一种新型粉末制品压力机械的设计与应用*

周巍松，黄丽燕

(江西工业工程职业技术学院，江西萍乡 337055)

一种新型粉末制品压力机械的设计与应用*

周巍松，黄丽燕

(江西工业工程职业技术学院，江西萍乡 337055)

粉末成型技术在汽车、家电等工业领域得到了快速发展与应用，粉末成型产品对质量的要求越来越高，成型形状越来越复杂。介绍一种新型粉末制品压力机械的技术原理与特点，本粉末制品压力机械与同类压机相比，在功能、性能和结构等方面均有较大的优化改进和突破，应用效果良好。

粉末成型;压力机械;设计与应用

1 概 述［1］

随着粉末成型技术在汽车、家电、航空航天、轻工业等领域的快速发展与应用，粉末冶金精密成型压机的需求量日益增多，粉末成型产品对质量的要求越来越高，成型形状越来越复杂，国内外众多厂家和科研院所对此进行了研究。

1.1 国外技术现状

国外粉末压力机主要生产厂家有:德国的Dorst机械设备公司、日本的良冢精机、美国的GASBARRE公司等。德国的Dorst机械设备公司生产的粉末压机配备整体式封闭模架，整个模架与模具先行调整好后，再与压机连接，压坯精度主要靠模架与模具本身保证，结构相对比较复杂且制造精度高。日本良冢精机生产的粉末压机配备开式模架，需要将模架的各个部分安装在压机的相关位置上，再由机器来配合模具的调整，压坯精度主由模架与机器的精度共同保证。美国GASBARRE公司主要生产和制造5－1200 t机械式和液压式的粉末成形压机和精整压机，其粉末成形压机有标准系列压力机，模具系列压力机，多动作系列压力机等。

国外压机的主要特点:

(1)控制系统可编程，操作和编程按菜单提示方式进行并配有图形辅助;

(2)外部或内部质量由控制系统SPS控制;

(3)压制轴采用CNC数控，配有多层模板式模架，各模冲压动作均为闭环控制;

(4)在机械设计上，以合成的机械－液压压力机或液压－机械压力机代替单纯的机械压力机来或液压压力机。

1.2 国内技术现状［2-3］

近年来，我国自主研制和开发的粉末冶金成形和精整压机取得了一定的成绩，但是整体技术水平相对较低。扬州锻压机床股份有限公司生产的数控高效精密粉末成形机采用人机对话、电脑控制，所有动作包括调整可通过显示屏显示且操作方便。计算机可保存、调用多个产品程序和压制调整数据;多动作压制方法，设有双上冲、多层下冲坂等装置，且阴模及多层下冲板的成形高度均由挡块设定，并有调整装置进行调整，使压机能压制多台阶复杂压制件，且各台阶密度比较均匀;压机设有多填充和少填充机构，以填补复杂产品的成形缺陷，确保产品的性能。南通锻压机床厂与华中理工大学、一汽散热器公司合作研制的全自动智能型粉末冶金液压机采用PLC控制，自动化程度高，主要用于复杂的，精度要求高的多台面粉末冶金零件。总的来说，由于国产压机精度较低，品种较少，自动化程度不高，使粉末冶金零件的生产不得不依赖进口压机，从而影响了新产品的开发和粉末冶金的发展。

本粉末制品压力机械主要使用在粉末冶金、硬质合金、磁性材料等干粉成型行业，如:铁氧体磁性材料元件、石墨、电子陶瓷、数控刀片等的压制成型。主要应用于对于重量和尺寸有特殊要求的各类压制件，如:凸台轴瓦、偏转线圈磁芯、碳刷等高精度的烧结零件、汽车用齿轮等零件，可压制高精度典型零件。

2 压力机械技术原理［4-5］

该机械采用蜗轮蜗杆传动、对称式偏心齿轮驱动，曲柄连杆系统实现上下冲头运动的双柱式单发压机，凹模浮动拉下式成型模架压制，具有预压、同步压、顶压三次加压功能，压机压制动作曲线采取近似余弦曲线，压制平稳，预加载使用气动配合旋转编码器角度控制预压动作，代替原始不可调不可控的弹簧预加载，便于控制预压的压力，压机冲头内置干式压力传感器外加压力峰值仪显示实时压力值，稳定可靠，通用旋转编码器角度发讯及PLC控制完成预加载的预压及保护脱模的动作，脱模方式按模架凹模下拉方式脱模，脱模平稳、可靠。

同时压机采用变频调速冲程次数，可根据制品工艺要求轻松改变压制速度，应用MPT人机界面显示、控制、管理技术，便于信息管理及查询。粉末制品压力机械结构如图1所示。

图1 机械式双向自动干粉制品压机结构

2.1 气动预加载装置

气动预加载装置以0.55～0.7 MPa的压缩空气为动力传播介质，采用双向气缸式结构，通过旋转编码器的角度信号控制电磁阀的切换，实现上冲头的预加载及保护脱模功能，且预载压力值可根据制品工艺需求在2.2～2.8 kN范围内调整。气动预加载结构由气动主轴、干压式压力传感器、缓冲弹簧、冲头体、气动冲头、气压室组成，如图2所示。

图2 气动预加载结构

2.2 上一下二模架

用于粉末制品压力机械上的上一下二模架，模架主要由上模安装板、凹模座、固定梁板、导向柱、下一固定冲板、下二浮动冲板、下模架板组成。上一下二模架结构如图3所示。上一下二模架的应用可实现在压机上对复杂制品(如EFD)的压制成型。

图3 上一下二模架结构

3 压力机械技术特点［4-5］

本粉末制品压力机械与同类压机相比，在功能、性能和结构等方面均有较大的优化改进和突破，使用气动配合旋转编码器角度控制预压动作，代替原始不可调不可控的弹簧预加载，这一功能既能满足特殊的比较薄的粉末制品在压制前的预压需求，又能解决脱模时制品出现裂纹问题。采取压机冲头内置干式压力传感器外加压力峰值仪显示实时压力值，稳定可靠。压机压制动作曲线采取近似余弦曲线，压制平稳，压制制品零件的尺寸、重量、密度一致性好，坯件的单重差能控制在0.05 g以内，高度差控制在0.05 mm以内，完全满足高端粉末制品成型的工艺技术参数需要。上一下二模架，使其粉末冶金工业可以通过模压成型技术生产形状更加复杂的零件(比如链轮、齿轮)，改变了传统靠机加工工艺才能完成的零件加工，提高了效率，且节约成本、减少资源浪费。

4 结语

粉末冶金技术已有百余年的历史，长期以来在生产制造金属切削刀具、电子磁性材料制品及难熔合金类小型零件等诸多方面应用广泛，极大地促进了机械加工和电子电器工业的发展。近年来，我国粉末冶金技术开始迅猛发展，加上机械制造、汽车工业、金属加工行业、航天航空等众多行业的快速发展，对粉末冶金行业的需求持续增长，要求也不断提高，高精度、高强度、复杂形状零件产量在粉末冶金制品中所占比重增加，并逐渐占主导地位。本粉末制品压力机械结构及设计合理性，压制制品零件的尺寸、重量、密度一致性好，坯件的单重差能控制在0.05 g以内，高度差控制在0.05 mm以内，完全满足高端粉末制品成型的工艺技术参数需要，对促进我国粉末冶金行业科技进步具有非常重要的作用。

［1］ Paul Beiss，韩凤麟.粉末冶金零件的粉末成形压机、模架及成形能力发展趋向［J］.粉末冶金工业，2011(5):12－20.

［2］ 孙继龙，左鹏军.多层模架全自动粉末冶金专用液压机设计［J］.液压与气动，2010(8):54－56.

［3］ 韩凤麟.亚洲粉末冶金零件产业发展与现状［J］.新材料产业，2008(4):25－32.

［4］ 叶宏克，周照耀，邵 明.粉末液压成形设备框架机身的有限元分析与结构改进［J］.机床与液压，2007(3):179－180.

［5］ 周照耀，黄春曼，何 晖，等.集成油缸驱动的多层模板粉末压制成形模架［J］.华南理工大学学报(自然科学版)，2006(2):8－11.

Design and Application for a New Powder Mechanical Pressure Product

ZHOU Wei－song，HUANG Li－yan
(Jiangχi Polytechnic College，Pingχiang Jiangχi 337055，China)

Powder molding technology in the automotive，appliance and other industries has been rapidly developed and the quality of powder molding product demands increasingly high，forming the shape is more complex.A new type of powder products is introduced including the technical principles and characteristics.Comparing with similar mechanical presses，its functionality，its functionlity，performance and structure of such new product have a greater optimization improvements and breakthroughs.

powder molding;pressure mechanism;design and application

TH122

B

1007－4414(2013)05－0153－02

2013－07－08

周巍松(1976－)，男，江西萍乡人，在读硕士，讲师，主要从事机电专业的教学与科研工作。