硬质合金生产工艺介绍教学内容.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,株洲硬质合金集团有限公司,硬质合金生产技术,主讲人：彭英健,二,一,年,六,月,一、主要内容：,1、硬质合金的发展介绍；,2、硬质合金生产工艺介绍；,二、,硬质合金发展,1、硬质合金发展简述：,1）自1923年硬质合金作为一种重要的工具材料和结构材料问世以来，至今已有八十多年的历史。十九世纪末叶，人们为了寻找新的材料来取代高速钢，以进一步提高金属切削速度、降低加工成本和解决灯泡钨丝的拉拔等问题，开始了对硬质合金的研究。早期的工作主要是着眼于各种难熔化合物，特别是碳化钨的研究。从1893年以来，德国科学家就利用三氧化钨和糖在电炉中一起加热到高温的方法制取出碳化钨，并试图利用其高熔点、高硬度等特性来制取拉丝模等，以便取代金刚石材料，但由于碳化钨脆性大，易开裂和韧性低等原因，一直未能得到工业应用。,2）进入二十世纪二十年代，德国科学家,Karl Schroter,研究发现纯碳化钨不能适应拉拔过程中所形成的激烈的应力变化，只有把低熔点金属加入,WC,中才能在不降低硬度的条件下，使毛坯具有一定的韧性。经过一年时间的努力。,Schroter,于1923年首先提出了用粉末冶金的方法，即将碳化钨与少量的铁族金属（铁、镍、钴）混合，然后压制成型并在高于1300温度下于氢气中烧结来生产硬度合金的专利。他在专利中提出的工艺，实质上就是今天许多厂仍在采用的,WCCo,硬质合金生产工艺。1923年德国的,krupp,公司正式成批生产这种合金，并以,widia（,类似金刚石）的商标在市场上销售。随后美国、奥地利、瑞典、日本、原苏联和其他一些国家也相继生产硬质合金，于是硬质合金生产技术开始得到迅速发展。起初，人们以为,WCCo,硬质合金能加工各种材料，但很快发现，在加工钢材时，这种合金很容易因扩散磨损而损坏。1929年还是德国科学家研究发现，用两种以上的碳化物组成的固溶体比用单一的碳化物作为硬质合金的基体更为优越，并提出了有关固溶体应用的专利。同年，德国的,krupp,公司开始生产,wcTicCo,的合金。1932年美国根据,schroter,及其同事专利，也研究出,wcTicCo,合金。不久科学家又研究出,wcTicTacCo,合金，从而使钢材加工问题得到妥善解决。,二、,硬质合金发展,3）二次世界大战后，人们开始研究可转位硬质合金刀具。使用这种刀具无需焊接，可随时调换刀头，刀杆可长期使用，其经济效果十分显著，是硬质合金工业的重大进展之一。六十年代末期，西德,krupp,公司成功地研制了涂层硬质合金，它的出现是硬质合金生产技术的又一重大进展。这种用化学气相沉积的方法，把普通的硬质合金刀片涂上薄薄的一层硬质化合物（如,Tic、TiN,等）而得到的涂层刀片，在高速下切削铸铁和钢材时，可以比未涂层的硬质合金刀片寿命增加好几倍，而且切削速度可以提高（2530）%左右，因此它不久就获得了广泛的工业应用。目前世界上在所出售的可转位刀具中大约有一大半是使用涂层硬质合金。随着科学技术的发展，硬质合金的用途愈来愈广泛，人们对硬质合金的性能要求也愈来愈高。因此在硬质合金领域除开展一些基础理论研究外，更多精力是集中在生产技术和工艺装备的改进创新上。六十年代末期研究开发并引入硬质合金生产领域中的热等静压技术，是硬质合金科研的一项重大成果。用这种方法生产的合金，其孔隙度极低，韧性、断裂应力和抗冲击性均有很大提高。七十年代移植到硬质合金生产领域中的喷雾干燥技术也是一项重大的科研成果。,二、,硬质合金发展,4）进入80年代以来，世界硬质合金工业发展的突出特点是：一方面，涂层硬质合金发展迅速，其产量大幅度增加，应用领域不断扩大，已成功地应用于切削等重加工工序。著名硬质合金生产厂家如山特维克公司、肯纳公司、依斯卡等的涂层刀片生产已占可转位刀片的85%以上。同时在涂层技术方面也取得了较大进展，在进一步改进和完善传统的高温化学气相沉积方法的同时，还研制成功并推广应用了中温化学气相沉积方法以及各种物理气相沉积方法和兼有物理及化学气相沉积特点的等离子体化学气相沉积方法等。此外，在硬质合金涂层基体方面，不仅研制出各种加工用的涂层专用基体，而且日本、瑞典等国还开发出带富钴层或脱,的涂层基体，从而明显地提高了涂层硬质合金的强度，扩大了涂层硬质合金的应用范围。另一方面，70年代初出现超细合金，最早是山特维克的,R19，,接着美国、日本的一些公司也相继推出超细硬质合金牌号。随着电子工业、机械加工工业的迅速发展，推动超细硬质合金在八十年代迅速发展，质量不断提高、产量不断扩大。1984年前后，日本住友电气公司试制出了双高的,AF1,合金，硬度,RA93.0，,强度5000,N/mm,2,，,创世界之最，随后美国、瑞典、德国等著名厂家也都相继开发出性能越来越好的超细硬质合金，对于许多世界著名硬质合金厂家而言，超细硬质合金同高精度、高性能涂层硬质合金一样是他们引以自豪的一类硬质合金产品。,二、,硬质合金发展,5）八十年代研制成功并迅速普及的低压热等静压技术是硬质合金生产技术领域中突破性的进展，从而使低成本地生产十分接近理论致密度的硬质合金产品成为现实。自1989年美国超高压公司研制成功的第一台低压热等静压设备问世以来，在短短的几年内，该技术就取得了异常迅速的发展这种设备几乎遍及世界各地，对整个硬质合金质量的提高起重要作用。进入八十年代世界硬质合金工业发展的还一个特点是，硬质合金制品正在向精密化、小型化方向发展，出现了微型麻花钻头、点阵打印针、精密工模具等高新技术产品。切削工具尺寸精度的要求也越来越高，有的先进厂家已淘汰,U,级硬质合金刀片精度标准，与此同时许多硬质合金模具尺寸精度已达到微米级、超微米级，加之设备、生产线自动化、智能化，推动硬质合金工业不断朝着更新、更高领域发展。,二、,硬质合金发展,1）高精度高性能硬质合金及配套刀具：,由于刀具，特别是刀具材料的进步，促进了机床业的发展，反过来新型机床对刀具提出了更高要求。在机械加工中，采用价格昂贵的数控机床、加工中心，必须靠高性能的刀具，高速、高效和高精度的完成加工任务才能取得良好经济效益。1台加工中心配备的全部刀具以金额计，刀具费用可达加工中心价格的30%。一般情况下，1台数控机床年均消耗刀具费用为机床价格的12%左右。因此，工业发达国家都高度重视刀具技术的发展。当今能满足上述工艺要求的高精度高性能硬质合金刀片及配套刀具的需求继续处于强劲上升势头，从而带动相关技术不断进步。以数控涂层刀片为例，从最初的,CVD,为主到目前的,CVD、PVD、PCVD,共存，涂层基体不断更新，涂层种类也从单一化合物涂层，朝着多元复杂化合物涂层发展，涂层数也从几层到十几层。据资料报导正研究中的纳米涂层，涂层数可达百层，因此其使用寿命可达普通,CVD,涂层合金刀片4倍以上。此外，金刚石涂层、,CBN,涂层等都以其高技术含量和高附加值越来越受到世界大公司的追求，部分产品已经推向市场。中国硬质合金工业因这一方面与国外先进水平的差距是导致其经济效益低下的重要原因。,2、,硬质合金技术发展趋势及研究开发重点,：,2,）,超细和纳米硬质合金开发：,同样由于高精度、高性能硬质合金整体刀具需求不断发展，以及因信息技术革命带来集成电路集成度的不断提高对线路板微细孔加工的要求越来越高。以硬质合金微钻为例，其直径小的已达,0.1mm，,打印针尺寸也达到,0.8mm。,此类材料要求高硬度的同时要求高强度，,HRA93.5,的硬质合金其强度可超过5000,Mpa。,这种需求有力推动超细、纳米硬质合金的开发，其研究领域十分丰富，包括纳米级,WC、,纳米级,WCCO,复合粉末以及相关其它难熔金属碳化物、固溶体等制粉技术研究；纳米硬质合金生产工艺技术及相关设备的研究；合金纳米涂层技术及设备研究；纳米粉末和纳米合金分析、检测技术研究；以及相关的基础知识研究等。研究的不断深入，为高性能超细及纳米硬质合金开发展示出良好的前景。,2、,硬质合金技术发展趋势及研究开发重点,：,3,）,功能梯度材料：,硬质合金的硬度和韧性是一对矛盾，两者的高度统一是研究人员追求的目标。近几年研究人员通过研究硬质合金贫,C（,含富,C）,结构，在可控气氛下烧结或通过熔体渗透以达到粘结相的分布按需要呈梯度结构，使硬质合金复合韧性获得更好统一。该技术已经越来越多地应用于凿岩工具、顶锤、涂层刀片基体等生产，使合金的性价比明显提高。目前研究工作继续深入，据报道日本已经研究出表面,TiC,相对富集，,WC,颗粒向中心迁移的特殊结构的金属陶瓷工具。这些研究成果为硬质合金质量不断提高展示良好的前景，其市场前景近几年将有大的发展。,2、,硬质合金技术发展趋势及研究开发重点,：,4）新型工具材料发展迅猛：,金属陶瓷、非金属陶瓷和超硬工具材料尽管不属于硬质合金范畴，但由于具有极其优异的性能，尤其是在某些方面明显优于硬质合金并可在一定的范围内取代硬质合金。因此这些材料的发展将有利于硬质合金工具材料的延伸，有利于钨、钴、钽等重要战略资源的合理使用。在部分特殊材料加工以及高速精加工中，金属陶瓷、非金属陶瓷刀具、立方氮化硼、聚晶金刚石和金刚石涂层刀具等在国外已经得到快速发展和应用。研究正朝着超细纳米结构、晶须（纤维）增韧复合陶瓷、带压烧结新技术应用等方面发展。可以预见其适用范围随着材料性能的不断提高将部分替代硬质合金，起到提高切削效率和节约宝贵钨资源的重要作用。目前世界上许多国家都加紧这类材料的研究开发和推广应用。根据资料报导，在日本金属陶瓷刀具已占可转位刀具的三分之一。陶瓷刀具材料不用钴或少用钴，这对钴资源相对贫乏的我国，无疑也是应该加大力度研究开发的一个方向。,2、,硬质合金技术发展趋势及研究开发重点,：,5）硬质合金净成型技术：,所谓硬质合金净成型技术包括高精度模压技术、挤压成型技术、注射成型技术、粉末轧制技术、粉浆浇注技术等。这些技术与硬质合金生产高效以及应用领域不断拓展紧密相关。比如，近几年注射成型技术发展很快，在我国也不例外。该技术能制造出形状复杂，且非常接近产品最终尺寸的产品，在硬质合金整体螺旋铣刀、整体球形铣刀、整体合金钻头，特别在装饰用硬质合金，如表链、表壳、钓鱼坠子、高档钮扣，以及部分形状复杂硬质合金制品开发等应用越来越多。净成型技术研究涉及研究内容也很多，特别是成型剂以及成型剂去除技术、模具设计制造技术等。该技术的深入研究，将使硬质合金许多产品高效生产以及应用领域不断拓宽起很好作用。,2、,硬质合金技术发展趋势及研究开发重点,：,6）硬质合金生产技术和工艺装备不断创新：,随着科学技术和现代工业的迅速发展，新型工程材料对现代工具材料的要求也越来越高，为满足这一要求并不断开拓新的应用领域，硬质合金的质量必将进一步提高，产品品种必将进一步扩大。在这种形势下，硬质合金生产技术和工艺装备也必将不断创新。80年代以来至今许多新技术、新装备不断涌现，诸如高温自蔓燃合成技术、等离子体制粉新技术、复合粉末制取技术、微波烧结技术、生产工艺精确控制技术、压力烧结技术、等静锻压技术、新型化学和物理气相沉积涂层技术，以及硬质合金各种强化处理技术等。这些技术正在或有可能在硬质合金生产中得到推广应用。随着时间推移，硬质合金新的生产技术和工艺装备还将不断得到创新。,2、,硬质合金技术发展趋势及研究开发重点,：,7）硬质合金基础理论研究：,国外硬质合金技术发展迅速，是与基础理论的研究扎实，深入分不开的。我国因体制、经费、研发力量等各方面原因研究工作非常薄弱，很难产生原创性研究成果。为尽量缩小与国外差距，要加快研究粉末的显微特性对粉体材料的物理力学性能的影响，实现原料粉末产品质量加速升级；研究材料组分显微结构对材料使用性能的影响，建立相应的新材料数据库，切实提高新产品自主开发能力；研究合金烧结过程的致密化和物质迁移的控制规律，以加速开发梯度功能材料、复合材料；研究硬质合金槽型系列化和牌号优化，迅速形成有中国知识产权的高性能切削刀具系列产品等。基础理论研究是战略性重要措施，虽难以急功近利，但确是振兴我国硬质合金工业所不可缺少的工作。,2、,硬质合金技术发展趋势及研究开发重点,：,1、生产工艺简介：,工艺流程：模具合金生产线的生产工艺以,国外先进,的质量控制方法为指导，,为尽可能发挥混合料厂的技术改造优势，,生产线压制所需的混合料全部由经过技术改造的混合料厂负责提供，直接领进喷雾料,，,工艺流程如下：,三、,硬质合金生产工艺介绍（以模具合金为例）,2、,工装设备介绍,技术改造全部完成后，硬质合金模具生产线的生产技术及工艺装备水平将达到国外先进企业九十年代先进水平，在国内处于绝对领先地位，压力机有先进的,TPA,压力机，烧结有脱蜡烧结一体化炉、气压烧结炉。,（1）成型设备：精度低的杠杆式压力机和凸轮式压力机全部淘汰，采用精度高、性能好、功能多的双向自动压力机，尺寸单重较大及量少的产品仍采用油压机一次成型；压制所需要的高精度模具由改造后的模具中心提供，淘汰原有精度及设计不符合新生产线技术要求的模具。采用车床、钻床等半成品加工设备，保证形状较复杂产品的成型。,（2）烧结设备：淘汰氢气烧结炉及,GCA,型卧式普通真空烧结炉，采用脱蜡烧结一体化炉、气压烧结炉，以提高产品质量，生产超细合金及其它高档次产品。,（3）加工设备：使用内圆磨床、无心磨床、平面磨床、普通卧式车床及万能工具铣床等设备对成品进行加工，以满足用户的需求。,（4）试验及检测设备：采用合金四项性能检测仪器、金相检测的相关仪器及试样切割机等设备。通过改进试验开发设备及质量检测设备，增强生产过程的质量控制水平及高新产品开发能力。,3、成型工艺介绍：,硬质合金成型的基本概念,精密模压成型,等静压制与割型,挤压成型,成型及其常用方法,成型定义：将粉末密实成具有所需形状坯块的工艺过程。,基本要求：一定的强度和规定的尺寸。,常用方法：模压成型,等静压制与割型,挤压成型,压制方式分类及其特点：,单向压制：,是从一个方向对粉末体施加压力使之成型的压制方式；,可分为底压和顶压二种方式；,特点：密度分布不均匀，密度差大。,双向压制：,是从两个相反方向对粉末体施加压力使之成型的压制方式；,可分为同步双向、分步双向和差动式双向三种方式；,特点：密度分布比较均匀，密度差小。,脱模方式分类及其特点：,模压成型的脱模方式可分为顶出脱模、下拉脱模和予载脱模三种方式。,(,a),顶出脱模方式及其特点,顶出脱模方式是压坯脱出时，阴模不动，靠下冲头的向上运动将压坯顶出阴模的脱模方式；杠杆式自动压机、苏式凸轮式自动压机等老压机都是这种方式。,特点：靠下冲头的向上运动带动压坯向上运动而使压坯脱出的。由于下冲头的向上运动大多都是靠杠杆作用产生的，加上下冲头的导向面很短，压坯的顶出很难做到垂直上升，整个过程也不会太平稳，所以易产生压坯的脱出裂纹。,(,b),下拉脱模方式及其特点,下拉脱模方式是压坯脱出时，下冲头和压坯不动，靠阴模的下拉将压坯脱出阴模的脱模方式；,TPA,自动压机、,CA-NC250,自动液压机等是这种方式。,特点：下冲头和压坯不动，阴模继续向下运动到脱出位置而使压坯脱出。由于下冲头和压坯保持不动，只是阴模对其作相对垂直下拉运动，压坯脱出比较平稳，不易产生压坯的脱出裂纹。,(,c),预载脱模方式及其特点,预载脱模方式是压坯脱出时，上冲头仍以一定的压力压在压坯上，到压坯脱出阴模后，上冲头才迅速离开压坯的脱模方式，预载脱模方式大多都是在下拉脱模的基础上增加了预载功能；,TPA,自动压机、,CA-NC250,自动液压机等可以实现这种方式脱模。,特点：在即将开始脱模时，上冲头仍以一定的压力压在压坯上，直到产品脱出时，上冲头才迅速脱离压坯。预载脱模能较好地防止因弹性后效作用而产生的脱出裂纹。,按压制方式和压制原理来分压机类型：,(,a),单向底压式压力机,(,b),单向顶压式压力机,(,c),浮动式压力机,(,d),同步式双向压力机,(,e),分步式双向压力机,(,f),差动式双向压力机,模压成型中几个位置,：,(,a),压制位置：,是指上冲头与阴模向下运动到压制最低点时阴模所处的位置，即压坯成型位置。,(,b),脱出位置：,是指到达压制位置后，上冲头开始回升，阴模继续向下运动到与下冲头同一平面时阴模所处的位置，即压坯脱出位置。,(,c),装料位置,是指压坯脱出后，上冲头与阴模回升复位到最高位置时阴模所处的位置，即原料填充位置。,(,d),中性区,是指压坯密度分布相对最差的区域。单向压制的中性区在压坯的上面或下面的区域，双向压制的中性区在压坯的中间区域。,精密模压设备,精密模压工艺,精密压制试验,模压产品的压制特点与废品分析,精密压制与普通压制的差异,精密模具制造,精密模压成型,精密模压设备,T,PA,自动压机,：,基本结构,：,传动部份 上横梁部份,压制机构部份 下拉机构部份,复位机构部份 送料机构部份,控制部份 模架,机身,上横梁,上压杆,上,T,型键,模架,大拉杆,下,T,型键,压制横梁,控制横梁,主轴,支撑凸轮,下拉凸轮,中心轴,带偏心轮的齿轮,基本特点,：,(,a),结构上的特点,主机为机械式底传动结构，重心低传动平稳，其结构紧凑、密封性好；,传动以机械为主并辅以液压和气动来完成各项功能动作；,采用可装卸模架结构，便于模具的装卸；,其附属装置松散，调整较困难，并且需要良好的工作环境和维护保养。,(,b),功能上的特点,钢性定位，模具定位精度高，下,T,型的跳动量在0.05,mm,左右；,具有顶压功能可实现分步双向压制，调整压坯中性区位置，,改善压坯密度分布；,高精度的模架保证压制精度，可实现精密产品的压制，毛坯,的尺寸精度,可控制在0.05,mm,之内；,可施加预载的下拉式脱模，有效地避免压坯脱出裂纹；,具有压力、单重的控制和监测,功能，保证质量具于受控状态；,可通过附属装置实现,机械手拣压坯等其它辅助功能。,基本要求,：,一是要使用高精度的模具；,二是要使用压制性能良好的混合料；,三是要有完整的压制工艺和精确的压制参数；,四是要有技术水平和文化素质较高的调整、操作、维修人员；,五是良好的工作环境和维护保养（温度夏天最高30、冬天最,低20、每天润滑等）,几个主要运动及传动原理,：,(,a),上冲头运动：,（压机的主传动运动）,(,b),阴模运动：,（压制运动、下拉运动、复位运动）,(,c),顶压运动：,(,d),其它运动；（,送料舟的运动、预载脱模运动）,(,e),辅助,运动；,（,机械手等）,精密模压工艺,精密模压工艺及其参数的计算,：,压制周期,精密模压工艺及其参数的计算,：,压制工艺参数及其计算,(,a),线收缩率,普通压制线收缩率的概念是压坯尺寸与其对应毛坯尺寸之比，其值大于1，一般为1.20左右。,精密压制中线收缩率的概念是压坯尺寸与其对应毛坯尺寸之差与压坯尺寸之比，其值小于1，一般为17%18%。,线收缩率都是用“,K”,表示，其计算如下式：,Hp Hs,K 100%（1）,Hp,式中：,Hp,压坯尺寸,Hs,毛坯尺寸,精密模压工艺及其参数的计算,：,压制工艺参数及其计算,(,b),压制单重和压制高度,压制单重和压制高度是压制工艺中最基本的参数，也是影响毛坯尺寸精度最主要的参数。,压制单重和压制高度分别用“,Mp”,和“,Hp”,表示，其计算如下式（2）与（3）：,Vss,Mp 100%（2）,1 C1,Hs,Hp 100%（3）,1（KC2）,式中：,C1,压制单重修正系数,C2,压制尺寸修正系数,Vs,毛坯体积,s,毛坯密度,精密模压工艺及其参数的计算,：,压制工艺参数及其计算,(,c),三大行程值和压制位置值,顶压行程(,OB)：,计算如下式（4）与（5）,负刀片：,OB=0.10 Hp （4）,正刀片：,OB=L Hp 1.5 （5）,压制行程(,PV)：,计算如下式（6）,PV 0.5Hp （6）,下拉行程(,AB)：,计算如下式（7）,AB=L+(00.3)（7）,压制位置(,L)：,计算如下式（8）与（9）,负刀片：,L=1.5 Hp （8）,正刀片：,L=(1.70)Hp,工艺参数在压制过程中意义,充料:封口:底部压制:顶部压制:下拉脱模:充料:,阴模在装 （一次顶压）上冲头和阴模 阴模在压制位 上冲头回升，阴模回升，,料位置充 上冲头对阴 同步对下冲头 置不动，上冲 阴模下行,AB,重新进入,填粉料。模作相对运 作相对运动，头继续下行,OB,距离，完成 装料位置,动，进入阴 下行,PV,距离，距离，（二次 压制品的脱 充填粉料。,模封口予压，至压制位置 顶压）完成顶 出。（可施,此时阴模不 (,L)。,压。加气动予载,运动。脱模）,工艺参数在压制过程中意义的示意图,PV,OB,L PH AB,混合料选择标准,(,a),流动性能用,Fr,表示，合格值：2540,s/25cc、,最佳值：3240,s/25cc。,(b),松装密度用,Pd,表示，合格值：2.53.5,g/cm,3,、,最佳值：2.83.2,g/cm,3,。,(c),粒度组成用分级筛筛分测定，要求值：,0.060.25 mm,的粒子占80%。,(,d),压制,PS21,试验块时测定，合格值：60200,Mpa、,最佳值：80120,Mpa。,(e),压制单重修正系数用,C1,表示，计算如下式：（10）,Mp Ms,C1 100%（10）,Mp,式中：,Mp,压坯单重,Ms,毛坯单重,(,f),压制尺寸修正系数用,C2,表示，计算如下式：（11）,C2=K,轴,K,径 （11）,式中：,K,轴 轴向线收缩率,K,径 径向线收缩率,压模,选择标准,材质：模体采用含钴 11%的钨钴合金，冲头采用含钴 15%的钨钴合金。,收缩率确定原则：是以毛坯任意的最大线尺寸为准，大于1/2(12.70,mm),的毛坯模具选择1820%的收缩率，小于1/2(12.70,mm),的选择17%的收缩率。,模具精度基本要求如下：,几何形状：符合图纸要求,配合间隙：单边间隙20,m,平 行 度：3,m,垂 直 度：2,m,粗 糙 度：0.08,m(,镜面光洁度12),同 心 度：3,m,刃带边宽：4,m,舟皿,选择标准,接触材料：是在舟皿表面涂覆或加上的使压坯不直接与舟皿接触的一层材料。,主要作用：是便于牌号碳量的控制和避免产品与舟皿的粘结。,牌号由于其碳量控制的差异，应选择不同接触材料的舟皿。不同接触材料舟皿的代号及其含义,几类主要压制缺陷分析,压制精度缺陷,(,a),压制单重超差,(,b),压制,尺寸,超差,(,c),压制位置不精确,形位公差缺陷,(,a),锥度（直线度）超差,(,b),平面度超差,(,c),平面平行度超差,(,d),孔位置度超差,(,e),角精确度超差,压制模具的对比,（,见表,）,两种生产用模基本技术条件的对比,技术条件,精密压制生产用模具,普通压制生产用模具,模具材,阴模用,H35,牌号的硬质合金，冲头等组件用,H45,牌号硬质合金。,阴模用,YG15,牌号的硬质合金，冲头等组件用,T10,钢。,精度要求,配合间隙,平 行 度,垂 直 度,同 心 度,刃 带 边,粗 糙 度,单边间隙15,m,2 m,2 m,10 m,2 m,0.08 m,配合间隙50,m,30 m,30 m,30 m,50 m,阴模0.16,m,冲头0.32,m,检测手段,三维测量仪(0.0001,mm),轮廓仪、投影仪等。,工具显微镜(0.01,mm),千分尺、卡尺、角规等。,制模房要求,温度要求：222,相对湿度：505%,无要求，随气候变化而异。,压制设备的对比,压机成型,工艺内容,TPA,高效自动压力机,凸轮式和杠杆式压力机,特 点,效 果,特 点,效 果,压制方式,分步（可调）双向压制,通过对顶压的调整，可有效地控制压制品密度分布，减少因密度不均引起的裂纹，保证制品的几何精度。,单向压制,压制品密度分布不均匀，刃口密度差，产品几何精度不好。,脱模方式,下拉式脱模（可施加予载脱模）,阴模对下冲头和制品作垂直相对运动，制品平稳，通过施加予载脱模可有效地防止制品脱出裂纹。,顶出脱模(杠杆式),下冲头带着制品一起对阴模作相对运动，制品不平稳，易形成制品的脱出裂纹。,装模方式,装在可卸的模架上,通过模架精度来保证制品精度。,直接装在压机上,压机精度直接影响制品的精度。,可装模具,可装高精度的模具(冲头导向面长可达1520,mm),精度高、光洁度好的全合金化模具，保证了制品的尺寸精度和表面精度。,不能装高精度模具(冲头导向面只能留12,mm),压机不适合装精度高、导向面长的模具，容易卡模，压不出精度高的制品。,制品检出和清理,备有功能齐全的机械手,大大减少了压制品掉边角、粘模粘料等缺陷。,送料板将制品推出(无清理),容易使压制品产生掉边角、粘模粘料等缺陷。,质量监控,备有监控系统（保护压机、压模）,通过对压力或单重的控制来实现压制品质量的监控。,无监控系统,压制品质量完全靠人工调整来控制，质量不稳定波动大。,压 制 房,环境要求,温度要求：,222,相对湿度：,505%,混合料和模具在一个稳定的温度和湿度环境下有效地克服了温度和湿度的影响。,无严格要求，随气候,变化而异。,混合料和模具受温度和湿度的影响。,压制,混合料的,对比,两种压制生产用混合料性能标准对比,测定项目,精密压制生产,用料性能标准,检 测 性 能,在压制工艺上的作用,一般混合料的,基本状况,流动性,2540秒/,cm,3,(,用霍尔流量计测定),决定压制中混合料装填是否充分、稳定。是影响压制单重波动和制品压制密度局部分布状态的因素。,不作测定，大多混合料流动性差，粒度组成差异大。造成制品压制单重波动大。,粒度组成,0.060.25,的粒子占80%(分级筛测定),试验压力,60200,MPa,选择成型压力依据,不作测定,C1,值,2 4%,压制单重修正系数,无此项内容,C2,值,-2+2%,压制高度修正系数,无此项内容,合金密度,按牌号要求,按每批料的实测值,作压制单重计算用,有检测，没有用于计算,混合料存放,环境要求,温度要求：222,相对湿度：505%,使混合料压制性能,相对稳定,无要求,压制工艺,的,对比,两种压制生产,工艺,对比,项目内容,精密压制生产工艺,普通压制生产工艺,所用压机,采用可实现可调的双向压制和可加预载的下拉脱模、压制精度较高的压机。,大多采用单向压制和顶出脱模方式、压制精度较差的压机。,所用模具,采用阴模、冲头和芯杆都用硬质合金制作的微米级精度模具。,采用只有阴模用硬质合金制作，其它为钢件的一般精度模具。,所用混合料,采用流动性能和粒度及其分布较好的喷雾干燥料。,所用混合料没有压制性能的检测，只是凭经验而定。,所处环境要求,温度要求：222,相对湿度：505%,无要求，随气候变化而异。,压制参数及其决定,对每一套新模具都通过压制试验决定其确切的参数；,对每一个型号的压制生产都按所用模具和所用批料实际检验数据进行压制参数的计算。,对每一套新模具只是检验性的试压；,对每一个型号的压制生产都只是根据牌号按一次性决定的压制参数进行。,压制精度要求,压制单重公差控制在计算值的0.5%，压制高度公差控制在计算值的0.010.02,mm。,压制单重公差控制在原定值的1.5%，压制高度公差控制在原定值的0.050.10,mm。,精密模具压制工艺的设计原则,收缩率及其确定原则,原则1：以毛坯任意的最大线尺寸为准，大于1/2(12.70,mm),的毛坯模具选择18%的收缩率；小于1/2(12.70,mm),的选择17%的收缩率。,原则2：以压坯不出现分层裂纹的最大密度为据，选择其模具收缩率。,原则3：几何形状复杂、应力集中难于成型的毛坯，其压模可考虑采用较大的收缩率。主要用于生产金属陶瓷牌号和超细晶粒牌号的模具也可考虑采用较大的收缩率。原则4：长度尺寸与宽度尺寸比很大的毛坯，其长度尺寸的收缩率一般可比宽度尺寸的收缩率大0.5%。内径的收缩率一般也可比外径的收缩率大0.5%。,产品压制方向的确定,产品压制方向确定的基本原则是：尽可能地将压制方向设计为直孔模压制。这不但减小阴模制作难度，更重要的是有利于压制调整操作和改善压坯密度的分布。,上冲头插入深度,模具设计中，负刀片的上冲头插入深度通常是按压制高度尺寸的50%考虑。正刀片上冲头插入深度是根据其压制高度尺寸和收缩率来决定：一般线收缩率17%，其上冲头插入深度取压制高度尺寸的70%；收缩率18%，其上冲头插入深度取压制高度尺寸的65%；收缩率19%，其上冲头插入深度取压制高度尺寸的60%。同时在模具后角面，还应考虑0.15,mm,余量，在调整,L,位置和毛剌时，以便于上冲头的调节。,压制位置,模具设计中，负刀片的压制位置值通常是按压制高度尺寸的1.5倍考虑。正刀片的压制位置值是根据其压制高度尺寸和收缩率来决定的：一般线收缩率17%，其压制位置值取压制高度尺寸的1.7倍；线收缩率18%，其取压制位置值取压制高度尺寸的1.65倍，线收缩率19%，其压制位置值取压制高度尺寸的1.6倍。,提供的压制工艺参数,为保证压制试验参数的的求取，模具设计应提供模具装配简图并标明：毛坯体积、压制位置值、压制尺寸、收缩率等压制工艺参数。,等静压压制与割型,冷等静压压制的基本概念,：,冷等静压压制是硬质合金压制成型的基本方法之一。它是根据帕斯卡原理，将被压制的粉末密封在一个具有一定形状和尺寸的弹性模内，然后放在一个密闭的高压容器中，通过高压泵将液体介质打入容器，介质便均匀地将压力作用于弹性模的各个表面上，弹性模内的粉末同样在各个方向受到均等的压力并按装入时的形状成比例缩小，从而使粉末密实成为具有一定形状、尺寸和足够强度的压坯。,冷等静压机一般由超高压容器、超高压泵、管道阀门、仪表和电器系统等组成，其主要部份是超高压容器和超高压泵。,从高压容器结构不同可分为：单层结构、多层结构和钢丝缠绕三类。,从高压塞头密封形式不同可分为：螺纹式、半螺纹式和框架浮动式三类,3、烧结工艺介绍,烧结过程的基本理论,烧结炉,烧结工艺,气压烧结,1）相图与杠杆定律,2）烧结过程四阶段及相应的组织转变,3）烧结体的致密化,4）粘结相的成分与,结构,5）WC晶粒长大及其控制,6）烧结过程的C量控制,7）烧结模型与强度理论,烧结过程基本理论：,烧结炉：,1）,DMK-240,型多气氛烧结炉,2）,SDH120,中频感应炉,3）热等静压机,4）气压烧结炉,烧结工艺：,1）备料、,A,尺寸的计算与应用,2）接触材料的特性与选择,3）烧结曲线,4）脱蜡与托瓦克过程,5）模具合金的烧结,模具产品烧结工艺：,时间,h,程控温度,气氛,m,3,/h,压力,mbar,0.5,20320,H,2,5,+20+30,0.5,320370,2.0,370380,1.0,380450,1.0,450,H,2,10,-930-350,1.75,4501350,真空,尽量低,0.5,1350,(2040),min,1350烧结温度,Ar,-960,1.0,烧结温度,冷却出炉：,烧结保温完毕20,min,后，自动充氩气达980,mbar（,即压力20,mbar），,冷却风扇启动冷却（46）,h，,待炉温低于100,，即可出炉。,注：此烧结制度适用于,A,尺寸不大于20,mm,产品的烧结。,气压烧结：,1）工艺原理,2）工艺曲线,3）气压烧结对合金性能的影响,4）气压烧结的优点,谢 谢！,