实验15　金属粉末冷等静压成型实验

一、实验目的

（1）掌握冷等静压工艺的基本过程与技术要点。

（2）了解冷等静压机的结构及相应作用。

（3）掌握工艺参数的设定方法。

二、实验原理

（1）冷等静压是将加入密封、弹性模具中的粉末施加一定压力加压压缩的过程。首先将模具置于盛装液体或气体的容器中，利用液体或气体对模具施加一定压力，使高压均匀作用于模具的各个表面并保持一定时间，将物料压制成坯体；然后释放压力，将模具从容器内取出，脱模并根据需要将坯体进行进一步的整型处理。冷等静压的应用包括耐火材料工业的喷嘴、模块和坩锅、硬质合金、石墨件、陶瓷绝缘子以及化工工业用的管道、铁氧体、金属过滤器、部件预成型和塑料管、棒等。

（2）冷等静压机的分类。冷等静压机按成型方法可分为以下两种：湿袋法和干袋法冷等静压机。

① 湿袋法冷等静压机。由弹性模具、高压容器、顶盖、框架和液压系统等组成。此法将模具悬浮在液体内，又称浮动模法。在高压容器内可以同时放入几个模具。

② 干袋法冷等静压机。由压力冲头、高压容器、弹性模具、限位器、顶砖器和液压系统等组成。此法将弹性模具固定在高压容器内，用限位器定位，故又称为固定模法。

（3）冷等静压机的组成。实验采用湿袋法冷等静压机，主要组成的作用分别介绍如下。

① 弹性模具。使用橡胶或树脂材料制成。在实验过程中，物料颗粒大小和形状对弹性模具寿命有较大影响。因此，模具设计是等静压成型的关键，因为坯体尺寸的精度和致密均匀性与模具密切相关。在将物料装入模具中的时候，由于模具棱角处不易被物料所填充，可以采用振动装料，或者边振动，边抽真空，效果会更好。

② 缸体。指能承受高压的容器。一般有两种结构形式：一种是由两层筒体热装构成，内筒呈受压状态，外筒呈受拉状态，这种结构只适用于中小型等静压成型设备；另一种是利用钢丝预应力缠绕结构，用机械性能良好的高强度合金钢制作芯筒体，然后用高强度钢丝按预应力要求，缠绕在芯筒外面，形成一定厚度的钢丝层，导致芯筒承受很大的压应力。即使在工作条件下，也不承受拉应力或很小的拉应力，此种容器抗疲劳寿命很高，可以制成直径较大的容器。容器的上塞和下塞都是可以活动的，在加压时，上、下塞将力传递到机架上。

③ 顶盖。模具的进出口，主要起到密封作用。

④ 框架。有两种结构形式：一种为叠板式结构，采用中强度钢板叠合构成；另一种为缠绕式框架结构，由两个半圆形梁及两根立柱拼合后，用高强度钢丝预应力缠绕构成。这种结构受力合理，具有较高的抗疲劳强度，工作时安全可靠。

⑤液压系统。由低压泵、高压泵和增压器以及各式阀等组成。刚开始工作时，由流量较大的低压泵供油，达到一定压力后，再由高压泵供油。如果压力再高，则由增压器提高油的压力。工作介质可以是水或油。湿袋式冷等静压成型装置示意如图2-3所示。

三、实验用品

（1）实验设备：LDJ100/320-400型冷等静压机1台。

（2）主要技术参数：额定工作压力400MPa；容器内径100mm；额定承载力3.2MN；容器有效高度320mm。

（3）实验材料：铜粉、铝粉等。

四、实验步骤

（1）将一定量的金属粉末装入模具中，振实后将模具密封。

（2）设定冷等静压工艺参数：压力×保压时间，如100MPa×5min。

（3）将模具装入压力容器，进行冷等静压成型。

（4）取出压制好的金属坯，并进行观察。

五、思考题

阐明冷等静压成型原理与技术特点。

参　考　文　献

［1］　孙雪坤，沈以赴，金琪泰. 金属粉末冷等静压下致密化过程的分析. 中国有色金属学报，1998，（s1）：137-1403.

［2］　张皖菊，李殿凯. 金属材料学实验. 合肥：合肥工业大学出版社，2013.

（李成栋）