模具技术2000.No.494文章编号:1001；(上海交通大学模具,200030)；摘要:,论证了回弹是,提出了消除裂纹的几种对策；关键词:;回弹;分层裂纹；中图分类号:TG249文献标识码:A；Abstract:Thispaperanalyz；flawsinmetalpowderformin；cause.Then,somecounterme；Keywor
模具技术2000.No.494文章编号:00)04-0049-04董林峰,
(上海交通大学模具,200030)
摘　要:,论证了回弹是,提出了消除裂纹的几种对策。
关键词:;回弹;分层裂纹
中图分类号:TG249　　文献标识码:A
Abstract:Thispaperanalyzedallkindsoffactorswhichaffecttheappearanceofsamdwich
flawsinmetalpowderforming,anddemonstratedthatreboundisthemostdirectandmain
cause.Then,somecountermeasuresareputforwardtogetridofthesamdwichflaws.
Keywords:samdwichflaws
金属粉末成形是粉末冶金最重要的过程之一,裂纹是金属粉末成形过
程中最易出现的缺陷,事实证明压制后面的烧结过程通常是加剧了这些缺
陷。对于多台阶等复杂零件,这些缺陷更加严重。
金属粉末压制过程中产生的分层裂纹是金属粉末压制裂纹中较为常
见的一种,它是指粉末经过压制,形成毛坯后,坯体表面出现一些表面相互
图1　坯体分层裂纹平行的裂纹(图1)。
图2为几种较为典型的分层裂纹。
1　造成分层的主要原因
在粉末压制过程中,压制压力超过一定极限值时分层裂纹才出现,因此一般认为压力过高,局部应力(主要为剪应力)过大是造成分层的主要原因,但是通过计算机模拟分析,裂纹并不是出现在压制过程中应力最大处。图3为利用S.Shima压制模型在MARC软件上模拟单台阶坯体在单向压制终结时的应力分布云图,其中初始相对密度0.403,初始高度20.0mm,终了相对密度为0.820,终了高度为9.9mm。摩擦系数取为:0.08,基体材料弹性模量E为150Gpa,泊松比为0.3。
作者简介:董林峰(1964～),男,博士研究生。
05DieandMouldTechnologyNo.42000
图2　　,而一般分层裂纹
产生于侧面或横向尺寸变化处。同时,
作者通过圆柱体形坯体进行试验,在不
改变压制压力情况下,改进模具结构,消
除了裂纹。这也证明了分层裂纹主要由
于脱模顺序及模具结构不适当造成的。
事实上,当金属粉末压制成形时,粉
末颗粒受压制压力的作用在模具内形成
一定的形状,粉末的变形分为弹性变形
和塑性变形。当压制结束,进行脱模时,
脱离阴模部分由于回弹的作用与尚在阴
模内的部分产生剪切作用,当剪切应力图3　应力分布云图
超过压制坯体的Green强度时,就产生
了裂纹。而在一般情况下,最大压制力越大,压坯密度越大,脱模时受到的分层剪应力越大,
因而就越容易形成分层裂纹。
影响分层裂纹产生的原因主要如下。
111　模具结构的影响(1)倒角对分层裂纹
阴模的倒角适当与否
对分层裂纹影响很大,图4a
为模具没有倒角而产生分
层裂纹;图4b为模具倒角
过大同样也产生裂纹。
(2)组合模具影响
由于压制过程中,粉末
一般呈柱状流动,横向流动图4　倒角对压制裂纹的影响
(a)阴模没有倒角　(b)阴模倒角过大
模具技术2000.No.415较为困难。对于沿压制方向模截面没有变化的压坯,可以用整体模冲。对于沿压制方向横截面有变化的压坯(如带台阶压坯),如仍然使用整体模冲(或组合模冲设计不合理),就会造成坯体密度分布不均匀。为了使密度最小处也满足密度要求,必须加大压制压力,这样会造成坯体脱模时局部回弹过大,从而形成分层裂纹。
112　零件形状的影响
对于形状复杂的零件,更容易形成分层裂纹,脱模过程中各部分向外回弹量也不同。,当剪应力超过坯体的Green强度时,113　一般来讲,,在压制过程中会出现压力损失,采用单向压制方法压出的
压坯密度会出现不均匀现象,为了保证密度最小处密度符合质量要求,必须增大压制压力,这样会增大脱模过程中回弹剪应力。
脱模顺序不同,不仅影响回弹剪应力的大小,而且会引起的回弹方向不同。如图2a和2c所示坯体,如先抽出芯棒再将坯体顶出阴模则坯体向内回弹,而将坯体先顶出阴模再抽出芯棒则向外回弹,当回弹引起的剪应力超过坯体的Green强度时,就产生了裂纹。114　其它因素的影响
除了以上所述诸因素外,金属粉末特性、润滑条件都会对产生分层裂纹造成影响。纯度较高、硬度较低、颗粒形状不规则、非单一粒度组成的粉末,在压制过程中不易形成分层裂纹,反之容易形成分层裂纹。
润滑条件不好,会使压力损失增加,加大压坯密度不均匀。为了保证最小密度符合质量要求,必须加大压制压力,同时会增大回弹量和回弹剪应力,这样就容易产生分层裂纹。2　解决方法
211　改进模具结构
21111　对阴模进行适当倒
为了消除分层剪应力
的影响,对于形状比较简单
的坯体,最简单和有效的方
法是对阴模进行适当倒角
(图5),对于铁、铜、碳混合
粉末,经试验取倾斜5‰比
较合适。倒圆角直径为横
向尺寸的200倍较为合适。图5　对阴模进行适当倒角
(a)倒角　(b)倒圆角
25DieandMouldTechnologyNo.　使用双向压模、组合模具结构、降低粗糙度
使用双向压模结构代替单项压模结构,对于沿压制方向横截面有变化的压坯,使用组合模冲设计,同时降低与坯体接触面的粗糙度,这样可以用较小的压制力使坯体密度达到质量要求。
212　改变压制方法和脱模顺序单向压制容易造成坯体密度分布不均匀,,形成分层裂纹,因而压制时,尽可能采用双向压制,,,应先抽出芯棒,再脱阴模。
,再抽出芯棒。
213　其它措施
在不影响基体材料质量、不过高增加成本前提下,选用合适的粉末,如提高粉末纯度、降低硬度、采用不规则形状颗粒、采用不同粒度组成的粉末将有助于消除分层裂纹。
不同的金属粉末选用不同的物质作润滑剂,如:铁基粉末制品使用硬脂酸为润滑剂。同时,在不影响基体材料质量前提下,加大润滑剂和成形剂使用量将有助于消除分层裂纹。
另外,如果在压制完成后,保持该压力一定时间也有助于消除分层裂纹。
在压制过程中影响形成分层裂纹的因素很多,但最直接、最重要因素是脱模过程中回弹剪应力过大。针对不同产品,采用合适的压制方法、模具结构、脱模顺序,在许可条件下,尽可能改善粉末压制性能和润滑条件,从而最大限度的减小脱模过程中回弹剪应力。对消除分层裂纹,提高产品质量将是直接、有效的途径。
[1]　黄培云1粉末冶金原理[M]1北京:冶金工业出版社,19971
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& 烧结砖坯裂纹的原因及解决办法
烧结砖坯裂纹的原因及解决办法
核心提示：砖坯在干燥过程中都会产生不同程度的裂纹,砖坯裂纹是影响产品质量的一关键因素.泰安恒盛建材有限公司生产煤矸石烧结砖已近3年,在生产过程中发现,砖坯产生裂纹的共性有两类:一是机械性裂纹;二是非机械性裂纹.在非机械"砖坯在干燥过程中都会产生不同程度的裂纹,砖坯裂纹是影响产品质量的一关键因素.泰安恒盛建材有限公司生产煤矸石烧结砖已近3年,在生产过程中发现,砖坯产生裂纹的共性有两类:一是机械性裂纹;二是非机械性裂纹.在非机械性裂纹之中可分为原料性裂纹和干燥性裂纹,因而呈现出比较复杂的特性.现根据砖坯干燥裂纹所产生的原因作简单分析,供大家一并研讨.
1 干燥过程产生坯裂的基本原因
没有充分认识和了解干燥室预热段,送风段,冷却段的特性对干燥工艺的要求.热风供应量不足,坯体充分干燥的前提条件未得到满足.干燥温度曲线不合理,未能满足坯体在干燥过程中对温度曲线的要求.对砖坯的排潮控制不好,排潮效率达不到要求,干燥窑预热带空气湿度产生饱和,砖坯表面吸收空气中的水分后出现膨胀,从而产生网状裂纹.进热风,排潮不均匀,造成干燥窑内温差很大,在某些地方存在热冲击,因此坯体受热不均匀,干燥不均匀,砖坯的脱水速度不稳定,造成砖坯内外收缩不一致,产生的热应力就会破坏坯体并引起坯裂.残余含水率太高,砖坯含水率越高,在干燥过程中的收缩率就越大,当砖跺中间的砖坯受到相邻砖坯的收缩拉力超过自身的机械强度时,砖坯便拉裂.通风量太大,过高的通风量会带走大量水分,会使窑内空气的相对湿度变小,砖坯就会加速脱水,从而产生急干裂纹.窑车台面温度太高,底层砖坯因急速干燥从而引起严重裂纹.
2 干燥引起坯裂解决的基本方法
温度分布状况,热气流的状况以及气流量的大小与方向都对干燥效果起着关键性的作用.提高干燥窑前段温度.一般情况下干燥窑2~3车位温度应控制在100℃以下,干燥窑内截面温差应控制在15℃以内.上下温差越小越好,干燥温度升温要平稳,一般应以微正压为宜.干燥窑顶和窑两侧的入风闸阀要根据干燥温度曲线随时调节上下温度,防止和克服热风直接冲击砖坯.在整个干燥过程中的升温曲线应该比较平稳,除前段1~2个温度点与后段1~2个温度点的温度不同外,其余各温度点的温度比较接近.在干燥窑中段和中后段应该控制好干燥时.控制好砖坯成型含水率,提高挤出机真空度,提高原料塑性,提高砖坯的机械强度.对窑车台面采取有效地降温措施,增加散热降温时间.合理控制好通风量,对干燥系统要建立一套完整的湿度检测制度,以便准确的判断.
3 机械性裂纹和非机械性裂纹的差别
一般情况下,机械性裂纹的方向性和位置特征比较明显,直观,裂纹较长,清晰可见.机械性裂纹一般是因为坯体受到碰撞,振动或重压而引起的.
非机械性裂纹的表现形式可谓多种多样,一般来说,裂纹方向性不那么明显.但有些时候,非机械性裂纹的位置也比较有规律,因此,不能单纯地认为,只要方向性明显就是机械性裂纹.
4 两种干燥裂纹类型及其表现特征
"周边裂":干燥窑内的温度不够时,砖坯容易出现周边裂纹,特别是干燥室断面温差大,干燥窑内两边的温度低时,所发生的概率就更多.但如果干燥窑两边热风管道闸阀调整不合适,入口处进风太猛,产生大的热冲击,也会造成周边裂纹.干燥窑内某些区域升温过急,温度太高也会造成周边裂纹.
"心裂":由于干燥窑前段温度过低,排潮太快所导致砖坯心裂.
由于坯裂的原因比较复杂,各种原因交织在一起,互相影响和掩盖,难以分辨是哪种类型的坯裂,往往错误判断,采取措施容易走入误区,难以解决.因此在出现坯裂的时候,必须要仔细地了解,观察裂纹性质,分析,查找根源,根据不同的坯裂类型,采用不同的处理措施,以防止因错误判断而采取的措施不妥当从而造成大的损失,这是必须引起注意的问题.（中国与制品网
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