實驗15　金屬粉末冷等靜壓成型實驗

一、實驗目的

（1）掌握冷等靜壓工藝的基本過程與技術要點。

（2）了解冷等靜壓機的結構及相應作用。

（3）掌握工藝參數的設定方法。

二、實驗原理

（1）冷等靜壓是將加入密封、彈性模具中的粉末施加一定壓力加壓壓縮的過程。首先將模具置于盛裝液體或氣體的容器中，利用液體或氣體對模具施加一定壓力，使高壓均勻作用于模具的各個表面并保持一定時間，將物料壓制成坯體；然后釋放壓力，將模具從容器內取出，脫模并根據需要將坯體進行進一步的整型處理。冷等靜壓的應用包括耐火材料工業(yè)的噴嘴、模塊和坩鍋、硬質合金、石墨件、陶瓷絕緣子以及化工工業(yè)用的管道、鐵氧體、金屬過濾器、部件預成型和塑料管、棒等。

（2）冷等靜壓機的分類。冷等靜壓機按成型方法可分為以下兩種：濕袋法和干袋法冷等靜壓機。

① 濕袋法冷等靜壓機。由彈性模具、高壓容器、頂蓋、框架和液壓系統(tǒng)等組成。此法將模具懸浮在液體內，又稱浮動模法。在高壓容器內可以同時放入幾個模具。

② 干袋法冷等靜壓機。由壓力沖頭、高壓容器、彈性模具、限位器、頂磚器和液壓系統(tǒng)等組成。此法將彈性模具固定在高壓容器內，用限位器定位，故又稱為固定模法。

（3）冷等靜壓機的組成。實驗采用濕袋法冷等靜壓機，主要組成的作用分別介紹如下。

① 彈性模具。使用橡膠或樹脂材料制成。在實驗過程中，物料顆粒大小和形狀對彈性模具壽命有較大影響。因此，模具設計是等靜壓成型的關鍵，因為坯體尺寸的精度和致密均勻性與模具密切相關。在將物料裝入模具中的時候，由于模具棱角處不易被物料所填充，可以采用振動裝料，或者邊振動，邊抽真空，效果會更好。

② 缸體。指能承受高壓的容器。一般有兩種結構形式：一種是由兩層筒體熱裝構成，內筒呈受壓狀態(tài)，外筒呈受拉狀態(tài)，這種結構只適用于中小型等靜壓成型設備；另一種是利用鋼絲預應力纏繞結構，用機械性能良好的高強度合金鋼制作芯筒體，然后用高強度鋼絲按預應力要求，纏繞在芯筒外面，形成一定厚度的鋼絲層，導致芯筒承受很大的壓應力。即使在工作條件下，也不承受拉應力或很小的拉應力，此種容器抗疲勞壽命很高，可以制成直徑較大的容器。容器的上塞和下塞都是可以活動的，在加壓時，上、下塞將力傳遞到機架上。

③ 頂蓋。模具的進出口，主要起到密封作用。

④ 框架。有兩種結構形式：一種為疊板式結構，采用中強度鋼板疊合構成；另一種為纏繞式框架結構，由兩個半圓形梁及兩根立柱拼合后，用高強度鋼絲預應力纏繞構成。這種結構受力合理，具有較高的抗疲勞強度，工作時安全可靠。

⑤液壓系統(tǒng)。由低壓泵、高壓泵和增壓器以及各式閥等組成。剛開始工作時，由流量較大的低壓泵供油，達到一定壓力后，再由高壓泵供油。如果壓力再高，則由增壓器提高油的壓力。工作介質可以是水或油。濕袋式冷等靜壓成型裝置示意如圖2-3所示。

三、實驗用品

（1）實驗設備：LDJ100/320-400型冷等靜壓機1臺。

（2）主要技術參數：額定工作壓力400MPa；容器內徑100mm；額定承載力3.2MN；容器有效高度320mm。

（3）實驗材料：銅粉、鋁粉等。

四、實驗步驟

（1）將一定量的金屬粉末裝入模具中，振實后將模具密封。

（2）設定冷等靜壓工藝參數：壓力×保壓時間，如100MPa×5min。

（3）將模具裝入壓力容器，進行冷等靜壓成型。

（4）取出壓制好的金屬坯，并進行觀察。

五、思考題

闡明冷等靜壓成型原理與技術特點。

參　考　文　獻

［1］　孫雪坤，沈以赴，金琪泰. 金屬粉末冷等靜壓下致密化過程的分析. 中國有色金屬學報，1998，（s1）：137-1403.

［2］　張皖菊，李殿凱. 金屬材料學實驗. 合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2013.

（李成棟）