粉体材料压制成形的超声加载技术研究,声学论文.docx
《粉体材料压制成形的超声加载技术研究,声学论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《粉体材料压制成形的超声加载技术研究,声学论文.docx(10页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、粉体材料压制成形的超声加载技术研究,声学论文粉体压制成形是将预先充分混合的复合粉体置于钢制压模内,通过模冲对粉体进行加压,以获得具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯。粉体压制成形技术在材料制备和零件制造中具有众多优点1-2:适用多种材料的制备,如难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料等;能压制成需要很少或不需后续机械加工的压坯,工艺流程减少,产品成本降低;可保证材料成分配比的正确性和均匀性;可生产出形状一样的产品,降低了制造成本。所以,粉体成形制品在汽车制造、信息产业、机械制造、石油化工、能源动力、国防装备、航空航天产业等高科技领域得到了广泛的应用,成为国民经济和国防建设的重要组成部分3-11.
2、粉体成形技术也因而成为国家重点发展的新技术,研制出高性能、高强度的粉体成形制品成为各国研究人员的目的。粉体成形制品的密度和均匀性至关重要,提高成品的密度和均匀性不但能够提高其硬度、抗拉强度、疲惫强度等综合力学性能,还能够提高材料本身的电导率、热导率、磁导率、热膨胀系数等物理性能。高密度的粉体冶金材料还能够使零件有较好的加工性能和较好的加工外表12-14.因而,围绕怎样提高粉体成形制品的密度和均匀性,国内国际的研究人员开展了大量的工作14-18,推出了温压、爆炸压制、快速全向压制、高速压制、动力磁性压制等粉体压制成型技术,这些技术尽管具有各自的优势,但仍存在着或工艺复杂或价格偏高或成品质量不佳或
3、污染环境等缺乏见表 1,亟需探寻求索更高层次效优质环保的方式方法。超声波加工技术19最早始于 1927 年,随后研究人员开展了超声波应用于材料加工的多项研究和探寻求索。研究证明:在粉体压制经过中施加一定的超声振动,不但能够有效提高压坯的密度和硬度,而且可降低粉体颗粒间以及粉体颗粒与模壁之问的摩擦,提高粉体压坯的均匀性,进而提高粉体成形制品的性能和强度20-24.由此,国内外研究人员开展了一些针对不同材料的超声压制成形技术的研究工作。当前,超声波压制成形技术研究的对象以金属粉末为主,高分子粉末和陶瓷粉末的超声压制成形技术的研究也获得了一定的进展。1 金属粉末的超声压制技术超声金属粉末压制技术是超
4、声塑性加工技术的一个分支,金属的超声塑性加工效应25是 1955年由奥地利科学家 Blaha 和 Langenecker 首先发现的,因而也称为 Blaha 效应,他们在进行锌棒拉伸实验时发现,当对试件或工装模具施加超声波振动时,材料的变形力明显下降。超声振动在材料塑性变形中的作用机制主要表现为体积效应和外表效应26,27. 体积效应 是指超声振动外场引起材料内部微粒的振动,使材料温度升高、活性增大,出现与材料内部位错有关的热致软化,进而降低材料本身的动态变形阻力; 外表效应 主要表现为超声振动对材料和工具即材料塑性变形中的加工工具,如挤压杆、挤压模具等之间外摩擦的影响;同时超声振动引起工具与
5、工件瞬时分离,局部热效应也有利于材料的塑性变形。在体积效应和外表效应的共同影响下,根据李祺等24对纯铁粉 700 MPa 压力下,常规压制与超声压制的动态压制曲线结果表示清楚见图 1,超声压制的上模冲的位移量明显增加,即超声压制下粉体压坯密度高于常规压制的压坯密度,且超声振动可提高粉体压坯的密度均匀性。对于金属粉末,国外在超声压制成形技术的研究开展较早。1984 年,日本学者 Tsujino. J20等将大功率超声外场应用于铜粉压制试验,压制坯料高径比 1.其超声的施加方式为:在上、下模冲施加频率为 20 kHz 的持续超声振动,阴模分别施加纵向沿压制方向、轴向垂直于压制方向和多向与压制方向呈
6、一定角度的超声振动,如此图 2 所示。实验结果表示清楚,在 200 MPa 的压力下,多向超声外场能够将铜粉压坯密度提高 20%,且坯密度分布愈加均匀。1991 年,Tsujino J 等21在真空条件下,在铜粉压坯高径比 0.5压制经过中施加多向复杂大功率超声外场。实验结果表示清楚,在超声振动作用下,金属粉体压坯的密度得到了有效提高,密度分布更均匀。2008 年,Tsujino 等22再次应用多向复杂超声压制装置对铜粉和铁粉分别进行了成品直径为 15mm 和 5 mm 的压制实验,无超声和有超声的压制成品外观比照见图 3,由图 3 明显可见,有超声加载的压坯外表更平整和光滑。2008 年,为
7、提高超声马达磁芯的质量,KIKUCI 等23设计了金属粉体磁芯的多向超声振动压制设备见图 4,并通过有限元仿真的方式方法研究了超声振动在压制模具中的传递方式,优化了超声压制设备的尺寸,使超声振动能够更有效地传递至粉体压坯,随后又在 300 MPa条件下进行了粉体 SMC500粒子大小 120 m和SMC550粒子大小 150 m的压制实验,压制时间8 s.绘制的密度和超声振幅的实验数据表示清楚见图5、6,超声振动的振幅越大,粉体压坯的密度就越大。2018 年,Hyun Rok Cha 等28进一步对使用SMC 粉体进行超声压制高效磁芯马达的相关工艺参数进行了仿真分析和优化,得到压制密度为 7.
8、4g/cm3的参数设置为 830 MPa,12 个以上的振子,振子的输入功率为 6000 W.2018 年,H. R. Cha 对使用超声压制技术进行碳化钨纳米粉末压制的压坯密度和硬度进行了研究29,实验结果表示清楚,与常规压制比照,压制经过中,对模具外周沿径向均匀施加频率 20 kHz 纵向半波振幅的 6 kW 功率超声,压坯的密度最高可提高 1.0 0.18 g/cm3,硬度可提高 20%;超声压制压坯密度的提高在较低压制压力下更明显,200 MPa 压制压力下压坯密度增加约15%,而 250 MPa 压力下压坯密度增加则只要2%3%.2020 年,Y. Daud 等30设计了仅在下模冲施
9、加 20 kHz 纵向振动超声的粉体简易型超声压制装置,进行了不锈钢粉体的超声压制实验,通过对模冲压制力位移数据的分析研究,得出结论以为:超声压制能够明显地以较低压制压力使得模冲位移提高 140%170%,进而讲明超声压制方式方法对粉体压制是行之有效的。国内,李祺等24在 2018 年前后开展了粉末材料的超声压制装置和技术的研究;研制出超声粉末压制试验装置见图 7;根据超声粉末塑性成形机理和超声减摩效应,利用有限元仿真了超声粉体的压制成型经过;以复原纯铁粉为原料,开展了超声粉体压制实验,和常规压制的压坯密度进行了比照分析。研究结论以为:1 压制压力在 300500 MPa时,超声压制和常规压制
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 文化交流
限制150内