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1、《粉末冶金车间设备及设计》讲义 绪 论 粉末冶金是材料科学的一个重要领域。在国民经济和国防建设中起着重要的作用。 粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命；三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点；四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料；六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。 工程材料主要利用其力学
2、性能（强度、硬度、塑性、韧性等）；功能材料主要利用其物理性能（光、电、磁、热、声等）。 领域：机械、化工、电器仪表、石油钻探、国防等 材质：Fe基、Cu基、Cu-W合金、W制品、WC-Co合金等 用途：摩擦材料、减磨材料、结构材料、工具材料、电工材料等 多孔材料：孔隙度20～30％，可以过滤、减震、隔音、热交换等 减摩材料：多孔可含油，保证高耐磨性时低的摩擦系数。 摩擦材料：高耐磨性和高的摩擦系数。 工具材料：硬质合金、粉末高速钢、金属陶瓷等工模具。 电磁材料：电器、电子、通讯等元件 高温材料：助推火箭、航空发动机、汽轮机等。 目前大家在做的事情： （1）金属粉末
3、高密度、高精度、高强度粉末冶金零件的发展，导致日本、欧美低合金粉末生产的迅速发展。按照加入的合金元素，现在有Cr一Mn系与Ni一Mo一Cu系，但它们皆趋向于采用复合型粉末（是指用气体式液体雾化法制成的预合金化粉末。部分扩散预合金化粉末，使一种或几种组份以涂层状或很细的弥散颗粒状分布于主要组份粉末颗粒之上或之中组成的粉末）。 （2）硬质合金 混料设备：采用微机控制的可倾式球磨机。新的干燥方法有喷雾干燥法及流态化床干燥法以及两者结合的流态化床喷雾制粒装置。 成形技术：挤压成形法可生产0.2一0.35mm的打印针，中0.5~30mm，长达3m的棒针，内径o.OZmm，外径o。45mm的
4、微型套管。还可生产整体铣刀、铰刀、麻花钻、微型钻、螺旋铣、半月型空心深孔钻等形状复杂的制品，这是模压法所难以胜任的。 烧结技术：过压烧结，也称低压热等静压、真空烧结热等静压或低压真空烧结。其实质是脱蜡、预烧、烧结、热等静压合为一道工序。这种新的烧结技术源于80年代初期，可以说是由热等静压技术演变过来的。可以得到孔隙度为零的产品，且能消除钻池和碳化物晶粒异常长大，因而更能保证烧结质量。 涂层硬质合金：自1969年问世后，发展速度很快，涂层刀片已达切削刀片总量的60一70%。 机夹刀片技术和废料回收技术：硬质合金工艺技术方面的重大进展，除上述几方面外，还有机夹刀
5、片(或可转位刀片)技木和硬质合金废料的回收拉术。机夹刀片的发展给机械加工业带来巨大效益，因此成为世界各国硬质合金厂的主要产品。最近发展起来的电泳回收法，亦可方便地回收WC和CO，克服了产物中的含锌间题，但还需进一步控制粒度。 （3）航空工业粉末冶金结构材料 60年代以来，粉末冶金技术在航空上的应用出现了突破性的发展，一系列新技术、新工艺和新材料相继涌现。如超细超微、高纯高合金化粉末制造技术，快速凝固、机械合金化、喷射成形 （4）非晶态合金粉末 非晶态合金在结构和成份上的均匀性，使它具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐腐蚀性、耐磨性，高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机
6、电藕合系数，以及良好的催化活性，储氢特性，钎焊性能和防辐照特性等，由于其性能优异、制备工艺简单，非晶态合金的研究和产品开发已成为80年代材料科学界的热点项目之一。 制取非晶态合金粉末的主要方法有:常规氮气雾化法，高压水雾化法，超声氦气雾化法。其它方法还有，高速旋转筒法，滚筒急冷法等。 （5） 精细陶瓷研究与开发 只有严格控制精细陶瓷的形状与结构，才可以提高陶瓷的性能并开发新用途。 （6） 粉末冶金新工艺的发展 自芡烬高温合成技术(SHs) 自蔓燃高温合成技术是一种能合成，制造和加工处理各种材料的新技术。 SHS技术是利用化学能而不是电能，用快速内燃，而不是慢速外部加热的方法，与传
7、统的材料制造工艺相比，其工艺和设备简单，能耗和原材料消耗低，由于高温蒸发低沸点杂质，产品纯度高，而高温梯度和大的冷却速率，能获得复杂相或亚稳相，生产效率高，成本低等。 SHS的应用非常广泛，应用领域一般可分为6个方面，即SHS制粉，SHS烧结，SHS致密化;SHS焊接，SHS涂层，SHS熔敷。 超细粉末的制备及其应用 有人预测，2000年新材料发展的焦点: 一是超导材料;二是超细粉末。 超细粉末的制备方法很广，分物理法、化学法和物理化学法三大类。物理法有:流动油面上真空蒸发法、放电爆炸法、低压气中蒸发法(包括等离子射流法、电子束法、激光束法等)。化学法有:气体还原法
8、气相反应法、金属碳基物热分解法;汞齐法、冷冻干燥法等。物理化学法有代表性的是活化氢熔融金属反应法(其粒度范围为。.02~0.1nm)，该法是一种颇有前途的工业化生产超细粉末的方法。 应用广泛、技术成熟、生产低投入、深度加工高回报等，导致粉末冶金行业发展非常迅速，工厂层出不穷。株洲的知名企业与著名商标，而成为硬质合金的代名词。 我国粉末冶金行业已经经过了近10年的高速发展，但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距：(1)企业多，规模小，经济效益与国外企业相差很大。(2)产品交叉，企业相互压价，竞争异常激烈。(3)多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争。(4)再投入
9、缺乏与困扰。(5)工艺装备、配套设施落后。(6)产品出口少，贸易渠道不畅。 工厂性质不同：国有控股、民营企业、合资企业等 产品性质不同：粉末专业生产厂、粉末冶金制品生产厂等 本课程分两个部分：车间设备和车间设计 本课程学习目的： 1 了解粉末冶金生产中基本设备 2 了解工厂设计的基本概念 3 了解生产和质量管理的基本过程与环节 4 建立安全、环保、防范的基本意识 结业评分标准：平时成绩（含作业）30分，考试70分。 第一部分 粉末冶金车间设备 第一章 制粉设备
10、 教学内容：固体还原、气体还原制粉原理及设备；安全用氢；物理制粉设备。 教学要求：掌握气体还原制粉原理及设备；掌握安全使用氢气；了解物理制取金属粉末方法及设备。 教学难点：氢气的安全使用。 教学安排：4课时 金属粉末属于松散状物质，其性能综合反映了金属本身的性质和单个颗粒的性状及颗粒群的特性。一般将金属粉末的性能分为化学性能、物理性能和工艺性能。化学性能是指金属含量和杂质含量。物理性能包括粉末的平均粒度和粒度分布，粉末的比表面和真密度，颗粒的形状、表面形貌和内部显微结构。工艺性能是一种综合性能，包括粉末的流动性、松装密度、振实密度、压缩性、成形性和烧结尺寸变化等。 按转变的
11、作用原理分为机械法和物理化学法两类，既可从固、液、气态金属直接细化获得，又可从其不同状态下的金属化合物经还原、热解、电解而转变制取。难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物一般可直接用化合或还原－化合方法制取。 粉末冶金制品的原材料—金属粉末可有多种路径得到。 物理化学方法：氧化还原（矿山产品）、气相冷凝、液相沉淀、电解等 机械方法：机械破碎、雾化等 应用最广的是还原法、雾化法、电解法。 1.1 固体碳还原制粉设备 主要适用于铁粉生产 生产原理： C + Fe2O3、Fe3O4、FeO === Fe + CO2 本还原反应为吸热反应，温度有利反应进行。 参加
12、反应的原材料是固体C（煤、焦碳、木炭）和氧化铁（铁鳞），生成物是铁（海绵铁）和废气。 对设备的基本要求： 加热 反应1100-1200℃ 保温 扩散型相变需要时间 冷却 高温出炉遇空气又氧化 排气 废气分压影响反应方向 测温 控制反应速度与产品质量 进料 减小劳动强度 常见设备： 倒焰炉 图1-1 P3 隧道窑 图1-2 P4 * 生产过程控制： 原料准备：铁矿粉（烘干）、还原剂（煤粉或焦炭粉）、脱硫剂（石灰石） 装罐：ф350×380 隧道窑
13、分为三段：预热带、还原带、冷却带。窑长260 m 预热带（51 m） 水分的蒸发、水合物分解和碳酸钙分解 还原带（154 m） 铁的氧化物被CO还原 C+CO2==2CO FeO+CO==Fe+CO2 CO2+C==2CO…….循环 一切有利碳气化反应的措施，均提高还原速度。如提高温度、增加配碳量、增加碳粉表面积、加催化剂等。 FeO消失后，炉内气氛为渗碳气氛，海绵铁开始渗碳 2CO ==C+CO2 3Fe+C== Fe3C 正确控制还原终点，控制碳含量。 冷却带（55 m）
14、 低于100℃出炉 温度下降、气氛变为氧化性质、海绵铁收缩等，再氧化。 预防海绵铁再氧化措施：反应罐加盖密封。 过程达20～40 h，还原温度1180℃，喷嘴152支，温度控制点25个。 1.2 气体还原制粉设备 前面介绍起还原作用的是CO气体，但还原剂加入为固体形式。而气体还原 制粉的还原剂却是另一种还原性气体——氢气。 主要应用于W粉、Mo粉、Co粉、Ni粉、Cu粉等的生产。 生产原理： H2 + MeO === Me + H2O 本还原反应为吸热反应，温度有利反应进行。 参加反应的原材料是还原性强的氢气和金属的氧化物，生成物是
15、还原金属和氧化性强的水蒸气。 对设备的基本要求： 加热 反应950～1000℃ 保温 扩散型相变需要时间 冷却 高温出炉遇空气又氧化 排气 废气分压影响反应方向 测温 控制反应速度与产品质量 进料 减小劳动强度 生产过程控制： 原材料处理，生产方法（装料，还原金属，温度控制）。 与前不同是，使用了非常危险的易爆气体—氢气，且产生强氧化性水蒸气。 常见设备： 管式炉或管式还原炉 图1-5 P6 网带式还原炉
16、 图1-6 P7 回转管式还原炉 图1-11 P10 设备的主要结构： 炉头、炉身、炉尾、炉管、炉壳；推舟系统、加热系统、温度控制系统、氢气管道系统、进气排气设置、水冷系统等。 * 生产举例：氢气还原氧化钨工艺 W的氧化物中有四种比较稳定形式：黄色WO3、蓝色WO2.90、紫色WO2.72、褐色WO2。 实际反应顺序： WO3 + 0.1H2 === WO2.90 + 0.1H2O WO2.90 + 0.18H2 === WO2.72 + 0.18H2O WO2.72 + 0.72H2 === WO2
17、 0.72H2O WO2 + 2H2 === W + 2H2 WO3 + H2 === W + 3H2O 机理：化学气相迁移长大机理。 在水蒸气下，WO3生成挥发性较强的水合氧化物WO2（OH）2，呈气相，并在H2作用下沉淀在W粉颗粒上，W粒聚集长大。 从机理上看，高温和湿氢有利于气相迁移。 还原过程分析，它受T 和比值控
18、制 1 T ： T ＞775℃ WO2.72 --- WO2 --- α-W WO3---WO2.90-- T = 575—585℃ WO2 ----- α-W T = 525—550℃ β-W --- α-W T 越低 还原时间越长 2 ： 如比值较大，T将提高；降低T，必降低比值，降低PH2O。 生产控制： 1 H2流量提高，水气迅速排除，有利得到细颗粒W粉。但太大，W
19、粉实收率下降。 转子流量计测定H2流量 2 氢湿度（H2中水与反应生成水）较高。当温度较高，生成WO2（OH）2速度提高，W颗粒长大加剧。 顺H2和逆H2工艺 3 料层薄，水气易排除，有利制得细颗粒W粉。 4 原料中水含量太高，出炉可能再次氧化，W粉氧含量可能超标。所以，原料粉尽可能干燥。 * 碳管炉 图1-7 P8 书上作为还原炉介绍，实际多作为碳化使用。 结构：炉管为石墨管，也为加热元件。易氧化燃烧，故用石墨粉作保护层。 特点：电阻很小，很小电压，可形成较大电流，产生热量较大，达到较高温度。同时，具有负的电阻温度系数，温度越高，强
20、度越大。T可达2200℃。 需碳化的产品：W粉、CK料（复式碳化物或称碳化物固溶体）等。 不通H2 W + C === WC W + 2CO === WC + CO2 通H2的 C + 2H2 === CH4 W + CH4 === WC + 2H2 TiO2 + 3C + WC ===（40-60）TiC-WC + 2CO TiO2 + 3C + WC + TaC ---- TiC-WC-TaC * H2炉安全操作 氢气为易爆危险气体，爆炸危害程度非常大。工业生产却是较便宜的有效的强还原性气体。工业制造
21、方法有水电解和氨气分解。 氢气性质： 氢气在空气里的燃烧，生成水。 2H2 + O2 == 2H2O 这一反应过程中有大量热放出，是相同条件下汽油的三倍。因此可用作高能燃料，在火箭上使用。我国长征3号火箭就用液氢燃料。 不纯的H2点燃时会发生爆炸。但有一个极限，当空气中所含氢气的体积占混合体积的4％～74.2%时，点燃都会产生爆炸，这个体积分数范围叫爆炸极限。 实际生产应注意的几个时候： 开炉、停炉、卡舟、突发停电、突发停水、突发停H2 开炉 新炉密封---送氢---炉头取样，试鸣3次---（如果是钼丝炉，炉壳还应试鸣）---炉头点火---送水---送电升温 停炉
22、推空舟---断电---小于500℃停氢---停水 卡舟 断电---加大H2流量---勾舟至冷却带或卸出---推空舟---升温 停电 推空舟---判断事故原因与处理时间---停炉处理或等待来电 停水 断电降温---停止推舟---超过1小时，一次卸1/3舟---停炉处理 停氢 立即封闭排气口和炉门---超过半小时，断电---一次卸1/2舟 1.3 雾化制粉设备 雾化制粉法： 以快速运动的流体(雾化介质)冲击或以其他方式将金属或合金液体破碎为细小液滴，继之冷凝为固体粉末的粉末制取方法。雾化法是生产完全合金化粉末的最好方法，其产品称为预合金粉。这种粉的每个颗粒不
23、仅具有与既定熔融合金完全相同的均匀化学成分，而且由于快速凝固作用而细化了结晶结构；消除了第二相的宏观偏析。 雾化：气体雾化、液体雾化、离心雾化、复合雾化等均属于机械方法。 1 气体雾化制粉设备 双流雾化法 图1-12 P12 常用来生产铝粉、青铜粉 结构：熔炼系统、气源系统、雾化系统、冷却系统、除尘系统等 熔炼 中频加热漏包，形成金属液流 气源 压缩空气或氮气 雾化 气体通过喷嘴吹散金属液流 冷却 吹散的金属熔滴落在水冷筒体中的钟罩式冷却器 除尘 夹带金属粉尘的气体经旋风除尘器和布袋除尘器排出
24、 2 水雾化制粉设备 图1-16 P14 原理与上相同，将气体变成水 结构：熔炼系统、供水系统、雾化系统、水粉分离系统、干燥系统等 熔炼 中频加热漏包，形成金属液流 供水 经过高压水泵提供高压水 雾化 高压水通过喷嘴吹散金属液流 水粉分离 由射流引料器将水和粉射入类似旋风除尘器的水粉分离器 干燥 螺旋式振动干燥器干燥含水分的金属粉 3 离心雾化制粉设备 单流雾化 结构：加热系统、雾化系统、冷却系统、除尘系统等 加热 电弧加热式 自耗电极电弧熔化 图1-
25、18 P15 电子束加热式 电子束熔化电极 图1-19 P15 雾化 电弧加热式 高速旋转自耗电极 电子束加热式 高速旋转坩埚 冷却 冷却液或氩气、氦气 除尘 旋风后收集 1.4 电解制粉设备 主要应用于生产纯铜粉、镍粉、银粉 原理：在电解液---水溶液或金属熔盐中通入直流电，正价金属离子在阴极得电子形成松散的金属粉末。 * 比较几种制粉方法： 生产方法不同，源于金属粉末要求（颗粒形状、颗粒结晶形态、粉末物理性能、成分控制、价格等因素
26、原材料供应，实际生产要求等 气雾化粉末颗粒呈圆形，氧含量最低(低于l00×10-6)，可直接用热成形技术(如热等静压)制成致密化产品。水雾化粉末颗粒多为不规则形状，氧含量高(高于600×10-6)，须经退火处理，但其具有很好的压缩性，可冷压成形， 真正能完全有效地避免氧化物夹杂污染的措施是采用“单流”雾化制粉法，例如旋转电极雾化制粉法(见旋转电极制粉法)。 水雾化与气雾化制作合金粉末的方法，虽然制粉的原理相同，但制得的粉末的物理性能相差还是很大的，特别是形状。由于气体的热容量要比水小，所以采用气雾化时，合金受到的激冷度低，受到雾化介质冲击时，雾化成细小液滴的合金液不会马上凝固，这给了
27、合金液滴在下落过程中收缩成球的时间，所以容易获得球形合金粉末。水雾化时情形正好相反，由于水对雾化成细小合金液滴的激冷作用，几乎是在一瞬间，就凝固成了合金粉末，这使得那些表面张力较小的合金形成的合金粉末，呈土豆状或不规则形状，只有那些表面张力较大的合金，例如镍基合金，才能做成球形合金粉末。 合金粉末的氧含量，与合金本身对氧的敏感性和雾化时的雾化环境中的氧含量有关。如果合金本身对氧非常敏感，则不仅在雾化时要采取措施，在熔化时最好也采用真空熔炼。对于大多数合金，只要在雾化时采取减少与氧的接触，就能达到降低合金粉末中氧的含量的目的。气雾化时，通常是使用氮气作为雾化介质，大量的氮气充满了雾化区，将雾化
28、区的氧气驱逐掉了，所以能保护合金液滴在雾化及冷却时很少氧化。 当一炉熔融的合金液被雾化成金属粉末时，它的表面积在雾化的一瞬间增大了无数倍，换言之，其与氧结合的面积也增大了，有更多的金属表面暴露在雾化环境中。所以，水雾化时，如果不采取措施，是无法避免合金液滴的氧化的。为了在水雾化时，能让雾化环境少氧或无氧，首先，必须将雾化筒体密封起来，将雾化环境与周围的环境隔绝开来。其次，是要将已封闭起来的雾化筒体中的氧气排除掉。最后，是在雾化的过程中一直保持这样的一个无氧或低氧的雾化环境，直到雾化结束，合金液滴全部凝固成合金粉末。
29、 第二章 成形设备 教学内容：模压成形设备油压机、杠杆式压力机、等静压力机；挤压机、注射成形设备。 教学要求：掌握油压机、机械压力机的工作原理及设备结构；了解其他成形设备。 教学难点：重点油压机结构；机械压力机结构。 教学安排：4课时 粉末冶金工业成形方法很多，主要介绍压力成形常用的某些设备。如油压机、机械式压力机、冷等静压力机挤压机等。 2.1 模压成形设备 1 油压机 结构：油泵、管道、阀门、油缸、机架、控制系统等 油泵 齿轮泵和柱塞泵 图2-1 P25 齿轮泵 两对齿
30、轮 供油量大，油压小。空载快速动作。 柱塞泵 两对打气筒 供油量小，油压大。提供压机压力。 管道 无缝钢管。主油缸进出油管道 阀门 管道上安装的控制油前进方向和压力的阀门 单向阀 油只有一个前进方向，与齿轮泵连用 溢流阀 油路中调整压力机压力。也称调压阀。与柱塞泵连用，通过阻尼孔，将柱塞泵过压油溢流出管路。 安全阀 弹簧控制的安全阀门。保证油路钢管不爆裂。 电磁阀 也称换向阀。指向主油缸活塞的上或下部供油换向。
31、O O O O O B P A 油箱 下腔 进油 上腔 如果P-A和B-O通，油进主油缸上腔，活塞下行加压 如果P-B和A-O通，油进主油缸下腔，活塞上行卸压 油缸 通常在压力机上部，为单缸；也可在下部安装，双缸；也可在侧面安装，带侧压。 机架 固定和支撑油缸作用。单柱-悬臂；双柱；四柱。 压力机公称压力：25T、45T、60T、100T、200T、500T等 工
32、作原理： 启动电源----齿轮泵和柱塞泵空转，电磁阀P-A和B-O接通----手动打开油路阀门----齿轮泵供油为主，油经P-A进入油缸上腔，下腔油在压力作用下经B-O进入油箱，活塞快速下行----压快与模具接触后，行程开关将齿轮泵关闭，柱塞泵打开，上腔油压迅速提高，供油以柱塞泵为主，活塞慢速下行，加压----达到最大压力，溢流阀作用，手动停止按钮，保压----手动退出按钮，电磁阀换向，P-B和A-O接通，行程开关将齿轮泵打开，柱塞泵关闭，齿轮泵供油为主，油经P-B进入油缸下腔，上腔油在压力作用下经A-O进入油箱，活塞快速上行卸压----结束一个周期。 如果有多个油缸，则将以主油缸带动行程
33、开关完成辅助油缸相应动作。 2 机械式压力机 主要有凸轮式和杠杆式。特点；自动化生产，压力小，动作快，结构简单，价格便宜，维修方便。 凸轮式机械压力机： 图2-3 P31 目前，应用最广的DORST公司TPA压力机。在传统的压力机结构上改进为：配有高精度模架，适应多台阶复杂零件生产；辅助液压或气动系统，对不等高制品的各高度压制时进行刚度调节；气动系统的后压“顶压”调节，双向压制；气动予载脱模，沉孔制品有效脱模等。 * TPA自动压力机 TPA自动压力机的基本结构 TPA系列压机的基本结构可以分为：传动部分（主电机、皮带轮、离合器、变速机、偏心齿轮、传动轴、曲
34、柄连杆、大拉杆）、上横梁部分（上T型杆、位置调节机构、予载气动装置）、压制机构部分（压制横梁、控制横梁、支撑凸轮、顶压机构、下T型杆）、下拉机构部分（下拉横梁、下拉凸轮）、复位机构部分（复位油缸）、送料机构部分（四连杆、进给凸轮）、控制部分（PQC3、角度编码器、配电箱）、可装卸的模架和机身等九大部分。另外可根据用户要求配置机械手等其他功能附件。 设备技术性能 性能项目 性能参数 单位 最大压制压力 ６０ KN 最大下拉压力 ４０ KN 最大压制位置辅助支撑力 ３０ KN 上冲头行程 ９５ mm 上冲头调节 ７０ mm 最大装料高度 ７０
35、 mm 最大压制行程 ３５ mm 最大下拉行程 ３５ mm 最大顶压行程 ６ mm 冲程速度调节 ９～６３ 次／min 总负载 ３ KW 气动工作压力 ０.５５ Mpa TPA压力机结构图 主要运动及传动原理的介绍 1）上冲头运动 上冲头运动是压机的主传动运动。它的传动路线如下：主电机→皮带轮→气动离合器→涡轮变速机→传动轴→小齿轮→带偏心轮的大齿轮→曲柄连杆→大拉杆（作垂直运动）→上横梁→上T型杆→上冲头的冲程运动。 2）阴模运动 阴模运动包括压制运动、下拉运动、复位运动。 压制运动：由于曲柄连杆与大拉杆的连接销是
36、由压制横梁的两端圆柱取代，所以曲柄连杆的运动也就带动了压制横梁的运动；中心轴与压制横梁是滑动配合而与控制横梁是紧配合，上冲头下行直至进入模孔（封口）的这段行程中压制横梁是沿中心轴滑动下行，只有压制横梁下行到压迫控制横梁时才带动中心轴一起下行；中心轴上端上T型键与模架的下离合的T型键连接，下离合板通过四根导向杆与模板（阴模）相连，所以中心轴的下行带动阴模的下行；由于运动都是由曲柄连杆的运动带动的，所以此时上冲头与阴模的运动都是同步的。 下拉运动：进入压制位置时，控制横梁的两个半月形滑块坐落在支撑凸轮上，使阴模被支撑定位；压制完成后，支撑凸轮由大半径转到小半径，空出位置使阴模可以继续下行；这时上
37、冲头开始回升，而主齿轮上的下拉凸轮却压迫下拉横梁上半月形滑块使之下行，下拉横梁与中心轴也是紧配合，所以带动阴模继续下行到脱出位置，使压坯脱出。 复位运动：压坯脱出后，在复位油缸（TPA15/3）、气缸（TPA50/3、TPA20/3）活塞或复位弹簧的作用下，使中心轴带动阴模迅速回升，复位到装料位置。 3）顶压运动 顶压运动是在压制过程中，压制横梁内的蝶形弹簧或顶出装置强迫控制横梁提前到达支撑凸轮上，使阴模被支撑定位；此时，上冲头并未到达下死点，所以继续下行一个距离（即顶压行程），上冲头这个运动是从上往下对阴模作相对运动，来完成对压坯的最后压制。 4）其他运动 送料舟的运动是驱动副轴带
38、动进给凸轮使四连杆驱动送料舟前后运动；予载脱模运动是上T型压杆内双向气缸（TPA6压机是弹簧）的作用而形成的。其他辅助运动大都是通过相应的辅助装置来完成的。 常见机械控制故障原因及处理 故障 原因 处理 阴模回复不到 装料位置 1）模具复位装置的密封环损失 检查并更换密封环 2）模具复位的二位三通阀损坏 检查并更换二位三通阀 3）TPA6的复位弹簧损坏 检查并更换复位弹簧 压制位置上阴模回跳 1）压制位置支撑用的滑垫磨损 检查并更换滑垫 2）压紧机构和压紧滚子磨损
39、检查并更换滚子 阴模达不到下拉位置 下拉滑垫磨损 检查并更换滑垫 润滑油压异常 1）油的黏度低，流动性过高 检查并更换抗磨液压油 2）油泵的马达停止 检查并更换保险丝 3）吸管堵塞 清洗吸管 4）机内油温太高 加强通风、适当调低压力开关的工作点 润滑滤油堵塞 油过滤器芯子堵塞 更换滤器芯子 气压异常 压缩空气压力不足 检查压缩空气压力 压力过载 压制密度过大或重压 反转让上冲头回升至脱模孔，将上冲头相对位置升高至上死点，将过载制品压出，再正转调整 杠杆式机械压力机： 图2-4 P33 3 摩擦压力机 摩擦压力机是冲床改进
40、的粉末压力机 图2-6 P35 2.2 冷等静压力机 CIP技术 结构：受力架、高压容器、高压泵及管路 图2-7 P35 受力架 承受高压容器两端活塞压力。安置在小车上。 高压容器 高压缸体加上下活塞构成 高压泵 柱塞泵（油）和薄膜泵（气） 原理： 利用液体或气体在密封容器内压应力传递特点，将粉体或压坯用软包套（橡胶或塑料）密封，置于传力介质中，加压而致密化。 传力介质：L、G、S L 水、矿物油； G 氩气、氮气； S 橡胶、硬脂酸锌 普通物理认为，液体不可压缩。实际上压力超过50MPa，体积明显减小，且压
41、力足够大，液体出现凝固。（水＞400MPa成冰；矿物油＞600MPa凝固）。所以，通常使用冷等静压力300MPa，如果压力需大于400MPa传力介质用固体，大于1500MPa用铁粉。 湿袋等静压：粉末装入软模后，抽气密封，直接装入。软模易污染粉末。 干袋等静压：软模放入母袋中，不与液体直接接触。 冷等静压产品特点：密度分布均匀。产品表面精度不高，粉末在软模中分布难控制，压坯外形不规则，必经过机加工，且产生较多切削料。也可将粉末在模具中预成形，再入软模进行等静压加工。 2.3 其他成形设备 挤压机，注射成形机，粉末锻造设备等。略
42、 第三章 烧结设备 教学内容：钼丝炉；真空炉；网带式烧结炉。 教学要求：掌握烧结炉结构、使用特点；掌握安全操作要点；了解事故处理方法。 教学难点：重点真空炉结构、安全操作要点。 教学安排：2课时 习 题： 主要介绍钼丝炉和真空烧结炉 3.1 钼丝炉 P43 图3-2 钼丝炉的基本结构与管式气体还原炉相似，只是发热元件和炉管材质不同，且工艺温度不同。为连续式作业炉。产量大，工艺成熟投资小，运行成本低，但产品尺寸受限制。此炉运行温度为1500℃左右，属于硬质合金烧结炉，采用氢气保护气氛。炉管材质是陶瓷材料（刚玉管），发热元件是钼丝。 钼丝特点：使用温
43、度1600℃。抗氧化能力很差，550℃左右空气中加热剧烈氧化成粉末。只能在H2等保护气氛或真空下使用。 制品所用舟材质为石墨。制品用氧化铝加炭黑作填料支撑。 3.2 真空炉 P43 图3-3 结构：炉体、水冷系统、真空系统、加热系统、控制系统等 炉 体 水冷夹层（包括炉体、炉门），内层耐热不锈钢外层普通钢板 水冷系统 水冷炉门、炉体、进电极、电极导电管、罗茨泵等水可用自来水或循环水（冷却塔） 真空系统 真空泵（旋片泵，罗茨泵）、真空度表、管道和阀门 介绍旋片泵、罗茨泵、管道连接、阀门。 加热系统 变压器、导
44、电管、电极、发热体 介绍进电极、发热体 控制系统 控制柜（电脑、电压表、电流表、开关）、测温热电偶 操作过程： 1 开冷却水 2 启动电源总开关 3 启动旋片泵 4 观察真空度，小于25MP，启动罗茨泵 5 检查系统真空和水冷系统 6 启动加热系统开关，进入工艺程序。 7 观察并记录真空度、温度、电流表、电压表、水温 8 结束工艺程序，关闭加热系统，随炉冷却 9 温度低于600℃，关闭罗茨泵和旋片泵 10 温度低于150℃，关闭冷却水，打开进气阀，出炉 常见故障及措施： 1 真空度不高 原因 真空泵问题、管
45、道漏气问题、炉体漏气（包括进电极和热电偶密封）问题、超负荷进料等 2 水温较高 原因 水压较低 3 三对电流和电压表异常（不平衡） 原因 发热体连接间隙太大、发热体断裂、发热体与炭毡短路 4 温度出现异常波动 原因 热电偶已断、热电偶与发热体短路 5 产品异常 原因 如果操作过程无异常，应判定工艺制订有误 6 紧急事故处理 停水 立即停电，关闭所有阀门（包括水阀门），密切观察进电极，有条件送氩气或氮气；没条件，准备真空封泥。突然来水，应缓慢开启水阀门，直至水温正常。 停电 手动关闭所有真空系统阀门，停炉。来电后，采用快速升
46、温至原事故温度，正常完成余下过程。 其他事故（漏气、电压电流表异常、温度异常），均按停炉立即处理。 3.3 网带式烧结炉 与网带式还原炉相似，只是温度控制不同。图1-6 P7 网带为封闭的能循环转动的耐热不锈钢履带。只能应用于铁铜基制品的烧结炉。温度控制在1200℃以下。 第四章 热状态致密化设备 教学内容：加压烧结炉、热压设备、热静压力机。 教学要求：了解热状态致密化设备。 教学难点：无难点。 教学安排：2课时 习 题：
47、 4.1 加压烧结炉 图4-1 P51 典型用途是生产金刚石砂轮。同时加热和加压，利用电阻丝加热至烧结温度，金刚石层致密化同时与钢基体焊接。每套间用石墨板相隔。 金刚石砂轮有浓度和粒度指标。 4.2 热压机 图4-2 P53 典型用途是生产大型特殊的硬质合金制品、较大密度较高的铁铜基制品、金刚石制品等。 有两种形式：电阻加热式和感应加热式热压 石墨是加热元件也是模具。三高石墨---高强度、高密度、高纯度。 4.3 热等静压机 HIP技术 设备原理与冷等静压相似。但是在热状态，故有加热装置。 图4-5 P55 加热方式有内热和外热，加压介质
48、为惰性气体。 工艺操作： 1 先压后升温 进料---抽气后充氩---加压（充氩）---升温---保温保压---卸压降温 2 先升温后压 进料---抽气后充氩---低压升温---加压充氩---保温保压--- 卸压降温 3 同时升温加压 进料---抽气---充氩升温---保温保压---卸压降温 第五章 辅助设备 教学内容： 教学要求： 教学难点： 教学安排： 习 题： 工艺流程和性质不同，配置的生产设备会有区别。 硬质合金生产传统工艺流程： 原料---混合（湿磨）---干
49、燥 ---掺胶---制粒---压制---脱胶---烧结---毛坯---清理入库 配置设备： 原料 还原炉、碳化炉 湿磨 球蘑机 50L 180L 干燥 振动干燥机 掺胶 螺旋混料机 15KG 制粒 擦碎筛、制粒机 压制 压力机 脱胶 脱胶炉 烧结 烧结炉 清理 喷砂机 目前常用硬质合金生产工艺流程： 原料---湿磨---喷雾干燥---压制---（脱胶）---烧结---毛坯---清理入库
50、配置设备： 原料 还原炉、碳化炉 湿磨 可倾式球蘑机 干燥 喷雾干燥塔 压制 压力机 烧结 真空脱胶烧结一体炉 清理 喷砂机、钝化处理机、微波清理机 铁铜基制品生产工艺流程： 原料---混料---压制---烧结---（复压复烧）---热处理---整形---侵油---包装入库 配置设备： 原料 还原炉 混料 圆桶混料机、Y型混料机 压制 压力机 烧结 履带式烧结炉 热处理 井式热处理炉、井式渗碳炉 整
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