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粉末冶金压制方法范文1
关键词： 转向管柱； 粉末冶金； 移动架； 模具设计； 工艺； 材料
中图分类号： TF 124.32文献标志码： A
The Development of Powder Metallurgy Movable Frame
of Automotive Steering Column
PENG Jingguang， CHEN Di
（Shanghai Automotive Powder Metallurgy Co.， Ltd.， Shanghai 200072， China）
Abstract： The movable frame is one of the critical parts of automotive steering column.This paper dealt with the structure，performance，material selection and production process of it.It was complicated in shape with high precision.It hence always failed if it was produced with traditional machining method.In order to achieve massive production，powder metallurgy was used to produce parts of automotive steering column，which could improve the production efficiency and reduce the costs.Therefore，powder metallurgy movable frame with high precision，high strength complicated shape and in accordance with actual conditions could be developed by working out rational technology.
Keywords： steering column； powder metallurgy； movable frame； mold design； technology； material
粉末冶金是一门制造金属与非金属粉末和以其为原料，经过压制、烧结及各种后续处理工艺制取金属材料和制品的科学技术，是一项以较低的成本制造高性能铁基粉末冶金制品的技术[1-2].近年来，随着汽车行业飞速发展，为了降低汽车的生产成本，越来越多的零部件用粉末冶金方法来制备.
转向管柱是车辆转向系统中的重要部件.其主要作用是通过接收驾驶员作用在方向盘上的扭矩，将其传递到转向器，从而使方向盘的转动转化成齿条的移动，控制车轮按照预期方向运动[3].转向管柱中的粉末冶金移动架（如图1所示）是转向管柱实现前后上下4个方向调整的核心零件，分别和另外2个粉末冶金齿条相配合，实现方向盘的调节功能.同时，转向管柱的移动架是汽车中的安全件，对密度和性能有一定的要求，且需要热处理.该产品若采用传统机加工的方式，几乎不能加工，形状非常复杂，且精度要求较高.因此，为了实现大批量生产，使用粉末冶金的方法来制造该零件，解决了目前生产效率低、制造成本高的问题.
1零件的结构和性能特点
粉末冶金移动架，其形状复杂，在整个转向柱中起承上启下的关联作用，分别与轴向架、径向架的齿部咬合，使转向管柱具有多方向的调节作用（如图2所示）.包括平齿面A、斜齿面B、限位凹面C、带键槽的内孔D，以及限位柱E.尺寸精度方面，其中齿形轮廓度要求0.05 mm，齿面高度差≤0.15 mm，限位柱和限位凹面轮廓度0.1 mm.
2材料和压机的选择
2.1材料的选择
鉴于产品的结构特点、性能以及材料要求（材料牌号：Sint D11，w碳>0.75%，w铜为1%～5%），基础铁粉选择雾化铁粉，选用硬脂酸锌为剂.硬脂酸锌熔点低，稍加热就能使其熔化成液相来减少粉末的内外摩擦，使其容易成形.
2.2压机的选择
根据产品的截面积和密度要求，测算出产品大概需要50 t的压制压力来制备.压制压力F可按下式计算[4]：
F=kps（1）
式中：p为单位压力；s为受压横截面积；k为安全系数，k=1.15～1.50，取1.20.
根据式（1）计算压制压力，则F=1.2×5×8.4=50.4 t.
同时需要上一下三的模具结构，考虑形状和结构特别复杂，所以选择使用160 t机械式压力成形机和上二下三的标准模架.
3工艺流程设计
3.1工艺的制定
根据产品要求，工艺制定如下：混料、压制、烧结、振动去毛刺、渗碳淬火、清洗和包装.由于产品精度要求高，在试验过程中需严格控制磕碰伤.
3.2粉末的混合
采用双锥型自动混料设备，其优点在于无死角、效率高、易清理，非常适合大批量生产[4].混料后粉末泊松比为2.8～3.2，压缩性大于7.0.由于产品具有很高的硬度要求，为保证成分的稳定性，采用全自动秤料系统.
3.3压制工艺
图3为转向管柱粉末冶金移动架压制成形过程，分为粉末充填、粉末传输、压制和脱模4个阶段.
由于采用上一下三的成形结构，产品每部分充填值都要非常精确，才能保证压制时每段密度是均匀的.为保证产品上下段密度均匀，成形过程中采用阴模和芯棒同时浮动.脱模时，采用保压拉下式脱模，并以内下模为基准点，把产品完全从模具中脱出.压制压力50 t，压制效率6件/min，产品高度直接达到成品要求.
3.4烧结工艺
烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一.所谓烧结，就是将粉末压坯在低于其主要成分熔点的温度下进行加热，从而提高压坯强度和各种力学性能的一种过程[2].FeCCu三元体系的烧结为有限多元系固相烧结类[2].采用连续式普通网带烧结炉进行烧结，烧结温度为1 120 ℃，烧结时间30 min，采用氨分解和氮气的还原性保护气氛，露点为-40 ℃，防止产品氧化并去除表面氧化颗粒.冷却段采用常规水冷.
3.5振动去毛刺
鉴于产品的使用工况，产品外观不允许有毛刺和飞边.移动架形状又较为复杂，采用盘刷或者喷砂的方式都不可行，所以选用钢球振动的方式去毛刺，其效率高、去毛刺效果好.去毛刺介质选用钢球，振动时间为10 min.
3.6热处理工艺
热处理采用铁基粉末冶金通用的整体渗碳淬火[5]，即在分解氨气氛下，将烧结的零件加热到860 ℃，保温30 min，然后在860 ℃下将零件淬于50 ℃温油中.最后在150 ℃下回火5 min，达到硬度要求.
3.7清洗包装
由于零件用于汽车转向管柱系统，所以对产品清洁度有一定要求.采用高压油清洗工艺可以符合要求，也具有一定的效率.产品清洗后，采用散装的方式进行包装.
4模具的设计
4.1成形模具主要零件的尺寸计算
4.1.1阴模高度
阴模高度应满足粉末充填和定位的需要.因此，阴模高度一般包括粉末充填的高度、下模冲的定位高度和上模冲压缩粉末前进入阴模的深度[6]，即
H阴=H粉+h上+h下（2）
下模冲的定位高度h下是根据下模冲与阴模之间的装配需要而选定的.总的来说，以能满足下模冲在阴模的定位需要为原则，一般取10～30 mm，本文中取20 mm.上模冲的定位高度h上取0.综上，阴模高度为：
H阴=65+20+0=85 mm
4.1.2阴模和模冲尺寸确定
由于移动架形状特别复杂，所以每个模冲的尺寸需要同比例缩放，由材料试验结果得到，压制弹性后效为0.15%，烧结变形量为0.25%.根据模具尺寸计算公式如下[6]：
D=D产（1-t-s）（3）
式中：D为模具尺寸；t为压坯的径向弹性后效；s为压坯的径向烧结收缩率；D产为产品外径.通过该公式可计算出每个模冲的尺寸.
4.1.3模冲高度的计算
由于采用上一下三的成形结构，上模高度只需采用闭合高度的最小值，通常取100 mm.
外下模计算如下[6-9]：
H外下模=H阴+H法兰+H脱模（4）
式中：H外下模为外下模高度；H阴为阴模高度；H法兰为安装用法兰高度，通常取15 mm；H脱模为脱模所需要高度，通常取10～20 mm.
根据式（4），H外下模=85+15+10=110 mm.
中下模计算如下[6-9]：
H中下模=H外下模+H法兰+H脱模+H垫块（5）
式中：H中下模为中下模高度；H垫块为外下模垫块高度.
根据式（5），H中下模=110+15+10+50=185 mm.
内下模计算如下[6-9]：
H内下模=H中下模+H法兰+H脱模+H垫块
式中：H内下模为中下模高度.
根据式（5），H内下模=185+15+10+40=250 mm.
4.2模具设计中的注意事项
移动架较为复杂，产品台阶数多，设计过程特别需要注意模具的分型区域.同时，单个模冲的成形面积特别小，模冲又特别长，热处理硬度需要控制在特别紧的范围内.在试验过程中，模具寿命是难点，需要在脱模、圆角过渡等方面特别注意.
通过大量的理论计算和实际生产的细节讨论，制定了转向管柱移动架生产的模具样式和具体的试验工艺.通过混料、压制、烧结和热处理等一系列工序设计，对移动架的开发进行了详细的说明.在所有的工作中，模具设计是重点.经过对移动架的设计，可以制造该零件为生产所需.目前该产品已经实现批量生产，取得了较好的经济效益，解决了机加工高成本和低效率的问题.
参考文献：
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粉末冶金压制方法范文2
关键词：高强度，铁基粉末冶金材料，应用
在模具设计前，必须进行粉末冶金制品的形状设计。制品压坯的形状设计是保证产品使用要求的情况下，从压制过程(装粉、压制、脱模)、模具寿命、压坯质量等方面来考虑，并对制品图线形状作适当的修正。本文是将电动工具中原有的钢制齿轮(材料为40Cr)用粉末冶金材料代替，并针对以下内容进行了二次设计：(1) 在原有钢制齿轮齿形的基础上对粉末冶金齿轮的齿形齿廓进行二次设计；(2) 对实际啮合的粉末冶金烧结齿轮的尺寸修正；(3) 粉末冶金齿轮齿面接触强度和齿根弯曲强度的理论校核。
1.齿形齿廓的选择和计算
选择齿轮材料应考虑如下要求：齿面应有足够的硬度，保证齿面抗点蚀、抗磨损、抗咬合和抗塑性变形的能力；轮齿芯部应有足够的强度和韧性，保证齿根抗弯曲能力。此外，还应具有良好的机械加工、热处理工艺性和经济性等要求。在齿轮传动机构的研究、设计和生产中，一般要满足以下两个基本要求：
1.传动平稳—在传动中保持瞬时传动比不变，冲击、振动和噪音尽量小。
2.承载能力大—在尺寸小、重量轻的前提下，要求轮齿的强度高、耐磨性好及寿命长。
由于螺旋锥齿轮与直齿锥齿轮相比，在使用上有如下优点：
1）增大了重迭系数。由于弧齿锥齿轮的齿线是曲线，在传动过程中至少有两个或两个以上的齿同时接触，重迭交替接触结果，减少了冲击，使传动平稳，降低了噪音；
2）由于螺旋角的关系，重迭系数增大，因而负荷比压降低，磨损较均匀，相应的增大了齿轮的负荷能力，增长了使用寿命；
3）可以实现大的传动比，小轮的齿数可以少至五齿；
4）可以调整刀盘半径，利用齿线曲率修正接触区；
5）可以进行齿面的研磨，以降低噪音、改善接触区和提高齿面光洁度；
6）在传动中产生的轴向推力较大，所以对轴承要求较高，在传动机构中需选用适当的轴承。
由于上述特点，所以螺旋齿锥齿轮常用于圆周速度较高，传动平稳和噪音较小的传动中。
通过和直齿锥齿轮的比较，本设计采用螺旋锥齿轮。计算采用的是等高齿锥齿轮，即从齿的大端到齿的小端齿高是一样的，这种齿轮的面角、根角和节角均相等。这样设计不仅减少了大部分的计算，而且对于模具的设计和压制来说更为有利。螺旋锥齿轮齿形参数直接影响齿轮的承载能力、轮齿刚度和传动的动态特性，各参数相互影响、相互制约，其选择的原则是：由各参数确定的齿形，应保证轮齿有较高的弯曲强度和接触强度，最好符合等强度的设计原则。轮齿在啮合时，要求传动平稳，无齿形干涉现象。齿形形状要力求简单以便于制造。
1.主、从动锥齿轮伞齿轮齿数的选择在选择齿数时，应尽量使相啮合的齿轮的齿数之间没有公约数，以便使齿轮在使用过程中各齿之间都能互相啮合，起到自动磨合的作用。同时，为了得到理想的齿面重叠系数，大小齿轮的齿数和应不小于40。
2.齿面宽F 的选择对于等高齿锥齿轮来说：在“奥利康”制等高齿锥齿轮上，由于其延伸外摆线的曲率变化比弧齿锥齿轮的圆弧齿线大，因此，齿面宽不宜过大。一般可取F=(0.25 ~ 0.30)A0，A0 为节锥距。
3.螺旋角β 的选择汽车主减速器锥齿轮的螺旋角多在βm=35~40°范围内。为了保证有较大的mF 使运转平稳、噪音低。依据经验选βm2=36°。
4.法向压力角α 的选择大压力角可以增加轮齿强度，减少齿轮不产生根切的最少齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角使齿顶变尖及刀尖宽度过小，所以在轻负荷工作的齿轮中一般采用小压力角，可使齿轮运转平稳，噪音低。对于本设计中的“奥”制齿轮采用的齿面平均压力角α=17.5°。论文参考网。
5.齿顶高系数及顶隙系数齿顶高系数取ha*=1；顶隙系数C*=0.25。
2.实际啮合的粉末冶金烧结齿轮齿形的修正及校核
压坯密度对于提高和稳定烧结制品的强度与尺寸精度十分重要。为使压坯密度均匀，顺利脱模，结合齿轮设计的特点，对齿形以下几部分进行了改进：
a.为了增高齿的强度和降低噪声，同时考虑到实际当中齿形模冲加工的特点，对齿轮的齿顶和齿根的齿形进行了修正。
b.一般压制成形都是沿着压坯的轴向进行的。而制品中径向(横向)的孔、槽、健、螺纹和倒锥，通常是不能压制成形的，需要在烧结后用切削加工来完成的。论文参考网。但本齿轮的键槽是轴向的，并不影响压坯的脱模。
c.从节省原料和不影响安装的角度考虑，把原来的三个定位凹坑改成花键式，而且不影响脱模，且能节省原材料。
通过对改进后的齿形进行载荷计算和齿面接触强度的理论校核，结果说明所设计的齿形参数能够满足服役要求。
3.齿轮模拟台架试验
将上述材料的大齿轮，分别在100℃、200℃和250℃回火，硬度分别为HRC43~45、HRC38~40、HRC30~32；之后装机进行实验，对磨件为40Cr钢，硬度HRC48。台架试验记录结果：
第一套齿轮(硬度HRC43~45)：经装机试验当试验到1.5h时，出现声音异常，拆机检查，小齿轮打崩二个齿，但大齿轮完好；换上钢制的小齿轮，淬火硬度HRC42~43，经测试10h，机器正常，拆机检查，磨损正常，即进行第二个项目测试 (空载实验) 55h，拆机检查，一切磨损正常，(其中换了一个转子，碳刷3副)；之后进行模拟实验，运转到10.5h时，机器冒烟，烧机，停止测试，拆机检查发现，前轴承爆裂，定转子烧毁，大齿轮打崩一个齿，小齿轮磨损比大齿轮严重。经分析原因：大齿轮打崩是因为前轴承爆裂，而造成转子乱跳而产生的，是意外发生的现象，并非齿轮强度问题所造成的，所以其材料可以继续试验。
第二套齿轮(大齿轮硬度HRC38，小齿轮HRC42(材料 40Cr)：进行模拟试验运转16h时转子烧毁，拆机检查，齿轮磨损正常，换转子继续进行，运转26.5h时电机烧毁拆机检查，齿轮磨损正常。换电机继续进行，运转7.5h时电机烧毁拆机检查，齿轮磨损正常。再换电机继续进行运转12h时电机烧毁拆机检查，齿轮磨损正常。换电机继续进行，运转17h时电机烧毁，拆机检查，齿轮磨损正常。论文参考网。再换电机继续进行，运转15h电机烧毁，拆机检查，齿轮磨损正常。停止试验。
第三套齿轮(硬度HRC30~32，小齿轮HRC35，大小齿轮均为粉末冶金材料)：经装机试验，通过工况测试，磨损正常；第二个项目测试 (空载实验) 30h时，大齿轮小齿轮磨损严重，停止测试。结论：硬度太低而造成磨损。在本测试条件下，渗碳烧结齿轮材料耐磨性优于意大利和40Cr材料；在本测试条件下，改进后齿形传动平稳，降低噪音；由此可以认为，本课题研制的新材料和完成的齿轮齿形设计能满足电动工具的使用要求。
【参考文献】
[1]李华彬,何安西,曹雷,扬健,李学荣.Cu/Fe复合粉的性能及应用研究[J].四川有色金属, 2005,(01).
[2]程继贵,夏永红,王华林,徐卫兵.聚苯乙烯/铜粉温压成型的研究[J].工程塑料应用,2000,(06).
粉末冶金压制方法范文3
风雨求学，毅然回国
黄培云，1917年8月23日生于北京市，祖籍福建省闽侯县（今福州市）。其父在海关工作，经常易地任职，全家随行。因此，黄培云小学读于北京，初中读于烟台，高中读于苏州。但这并没有影响他的学业，反而使他开阔了眼界，增长了不少见识。
由于勤奋好学，1934年，他以优异的成绩考入了清华大学化学系。1935年，为了挽救民族危亡，他毅然参加“一二・九”运动。1937年，日本侵略军进占北平，清华大学迁至长沙，与北京大学、南开大学组成西南临时大学，不久又西迁昆明成立西南联合大学。1938年2月，黄培云参加由闻一多等教授率领的步行团，并担任学生小组长，风雨兼程，历时两个多月，从长沙步行到昆明。这次步行对黄培云一生影响极大。在忆及这段往事时，他说：“它不但锻炼了我的身心，更重要的是深入穷乡僻壤，了解到不少民间实际情况与疾苦，使我进一步向进步与革命靠拢。”同年9月，黄培云大学毕业，在清华大学金属学研究所任助教。
1940年，黄培云考取清华大学第五届公费留美生，在麻省理工学院研究生院攻读博士学位。1945年获科学博士学位后，他继续在该院从事博士后科学研究工作。
为了中华民族的振兴，黄培云毅然偕同已入美国籍的夫人于1946年底回到了祖国，以图科学救国。1947年春，他受聘到武汉大学矿冶系任教授和系主任。
建校不是做好桌子板凳就行
1952年，国家对高等学校进行教学改革与院系调整，决定将武汉大学、湖南大学、广西大学、南昌大学的矿冶系，中山大学的地质系，以及北京工业学院的选矿系进行调整合并，成立独立的中南矿冶学院。该学院定位为以培养有色金属工业需要的人才为主，时任武汉大学矿冶系主任的黄培云参与了筹建工作。
校址最后选定在湖南长沙。“建校时最困难的是没有人，我们就在长沙即将毕业的学生中找几个能干的。”黄培云生前回忆道。他们先对学校的桌椅板凳、实验台需要多少木头进行估算，再去买木头，并且总能买到最好的木头。之后，他们又买了马达和锯片，自己装了锯木头的机器。很快木工厂建起来了。“说是木工厂，实际上除了那台锯以外，什么都没有。但学生们就是用它制作了一大批小板凳。”黄培云生前回忆起建校情景时娓娓地说道。
然而，建校不是把桌子板凳做好就行了。几所学校的师生加起来有好几百人，加上当时交通不便，从四面八方赶到长沙来这个过程就不简单。修整校舍时实在买不到瓦，他们就自己动手做瓦；建房子需要大量的砖，他们就自己建窑压胚烧砖，还因为用水的问题，他们办了一个小型自来水厂，甚至为了开出一条运输路，他们用锄头一点点地把羊肠小道铲平、开通。
面临6所学校所用教材差别很大的问题时，他们把6个学校的教材摆在一块儿，强中选优，最后确定以武大、湖大、北京工业学院的教材为主。
他们秉着革命的精神为建校出谋献力，终于学校在1952年11月如期开学，黄培云被任命为副院长。
黄培云倡导的“三严”作风――严肃对待教学工作、严密组织教学过程、严格要求学生在建校后起了很大作用。“我们一方面不断改善教学物质条件，一方面大力培养师资。学院成立时只有两万多平方米，实验室、教室、宿舍等都非常缺乏。”黄培云生前接受记者采访时说，用了大概3年时间，教学楼、实验楼相继建立，实验室设备不断补充，教学质量也有了提高。
从1954年开始，学院在苏联专家的指导下，改组了院务会议，调整教研组，修订教学计划及教学大纲，对教学法展开研究。1956年，中南矿冶学院培养出第一批毕业生，较强的专业能力和综合素质使这些毕业生受到用人单位的欢迎。
填补我国粉末冶金学科空白
不仅是奠基粉末冶金学科、培养学科人才，黄培云更是见证了它的发展。
粉末冶金是一门制取金属、非金属和化合物粉末及其材料的高新科学技术，它能满足航空、航天、核能、兵器、电子、电气等高新技术领域各种特殊环境中使用的特殊材料的要求。一些发达国家早在20世纪初就开始了该领域的研究，而中国在1950年代还是一片空白。
当冶金部把设立粉末冶金专业的任务下达给中南矿冶学院时，谁都不知道粉末冶金是怎么一回事。黄培云说他在麻省理工学院学过一门30学时的粉末冶金选修课，有点概念，但当时并不太重视这门课程。从那以后，黄培云在学术和专业方面由一般有色金属冶金研究转向集中研究粉末冶金与粉末材料。
“回想起来，我们那时候什么都没有，真是从零开始。学生、讲课教师、教材、实验室都还没有。我们首先在冶金系里成立了粉末冶金教研室，我兼任教研室主任，成员有冶金系主任何福煦、助教曹明德。”黄培云说。上世纪60年代他培养了第一批粉末冶金专业的研究生，到80年代，培养了这个专业的第一批博士生。至今他已培养硕士生、博士生80余人，其中很多人已经成长为我国粉末冶金领域的骨干力量。在培养人才之外，黄培云领导的粉末冶金专业还接受完成国防部门下达的任务。
粉末冶金压制方法范文4
关键词：卓越工程师；粉末冶金学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0093-03
引言：
“卓越工程师教育培养计划”是为贯彻落实党的十七大提出的走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署、贯彻落实“国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020年）”和“国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）”而提出的高等教育重大改革计划。“卓越计划”旨在培养卓越工程师后备人才；高等学校实施“卓越计划”将为培养学生成为卓越工程师打下坚实的基础和完成卓越工程师需要的基本训练[1]。
2011年年初教育部出台了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》（教高[2011]1号文），进一步明确了“卓越计划”的主要目标、指导思想、实施领域和基本原则[2]。“卓越计划”实施以来，各参与高校在培养观念、培养模式、学校企业联合培养等方面都取得了很大进展。
“粉末冶金学”课程是新材料科学中最具发展活力的重要分支，也是冶金和材料科学的分支学科，备受工业界重视，相关材料和制品已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域[3]。粉末冶金学课程与实际的生产实践紧密相关，属于工程实践性比较强的课程，在理论学习的基础上能够有效地培养学生的工程能力和创新能力，与“卓越计划”的培养目标一致，为了配合“卓越计划”的实施，对这门课程的培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。
一、确立正确的培养观念和培养目标
“卓越计划”的宗旨是培养和造就一大批能够适应社会经济发展需要、创新能力强的优秀工程技术人才，为国家实施人才强国战略、走新型工业化道路和建设创新型国家服务。从“卓越工程师教育培养计划”的三个特点出发，树立课程的培养观念：一是强调课程内对学生创新以及工程能力的培养；二是注重学校和企业相结合，加大企业参与培养高级工程技术人才的深度；三是加强对国家战略需求、行业和企业的需求的认识，课程进行有目标的、主动的培养。
新形势下，面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程从培养目标上必须对原有的课程体系与教学内容进行调整，使之更具有全面性；加大课程工程实践能力的培养，使之更具有实用性。确立理论学习与实践操作相结合、全面发展的人才培养目标，重视培养大学生的科学探索精神、工程创新意识和工程实践能力。
二、教学改革与创新的思路
1.课程特点及教学现状。“卓越工程师教育培养计划”的基本要求是学生在学习并具备课程理论基础知识的基础上，能够有效地利用学习到的课程基础知识解决实际工程问题。粉末冶金技术是一个复杂、影响因素诸多的材料成型过程，从制粉、成形、烧结到后处理每一道工序都会影响粉末冶金成品的质量。能够完全掌握并灵活运用粉末冶金技术，即要有扎实的理论知识储备和丰富的工程实践经验。笔者通过长期的粉末冶金教学发现，传统的课程教学方式有一定的局限性，主要体现在：教师以教材为中心，教学方法比较单一，以灌输式的教学方法为主，学生缺乏积极有效的参与，不利于学生工程能力的培养；教学内容陈旧、更新缓慢，在课时、学制的影响下，无法兼顾新兴的粉末冶金技术；课内实验一方面是简单的验证性基础实验，学生兴趣不浓，另一方面由于设备少人数多等条件的限制，学生参与的程度不够，难以培养学生的创新能力；课程仍以书面考试的形式评定，考试内容大多以基础知识的考察为主，这种简单的评定方式不能满足“卓越计划”对创新能力和工程能力培养的要求，不利于优秀工程人才的培养。
2.探索多元化的培养模式。面向“卓越计划”高级工程人才培养的方向为：服务于企业需求和国家发展战略，加大学校和行业、企业合作培养的力度，强调学生理论基础和工程实践能力并重的培养，重视高级工程技术人才培养的国际化。因此，面向“卓越计划”的课程改革要以教师为导向；以学生为主体；以项目为依托；以企业为载体。以教师为导向，教师做好引导作用，通过丰富多样的教学方法培养学生的兴趣，激发学生的潜能，加强师生互动，教学相长；以学生为主体，构建“专业性强、知识面宽”的课程学习体系，扎实学生理论知识的学习和实践能力、综合能力的锻炼，培养学生积极思考、大胆创新的科学作风；以项目为依托，让学生积极参与到粉末冶金类的科研项目中，实施本科生提前进入毕业设计、科研平台或课题组制度，培养学生学以致用，学中用、用中学的学习方法；以企业为载体，学校要加强同行业、企业联系与合作，让学生参与到企业中去，建设校企优质资源共享平台，建立学校与企业联合培养的长效机制。
三、课程建设与新型教学模式探讨
1.课程教学内容改革。从“卓越计划”的培养目标与要求出发，根据工程实际，“粉末冶金学”课程组进行了广泛调研，在多次讨论和修改的基础上，制订了新的课程教学大纲，明确了教学体系和教学内容。根据这门课程的特点，为了能够让学生在很好的学习粉末冶金理论基础知识的基础上，开拓思路、学以致用，按照课程体系对课程内容进行了模板化设计，把课程内容分为不同板块。比如：掌握粉末制取及其性能测定；压坯成形规律；粉末冶金材料的烧结原理；粉末冶金材料制备的质量控制；了解粉末冶金材料及其研究的新进展等等。
2.课程教学方法和教学手段改革。在教学方法上，围绕“以教师为导向，以学生为主体”的教学方针，遵循“课内与课外相结合”、“理论与实践相结合”、“课堂教育与创新思维相结合”的原则，通过实物法、启发法、课堂讨论等教学方法。如在讲粉末的成形时，可以向学生展示一套粉末成形的模具，让学生了解成形时基本概况，让学生在学习粉末成形时可以获得最大的感官认识；在讲粉末制备工艺时，根据制备粉末的特点以启发和诱导的方式让学生了解粉末制备工艺，以及为什么要选择这种制备方式；在讲压力与粉末成形样品密度之间的关系时，可以展开课堂讨论，充分调动学生学习的热情、主动性和创造性，提高教学的实效性和教学质量。
在教学手段上，要摆脱传统的板书或者照着ppt宣读等学生积极性不够强的手段，采取多元化的教学方法和手段。多媒体集成、动画模拟仿真和丰富的图像信息扩展了学生认知的深度与广度，也使教师摆脱了时间和空间对讲授内容的束缚，清楚地显示某些复杂的过程，有利于激发学生的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维的深化与发展，有利于增强工程设计能力，提高教学效率和教学质量[4]。通过搜集课程知识点相关的图片和制作简单直观的动画，丰富课程的课件，提高学生的兴趣和理解。比如，在讲等静压成形时，向学生展示等静压机的原理示意图，可以让学生充分直观地了解等静压的工作原理；在讲机械合金化法制备粉末时，可以通过Flas的方式，让学生可以清晰地看到机械制备的过程和原理；在讲粉末冶金工艺时，可以结合网络上企业的现场视频，让学生能够轻易地接受粉末冶金工艺方面的知识，同时获得工程实践中的一些直观信息。
3.课内实验的改革与工程实践能力的拓展。在课内实验方面，改善了原有的简单的验证性的实验，丰富了课内实验的内容。具体的实验包括：球磨法制粉；粉末粒度和表面性质的测定；金属粉末的压制成形；粉末冶金样的烧结；烧结样抗弯强度的测试；粉末冶金样品的密度测定等等。通过这些课内实验培养学生具有合理选择使用粉末冶金材料和初步设计、制备粉末冶金材料的能力，激发学生的创新意识，提高工程能力。对课内实验的改革，可有效地激发学生的学习兴趣，提高动手和思考能力，为学生的工程实践能力的提高和创新能力的培养打下了很好的基础。
面向“卓越计划”的课程改革，重点是培养学生的工程实践能力，要围绕“以项目为依托，以企业为载体”的方针。为了强化学生的工程实践能力，应该注重从以下几个方面进行培养：一是对校内资源进行整合，建立校内课程实习、实训基地。利用学校已有的材料产业化中心、工程训练中心、新能源材料研究中心等研究实践单位，建立“粉末冶金学”课程的实践基地，让学生可以在校内尽可能地进行工程基础实践能力的锻炼。二是以企业为载体，校企合作，吸纳企业资源。培养工程师是“卓越计划”的目标，而企业环境是工程师培养的摇篮。除了进行实践教学环节改革，更重要的是让学生进入企业、融入企业，学习和了解企业的技术，感受企业的环境和文化。培养方案应该把适合在企业开展的相关教学环节和实践活动（专业课程、课程设计和毕业设计等）尽可能放到企业去。三是以项目为依托，开展大学生创新性实验计划。高校的教师在进行本科教学的同时，进行广泛的科研项目的研究。在校内的有关粉末冶金类的科研项目可以和粉末冶金课程建立联系，让本科生在进行课程学习的同时，进入科研团队，参与到科学研究中去，了解学科的发展状况和学科前沿。在科研项目的带动和熏陶下提高学生学习的积极性和工程能力。四是通过学科科技竞赛来提高学生的综合素质。开展以学科为基础的各类科技竞赛，扩大学生受益面；鼓励学生在学习课程理论基础的同时，积极参加省级、全国级别的相关科技竞赛，培养学生的学习兴趣、创新能力和综合能力；课内课外营造科技创新氛围，对于学生积极参加科技竞赛和科技竞赛获奖给予奖励或者在学科考评中加分。
4.建立全新的考核评价制度。粉末冶金学传统的考核方式是以书面闭卷的方式进行，考查的都是学生对基础理论知识的学习情况，缺乏对工程实践技能的考核。传统的学生学习效果的考核评价机制在面向“卓越计划”的课程体系中就不再适宜。在教学中应该采用全新的考核评价机制，除了对学生理论部分的考核之外，要把学生整个学习过程中的工程实践能力、创新能力和自主学习能力纳入到考核体系中。结合卓越工程师的培养工程性和全面性的特点，采用多部分考评相结合的考核方式。考核分为理论部分的笔试考核、理论与实践相结合的课内实验考核、工程实践能力考核、科技创新活动考核等几个部分，其中参与科研项目、参加科技竞赛等属于科技创新活动部分。笔试考试、实验考核、工程实践能力考核、科技活动考核等几个模块各部分的比例可根据课程开展和改革的具体情况，课程组的成员讨论协商决定。这种考核评价机制充分体现公平、合理，学生也努力争先、争取获得各类奖励使自己的努力获得承认。
四、课程改革的质量保障
1.师资保障。“卓越工程师教育培养计划”要取得成功，其标志在于培养造就出一大批卓越工程师后备人才，而关键在于建设一支胜任这一使命的工科教师队伍[5]。卓越工程师培养的质量很大程度上取决于参与到“卓越计划”的教师的整体素质。所以，面向“卓越计划”的课程改革，在师资上要进行调整和改革，以保证面向“卓越计划”的课程改革顺利进行。
根据“卓越计划”的培养目标和特点，参与“卓越计划”的教师需要具备扎实的专业基础知识、丰富的工程实践经验、优秀的教育教学水平和崇高的职业道德和敬业精神等等。同时，教师也必须具备相应工程科学研究、工程设计开发、工程技术创新和工程实践能力。
当然，不论通过何种渠道招聘的教师，在理论教育教学、工程实践、科学研究、设计开发、技术创新这五个方面都可能存在某项或几项能力的不足或缺失，都需要高校加强对教师的培养力度，将理论知识丰富的教师送进企业进行工程培养，将企业的工程师送进高校进行专业的全面和深入学习，通过这些培养方式，打造一支既具备专业基础知识又有工程实践技术能力的高水平师资队伍，适应“卓越计划”在高校的顺利开展。
2.经费保障。从上述的课程教学改革措施来看，面向“卓越工程师教育培养计划”的优秀工程技术人才的培养在经费上相较传统的培养模式要高出很多，所以高校在工程人才培养计划中应当保障有足够的经费来支撑“卓越计划”的实施，建立一套完整、长效的资金机制。高校在经费方面可以采用的办法[6]有：一是提高人均教育财政拨款标准，具体的拨款数额与学校实际实施“卓越工程师教育培养计划”的在校学生数挂勾；二是为了确保“卓越工程师教育培养计划”的培养需要，学校经费投入向卓越工程师培养方面倾斜；三是采取定向的办法，学校和企业联合培养工程技术人才，企业补贴学生的学习费用，学生毕业后到企业定向工作；四是争取社会各界包括企业及校友的资助。
五、结语
本文就面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程改革与建设，从培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。通过课程的改革和建设的措施，将有效地提高学生的理论水平，提高创新能力和工程实践能力，为卓越工程师人才的培养奠定基础。
参考文献：
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粉末冶金压制方法范文5
Abstract： One important direction of current materials research work is how to apply microwave sintering technology to the preparation of metal materials. The history， basic theories， characteristics， current situation of microwave sintering in the preparation of metal materials were simply introduced in this paper. Problems that may arise during microwave sintering metal materials were analyzed. And the trend of microwave sintering in the preparation of metal materials was estimated.
关键词： 微波烧结；技术原理；金属材料；应用前景
Key words： microwave sintering；basic theories；metal materials；trend
中图分类号：TB331 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0015-03
0 引言
20世纪60年代中期，Tinga.W.R[1]最早提出微波烧结技术。早期微波烧结技术主要应用于陶瓷材料的制备及处理的各个过程。20世纪70年代中期，法国的Badot和 Berteand开始对烧结技术进行系统研究[2]。20世纪80年代，微波烧结技术逐渐受到重视并引入到材料科学领域[3]，开始用于烧结制备各种高性能的陶瓷。进入九十年代，微波烧结材料的种类不断扩展，逐渐被引入到硬质合金、纳米材料、复合材料等材料的烧结制备过程中。但是微波烧结技术一直没有涉及到金属材料，这是由于人们普遍认为金属材料是良导体，对微波是反射的，不能吸收微波。1999年，美国宾夕法尼亚大学材料研究实验室的科学家突破传统的观点[4，5]，成功利用微波烧结金属粉末制备了金属材料，接着便掀起了研究微波烧结制备金属材料的。美国、中国、日本、印度、西班牙、德国、新加坡等国先后对微波烧结技术应用于金属材料进行了研究，并且都在实验基础上制备了高性能，高质量的合金产品，预示了微波烧结技术应用于金属材料的制备有着广阔的应用前景。
1 微波烧结制备金属粉末的原理
微波烧结技术基于的原理是材料内部的基本细微结构与特殊波段的微波耦合，通过材料的介质损耗转化为热量，使材料整体加热而实现烧结致密化。但是微波在金属煤质中行进时，穿透深度有限，引入穿透深度
δ=■（1）
表示微波场量的值衰减至表面处值的1/e=0.368的深度。经计算得出一些常见金属的穿透深度，见表1。
可见，金属表面只有极薄的一层对微波具有吸收作用，其内部与微波的作用很小。
同时块体金属材料在电磁场中具有趋肤效应，内部的自由电荷在电磁场的作用下，会迅速向导体表面聚集。自由电荷响应电磁场的速度非常快，弛豫时间远小于电磁振荡的周期。因此，在电磁振荡每周期开始的时候，自由电荷已经聚齐于块体金属导体表面，其内部的自由电荷密度ρ=0，不存在自由电荷，不具备能量吸收和转化的媒介，无法通过微波与块体金属材料进行耦合作用。因而微波烧结技术不能应用于块体金属材料。
但是，金属粉末的几何尺寸为微米级甚至纳米级，与微波对金属的穿透深度相当，所以与电磁波的相互作用行为发生了显著变化[7]。微波所及体积占了金属合金粉末体积的极高比例，该部分体积所吸收转化的微波能量足以使金属粉末的温度发生显著变化。并且金属粉末压坯颗粒表面积大，活性高的表面原子比例大，表面存在大量的孔隙、空位等缺陷，表面化学性质活性，微波具有更大的穿透深度，与块体金属相比，压坯的反射率降低，吸收的能量增加。因此，金属粉末具有较强的吸波能力[4]，能被加热到很高的温度，能够利用微波进行烧结。
2 微波烧结制备金属粉末的研究进展
微波烧结技术具有整体加热、选择性加热、升温速度快、烧结时间短、易于控制、环境友好等特点，易得到均匀致密的细晶结构，提高了产品的物理、力学性能。因而自1999年美国宾夕法尼亚大学的科学家发现微波也能用于烧结制备金属材料以来，这项新的研究领域激起了国内外很多研究者的广泛关注。十几年来微波烧结制备金属材料得到了一定的发展和应用。
2.1 微波烧结制备铁基合金
铁基合金主要有Fe-Ni合金和Fe-Cu合金，具有广泛的用途，可用来制作齿轮、转子、衬套等结构零件。1999年，Roy教授等率先利用微波烧结制备了Fe-Ni和Fe-Cu合金[4]。随后长沙隆泰科技有限公司的黄加伍等[8]、中南大学的罗春峰等[9]、中南大学的彭元东等[10]先后研究了微波高温烧结粉末冶金铁基材料的工艺特点及性能。结果表明，在不同烧结温度和保温时间下，微波烧结样品的显微结构、强度、硬度、抗拉强度、抗弯强度、致密度等参数与常规烧结相比，均表现出明显的性能提高。同时微波烧结温度低、烧结速度快、烧结周期短，降低了生产成本和能源浪费，减少了环境污染。中南大学的陈丽芳等[11]通过微波烧结制备了Fe-4Ni-2Cu-0.6Mo-0.6C合金钢，和常规烧结相比，合金钢不仅缩短了烧结时间，而且提高了力学性能。
2.2 微波烧结制备高密度合金
高密度合金广泛应用于石油钻井、机械制造、航空航天、钟表摆锤制造等领域。传统烧结很难制备出组织均匀、致密度高以及性能优异的高密度合金。由于微波烧结可以有效抑制晶粒长大，细化合金组织，减少孔隙分布，均匀显微组织，提高钨基高密度合金的密度和组织均匀性，因此微波烧结技术被广泛的用于钨基高密度合金的烧结。从2007年开始，中南大学的易健宏等[12]就开始对微波烧结W-Ni-Fe高密度合金就行研究。分别探讨了压制压力、烧结温度、烧结时间，W粉粒度、升温速度对微波烧结W-Ni-Fe高密度合金性能的影响。同时中南大学的马运柱等[13]研究了真空热处理对微波烧结93W-Ni-Fe合金显微组织及力学性能的影响。中南大学周承商[14]又在微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金中添加Mo元素对微波烧结W-Mo-Ni-Fe合金进行了研究。2011年印度国家热电有限责任公司Avijit Mondal[15]等研究了加热模式和烧结温度对90W-7Ni-3Fe合金的影响。刘瑞英等[16]通过控制烧结温度、烧结时间等主要影响W-Ni-Cu致密化因素，利用微波烧结制备了95W-3Ni-2Cu。并通过研究发现，在保证烧结温度和烧结时间的情况下，升温速度对产品微观组织的致密化影响不大。
2.3 微波烧结制备钨铜合金
钨铜合金由于金属铜和钨熔点差别大，不互溶，因此不能采用熔铸法进行生产。中南大学易健宏等[17]通过微波烧结制备了W-Cu合金。与常规烧结相比，促进了W-Cu合金的致密化和组织的均匀化。1250℃，保温10分钟的情况下，W-25Cu合金可以实现接近理论密度。当加入Fe元素作为烧结助剂的时候，W-Cu材料的致密化行为得到显著改善。同时易健宏[18]等还研究了微波熔渗法制备W-Cu合金。并与钼丝管式炉中烧结进行对比，发现两种方法制得的W-Cu合金电导率相似，但是微波法制备的产品硬度更好。
2.4 微波烧结各种金属单质粉末
微波对于金属粉末的烧结机理不同于块体金属，微波对金属块体的趋肤深度大约在微米级，远小于块体金属的尺寸，粉末态松散结构生坯的初始趋肤深度与块体金属的初始趋肤深度存在很大差异。中南大学的朱凤霞等[19]研究了微波烧结金属纯铜压坯时发现，生坯趋肤深度约为0.05m；与样品尺寸处于同一数量级，更远远大于单个粉末颗粒尺寸，最终样品得以升至1000℃高温保温，并实现良好致密化。印度科学家K·Rajkumar等[20]研究了铜-石墨粉末的烧结。发现微波能够成功地烧结没有任何裂痕的铜-石墨复合材料并且具有更加细小的显微结构，产品的孔隙是小的、圆形的。这些都加强了产品的机械性能。印度的G·Prabhu[21]等通过微波烧结钨粉。与常规烧结对比发现，微波烧结高温球磨后的钨粉能达到相对致密度93%高于一般钨粉的85%，维氏硬度达到303高于普通钨粉的265，且高温球磨后的钨粉微波烧结后的显微组织更加均匀致密。日本科学家K·Saitou[22]利用微波烧结制备钴粉、镍粉和不锈钢粉，并且将微波烧结与传统烧结钴粉、镍粉和不锈钢粉就行了对比。通过对比发现微波烧结能促进压坯更大的收缩，从而获得高致密度的产品，具有优良的物理和机械性能。
2.5 微波烧结其它金属粉末
微波烧结还运用于铝粉、Al/Ti合金、Cu-12Sn合金、储氢合金、形状记忆合金、功能梯度材料、金属间化合物Mg2Si等多种金属及其合金的制备，且都取得了较好的致密度和机械性能。
3 微波烧结金属合金粉末存在的问题及前景展望
微波烧结金属粉末从1999年发展至今才刚刚过去十几个年头，虽然科学家们在这方面的研究有所进展，但目前还处于微波烧结金属粉末的起步阶段，存在许多急需解决的问题：
首先，烧结机制的问题。微波烧结金属粉末的机制还不是很清楚，这样限制了微波烧结金属粉末制备金属材料的种类，减少了其应用范围。
其次，微波加热过程中的温度通常采用红外测温仪，红外测温仪是通过测定表面的红外线和特定的表面发射率ε来确定表面温度，在实验中所烧结的材料在特定温度下，其发射率将有显著变化，因而烧结温度无法进行准确测量。
再者，微波烧结的设备一直是限制微波烧结金属粉末的重要问题。目前微波烧结设备的最高温度只能达1700℃，同时国家规定的微波功率限制在2.4GHz、915MHz，随着微波烧结金属粉末种类的不断扩大，微波烧结设备的模块化设计也应该引起人们的重视。
此外，获取一个较大区域的均匀微波烧结场区也是一个需要解决的问题。
微波烧结金属合金粉末还处于一个起步阶段，虽然目前距离工业化还有一段距离，但是由于微波烧结表现出无可比拟的优越性以及金属材料无比重要的用途，将来必将引发一场微波烧结制备金属材料的。
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粉末冶金压制方法范文6
1多台阶零件结构分解
对于多模冲压制的不等高制品，当满足通过控制各模冲的压制速度保证“间隔面”处的粉体不发生平移的条件时［2］，可以将各个台阶拆分开，对各部分进行单独的受力分析，此时可否再将各不同截面部分转换成简单圆柱体，通过分析各简单圆柱体了解整体的受力情况，如图1所示，将借助以下理论进行分析。
1．1压制压力的分解
压制压力作用到粉体上之后分为两部分，一部分是用来使粉末产生位移、变形和克服粉末的内摩擦的力，称为净压力，用P1表示，另一部分，是用来克服粉末颗粒与模壁之间摩擦的力，称为压力损失，用P2表示［3］；净压力P1用粉末的压缩刚度曲线的来表示，所谓压缩刚度曲线是指从金属粉末受力变形的观点，描述压坯在压制过程中所受压力与压坯高度的变化关系的曲线［4］；压力损失P2用摩擦系数与侧压力的关系来表示。因此截面形状转换前后要保证P1和P2相同。
1．2截面形状的转换
对于不同截面的制品来说，在相同条件下，只要它们的C值和Sk值相等则压缩刚度曲线必然完全相等［4］。C＝WS（1）W—粉末质量，g；S—等高制品径向截面积，cm2；C—单位面积上的装粉质量，g／cm2；Sk＝S侧／S（2）S侧———压坯的侧压面积，cm2；Sk———等高制品的侧压面积与正压面积的比值。对于两种不同截面的制品，在使用的粉末性能和条件及模具材质和光洁度、配合公差完全相同时，根据（1）、（2）两式，同时满足C1＝C2和Sk1＝Sk2时，则两种制品的压缩刚度曲线相同（C1、C2分别为第一种和第二种制品的C值；Sk1、Sk2分别为第一种和第二种制品的Sk值）。所有长方形截面制品（长x、宽y）、正六边形截面制品（内切圆直径d）、圆环形截面制品（圆环内外半径R内和R外）分别与圆形截面制品（半径r）的截面尺寸关系为［4］：xyx＋y＝r（3）d／2＝r（4）R外－R内＝r（5）由（3）（4）（5）式可知，以上三种截面形状的制品，可以找到与其等高且Sk值相等的圆形截面制品，代替其等Sk值的截面制品，从而保证了P1在转换前后相同。如下图2所示图例图2模型转化图例在截面形状转化之后，同时也要保证压力损失P2相同。因为当任意两等高制品满足SK1＝SK2即有关系式［1］S侧1S1＝S侧2S2（6）在试验条件下，对于两种不同横截面的等高制品来说，由于高度和压制压力均相等，由总的摩擦力与压制载荷的比值关系式可知：FfP总＝μεp正S侧p正S＝μεS侧S（7）ε—侧压系数；μ—摩擦系数；Ff—总的摩擦力，N；P正—沿高度分成的单元薄层上受到的正压力，MPa；P总—压制过程中受到的总载荷，N。当两种制品的Sk值相等时，则有Ff1P总1＝Ff2P总2（8）Ff1、Ff2—分别为两种制品在压制过程中模壁产生的总摩擦力，N；P总1、P总2—分别为两种制品在压制过程中受到的压制载荷，N。SK1＝SK2实际上是限制了不同截面的两种制品转换前后在压制过程中模壁的压力损失P2相等。综上所述，可以将多台阶的零件转换成多个简单的圆柱体进行受力分析。由此可以通过分析圆形截面实体在压制过程中的摩擦系数变化曲线和压缩刚度曲线来了解零件的受力情况。
2摩擦系数和压缩刚度曲线实验
测试数据采集系统由传感器（轮辐式压力传感器，拉压式传感器，数字式位移传感器（精度0．01mm））、动态应变测试系统（XSB5系列称重显示控制仪）和计算机三部分组成，利用VB语言编写数据采样程序［5］，在实验过程中数据采样间隔为0．1s，程序界面如图3：实验材料选择生产中常用的纯铁粉＋1％石墨＋0．8％硬质酸锌，同时在实验中用石墨作为辅助的模壁材料，其它实验器材数据如下表1。图3数据采集系统程序界面表1各实验器材的数据信息实验材料尺寸／mm材料表面硬度／（HRC）粗糙度（Ra）／μm阴模内孔直径20外圆直径80高度60GCr15 57～60 0．10芯棒直径20高度100Cr12 57～60 0．15压制滑台长度160宽度80厚度3040Cr 50～55 0．08 实验模具原理如图4所示。
2．1摩擦系数实验
目的是测出粉末与滑台间的竖直方向载荷N和摩擦力f1，然后计算出摩擦系数。此处用粉末与滑台间的竖直方向压力和摩擦力近似的模拟粉末压制时粉体与模壁的侧压力与摩擦力的关系。实验公式：图4实验模具原理图1－底座；2－聚四氟乙烯复合板；3－压制滑台μ＝FfN＝f1N＝f－f2N＝fN－f2N（9）f—总摩擦力，由拉压传感器测得的力，N；f1—粉末与滑台的摩擦力，N；f2—滑板与聚四氟乙烯复合板间的摩擦力，N；N—压制载荷，Na）在常温下进行实验，首先测出f2的影响，方法：使用两块聚四氟乙烯复合板，分别置于压制滑台的上下两面，施加载荷N分别为1t，2t，3t，4t，5t，6t，7t，8t，10t，12t，14t，15t，滑台的位移速度为2mm／s，测出滑台在移动时的载荷N与摩擦系数情况，并进行分析。在载荷N的作用下（换算为压力），所得到的滑块单面与底板的摩擦系数变化图形，如图5中的曲线2。b）对模壁进行清洗，在模腔内装入4g铁粉（高度约为4mm）。c）对粉末进行压制，根据公式：ε＝p侧p正（10）p侧—单位侧压应力，MPa；p正—单位正压应力，MPa。一般中等硬度或强度的粉末材料，其侧压系数的范围为0．25～0．45［1］，因为p正最高值在700MPa左右（对于本次试验最高压制载荷为22．5t），所以在试验中测量载荷分别为1t，2t，3t，4t，5t，6t，7t，8t，10t，12t，（14t，16t，18t，20t）时的摩擦系数（括号内为参考载荷），每个载荷测量三次，然后取平均值；在测量过程中当施加一定载荷后，保持载荷不变，推动压制滑台移动，从而测出摩擦力，滑台移动速度控制在2mm／s。得到压制载荷N（换算为压力）与摩擦系数之间的关系图5中的曲线3（其中包含了滑板底面与底板的摩擦系数）。根据实验公式（9），通过计算得到侧压力与摩擦系数μ的关系，其关系曲线如图5中的曲线1。利用MATLAB的非线性曲线拟合功能［6］，可得到曲线1对应的侧压力与摩擦系数的关系式：μp侧＝2．985×10－36p侧7－2．119×10－30p侧6＋6．046×10－25p侧5－8．767×10－20p侧4＋6．688×10－15p侧3－2．44×10－10p侧2＋2．045×10－6p侧＋0．2009由图形曲线可以看出，随着侧压力的增加，摩擦系数都是随之逐渐减小。
2 ．2刚度曲线实验
通过本次实验可以有效的得到直径为20mm的圆柱体压坯在压制过程中，压力与位移的关系。a）在常温下进行实验，首先，对阴模的内腔清洁干净，并涂上石墨，以便尽量减小粉末与模壁的摩擦，根据已有的阴模尺寸，在阴模内装入高度约为10mm、12mm、15mm、18mm、20mm的实验铁粉；b）用液压机对粉末进行压制，压制速度控制在约1mm／s，最高压制压力范围在600～700MPa，约20～22．5t的载荷；c）由位移传感器测得压坯的高度变化；通过数据采集系统得到压力与位移的关系，并得到相应的数据曲线（压缩刚度曲线），如图6。图6压力与位移的关系曲线借助MATLAB非线性曲线拟合功能可得各曲线位移x与相应压力pH（x）的拟合公式：p10（x）＝6．341e0．7543x－4．496e－0．323xp12（x）＝7．432e0．7244x－2．429e0．7244xp15（x）＝3．385e0．606x－0．1819e0．6064xp18（x）＝1．777e0．5974x＋0．05898e0．5974xp20（x）＝9．873e0．3359x＋0．005117e1．012x由曲线可以看出，在开始压制时随着压力的增加，粉末的被压缩量增加很快，但随着压制过程的进行，压力与位移之间的关系趋于平缓，但是对于不同高度的粉末，其刚度曲线的变化趋势基本相同。
3受力分析［7—10］
根据实验所用阴模的尺寸，由图7所示零件做受力分析。材料为实验所用的材料，其松装密度约为3．18g／cm3，在700MPa压力下密度约为7．00g／cm3。图7实例零件图形
3．1零件结构
原零件是一个多台阶的零件，压制过程中采用双向压制，需要一个上模冲三个下模冲，并且三个下模冲的速度比要满足VH1∶VH2∶VH3＝H1∶H2∶H3［1］；零件分解为以下三个圆筒结构，由公式（5）将其转换为等高的圆柱体结构，如下图8。
3．2受力情况
a）净压力在常温下采用上下模冲双向压制，最终压制力为700MPa，A、B、C三部分在压制过程中都受到净压力P1的作用，则各部分压力与位移的变化情况将遵从于图6所示的变化曲线；假设H1、H2、H3三个台阶处对应的粉末松装高度分别为20mm、30mm、40mm，在双向压制过程中，根据中性轴线原理，其上模冲需施加一定的净压力PH上（x），其值可通过分析生产前的预压模型选择采用哪一台阶的刚度曲线公式，各下模冲所受净压力满足关系式p10（x）、p15（x）、p20（x）。b）压力损失分析A、C两部分还包括压力损失P2，A部分的压力损失由粉末与阴模壁的摩擦造成，C部分的压力损失主要由粉末与芯棒的摩擦造成，其摩擦系数的变化情况将遵从图5所示的变化曲线1，选取一定的侧压系数ε，由公式（10）可求出侧压力，由此可方便的了解到摩擦力与正压力随位移的变化之间的关系：Ff＝p正εS侧（x）μp侧由此可得正压力与位移的关系式：P正S＝pH（x）S＋p正εS侧（x）μp侧B、C两部分在压制过程中还会受到相邻台阶处压制模冲的摩擦力，因为模冲的运动方向与粉体的压制方向相同，所以对于改进粉体的压制密度有利，其摩擦力为有益的摩擦力，不将其作为压力损失的一部分来考虑。综上所述，上模冲及下模冲的H1、H2、H3台阶处随着位移的变化需施加的正压力为：P正上＝pH上（x）＋p正上εS侧10（x）S10（x）μp侧＋p正上εS侧20（x）S20（x）μp侧P正H1＝p10（x）＋p正H1εS侧10（x）S10（x）μp侧P正H2＝p15（x）P正H3＝p20（x）＋p正H3εS侧20（x）S20（x）μp侧由此，根据以上摩擦系数和压缩刚度曲线实验方法，得到相应的压制数据，可了解到转化后的简单圆柱体结构压制时的受力情况，从而得到整体零部件压制过程中的受力情况。
