
14、 D8孔

16、 18 平行度

17、 台阶高4.65
21、 外径53.7

19、台阶高7.60

图3-2 实体图
(一)压制定义
压制是粉末冶金中最基本的过程之一，只粉末冶金的基础。压制目的是将原本松散的粉末压制成特定尺寸、几何形状、强度和密度的半成品。粉末冶金中最常采用的是模压成形18世纪和19世纪上半叶，西班牙、英国、俄国和为制造铂制品，都曾采用相似的粉末冶金的工艺。20世纪30年代以来，在粉末冶金零件的工业化生产过程中,模具设计、压机设备等方面不断改进,模压成形方法得到了更大发展，机械化和自动化已达到较高的程度。
(二) 压制技术分类
1、温压成形技术
它是在混合物中添加高温新型的润滑剂，然后是将粉末和模具加热至150℃左右进行刚性模压制，最后采用传统烧结工艺进行烧结的技术，是普通模压技术的发展与延伸。
特点：能以较低成本制出高性能铁基等粉末冶金零部件；提高零部件生坯的密度；产品具有很高的强度；有利于制造形状复杂以及要求精密的零部件；密度均匀等特点
2、高速压制成形技术
高速压制生产零件过程和传统压制过程工序基本相同；混合粉末加进送料器中，粉末通过送粉靴自动地填充模腔压制成形之后，通过附加间隔0.3 s的多重冲击能达到更高的密度。
特点：
与传统的压制相比，高速压制铁基零件密度可提高0.3g/cm3左右，因而抗拉强度和屈服强度能相应提高20％25％高速压制压坯径向弹性后效小，故脱模压力比较小，并且压坯密度相对均匀，其偏差要小于0.3g/cm3。同时，还具有高生产率、低成本等特点。
3、等静压成形技术
等静压成型是借助于高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢制密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉末上；粉末体在同一时间内在各个方向上均匀地受压而获得密度分布均匀和强度较高的坯体。通常，等静压成形按其特性分为冷等静压和热等静压，冷等静压常用水或油作压力介质，热等静压用气体（如氩气）作为压力介质。
特点：
与一般的钢模压制相比，能压制具有凹形、空心等复杂零件。压制时，粉末体与弹性磨具的相对移动小，所以摩擦损耗也小，能够压制各种金属粉末及非金属粉末。压坯强度高，便于运输加工。磨具材料是橡胶或者塑料，成本低廉。能在较低温度下制得接近完全致密的材料。
（三） 压制成形三部曲

图5-1 图5-2
机械手向模具里加入粉末 对粉末进行压制处理

图5-3
机械手从模具里取出产品

（四）压制常见问题
压制是冶金的的基本环节之一，产品的好坏直接取决于压制的步骤。但是压制中也有存在许多的问题。压制中最常见的问题就是掉粉，稍微不注意就有大批量的报废。除此之外，由于刚压制出来的产品只是生胚，所以比较脆弱，要避免碰撞，不然就会出现裂纹或者断齿等问题。就拿上述产品来说，一个就是容易掉粉，另一个就是拉伤。这都是在生产过程中要注意的。

三、机加工（生胚的加工）
机加工主要是压制无法完成的工艺进行二次加工，包括车断面、打孔等环节。主要利用到数控机床，所以接下来就简单的介绍一下数控基础知识。
（一）数控系统
数控系统是整个数控装置的核心，数控装置有两种类型：一种是完全由硬件逻辑电路构成的专用硬件数控装置，即NC装置；另一种是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置，即CNC装置。NC装置是数控技术发展早期普遍采用的数控装置，由于NC装置本身的缺点，随着计算机技术的迅猛发展，现在NC装置已基本被CNC装置取代，因此，本章讲的数控装置主要针对CNC装置而言。
计算机数控系统由硬件和软件共同完成数控任务，其基本组成如图2-1所示。现代数控装置不仅能通过读取信息载体方式获得数控加工程序，还可以通过其它方式获得，如通过键盘方式输入和编辑数控加工程序；通过通信方式输入其它计算机程序编辑器、自动编程器、CAD/CAM系统或上位机所提供的数控加工程序。高档数控装置本身已包含一套自动编程系统或CAD/CAM系统，只需采用键盘输入相应的信息，数控装置本身就能生成数控加工程序。

图6-1数控机床的组成
（二）CNC装置的主要功能
1. 基本功能
(1) 控制功能。什么是数控系统的控制功能呢？控制功能最主要的就是能控制数控机床的轴数，有三轴、四轴等等。也包括其他的轴数例如回转的、移动的、附加的轴等等。联动轴的主要功能就是可以独立加工轮廓的轨迹。联动轴与联动控制在不同的车床上有不同的体现，普车上面一般只有2轴控制联动，一般的加工中心上面就有三种控制及联动。ＣＮＣ的基本功能就体现在它的联动轴数上面，控制联动的轴数越多，这就表明数控装置的功能越强，与此同时它的程序编写就会非常的难，操作也非常的难，它的装置也就越复杂。
(2) 准备功能。准备功能相对简单，说道准备功能也就是我们平常所说的Ｇ功能，常见的Ｇ功能的编码就是Ｇ０－Ｇ９９，共有一百种。准备功能的定义就是控制机床的工作方式，不同的数控系统就选用不同的功能，根据数控机床本身的性能选择。准备功能是用来制定机床的运行方式，例如：基本的移动、如何返回基准点、坐标的设定、固定循环、基本移动等等。Ｇ代码还有两种模态功能，关于是模态还是非模态就要看它与数字的结合。
(3) 插补功能。提到插补功能，这就是数控系统的另一强大功能，指的是在数控装置当中可以精准的完成曲线轨迹的插补运算。例如：直线、圆弧插补和其他的多坐标曲线插补。进给的速度和分辨率完全可以靠数控系统中的插补功能来实现，插补功能有很准的实时性。数控系统的插补功能可以考两种软件来实现，一种是软件，一种是硬件。两种软件各自有优缺点，按照插补速度来说的话，硬件的插补速度要比软件快的多。例如日本的法那克公司就采用硬件插补集成芯片。但是由于技术以及资金的局限性，大部分的机床都是采用软件插补来实现数控机床的插补功能。根据插补功能的时效性，把插补功能分成两类，一类是精插一类是粗插，。粗插不是指每次运行插补一个小线段，根据其结果把小的线段分成几个脉冲输出，则称其为精插补。

2. 选择功能
　数控系统中常用的系统如下：
（１） 补偿功能
补偿功能主要是针对刀具磨损时对磨损的尺寸进行补偿，主要是补偿刀具的长度、道具的半径以及弧度的补偿。
（２） 固定循环加的工功能
在数控机床上加工的零件，一写典型的加工工艺，比如说：钻孔、、深孔钻削、攻螺纹、切螺纹等等，来完成这些典型的动作。把之前编好的程序动作储存在内存中，通过Ｇ代码的选用来实现固定循环的指令。此外为了扩大程序编写的空能，宏程序和子程序也可以用来变成，使其简化。
此外还有通信功能和人机对话的功能就不一一简介了。

（三）打孔环节

图9-1

产品尺寸：

1、 产品外观 8 、孔和曹之间的距离 1.7
2、 下端孔离标记面高度 9 9、倒角0.7
3、 上端孔离标记面高度 16.6 10、倒角0.6
4、 倒角 -0.7 11、倒角0.6
5、 上端油孔孔径 2
6、 孔和槽之间的厚度 1.7
7、 下端油孔的孔径 2

打孔 前

打孔后
图10-1 图10-2

（四）机加工中遇到的问题及解决方案

常见问题 产生原因 解决方案

1、 打孔处产品掉粉 刀具使用时间过长 多观察产品，及 时 更换刀具

2、 孔经常打到台阶上 对刀没对好 对刀时加强产 品测量

3、车台阶时经常 刀具产生松动 加强刀具的 台阶尺寸超限 固定

四、 烧结
（一）烧结炉的功能及用途
烧结是粉末冶金中尤为重要的一环，它不像压制、整形等是看得见摸得着的东西，炉子很微妙，稍微一点不注意的地方就会影响产品的质量。 烧结炉用于烘干硅片上的浆料、去除浆料中的有质成分、以及完成铝背场和珊线烧结。硅片在炉中，上下两面能同时烧结烧结过程如下：
对第三道丝印后硅片表面浆料进行烘干 去除浆料中的有质粘结剂
铝背场 及珊线烧结

烧结炉的结构如图11-1所示

1、 石墨管；2、一炭黑；3、一石墨套；
4、一导电钢套；5、一辐射高温计孔； 6、推舟装置；
7、压缩空气；8、一冷却水入口；9、冷却水出口；

图12-1 烧结品入炉

图12-2 烧结品出炉

（二）烧结品常见的问题分析及解决方案

常见问题 产生原因 解决方案

1、产品裂纹 发生碰撞 加强对产品的检测
用自动化投料的方
式代替人工投料

2、外观颜色发生变化 燃料不足 增加对炉子气体的检
查次数，及时发现及 时补充其体

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五、 整形处理
（一）整形的目的

当产品从烧结炉里面出来之后，可以说只是半成品，无论是尺寸、平面度、粗糙等都是不合格的，所以还需要二次加工。整形就是为了达到相应的尺寸、平面度、粗糙度而进行的复压，这样才能达到最终的要求。由于我的实习主要在整形这边，所以对这一过程也相对的熟悉一点。整形的好不好与前面的工序有很大的关系，拿压制来说，如果前面压制的尺寸已经超下限或者上限，这样的产品就是报废的，因为它超过了整形的界限，整形也达不到的。烧结的好不好也影响整形的尺寸，产品的表面上都有特定的标记，烧结时要按照方向摆放，不然的话也会影响到整形的尺寸。所以整形是比较困难的，产品尺寸变化大，不易把握。
（二）整形的过程

1、模具的领取
当确定做哪一种产品之后，就得去模具房去领取模具，上冲、下冲、中模一一准备好，填写好模具领还单，然后开始准备换模。
2、调试尺寸
换好模具之后，接下来要做的就是调整尺寸。这是最关键的一步，尺寸的好不好直接影响产品的质量，由于产品的变化比较大，所以尺寸调节往往要几十分钟或者更久。
3、自动化调节
自动化是影响产品产量的唯一标准，一台设备的自动化如果不好的话，经常报警，这样产量根本上不不去。机械手、感应器一一调节到位，稍微有一些差错的话，轻则产品批量报废，重则模具报废，重新换模具。这样的话就得不偿失。

图14-1 自动化上料 图14-2 整形

（三） 整形常用量具

整形常用的量具如图14-3、14-4所示

图14-3 三坐标测量仪 图集14-4 投影仪

（四）整形中常见的问题：

常见问题 产生原因 解决方案

1、产品拉伤 压制产生的毛刺 对模具进行抛光

2、 模具崩坏 工件没有放对位置 调节机械手 位置

3、产品尺寸变化大 来料有问题 多测量 多调试

六、后处理
（一）端面的精加工
端面精加工就是在整形结束的基础上，再进行表面尺寸的加工。以产品图15-1为例：
图15-1

图15-2实体图

如产品图及所示，该工件的重要尺寸就是两端面的尺寸以及两端台阶的尺寸一个上偏差为0、下偏差为0.015，另一个上下偏差为0.2，所以装夹方式选择很重要。至于刀具的选择就相对简单一点，主要是两把外圆车刀。加工所选择的机床就是数控车床。
加工示意图如下图16-1所示：

图16-1
参考程序如下：
O00508：
T1 M6;； G1X34F0.06；
M24； X34.5 Z10；
G40； X44；
G50 S1200； G0G40X200Z100；
G96 S180M3； G40；
G0Z9； G50 S1200；
X42； G96S180M4；
G41； G0Z-9；
G01 X41.6Z9.7 F0.06； X42；
X40.96Z10.02； G42；
X32 G01 X41.6Z-9.7F0.05；
G0G40Z12.02； X40.96 Z-10.2；
G50S1250； X32；
G96S200M3； G0G40Z-11；
G42； G60S1358；
G90S180M4； G0X30Z-11；
G41； X32Z-9.5；
G01 x34； X34.6 z-10；
X46； M14；
G04x2； M16；
G0G40X200Z10 M05；
M26；
M30；

（二） 蒸汽处理

蒸汽处理的目的一方面是为了防止已加工完成的产品生锈所采用的手段，另一方面就是为了把有磕伤产品的表面进行覆盖。蒸汽处理是相对较简单的，要注意的地方就是以下几点：
1、 不同的产品以及不同工单的产品要用区分块加以区分，防止不同的产品混在一起。产品摆放时要放到传送带中间的位置，防止产品滑落，造成不必要的报废。
2、 对于要试蒸的产品，要填写好试蒸卡片，填写好卡片后方可投入产品，若是没有填写卡片则当报废处理。另外试蒸的产品要放在试蒸产品放置区，不可随意的摆放，送检产品也要填写送检单，如何产品放置三天无人确认，则视为报废。
3、蒸汽炉的点检很重要，每天来了要进行必要地排污、加水等。

蒸汽效果如图18-1、18-2所示

图18-1 蒸汽前 图18-2 蒸汽后

七、现场工作准则
（一）质量规范
1、 保持工作场所的整洁
2、 每次换班后必须首先对产品进行检查
3、 遵守产品的操作流程，对于生产操作流程不清楚的地方，及时询问相关负责人
4、 严格按照规定频次检查产品
5、 不要在待检区域放置已检产品
6、 测量设施需小心谨慎存取，如有损坏，及时通知相关负责人
7、 所有产品掉落的一律报废
8、 任何生产或是停线后必须在生产重新开始后立刻对产品进行检查
9、 仔细阅读，正确填写相关生产单据，并放置产品规定位置
10、 所有产品在烧结之前，只允许用叉车或拖车进行托运
11、 不可使用损坏的栈板
12、 按照维保规范对机器进行日常基本的保养
13、 机器未被授权，禁止修改其参数
（二）健康、安全规范
1、 在机器启动之前仔细检查各类产品设备是否完好，安全装置是否启动并且能正 常工作
2、 任何情况下机器异常停转，如有明显故障或是可能存在的故障，均需通知相关 负责人
3、 按规定佩戴个人安全用品，防护眼睛、手套、安全鞋等。

八、粉末冶金发展现状
中国的粉末冶金在为对外开放之前，一直都是比较落后的，没有先进的技术，没有先进的知识 ，所以无论是质量还是产品性能都是比较落后的。但伴随着改革开放，近几十年以来，随着外国技术的注入，中国的粉末冶金技术有了卓越的发展。一方面改变了传统的粉末冶金技术，另一方面促进了中国粉末冶金技术的发展。无论我们的生产还是生活中，粉末冶金产品都是很常见的。比如说：汽车、航空航天、国防武器等等领域都有体现。也在新材料科学中很有发展活力。除此之外，粉末冶金还有另一优点，就是人们一些传统机械加工方法无法加工的零件，粉末冶金技术却完全可以胜任，所以备受国家的重视。粉末冶金制成的产品很多，包括硬质合金、磁性材料等金属制品。粉末冶金把零件成形与材料制备融为一体，是节能、高效的先进技术，并已走在当代科学材料的一线水平，并向着更加高效、成本低廉等方向发展。相信在不久的将来中国的先进制造业必有粉末冶金的一席之地。
就拿我们公司来说订单一天比一天多，公司的二期厂房已经建设完成扩大规模已经势在必行。

总结

2013年9月至现在，我在苏州米巴实习。这也是第一次正式踏入社会上的工作岗位，开始与过去完全不一样的生活。回顾这段期间，有过欢笑也有辛酸。
在这巨大的转变中，我曾迟疑，朦胧，无法迅速适应新的环境。身边接触的人也完全换了角色，老师成为老板，同学成为同事，相处之道完全两样。充满自信的我，也曾一度时间过得麻木，曾有人和我说：“你改变不了环境，只能适应环境。”我心里的声音在呼喊，不，这不是我想要的，我不要成为这样的自己，固定模式的生活，我要努力完善自己，为以后的储备力量。常言道：工作一两年胜过十多年的读书。实习时间虽然不长，但是我还是从中学到了很多