炭素工艺学——第五章成型.ppt

钱湛芬 主编 冶金工业出版社 刘洪波 教授 第五章 成型 5.1 成型过程的基本概念 5.1.1 成型过程的剪切力 流动极限应力：物料被密度时，为使物料发生变形，必须使物料内的剪应力达到一定数值，这时的剪应力称为物料的流动极限应力，用σs来表示。其大小与糊料中粉末颗粒的特性、粘结剂的特性及粘结剂的用量有关。 当物料在变形过程中受到各方面的力时， σs 只与绝对值最大和绝对值最小的剪应力有关， 5.1.2 压粉及糊料的塑性 物料的塑性好，则成型时所需压力小，而生制品的密度大，机械强度髙；塑性太大，生制品容易变形，使制品的机械强度反而降低。 在压制过程中，压粉及糊料都存在一定的塑性。 物理的塑性度量： B—物料的塑性指标； d2—物料的堆积密度，g/cm3； d1—压制后生制品的体积密度，g/cm3； σc—压制后生制品的抗压强度，MPa； P—成型时的压力，MPa。 5.1.3 压粉及糊料的流动性 压粉与糊料必须具有一定的流动性。物料的流动性与它的願粒形状、大小及粒度配比有关。物料的流动性使整个料室内上下、左右压力分布均匀，在压制过程中，使物料充满料室的各个部位，增加生制品密度的均匀性； 5.1.4 成型过程中，颗粒的自然取向性 自然取向性：一切可以自由移动的颗粒都具有以其较宽、较平的一面垂直于作用力的方向的性能，即颗粒能自然地处于力矩最小的位置，这称为颗粒的自然取向性。糊料和压粉颗粒都不是球形，自然取向性造成结构的各向异性。不同的成型方法所得到生制品内颗粒排列方向与各向异性比不同。 模压法：制得的生制品颗粒垂直于模压力方向排列，各向异性比较小； 挤压法：制得的生制品颗粒沿平行于挤压力方向排列，各向异性比大； 等静压成型法：制得的生制品在结构上是各向同性的。 5.2 模压成型 模压法适用于压制长、宽、高三个方向尺寸相差不大，要求密度均匀、结构致密的制品，如电机用电刷，电真空器用石墨零件，密封材料等。 5.2.1 模压成型概述 模压成型：将一定量的糊料或压粉装入具有所要求的形状及尺寸的模具内，在压力作用下，糊料颗粒发生位移和变形，颗粒间接触表面因塑性变形而发生机械咬合和交织，使压块压实。 模压成型示意图 (a)双向模压；(b)单向模压 1—上柱塞；2—糊料；3—模具；4—下柱塞 压型时，糊料颗粒间，糊料与模壁间会发生摩擦，使压块内压力分布不均匀，造成压块密度分布不均匀。压块愈厚，这种不均匀现象愈严重。采用双面压制或压制时附加振动，可以减小这种不均匀性。 5.2.2 模压成型的基本原理 5.2.2.1 压块密度与压力的关系 在压力作用下，压块的相对密度是随压力增加而增大。 压块的相对密度与压制压力的关系 模压成型的三个过程： 第一阶段（图AB段），柱塞开始加压，随柱塞移动，颗粒间的空隙被较小颗粒所填充，空隙减少。在这阶段，压力稍有增加，压块密度就很快增加； 第二阶（图BC段），当柱塞继续加压，压块逐渐紧密，糊料内呈现一定的阻力。在这一阶段，压块密度与所施压力成比例地增大。 第三阶段，压力进一步增加，压块密度不再增加，但在这一阶段可以使压块各部分的密度渐趋均匀。 在第一、二阶段中，压块的密实是以颗粒的滑移和接触紧密为主，第三阶段则以颗粒的变形为主。 5.2.2.2 侧压力 侧压力的示意图 侧压力(PR)：压力下糊料颗粒的位移，使它向水平方向(X轴和Y轴方向）胀大。但是立方体四周被柱塞和模壁包围,使它不能胀大，这就是说有一个与水平胀力相等而方向相反的力限制着立方体，这种力就是侧压力。 5.2.2.3 糊料与模壁间的压力损失 在模压成型时，糊料在压力作用下运动，糊料与模壁间产生摩擦。摩擦力愈大，则消耗压力愈多，使糊料内各部分受力不均匀。距离柱塞愈远处的摩擦损失愈大，所受压力愈小。 5.2.2.4 模压制品的密度分布规律 模压制品在压制时，由于内、外摩擦力的影响，存在着压力损失，因此，生制品的各部位密度不均匀，具有如下规律： (1)由于外摩擦力的影响，生制品的体积密度随着离开柱塞的距离増加而下降，虽现上密下疏的现象； (2)由于内摩擦力的影响，生制品的体积密度随着离模具中心距离增加而降低，呈现内密外疏的现象； (3)由于加料不均匀，糊料流动性不好，会出现在加料多的地方体积密度大的现象。 压块内等密度线分布 弹性后效的危害：弹性后效将导致颗粒间断裂，形成较大裂纹，造成裂纹废品的产生。 弹性后效现象有时在脱模时立即产生，有时在放置一段时间才产生。为防止生制品在焙烧前开裂，应尽快将其装炉焙烧。 影响弹性后效的因素： (1)骨料颗粒的性质及其组成。当细顆粒多，弹性后效大。若糊料中颗粒的表面平滑，形状规则，颗粒间的咬合和交织作用小，弹性后效也会增大。 (2)糊料的塑性。若糊料的粘结剂童不足，混捏不均勻或压型温度过低，塑性差，弹 性后效的胀力大于糊料