铜粉末冶金技术如何实现高效成型?
铜粉末冶金技术实现高效成型,主要通过以下几种方式:
优化成型工艺:
压制工艺:压制压力、保压时间和压制方式等参数直接影响材料的致密度和孔隙率。优化压制工艺可以获得高致密度、低孔隙率的坯体,为后续烧结奠定基础。
等静压成型:等静压成型可以克服传统模压成型中压力分布不均的问题,获得各向同性的坯体,提高材料的尺寸精度和结构稳定性。
注射成型:注射成型可以制备形状复杂、尺寸精密的零件,并通过优化喂料配方和成型工艺,获得高致密度、低缺陷的坯体。
完善烧结过程:
烧结温度和时间:烧结温度和时间是影响材料致密度和性能的关键因素。过低的温度或时间会导致烧结不充分,材料致密度低;过高的温度或时间会导致晶粒粗化,降低材料性能。需要根据材料成分和性能要求,优化烧结温度和时间。
烧结气氛:烧结气氛影响材料的氧化还原反应和致密化过程。还原性气氛可以防止铜粉氧化,促进烧结致密化;惰性气氛可以避免材料与气氛发生反应,保持材料成分稳定。
烧结方式:选择合适的烧结方式可以提高材料的致密度和性能稳定性。例如,无压烧结、热压烧结、热等静压烧结等不同烧结方式对材料的致密度和性能有不同的影响。
后处理工艺:
加压处理:在真空烧结后采用加压处理,保压30 - 60分钟后再冷却,可以进一步提高产品的致密度和尺寸精度。
机械加工:对烧结后的制件进行加工、整形,可以进一步提高尺寸精度。
优化混料方法:
混料均匀性:混料的均匀性直接影响产品的精度和性能。采用合适的混料方法,如先将石墨、铜粉及切削剂初混,再加入润滑剂及粘接剂混合,可以提高粉料的工艺性能,减少烧结过程中的变形。
控制粒度分布:铜粉的粒度直接影响成形效果和后续加工的成本。合理控制粒度分布可以减少过多的精细粉末浪费,同时保持材料性能的稳定。
设备改进与自动化:
高精度设备:采用高精度的压制设备和烧结炉,能够更精确地控制压力、温度和时间等参数,从而提高产品的精度。
自动化技术:引入自动化生产线,可以减少人为因素对产品质量的影响,提高生产效率和产品一致性。
此外,铜粉末冶金技术还包括以下几种成型工艺:
常规压制 - 烧结:
这是经典、成熟、自动化程度高的粉末冶金批量生产路线。干燥粉末(往往含润滑剂、石蜡或锌硬脂酸盐)在刚性钢模中单轴压制成绿坯,再在受控气氛炉(氮氢混合、裂解氨、惰性或真空)中于固相线以下温度烧结,颗粒通过扩散、孔隙收缩形成冶金连接。
工艺优点:中高产量成本低,节拍可达数件/秒级。模具化确保批量尺寸一致性;适合自动送料、自动顶出。可直接成形齿形、键槽、多层阶梯结构,后加工极少。可保留一定连通孔隙,制成含油自润滑轴承或过滤元件。
适用材料:铁基(Fe - Cu、Fe - C、合金钢粉)、不锈钢粉、铜基、青铜、软磁铁粉、硬磁粉、铁 - 磷、铁 - 钼系、钼或碳化物复合。低熔点金属(Sn、Zn)亦可。
粉末锻造:
粉末锻造是一种粉末冶金与锻造相结合的工艺,其制品的密度高、强度高,适合于制造形状复杂、尺寸精度要求高的零件。
金属注射成形:
金属注射成形是一种近净成形技术,可制造形状复杂、尺寸精度高的小型零件,特别适合于制造难以用传统方法加工的复杂形状零件。
冷 / 热等静压:
冷等静压可使粉末体密度均匀化,提高粉末体的强度,便于后续加工;热等静压可使粉末体获得高密度、高性能的制品,适用于制造高性能、高精度的粉末冶金制品。
金属增材制造:
金属增材制造是一种先进的制造技术,可直接制造出复杂形状的金属零件,具有设计自由度高、制造周期短、材料利用率高等优点。
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