粉末挤压成型的进展

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粉末挤压成型的进展/周继承黄伯云吴恩熙子粉末挤压成型的进展DeveloPmentofPowderExtrusionMolding““”周继承a,b黄伯云吴恩熙曲选辉,(a中南工业大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083),(b长沙铁道学院材料研究所长沙410075)摘要,阐述了粉末挤压成型技术的发展现状评述了近年来这一领域国内技术引进开发的状,。况和存在的主要问题并讨论了发展挤压成型技术的对策关键词粉末冶金近净成形粉末挤压成型.srae。current,itua桩on。foe:。xtrusionongi,eseribe。im-AbttThpwdmldiddTho.prtanddevelopmentofteehniquesandequipmentinthisfieldarereviewedThemainproblems.andthewaystodevelopthePEMteehniquearediseussed,一一,Keywordspowdermetallurgynearnetshapingpowder。xtrusionmolding粉末挤压成型(。PEM)是在金属铸坯和高聚物末冶金领域内的压挤技术被称为挤压成型工艺困:加工的压挤工艺基础之上发展起来的一种新技用挤压成型技术使粉末体成型主要有两种方案第。、,,,〔,一2〕它发展至今;术己成为制取硬质合金高比重及一种不加粘结剂对粉末体直接进行挤压第二种其它金属、合金的管、棒、条及其它异型产品的最重将金属或合金、化合物的粉末与粘结剂混和均匀,然。要的方法之一。其基本原理与有机高聚物的压挤工后再对混合料挤压艺原理十分相似阁,与金属坯材的高温压挤工艺也1.1不加粘结剂的粉末挤压成型技术。,,。极其相近闭PEM虽源于压挤工艺但就其工艺技此种工艺发展了两种机制即正向和反向挤压,。,,术本质而言与压挤工艺仍存在很多差异首先它在正向挤压时阴模内的粉体在冲头的加压下通过,,,,。由松散的粉末体压缩再经拉伸流变而成型较之其挤压模嘴挤出从而使粉体受压拉伸横截面减小,,,,,;它压挤工艺材质形变大挤出工艺参数很不相同相反在反向挤压时粉末相对料筒不动因此粉体其次,粉末混合料挤压工艺需采用粘结剂及其它种与料筒间无摩擦。两种挤压机制均有应用,但正向挤,、。类的助剂来实现顺利挤出;金属坯压用得较多第三与高聚物,它,,料的压挤相比多出了粘结剂脱除等工序而且对相对于铸坯成型等其它方法粉末挤压成型具粉末成。:、分的控制也更加严格有如下优点¹能生产出诸如铸造机加工等难以成;由于社会的发展对粉末冶金异型制品的需求不型的金属制品º由于组织微相均匀以及成分偏析,;断增加使得80年代以来挤压成型技术在国际上得的减小提高了材质和制品的性能»便于生产弥散到了巨大的发展。国内近年来也相继引进了多台挤复合材料,弥散相能均匀混入主体相材质之中;¼对,,,压机用来开发生产或进行科学研究并已形成了一特殊用途无需烧结和其它热处理工艺减少了工序、。;,定的生产研究能力挤压毛坯即可直接使用½相对于铸坯的挤压粉末,挤压减小了挤压压力降低了成型时的温度和物料粉末挤压成型的发展,。的运动速度即减小了能量损耗金属铸坯的压挤成型是一门发展较早、较成熟由于具有了以上优点,不加粘结剂的粉末挤压。.5、、、1799raas〔〕“的工艺早在年JBmh就发明了铅和被广泛应用于弥散强化复合材料超合金铁合金,。、其它软金属的压挤成型方法”用在粉硬质合金并获得专利快速凝固粉末复合材料等制品的生产.周继承,通讯联系人,博士生,长沙铁道学院材料研究所,长沙41075 材料导报1997年12月第11卷第6期7一习。,,。中仁对于这种不加粘结剂的粉末挤压一般来说挤压过程中会产生冲击等现象挤出物质量差为了。,是在加热升温的状况下进行的所需达到的挤压温防止一系列不利行为的发生文献[14]建议混合料度视材质的不同变化很大。这种粉末高温挤压又主中应增加石蜡的含量,而且要均匀混和,挤压时降低:,。要有如下三种方式(正向挤压机制下)第一种松散冲头运动速度等,,的粉体被直接倒入挤压料筒内当然松散粉体占据80年代以来粉末挤压不断采用以螺杆挤压机的体积很大。此种方式曾被用来压制镁合金制为代表的连续挤压设备,其自动化程度、工艺过程控。,,品[10〕松散的粉体先被压成一定形状的压第二种制精度都有了大幅度的提高并大量采用了光电子,。坯然后再挤压[l]这种粉体预压成型有助于挤压监控、计算机在线适时控制等智能化部件,从而使得,,、、〕操作更为方便工艺的控制且具有挤出毛坯密度较高的优点但挤新一代挤压设备[l5功能更加完善出毛坯表面易出现凸现、锯齿状、不光滑等缺陷。第生产能力大大提高。随着新一代挤压设备的开发成,‘。,。功粉末混合和料挤压工艺技术不断发展[l卜叼目三种是包套挤压它是一种更成功的方式在这种方式下粉体被包入一个可加压变形的包套内,包套也前已能挤出直经为0.5一40,壁厚小于mm的棒材经预先模压,然后再拿去挤压。之所以使用包套是因。.3mm的管材,也生产出了各种形状、尺寸的蜂窝、,状横断面结构的陶瓷零件。产为能够带来相对于第一第二种方式的许多优势如品有计算机打印针等,、;粉体可抽气挤压物与外壁润滑剂相隔开(不易污染电子工业用精密部件汽车联合杆汽车尾废气净化、,;粉体)对有毒粉体如被铀制品的生产包套将有毒器等汽车工业粉末冶金产品传统使用领域的各种零,,。一;O物质封入便于操作通过选取合适的包套材料能部件美国RTW公司报道已用WCC混合料挤压提高挤出毛坯的表面质量等。当然包套挤压也有其成型生产出给印刷电路板钻孔用的微型麻花钻。德,,,缺点如包套材料使用不当则挤出物表面凹凸不国KonradFriedriehs公司报道已生产出了带螺旋,。,。平冷却液孔的碳化物棒材直径达31mm吻」有文章报横截面不均匀等,as,对于上述不加粘结剂的粉末挤压sch等[1z〕道原有石蜡粘结剂不能满足直径大于lomm的制:,提出了如下的公式品的挤压他们开发出了一种由三种有机物构成的n。,P一KlR新粘结剂由于采用了多项新工艺技术故能保证产:;,,式中P为挤压压力R为挤压比即料筒内粉体的品的质量但详细的工艺技术参数却根本未被报初始横截面面积与挤出物最终的横截面面积之比;道。。,,K为材料挤压常数虽然上式过于简单它忽略了从己知报道看粉浆挤压成型方面的研究一方,,,其它功耗以及摩擦损耗等但基本上能满足指导粉面技术高度机密从不轻易报道另一方面己有的报。、体挤压的工程应用要求道则基本上只是对工艺规程的选择优化进行了实.12加粘结剂的挤压,粉浆挤压成型技术验事实基础上的说明在这方面的理论研究文章还—。为了更进一步地为物料挤压创造优良的流动条未见到,,件并做到在低温下挤压粉末挤压领域内不断开发。2国内引进技术的现状及对策了挤压成型新技术以粘结剂和粉体的均匀混和物喂料为挤压对象的低温挤压成型工艺已得到了充分2.1现状的发展。早期文1、、,献「5]评述了含粘结剂的铜钨硬改革开放以来我国粉末冶金技术得到了不断、。。发展[21」其中硬质合金方面就有四大厂家从国外引质合金难熔金属化合物喂料的挤压行为对几种粘、、结剂体系如石蜡/硬脂酸淀粉浆糊酚醛塑胶的酒进了多台不同型号的挤压机。通过引进,使我国在挤。、精溶液的工艺特性分别进行了报道文献对挤压比压产品的数量、品种、质量上都有了较大的提高。虽挤压压力、粘结剂含量等的变化对挤出物性能的影然有的厂家在引进设备的同时也引进了成型粘结剂响进行了分析说明,,、,认为石蜡含量一般应达到等技术但由于原材料粘结剂配方等不配套在生,4w。t%一10wt%(视各种材质而变)相当于体积含产大直径高质量棒材等产品上仍有一定困难据知量达35%一“。,、%如果混合料中粘结剂含量不够国内目前所采用的挤压喂料用粘结剂仍以石蜡甲 扮末挤压成型的进展/周继承黄伯云吴恩熙等基纤维素两个体系为主。由于使用这种粘结剂配方,有我们自己特色的挤压成型配套技术和工艺路挤,。出物的强度不够或在挤出直径大时坯料表面质线量变,坏如物料从模口挤出后表面起疙瘩(鳖鱼皮现,、,。3结语象)出现螺纹波纹甚至形成竹节等因此有必要,大力开发优质成型粘结剂。综上所述国外对粉末挤压成型工艺的研究和,,,应用己十分广泛其技术己高度商业化并受到了严目前国内能生产的挤压产品品种仍较单一产。品质量与国外同类产品相比仍有很大距离。出现这格的保密从设备到工艺技术都已进入了一个新的。,:发展时期国内近年来引进中发生的问题正逐步受种现状的主要原因我们认为主要有如下几点首。,先,对、。到重视并在大力加以解决可以预见在粉末冶金学粘结剂的研究开发十分不够对粘结剂与粉,体混炼行为、挤压流变行为、粘结剂作用机理等的知科和产业界内随着挤压成型技术的进步和工艺的,、,,。、成熟挤压产品的品种数量将越来越多质量将越识积累太少研究不深目前在欧洲日本等国家和,,,,来越好应用范围将越来越广从而显示出越来越强地区粘结剂制备仍属高度机密技术己实用了的挤。压成型粘结剂工艺技术研究成果未有正式报道。其的竞争力次,,基本上对引进技术消化不够停留在满足生产要参考文献。,,求的水平上第三未能借助相..,..各单位间互相保密1RoertsPRInteraterevies,1991;36(1):62bMRw。,raz,..o..,互的力量有力地组织研究攻关第四基础理论研究2BinskyJApplPlymi1970;14:2271Sc,rann,aeoos,eo.eta,严重落后特别是对挤压成型过程这一较特殊的流3EhmVlhPoulRhlA1975;14:761..,一,-。4Lene1FVPPrineiplesandAeationsPrie变学领域内的流变学基础理论尚未开展研究/Mpplinc2.2对策tion:1980..,..,5Pearsonarnsextrusionoet-,、、CEPkiRNThEfM近十年来虽然挤压成型技术受到了产学研als,Lonon:1960d各界,,越来越大的重视也有了不小发展但如上所,,:,6黄培云粉末冶金原理北京冶金工业出版社1982述,我国在挤压成型流变学等方面的基础研究和应7IrmannR.,Teeh.Rund,1949;遵1(36):19。用研究与发达国家相比差距甚大我们只有不断进rean.,..,8FidmGIntP/M1980;16(1):29J,。s.,.,取才可赶上和超过发达国家的水平目前应注意优9AlundCProgP/M1983;39:543。are...,ear.,,:先开展以下工作10ChPJMShppdTP/M1973;16(32)437....。11Coe,Instet,1957;:29¹积极开展粉末挤压流变学基础理论研究要lHJM86aes.,sen.,tt.ut.ater.ru.nst,,、、12ShGEibiWMiDeMPfA组织好研究队伍借鉴高聚物流变学工业流变学1931;16:67,基础流变学理论研究的丰富成果针对粉浆挤压这..,,13费尔多钦科HM粉末冶金原理北京:冶金工业,出版一特定工艺过程广泛开展各种挤压条件下挤出物社,1974、,性能流变行为的基础研究努力做到用具体的流变月o.,,,14伪BA110u一Ba只Me性”月ypr卜z只日八〕Mazil月M:阴闪阳卯。学参量来指导挤压工艺的制定与实施K”e”,1961;e下p:59。,º大力开发挤压成型粘结剂在目前情况下我15Hennna,,1991;4:lyAMPR44,rease.,..,aer.ee,们不能从国外引进也不能从有关报道得到太多的16GlyAShiHYMti&Thno1993;9:Sc,,42信息因此只有下大力气自己摸索并与化工等其它raus..eta,,.ater..eror,,,17BeghDGlJMEng乙Pf1995;部门合作优势互补尽快开发出适合各种粉体特征4(1):25的实用新型粘结剂配方体系以及粘结剂混炼技an.,ear..,rans.,18DurbDMMETASME1991;58:582术。19,,199;:高立粉末冶金技术412(2)109艺和设备的配套技术研究。·,.»开展挤压成型工20Drngroeotanseeenar,1993;2:468IPf13hPlSmi应弄清各种喂料体系下挤压流变行为对挤压坯密度,,;:21王洪海粉末冶金工业19954134均匀性、对烧结工艺等的影响。对挤出物所经后续工、,(责任编辑张汉民艺开展归范优化组合的仔细探索力争尽快形成具)