粉末冶金及模具设计毕业设计.doc

成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）粉末冶金及模具设计毕业设计目录摘 要2关键词： 粉末冶金粉末冶金模具精整2Abstract3目录4第章 绪 论61.1 粉末冶金工艺及制品简介612粉末冶金技术的作用和发展61.2.1 新材料技术的发展趋势和特点71.2.2 新材料技术前沿研究领域81.2.3 粉末冶金技术的特点及其在新材料研究中的作用91.2.4 粉末冶金学科优先发展方向91.3 粉末冶金模具技术概况101.3.1主要内容11第二章 粉末冶金基础知识122.1 粉末的化学成分及性能122.1.1粉末的化学成分122.1.2粉末的物理性能122.1.3粉末的工艺性能122.2 粉末冶金的机理132.2.1压制的机理132.2.2等静压制132.2.3粉末轧制142.2.4粉浆浇注142.2.5挤压成形142.2.6松装烧结成形142.2.7烧结的机理152.3粉末冶金工艺152.3.1粉末制备152.3.2粉末的预处理152.3.4成形162.4烧结172.4.1烧结的方法172.4.2影响粉末制品烧结质量的因素172.5后处理182.5.1复压182.5.2浸渍182.5.3热处理182.5.4表面处理192.6粉末冶金零件结构的工艺性192.7粉末冶金材料192.7.1硬质合金202.7.2粉末高速钢212.7.3铁和铁合金的粉末冶金212.7.4摩擦材料和减摩材料22第三章 粉末冶金模具设计原理243.1粉末冶金概述243.1.1粉末冶金及其制品243.1.2粉末冶金的生产流程253.2粉末冶金模具设计253.2.1形状和精整方式分类253.2.2精整余量设计与精整压力计算273.2.3精整模具零件结构设计313.2.4精整模具主要零件设计和尺寸计算323.2.5精整模架38第四章 总结40致谢41参考文献42第章 绪 论1.1 粉末冶金工艺及制品简介粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比，具有以下特点：1粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的，因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。2提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定，以及良好的冷、热加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。 3利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。提高材料利用率，降低成本。粉末冶金的品种繁多，主要有：钨等难熔金属及合金制品；用Co、Ni等作粘结剂的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）等硬质合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀，还可制造模具等；Cu合金、不锈钢及Ni等多孔材料，用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。随着粉末冶金生产技术的发展，粉末冶金及其制品将在更加广泛的应用。12粉末冶金技术的作用和发展材料是人类用以制成用于生活和生产的物品、器件、构件、机器及其它产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。所谓新材料，指的是那些新出现或正在发展中的具有传统材料所具备的优异性能的材料。从人类科技发展史中可以看到，近代世界已经历了两次工业革命都是以新材料的发现和应用为先导的。钢铁工业的发展，为18世纪以蒸汽机的发明和应用为代表的第一次世界革命奠定了物质基础。本世纪中叶以来，以电子技术，特别是微电子技术的发明和应用为代表的第二次世界革命，硅单晶材料则起着先导和核心作用，加之随后的激光材料和光导纤维的问世，使人类社会进入了“信息时代”，因此，可以预料，谁掌握了新材料，谁就掌握了21世纪高新技术竞争的主动权！ 1.2.1 新材料技术的发展趋势和特点 纵观国际新材料研究发展的现状，西方主要工业发达国家正集中人力、物力，寻求突破，美国、欧共体、日本和韩国等在他们的最新国家科技计划中，都把新材料及其制备技术列为国家关键技术之一加以重点支持，非常强调新材料对发展国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 我国对新材料及其制备技术历来非常重视，一直作为一个重要的领域被列入我国自1956年以来的历次国家科技发展规划之中。在我国863高技术中，新技术材料又是七大重点领域之一。经过40余年的努力，已在许多方面取得显著进展，一大批新材料已成功地应用于国防和民用工业领域，有些新材料的研究居国际领先水平，为我国新材料及其制备技术在21世纪初的持续发展奠定了较好的基础。 新材料及其制备技术的研究将对世界经济发展产生重大影响，其发展趋主要体现在： （1）功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向发展； （2）结构材料向高性能化、复合化、功能化和低成本化方向发展； （3）薄膜和低维材料研帛发展迅速，生物医用材料异军突起；（4）新材料制品的精加工技术和近净形成形技术受到高度重视； （5）材料及其制品与生态环境的协调性倍受重视，以满足社会可持续发展的要求； （6）材料的制备及评价表征技术日受重视，材料制备与评价表征新技术、新装备不断涌现； （7）材料在不同层次（微观、介观和宏观）上的设计发展迅速，已成为发展新材料的重要基础。 综上所述，当今新材料及其制备技术的发展趋势具有以下几个特点：（1）新材料技术是现代工业和高技术发展中的共性关键技术，材料科学技术已成为当代和下世纪初最重要的、发展最快的科学技术之一。信息、能源、农业和先进制造等技术领域的发展都离不开新材料及其制备技术的发展； （2）综合利用现代先进科学技术成就，多学科交叉，知识密集，导臻新材料及其制备技术的投资强度大、更新换代快，经济效益和社会效益巨大； （3）新材料的制备和质量的提高更加依赖于新技术、新工艺的发展和精确的检测控制技术的应用。对制备技术的重视与投入直线上升，极大地加速了基础材料的发展和传统产业的改造。 （4）对材料基础性、先导性的认识已形成共识。材料的研帛和发展既要与器件的研帛密切配合，又要注意到自身的系统性和超前性，这样才有利于材料实现跨跃发展。 1.2.2 新材料技术前沿研究领域 进入20世纪90年代以来，材料科学技术的发展异常迅速。材料科学与生命科学、信息科学、认知科学、环境科学等共同构成了当代科学技术的前沿。展望21世纪，基于物理、化学、数学等自然科学与电子、化工、冶金等工程技术最新成就的材料科学技术前沿主要如下：微电子材料 主要是大真径（400mm）硅单晶及片材技术，大直径（200mm）硅片外延技术，150mmGaAs和100mmInP晶片及其以它们为基的IIIV族半导体超晶格、量子阱异质结构材料制备技术，GeSi合金和宽禁带半导体材料等。 新型光子材料 主要是大直径、高光学质量人工晶体制备技术和有机、无机新型非线性光学晶体探索，大功离半导体激光光纤模块及全固态（可调谐）激光技术，有机、无机超高亮度红、绿、兰之基色材料及应用技术，新型红外、兰、紫半导体激光材料以及新型光探测和光存储材料等。 稀土功能材料 主要是高纯稀土材料的制备技术，超高磁能稀土永磁材料大规模生产先进技术，高性能稀土储氢材料及相关技术。 生物医用材料 高可靠性植入人体内的生物活性材料合成关键技术，生物相容材料，如组织器字替代材料，人造血液，人造皮和透析膜技术，以及生物新材料制品性能、质量的在线监测和评价技术。 先进复合材料 主要是复合材料低成本制备技术，复合材料的界面控制与优化技术，不同尺度不同结构异质材料复合新技术。 新型金属材料 主要是交通运输用轻质高强材料，能源动力用高温耐蚀材料，新型有序金属间化合物的脆性控制与韧化技术以及高可靠性生产制造技术。 先进陶瓷材料 主要是信息功能陶瓷的多功能化及系统集成技术，高性能陶瓷薄膜、异质薄膜的制备、集成与微加工技术，结构陶瓷及其复合材料的补强、韧化技术，先进陶瓷的低成本、高可靠性、批量化制备技术。 高温超导材料 主要是高温超导体材料（准单晶和织构材料）批量生产技术，可实用化高温超导薄膜及异质结构薄膜制备、集成和微加工技术研究开发等。 环境材料 主要是材料的环境协调性评价技术，材料的延寿、再生与综合利用新技术，降低材料生产资源和能源消耗新技术。 纳米材料及技术 主要是纳米材料制备与应用关键技术，固态量了器件的制备及纳米加工技术。 智能材料 主要是智能材料与智能系统的设计、制备及应用技术。 材料的制备与评价技术 主要是材料精密制备、近净形成形技术与智能加工技术，材料表面改性技术的低成本化途径与批量生产技术，材料微观结构的模型化技术、智能化控制及动实时监测分析技术，不同层次的设计、性能预测和评价表征新技术。 1.2.3 粉末冶金技术的特点及其在新材料研究中的作用 粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。 （1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。 （3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。 （4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。 （5）可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。 （6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。 1.2.4 粉末冶金学科优先发展方向 （1）发展粉末制取新技术、新工艺及其过程理论。重点是超细粉末和纳米粉的制备技术，快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末技术，机械合金化技术，自蔓延高温合成技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术。总的趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。 （2）建立以“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。 （3）建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。如热等静压、拟热等静压、烧结热等静压、微波烧结、高能成形等。 （4）粉末冶金材料设计、表征和评价新技术。粉末冶金材料的孔隙特性、界面问题及强韧化机理的研究。1.3 粉末冶金模具技术概况在现代科学技术发展史中，粉末冶金技术的发展具有十分重要的作用。粉末冶金已经被公认是一门制造各种机械零件的重要而经济的成形技术，它具有获得最终尺寸和形状的零件，不需要或仅需要很少机械加工的特性。粉末冶金零件是粉末冶金工业的主导产品，是重要的机械基础件。作为一种高效、优质、精密、低耗、节能制造机械零件的先进技术，粉末冶金适合于大批量生产各种机械零件，特别是用一般方法难以加工的形状复杂的零件，因而具有极大的竞争力。随着经济全球化和科学技术的迅猛发展，粉末冶金(Powder Metallurgy，简称P/M)技术也得到了前所未有的发展，我国粉末冶金行业己发展成为一个具有相当生产规模的新兴行业。“八五”以来，我国粉末冶金制品的总产值己增长了3倍多，产量增长也超过2倍。1998年粉末冶金行业38家骨干企业共完成粉末冶金零件产量24463t，工业总产值80 987 .8万元，产品销售收入66983 .9万元，利润总额1 607.2万元，基本上满足了国家重点产品在汽车、摩托车、农机、家电等行业的配套需求，在国民经济中的地位和作用有了较大的提高。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业水平和产品的开发能力。无论是在汽车工业中新车型的开发与批量生产，还是机电及家电和轻工业产品等都与模具制造技术业息息相关。对于粉末冶金行业也毫不例外，模具是发展粉末冶金机械零件的关键之一，制品的尺寸精度与成形或精整模具尺寸精度密切相关，特别是异形复杂、几何尺寸精度高的零件，其精度主要靠模具保证。成形或精整模具精度依赖于模具的加工精度和设计参数选用的准确性，大批量生产时还与模具的耐磨性有关。就目前有限的资料来分析，在P/M模具工艺技术方面，国内外先进水平的P/M模具技术发展到今天，己可做出精度达IT6级，使用寿命长达10万件/套以上的高品质模具。P/M模具今后的研究方向仍然是在模具材料、加工精度、模具寿命、模具CAD/CAM/CAE、快速响应制造技术等方面，以期对粉末冶金产品的快速开发与生产以及快速响应市场需求，并提高产品品质和降低生产成本。1.3.1主要内容研究粉末冶金工艺特点:其主要包括采用怎样的粉末冶金压制和精整的分类方法；研讨并精确选择成型压力和精整压力的计算公式；压坯密度分布研究和精整余量设计等。研究粉末冶金模具结构和工艺特点：其主要包括压模和精整模结构设计；模架的形式与归类并建立相应的数据库文件：模具主要零件的尺寸计算和材料的选择并建立相应基于特征造型和参数化造型的数据库文件。第二章 粉末冶金基础知识2.1 粉末的化学成分及性能尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（m）或纳米（nm）。2.1.1粉末的化学成分常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%2%，否则会影响制品的质量。2.1.2粉末的物理性能粒度及粒度分布粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。图7.1.1描绘了由若干一次颗粒聚集成二次颗粒的情形。实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。颗粒形状即粉末颗粒的外观几何形状。常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定。比表面积即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。2.1.3粉末的工艺性能粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。填充特性指在没有外界条件下，粉末自由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密度表示。粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关。流动性指粉末的流动能力，常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。流动性受颗粒粘附作用的影响。压缩性表示粉末在压制过程中被压紧的能力，用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定。影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好；颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。成形性指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末能够成形的最小单位压制压力表示，或用压坯的强度来衡量。成形性受颗粒形状和结构的影响。2.2 粉末冶金的机理2.2.1压制的机理压制就是在外力作用下，将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程。粉末装入阴模,通过上下模冲对其施压。在压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化膜破碎，颗粒间接触面积增大，使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，从而形成具有一定密度和强度的压坯。2.2.2等静压制压力直接作用在粉末体或弹性模套上，使粉末体在同一时间内各个方向上均衡受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的过程。按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类。冷等静压制即在室温下等静压制，液体为压力传递媒介。将粉末体装入弹性模具内，置于钢体密封容器内，用高压泵将液体压入容器，利用液体均匀传递压力的特性，使弹性模具内的粉末体均匀受压。因此，冷等静压制压坯密度高，较均匀，力学性能较好，尺寸大且形状复杂，已用于棒材、管材和大型制品的生产。热等静压制把粉末压坯或装入特制容器内的粉末体置入热等静压机高压容器中，施以高温和高压，使这些粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程。在高温下的等静压制，可以激活扩散和蠕变现象的发生，促进粉末的原子扩散和再结晶及以极缓慢的速率进行塑性变形，气体为压力传递媒介。粉末体在等静压高压容器内同一时间经受高温和高压的联合作用，强化了压制与烧结过程，制品的压制压力和烧结温度均低于冷等静压制，制品的致密度和强度高，且均匀一致，晶粒细小，力学性能高，消除了材料内部颗粒间的缺陷和孔隙，形状和尺寸不受限制。但热等静压机价格高，投资大。热等静压制已用于粉末高速钢、难熔金属、高温合金和金属陶瓷等制品的生产。2.2.3粉末轧制将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，可轧出具有一定厚度、长度连续、强度适宜的板带坯料。这些坯体经预烧结、烧结，再轧制加工及热处理等工序，就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板带材。粉末轧制制品的密度比较高，制品的长度原则上不受限制，轧制制品的厚度和宽度会受到轧辊的限制；成材率高为80%90%，熔铸轧制的仅为60%或更低。粉末轧制适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材。2.2.4粉浆浇注是金属粉末在不施加外力的情况下成形的，即将粉末加水或其它液体及悬浮剂调制成粉浆，再注入石膏模内，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的悬浮剂有聚乙烯醇、甘油、藻肮酸钠等，作用是防止成形颗粒聚集，改善润湿条件。为保证形成稳定的胶态悬浮液，颗粒尺寸不大于5m10m，粉末在悬浮液中的质量含量为40%70%。粉浆成形工艺参见本书6.2.2。2.2.5挤压成形将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同，分为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度下（40200）挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料。挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品。挤压成形能挤压出壁很薄直经很小的微形小管，如厚度仅0.01mm，直径1mm的粉末冶金制品；可挤压形状复杂、物理力学性能优良的致密粉末材料，如烧结铝合金及高温合金。挤压制品的横向密度均匀，生产连续性高，因此，多用于截面较简单的条、棒和螺旋形条、棒（如麻花钻等）。2.2.6松装烧结成形粉末未经压制而直接进行烧结，如将粉末装入模具中振实，再连同模具一起入炉烧结成形，用于多孔材料的生产；或将粉末均匀松装于芯板上，再连同芯板一起入炉烧结成形，再经复压或轧制达到所需密度，用于制动摩擦片及双金属材料的生产。将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同，分为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度下（40200）挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料。挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品。2.2.7烧结的机理烧结是粉末或压坯在低于其主要组分熔点温度以下的热处理过程，目的是通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。随着温度升高，粉末或压坯中产生一系列的物理、化学变化：水和有机物的蒸发或挥发、吸附气体的排除、应力消除以及粉末颗粒表面氧化物的还原等，接着粉末表层原子间的相互扩散和塑性流动。随着颗粒间接触面的增大，会产生再结晶和晶粒长大，有时出现固相的熔化和重结晶。以上各过程常常会相互重叠，相互影响，使烧结过程变得十分复杂。2.3粉末冶金工艺2.3.1粉末制备金属粉末的制备方法分为两大类：机械法和物理化学法。还有新研制的机械合金化法，汞齐法、蒸发法、超声粉碎法等超微粉末制造技术。制备方法决定着粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧结性等。2.3.2粉末的预处理粉末的预处理包括粉末退火、分级、混合、制粒、加润滑剂等。1.退火粉末的预先退火可以使氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度；同时，还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构。退火温度根据金属粉末的种类而不同，通常为金属熔点的0.50.6K。通常，电解铜粉的退火温度约为300，电解铁粉或电解镍粉的约为700，不能超过900。退火一般用还原性气氛，有时也用真空或惰性气氛。2.分级将粉末按粒度大小分成若干级的过程。分级使配料时易于控制粉末的粒度和粒度分布，以适应成形工艺要求，常用标准筛网筛分进行分级。3.混合指将两种或两种以上不同成分的粉末均匀化的过程。混合基本上有两种方法：机械法和化学法，广泛应用的是机械法，将粉末或混合料机械的掺和均匀而不发生化学反应。机械法混料又可分为干混和湿混，铁基等制品生产中广泛采用干混；制备硬质合金混合料则常使用湿混。湿混时常用的液体介质为酒精、汽油、丙酮、水等。化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合；或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀分布的混合物。常需加入的添加剂，用于提高压坯强度或防止粉末成分偏析的增塑剂（汽油、橡胶溶液、石蜡等），用于减少颗粒间及压坯与模壁间摩擦的润滑剂（硬质酸锌、二硫化钼等）。4.制粒将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末的流动性。常用的制粒设备有振动筛、滚筒制粒机、圆盘制粒机等。2.3.4成形成形是将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。常用的成形方法有模压、轧制、挤压、等静压、松装烧结成形、粉浆浇注和爆炸成形等。1.模压即粉末料在压模内压制。室温压制时一般需要约1吨/厘米2以上的压力，压制压力过大时，影响加压工具；并且有时坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等。压制压力的最大限度为1215吨厘米2。超过极限强度后，粉末颗粒发生粉碎性破坏。常用的模压方法有单向压制、双向压制、浮动模压制等。单向压制即固定阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制的方法。单向压制模具简单，操作方便，生产效率高，但压制时受摩擦力的影响，制品密度不均匀，适宜压制高度或厚度较小的制品。双向压制阴模中粉末在相向运动的模冲之间进行压制的方法。双向压制比较适宜高度或厚度较大的制品。双向压制压坯的密度较单向压制均匀，但双向同时加压时，压坯厚度的中间部分密度较低。浮动压制浮动阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制，阴模由弹簧支承，处于浮动状态，开始加压时，由于粉末与阴模壁间摩擦力小于弹簧支承力，只有上模冲向下移动；随着压力增大，当二者的摩擦力大于弹簧支承力时，阴模与上模冲一起下行，与下模冲间产生相对移动，使单向压制转变为压坯的双向受压，而且压坯双向不同时受压，这样压坯的密度更均匀。2.4烧结2.4.1烧结的方法不同的产品、不同的性能烧结方法不一样。按原料组成不同分类。可以将烧结分为单元系烧结、多元系固相烧结及多元系液相烧结。单元系烧结是纯金属（如难熔金属和纯铁软磁材料）或化合物(Al2O3、B4C、BeO、MoSi2等)熔点以下的温度进行固相烧结。多元系固相烧结是由两种或两种以上的组元构成的烧结体系，在其中低熔成分的熔点温度以下进行的固相烧结。粉末烧结合金多属于这一类。如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、Cu-C、Cu-W、Ag-W等。多元系液相烧结以超过系统中低熔成分熔点的温度进行的烧结。如W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、Fe-Cu(Cu10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、Fe-Cu(Cu1000），其它性能介于钨钴类与钨钛钴类之间，它既能加工钢材，又能加工非铁金属。硬质合金的性能及应用1)性能硬质合金的硬度高，室温下达到8693HRA，耐磨性好，切削速度比高速工具钢高47倍，刀具寿命高580倍，可切削50HRC左右的硬质材料；抗弯强度高，达6000MPa，但抗弯强度较低，约为高速工具钢的1/31/2，韧性差，约为淬火钢的30%50%；耐蚀性和抗氧化性良好；线膨胀系数小，但导热性差。2)应用硬质合金主要用于制造高速切削或加工高硬度材料的切削刀具，如车刀、铣刀等；也用作模具材料（如冷拉模、冷冲模、冷挤模等）及量具和耐磨材料。根据GB207587规定，切削加工用硬质合金按切削排出形式和加工对象范围不同，分为P、M、K三个类别，同时又依据加工材质和加工条件不同，按用途进行分组，在类别后面加一组数字组成代号。如P01、P10、P20，每一类别中，数字越大，韧性越好，耐磨性越低。2.7.2粉末高速钢高速钢的合金元素含量高，采用熔铸工艺时会产生严重的偏析使力学性能降低。金属的损耗也大，高达钢锭重量的30%50%。粉末高速钢可减少或消除偏析，获得均匀分布的细小碳化物，具有较大的抗弯强度和冲击强度；韧性提高50%，磨削性也大大提高；热处理时畸变量约为熔炼高速钢的十分之一，工具寿命提高12倍。采用粉末冶金方法还可进一步提高合金元素的含量以生产某些特殊成分的钢。如成份为9W-6Mo-7Cr-8V-8Co-2.6C的A32高速钢，切削性能是熔炼高速钢的14倍。常用高速钢牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，含有0.7%0.9%C，及10%的钨、铬、钼、钒等合金元素。其中碳保证高速钢具有高硬度和高耐磨性，钨和钼提高钢的热硬性，铬提高钢的淬透性，而钒则提高钢的耐磨性。2.7.3铁和铁合金的粉末冶金在粉末冶金生产中，铁粉的用量比其金属粉末大得多。铁粉的60%70%用于制造粉末冶金零件。主要类型有铁基材料、铁镍合金、铁铜合金及铁合金和钢。粉末冶金铁基结构零件具有精度较高，表面粗糙值小，不需或只需少量切削加工，节省材料，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声等特点。广泛用于制造机械零件，如机床上的调整垫圈、调整环、端盖、滑块、底座、偏心轮，汽车中的油泵齿轮、活塞环，拖拉机上的传动齿轮、活塞环，以及接头、隔套、油泵转子、挡套、滚子等。粉末冶金铁基结构材料的牌号用“粉”、“铁”、“构”三字的汉语拼音字首“FTG”，加化合碳含量的万分数、主加合金元素的符号及其含量的百分数、辅加合金元素的符号及其含量的百分数和抗拉强度组成。如FTG60-20，表示化合碳量0.4%0.7%,抗拉强度200MPa的粉末冶金铁基结构材料；FTG60Cu3Mo-40，表示化合碳量0.4%0.7%，合金元素含量Cu2%4%、Mo0.5%1.0%，抗拉强度400MPa的粉末冶金铁基结构材料；FTG60Cu3Mo-40（55R），表示该烧结铜钼钢热处理后的抗拉强度为550MPa。2.7.4摩擦材料和减摩材料粉末冶金摩擦材料是一种复合材料,它由高摩擦系数组元、高耐磨组元和高机械强度的组元所组成，用作离合器和制动器材料；粉末冶金减摩材料能够控制材料的孔隙，而这些孔隙中可以浸渗油，也能以固体润滑剂分布在金属里的复合材料的形式来制造，其中自润滑轴承在粉末冶金制品中占有重要的地位。摩擦材料和减摩材料是粉末冶金的特殊制品。粉末冶金摩擦材料根据基体金属不同分为铁基材料和铜基材料，其辅助组元为润滑组元和摩擦组元。润滑组元有石墨和铅，占摩擦材料的5%25%，改善材料的抗粘、抗卡性，提高耐磨性；摩擦组元有SiO2、SiC、Al2O3等，提高材料的摩擦系数，改善耐磨性，防止焊合。据工作条件不同，分为干式和湿式材料，湿式材料宜在油中工作。其牌号由“粉摩”两字的汉语拼音字首“FM”，加基体金属骨架组元序号（铜基为1，铁基为2）、顺序号和工作条件汉语拼音字首“S”或“G”组成。如FM101S，表示顺序号为01的铜基、湿式粉末冶金摩擦材料；FG203G，表示顺序号为03的铁基、干式粉末冶金摩擦材料。粉末冶金减摩材料分为铁基材料和铜基材料，具有多孔性，主要用来制造滑动轴承。这种轴承材料压制成轴承后，放在润滑油中因毛细现象可吸附润滑油（一般含油率12%30%），故称含油轴承。轴承在工作时，由于发热膨胀使孔隙变小；轴旋转时带动轴承间隙中的空气层，降低了摩擦表面的静压力，在粉末空隙内外形成压力差，使润滑油被抽到工作表面。停止工作时，润滑油又渗入孔隙中，故含油轴承可自动润滑。粉末冶金减摩材料的牌号由粉末冶金滑动轴承的“粉”、“轴”两字汉语拼音字首“FZ”，加上基体主加组元序号（铁基为1，铜基为2）、辅加组元序号和含油密度组成。如FZ1360，表示辅加组元为碳、铜，含油密度为5.76.2g/cm3的铁基粉末滑动轴承用减摩材料。5.粉末冶金非铁金属机械零件烧结金属非铁金属材料应用较多的是铜及其合金，另外还有铝烧结制品、烧结钛及钛合金。烧结铜及铜合金烧结纯铜应用较少，只用于要求高导电性和无磁性零件。常用的烧结铜基合金有青铜（铜-锡）和黄铜（铜-锌），还有铜-镍-锌、铜-镍、铜-铝等合金系。铜基材料具有耐腐蚀的特点，有一定的强度和韧性，较容易进行加工，采用一般的压制烧结工艺即可生产。烧结铜基合金多用于制造含油轴承、摩擦材料、电器接点材料及发汗材料的渗透金属，作为高密度机械零件常用于制作小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等，也可用粉末轧制的方法生产带材。铝烧结制品铝基材料与铁基、铜基材料的性能相近，但质量轻，节约能源。铝烧结制品与其压铸件相比尺寸精度高、组织均匀，粉末锻造铝基材料的抗拉强度和屈服强度均高于普通铝锻件。铝烧结材料可用做精密机械零件、多孔含油轴承材料和过滤材料，在交通运输、仪器仪表、家庭用具、宇宙飞行等方面均有应用。烧结铝制件几乎可以用所有的粉末冶金工艺生产。成形工艺有模压、等静压、轧制、挤压等。烧结在低露点（-40）的惰性或还原性气氛中进行，也可在真空中进行烧结。通过复压、冷锻或热锻进一步提高烧结件的密度和强度。为获得美观的表面可进行机械抛光、化学处理和电化处理。铝与铜合金性能的比较分别如表7.4.9。烧结钛及钛合金钛的密度小、强度高、耐蚀性好、使用温度范围广（540-253）。钛基航空结构材料多用热锻、热等静压、热压、热挤压、粉末热轧等热成形工艺，以增加制品的密度，改善制品的性能。典型的钛基合金为Ti-6Al-4V，用于制做飞机机架配件。第三章 粉末冶金模具设计原理3.1粉末冶金概述3.1.1粉末冶金及其制品粉末冶金是一门制造金属与合金粉末，和以金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)为原料，用成型和烧结的方法制造金属材料或制品的技术。因此，粉末冶金既是制取金属材料的一种冶金方法，又是制造机械零件的一种加工方法。作为特殊的冶金工艺，可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料:作为少无切削工艺之一，可以制造各种精密的机械零件。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。而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志:1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。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。2、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。3、向更高级的新材料、新工艺发展。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。粉末冶金最显著的特点是少切削甚至无切削，生产效率高。因此，粉末冶金在国外尤其是德国、美国和日本倍受青睐，而且起步也早。这种工艺方法较切削加工工艺，其优点主要表现在以下几个方面:(1)材料利用率高。用一般切削加工方法制造机械零件时，材料利用率约为40%50%，甚至更低:而粉末冶金方法的材料利用率可达95%以上。(2)生产效率高。随着粉末冶金压制设备和烧结设备的自动化程度提高，一台粉末冶金专用压机，班产量通常为100010000件。(3)节约有色金属。由于粉末冶金的几何