浅谈国内粉末成形压机改进设计

权晋花

（佛山市康思达液压机械有限公司，广东佛山528000）

浅谈国内粉末成形压机改进设计

权晋花

（佛山市康思达液压机械有限公司，广东佛山528000）

粉末冶金工艺因其生产率高、材料利用率高、节省机床投资以及生产占地面积小等优良性能而得到广泛应用。本文介绍了粉末成形压机尤其是液压式成形压机的特点，并展望了其技术改进方向。

压力机；粉末冶金；改进；发展

1 常见粉末冶金压机对比

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。

粉末冶金制品应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器，从五金工具到大型机械，从电子工业到电机制造，从民用工业到军事工业，从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。其中汽车行业是粉末冶金工业发展的最大动力和最大用户。一方面汽车产量在不断增加，另一方面粉末冶金零件在单辆汽车上的用量也在不段增加。北美平均每辆汽车粉末冶金零件用量最高，为19.5kg，欧洲平均9kg，日本平均8kg。在我国，由于汽车工业的高速发展，粉末冶金零部件市场前景广阔，已成为众多国际粉末冶金企业关注的焦点。另外，随着我国对能源工业的重视，近年来对高效节能电机推广力度加大，也推动了磁材等湿压粉末成形技术的改进。

成形是粉末冶金工艺的第二道基本工序，是在一定的压力等条件下由松散的金属粉末成形为具有一定形状、尺寸、强度的工艺过程。压制过程中出现的缺陷一般无法在烧结过程中弥补，所以压胚质量的好坏和稳定完全依靠粉末成形机的质量。目前，国内行业龙头企业大部分采用进口粉末成形设备，包括德国Dorst公司、日本玉川株式会社、上泷精机株式会社等高档粉末冶金压机。国内压机最大的优势在于价格，同发达国家相比差距主要表现在：①压力机的性能和可靠性不高；②粉末成形压力机的品种少；③数控粉末冶金压力机处于研制和试制阶段；④粉末冶金成形压力机自动化问题尚未解决。

随着对粉末冶金制品性能要求的越来越高，以及对国外技术的不断吸收学习，国内出现了一批小吨位机械式粉末压机并在压机上增加了一些附件（模架）和附属装置（模架快速交换装置），一定程度上满足了国内粉末制品的发展需求。但是机械压机压力较小、冲程短、冲压不够平稳、保压困难，不适用压制较大较长或要求压制速度极慢（湿压）零件，而这些都是液压压机的特长。

2 湿式液压粉末成形机

本文以磁性材料磁瓦的湿式液压成形为例谈谈一些浅见。湿式压机是以成形原材料来命名的，相对干（粉）式压机而言。湿式压机原料多为浆料，采用注射方式注料，成形中要求排出水分后进行适当保压，排水过程中要求压制速度非常缓慢。目前国内一些大型磁瓦生产厂家已经在使用国产液压成形机，这类压机为了实现慢速排水压制，采用单独的小功率电机泵组进行慢速加压，采用手动微调的调速阀进行最终速度控制。

成形压机中关键的控制原件由于采用手动微调的调速阀，其本身的不稳定性无法满足市场的高要求。分析国际同类压机厂家，发现他们采用的是大流量油泵加伺服阀控制系统，带有压力、位移的双重反馈，可以在一次压制过程中实现多级压制速度的无级变化，同时经过反馈及时进行调整，在大幅提升整个压制速度的同时能够及时进行自我调整，避免了残次品出现。而之前压制胚件的大多数内部缺陷在经过烧结才可以发现，但此时已造成了相当大的损失。当然大流量伺服阀的使用导致了液压件、电气件采购成本的居高不下，因而整个压机的价格也非常高。

3 控制系统改进方向

既然伺服阀控可以实现，那么在注塑机行业已成功应用的伺服泵控可以吗？伺服泵主要依靠伺服电机的转速控制，能够实现在不同阶段输出不同的流量，即在快速空载下行和回程等低压阶段充分发挥油泵的高转速特性达到快速要求，当进入慢速压制时又可根据实际压制速度的不同调节伺服电机转速从而实现无级变速。同时，该类机型都有注料系统，采用伺服泵控同样可根据需求调整合适的转速。因此，伺服泵控系统在液压行业的应用越来越广泛。尤其对于压制速度要求很低即实际功率需求低，辅助环节要求高速的机型，不仅可以取消原机的冷却系统而保证油温正常，同时可节省电能高达50％，对于降低生产成本、实现节能减排具有明显优势。

但是，由于泵控系统有最低稳定值限制等因素影响，不能精准达到浆料排水成形的低速和无级变化要求，所以在高压低速时还需更加精确的控制手段。经了解，六通径的带压力、流量双反馈比例伺服阀已在国内制造业应用，如已在某金属挤压机上成功替代进口MOOG伺服阀，在频率响应、重复精度和滞环等方面都有良好表现。其可实现原机手动调整的精细度，还能实现同一压制过程的无级精细变速，甚至可及时根据压力和位置的反馈进行实时调整，以及比较最终的压力和位移数值，及时发现因原材料含水变化、充填不足等因素导致的残次品，大幅提升生产效率和成品质量。另外，磁材压机需充磁、退磁，该工艺决定了成形机周围存在较大电磁干扰，普通高精度位移传感器易受干扰导致精度采集偏差，采用高精度滚珠丝杠加旋转编码器结构，有效解决该问题。由此，在高效节能液压伺服泵、高精度比例伺服阀，配合高精度的电子压力传感器、旋转编码器，加上人性化的触摸式操作屏，基本实现压制过程信息自动化处理，且具有一定的智能化自动调整功能。该新的技术改良组合所需成本比国外大流量阀控系统低得多，同时节能效果显著，应用前景广阔。

4 前景展望

粉末冶金成形行业的飞速发展，对设备提出了更高要求。同时，响应中国制造2025，推进工业3.0（机械化+自动化+信息化）甚至工业4.0（机械化+自动化+信息化+智能化）进程，抓住“机器换人”高潮期到来的时间节点，不断提升设备精度、效率、稳定性，同时注重发展配套的自动化、信息化、智能化，不断缩小与国外同类产品的差距，开发具有自主知识产权的、高质量的设备，使我国不仅成为粉末原材料和零件生产大国，也成为粉末设备制造大国。

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[6]李益民，李云平.金属注射成形原理与应用[M].长沙：中南大学出版社，2004.

Discussion about improved design of national powder form ing machine

QUAN Jinhua
（Foshan Constant Hydraulic Machinery Co.,Ltd.,Foshan 528000,Guangdong China）

The characteristics of powder forming machine especially for the hydraulic forming machine have been introduced in the text.The development trend of the technology has beenprospected.

Powder metallurgy;Application;Development trend;Problems and opportunities

TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.010

1672-0121（2016）05-0035-02

2016-06-17；

2016-08-06

佛山市专项“双提升”扶持项目（佛财工[2014]140号）

权晋花（1979-），女，工程师，从事液压机械设计制造。E-mail：angel0354@126.com