粉末冶金范文

1.1同步带轮结构特点

1）内部有3个均匀分布的弧形凹槽和3个定位孔；

2）形位精度要求较高，内孔的同轴度公差为0.05mm，齿形跳动度为0.1，中心孔的垂直度为0.03。综上分析，如果选择常规方法加工同步带轮，其形状以及内部微小尺寸控制难度大；如果采用粉末冶金法进行成形，零件的凹槽、定位孔及尺寸精度均可通过模具成形来保证。

1.2成形模具设计原理

粉末冶金成形工艺是由粉末冶金零件压机和粉末冶金模具通过对所需粉末进行装料、加压、脱模等主要工步来完成，并使金属粉末密实成具有一定尺寸、形状、孔隙度和强度坯块的过程。该同步带轮应采用不等高零件成形模具设计原理。

1.3成形速度相等原理

根据不等高零件成形运动规律，在不等高零件成形过程中，必须满足成形前、后粉末质量守恒定律，才能使不同高度区域密度近乎相等，在粉末成形时，零件的不同高度区都在同一时间进行粉末压缩和成形，并且各部分所用成形速率相等，所遵循的原理即为成形速率相等原理。由此可知，在压制不等高零件时，要使不同高度的各个区域遵循成形速率相等原理，从而保证零件不同高度区的平均密度相等。

2同步带轮粉末冶金模具的设计

1）齿形成形通过控制材料的流动方向，成形出理想的形状尺寸，是同步带轮成形模具中最关键的环节。由于成形过程中单位压力增大，载荷集中，因此要求模具工作部位刚性好。另外还应设置过载保护，防止毛坯的超差、材料不均匀等导致的过载。

2）同步带轮属于轴类零件，在成形过程中轴向密度差较大，因此模具应采用芯棒成形结构，以保证同步带轮轴向密度分布均匀。

3）该同步带轮有3个定位孔，应采用芯棒成形结构成形定位孔，可以延长模具使用寿命，提高装配精度。该同步带轮采用德国DORST压机进行压制，铁粉的松装密度约为3.2g/cm3，零件的毛坯密度不得小于6.6g/cm3，为了节约成本，模具配件采用已有的五档同步器齿毂模具配件，例如，垫板、压盖等。由此可知，该同步带轮成形模具的设计主要包括中模、上模冲（2个）、下模冲（3个）、芯棒（2个）的设计。

2.1成形中模的设计

中模主要用于同步带轮的齿形成形，因此采用变模数设计法提高齿形精度。材料选用45号钢，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当热处理后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，中模内径尺寸公差为±0.005mm。影响中模几何尺寸的工艺主要是成形和烧结，因此成形中模设计过程中必须考虑成形回弹率δ和烧结收缩率这2个工艺参数。另外，粉末冶金工艺中的烧结收缩率及成形回弹率在径向和轴向甚至各不相同的截面位置都是各不相同的。一般情况下，收缩率和成形回弹率在轴向的值往往大于在径向的。模具的配合间隙仅在径向得到体现，方法是按制件外径或内孔的相应成形件为基准制造，与之相邻的配合件取配合间隙后，按双向公差加工制造。

2.2上模冲和下模冲的设计

根据同步带轮的结构和成形特点，上模冲主要针对产品上表面形状及轴向尺寸设计，上模冲与中模内腔上半部配合，上模冲设计为上外冲和上内冲。同步带轮内部结构主要由下模冲成形而成，内部有弧形凹槽，深度为3.1mm，圆弧半径为17.28mm，设计模具时应保证凹槽的形状及尺寸。下模冲外形与中模内腔下部配合，下模冲设计为下一冲、下二冲和下三冲，更有利于产品成形和提高产品质量。

3结论

1）在发动机同步带轮粉末冶金成形模具设计中，采用了2个成形芯棒和中模变模数设计法，有效地提高了模具装配精度、齿形精度和使用寿命。

2）根据成形模具设计图纸和模具配合原理，将加工制造的模具进行装机实验并且试生产同步带轮的成形品，经过烧结等工艺，将制造的样品经过装机实验，达到了客户在精度、性能等方面的技术指标，成功开发了某发动机同步带轮成形模具，材料利用率高达98%。

粉末冶金范文

关键词：铁基，粉末冶金，激光，表面强化

1.激光表面强化工艺参数的确定

激光热处理工艺参数主要是指激光器输出功率P，光斑直径d（两者决定了功率密度）和扫描速度V（决定了激光与工件的作用时间），它们直接影响硬化层的宽度、深度、硬度、组织以及机械性能。

1.1激光功率

当光斑直径和扫描速度一定时，工件表面的最大加热时间是恒定的。随着激光器输出功率的增加，硬化层宽度和深度增加。这是因为当激光器输出功率增大时，光斑的平均功率密度增加，金属表面吸收的能量增加，使得表面温度进一步提高，经过金属基体的快速热传递，金属表面下处于相变温度Ac1以上的区域亦增大，从而导致硬化层深度和宽度增加。

1.2扫描速度

扫描速度是工件与激光束相对运动速度，它反映了金属表面被加热的时间。当其它条件一定时，随着扫描速度的增大，硬化层深度和宽度减小。这是因为扫描速度高，加热时间减小，金属表面层吸收的能量降低，导致硬化层深度和宽度减小。

降低扫描速度，以延长加热时间可使硬化层深度和硬度提高。试验结果表明：如果激光器输出功率不足，即使延长加热时间，金属硬化效果也并不好，反而加宽了热影响区。

若扫描速度太慢，使得热量向光束移动方向的反向传导，致使冷却速度太慢，使表面出现熔融和回火现象，使硬度降低；若扫描速度太快，由于照射时间太短，输入的能量不足，使得照射区内温度达不到完全淬火温度，从而使得表面硬度降低。

激光输出功率和扫描速度对硬化层深度的影响几乎为线性关系。随着激光输出功率的增大和扫描速度的降低，硬化层深度增加。激光功率增加意味着单位时间内的能量增加，则试件吸收的总能量增加，在试件内温度场中超过临界转变温度的范围扩大，即发生马氏体转变的区域增加，故硬化层的深度增加。扫描速度的降低，意味着热作用时间的延长。在其它条件不变时，总能量也是增加的，因此降低激光扫描速度和增加激光输出功率效果是一致的。综上所述，激光相变硬化层的深度取决于激光加热时的温度场。而材料达到给定温度的深度主要依赖于能量密度。激光相变硬化层层深与激光能量密度之间存在良好的线性关系。

还可知激光功率和扫描速度不同，显微硬度的分布也不同。激光功率为3200W，扫描速度为8mm/s时的表面硬度最高，约828HV。随着激光功率增加和扫描速度降低，材料的表面加热温度提高，在激光的快速加热和随后的快速冷却过程中，奥氏体晶粒得到了进一步的细化，马氏体中的固溶含碳量和合金元素含量增加，碳和合金元素的大量溶入也造成了静畸变强化，从而增大了表面显微硬度。激光输出功率过高或扫描速度过低时，样品中的蓄热量增大，造成冷却速度缓慢，无法达到自激淬火的临界冷却速度，淬不成马氏体，使硬度值降低。

试验研究表明，如果不对激光淬火提出过高的要求，利用连续输出功率在千瓦级的二氧化碳激光设备，对铁基材料表面进行热处理并不困难。然而不同激光设备之间的工艺移植并非易事。工业生产中，维护激光处理工艺的可重复性是保证产品质量的需要。但是，激光淬火同其他传统的热处理相比，它具有可以精确控制热处理区域及工件变形小等一系列优点。只要能够较好的控制激光淬火工艺过程，原则上可以使用价格便宜、易于加工的材料制造工件的基体，在工件的关键部位用激光进行处理，便能显著提高产品的质量，简化工件的生产工艺，降低工件的生产成本，增强激光淬火对其它传统热处理工艺的竞争能力。

2.激光表面淬火铁基粉末冶金材料的硬度分布

各种成分的铁基粉末冶金材料经过宽带激光表面淬火后显微硬度有了显著的提高。铁基粉末冶金材料的显微硬度从淬火前到淬火后提高近3倍，合金元素Cr含量的增加使得硬化层深度略有增加，因为Cr能提高钢的淬透性。从表层到心部，随着与表面距离的增加，显微硬度也呈现出层状分布并呈逐渐降低趋势直至基体。在此我们还可大概将其分为三层：第一层为完全淬硬层，显微硬度约为HV0.3623-669，厚度约为1.0-1.2mm。在这一层中显微硬度变化幅度不大，基本上曲线比较平坦，这同其他淬火方式相同，所不同的是激光淬火最高显微硬度一般在次表层；第二层为过渡区，厚度约为0.3mm，显微硬度约为HV0.3400-650；第三层为基体，显微硬度约为HV0.3250-320。

3.激光淬火表面强化的机理

激光表面处理具有加热速度快、热效率高，加热范围及热变形小的特点，不致引起开裂缺陷。宽带激光束与聚集光束比较，具有一次扫描处理区域大、硬化层更为均匀的优点，具有广阔的工业应用前景。。

激光硬化时，激光与材料的相互作用可根据激光辐照作用的强度和持续时间分为几个阶段：把激光辐照引向材料；吸收激光能量并把光能传给材料；光能转变为热能，加热材料达到快速加热、快速冷却、熔化材料的目的，并且不引起材料表面的破坏；材料在激光辐照后的相变或融化凝固或冲击产生晶格畸变及位错，最终达到硬化效果。。

从物理冶金角度，激光相变硬化与常规热处理并无两样，只不过是前者为局部的急热急冷过程。由于加热时间短，加热温度高，当激光束被切断或移开后，材料表面冷速很快，热影响区域小，硬化层较浅，一般只有0.3-2.0mm。这对于要求变形小，形状复杂和要求局部处理的零件来说较为合适。由于加热速度快，加热时间短，因此其相变硬化也具有自己的特点：激光热处理加热速度比其他淬火方法更快，使材料表面迅速达到奥氏体化温度，使得扩散均匀化来不及进行，原有材料中珠光体组织通过无扩散转化为奥氏体组织。在随后通过自身热传递而快速冷却，奥氏体组织通过无扩散过程转化为马氏体。由于是快速冷却，使Ms线升高，使得我们试验中得到的马氏体组织含量较常规热处理的多，不同的微观区域内马氏体形成温度有很大的差异，这也导致了细小马氏体组织的形成，同时组织细化，这是由于激光超快速加热条件下，过热度大，造成相变驱动力大，奥氏体形核数目剧增，它既可以在原晶界和亚晶界上形核，也可以在相界面和其它晶体缺陷处成核。而在快速加热的瞬间奥氏体化使晶粒来不及长大。在马氏体转变时，必然转变为细小的马氏体组织。。研究表明，激光相变硬化处理后可获得直径为2μm的超细晶粒。激光处理加热速度快，易使金属表面过热，随后冷速亦快，残留奥氏体量增加，碳来不及扩散，使得奥氏体中碳量增加，随着奥氏体向马氏体转变，得到高碳马氏体，提高了硬度。而激光处理后的马氏体组织为板条马氏体和孪晶马氏体组织，其中位错密度极高，可达1011-1012条/cm2，比常规淬火提高至少两个数量级，并且残余奥氏体中存在大量的位错塞积群。马氏体在高度受扼的状态下形成，因此形成了本质上是变形马氏体的淬硬组织。因此，我们认为，晶粒超细化，高的马氏体含量，马氏体高位错密度和高的固溶含碳量是材料经激光热处理后获得超高表面硬度的主要原因。

参考文献

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[2]程继贵,夏永红,王华林,徐卫兵.聚苯乙烯/铜粉温压成型的研究[J].工程塑料应用,2000,(06).

粉末冶金范文篇3

【关键词】粉末冶金模具仿真技术加工方法

中图分类号：TD353.5文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）35-111-01

0引言

粉末冶金是通过制取金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为生产原材料，通过过压制成形、烧结等工艺过程，制造出各种粉末冶金制品的工艺技术。现在，这种工艺已经成为我们在新材料研制领域内的重要工艺技术。在粉末冶金工业中，模具对于在很多工序中都有所应用，并且对于整个生产工艺也具有较大的影响。粉末冶金模具是粉末冶金制品生产的重要工艺装备，粉末冶金模具的质量对粉末冶金制品的质量具有直接的影响。然而，粉末冶金模具的质量主要取决于它的加工过程。因此，对于粉末冶金模具加工方法及仿真技术的研究，对于粉末冶金工业具有重大的意义。

1粉末冶金模具的加工方法

目前，对于粉末冶金模具的先进加工方法种类很多，其中各种加工方法也是各有特点。现就几种主要的粉末冶金模具加工方法进行介绍，并对各种方法的特点和对粉末冶金模具的影响进行探讨。

1.1电火花加工方法

电火花加工的方法，是通过在放电瞬间产生剧烈高温。然后，利用这一高温将工件的表面熔化（甚至汽化），从而达到机械加工的目的。这种加工方法在一些难以加工的超硬材料加工中具有明显的优势。

（1）电火花加工方法的特点

电火花加工方法能够有效的填补常规的机械加工方法对于难加工材料的不足，适用于对于强度高、熔点高、硬度高等难加工的材料的加工。另外，由于电火花加工方法直接利用电能与热能进行加工，因此在加工过程中可以实现加工的自动化控制。再者，这种加工方法的精细度很高，对于粉末冶金模具这种加工质量要求较高的产品是一种较为合适的加工方法。不过，这种方法也存在着一定的缺点，那就是利用电火花加工方法加工的粉末冶金模具的表面粗糙度较高，会对粉末冶金工业造成一定的影响。

（2）电火花加工方法在模具加工中的应用

在粉末冶金模具电火花加工中，常是通过使用数控电火花机床来进行加工的。数控电火花机床可以实现粉末冶金模具的精密加工，确保满足粉末冶金模具的质量要求。在粉末冶金模具的尺寸精度、仿形精度和表面质量等方面将发挥重要的作用。

1.2仿形磨削加工方法

利用仿形磨削加工方法加工粉末冶金模具，即是通过利用专门的平面磨床，通过仿形尺对粉末冶金模具进行仿形磨削。这种粉末冶金模具加工方法的特点是其加工生产的粉末冶金模具的精密度较高，且表面较为光滑、平整，粗糙度较低。这种加工方法的缺点是加工效率较低。

1.3数控线切割加工方法

数控线切割加工的方法，是通过将金属丝电极安装在一个转动的贮丝筒上，然后分别将被切割工件与金属丝电极接到高频电源的正、负极上，通过计算机技术控制控制电极的移动方向，并通过电火花加工达到自动切割的目的。

数控线切割方法是计算机技术与电火花加工技术的结合，可以发挥电火花加工方法的优点，还可以实现自动切割的目的。其在粉末冶金模具的加工上具有重要的作用。由于这种加工方法对于电极没有特别的要求，并可以对各种硬度和形状的工件进行加工。数控线切割加工的方法，还可以反复的使用电极丝，加工损耗小、精度高等特点，非常适合粉末冶金模具的加工生产。因此，数控线切割加工的方法也是目前在粉末冶金模具加工中最常用的方法之一。

2粉末冶金模具的数控加工动态仿真

计算机仿真技术在各类科技领域都有广泛的影响，随着计算机仿真技术不断发展成熟，已经可以应用到产品从概念设计到结束使用寿命的整个周期的各个环节中，其中在产品的加工阶段应用更为广泛。在粉末冶金模具的加工过程中，仿真技术的应用将对粉末冶金模具的加工行业，甚至整个粉末冶金工业都具有重要的意义。

在粉末冶金模具的加工过程中，建立一个较为精确的数控加工动态仿真模型，通过模拟整个模具加工过程，从而获得在粉末冶金模具加工过程中所需的几何数据和力学信息，以及加工过程中可能发生的不良影响和可能出现的偏差值。通过数控动态仿真模型，便可以在加工前获得准确的信息，规避可能产生的不良影响，有效的降低了加工失误、偏差等现象发生的可能性。

在粉末冶金模具的加工过程中，利用精确的数控加工动态仿真模型，可以获得准确的数控加工代码，避免加工的错误和偏差；另外，还可以对加工误差值、刀具磨损等进行预测，为保证粉末冶金模具的质量要求和刀具的更换提供重要的参考信息。因此，在粉末冶金模具的制造加工过程中，计算机仿真技术发挥了重要的作用，对于保证模具加工生产的质量和提高模具生产效率都有很大的帮助。

3结语

粉末冶金模具的加工，对于粉末冶金制品的质量具有很大的影响。目前，对于粉末冶金模具的加工方法仍具有很大的发展空间，计算机仿真技术在粉末冶金模具加工中的应用，也还需要人们不断的进行发展和研究。

参考文献：