PAGEPAGE231、模具設(shè)計(jì)由于模具對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有直接的影響，從而體現(xiàn)模具在生產(chǎn)中的重要性，而粉末冶金產(chǎn)品在成形、燒結(jié)及揮霍過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)收縮或膨脹，所以在模具設(shè)計(jì)中要把這些要素考慮進(jìn)去。此產(chǎn)品的高度由機(jī)器來(lái)調(diào)定所以此產(chǎn)品的高度方向上的收縮或膨脹在模具設(shè)計(jì)中不考慮，而本產(chǎn)品的大齒輪的齒頂徑、齒根徑小齒輪齒頂徑、齒根徑和跨齒厚的收縮或膨脹，內(nèi)孔的收縮或膨脹對(duì)設(shè)計(jì)模具時(shí)有極其重要的影響。所以在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)綜合產(chǎn)品在各工藝過(guò)程中有可能要出現(xiàn)各種因素考慮進(jìn)去。而粉末冶金產(chǎn)品的收縮率或膨脹率一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值及輔助計(jì)算得到η=（Dn-Dm）/Dmη產(chǎn)品在某工藝過(guò)程中的收縮率或膨脹率Dn產(chǎn)品某工藝過(guò)程中的某項(xiàng)尺寸Dm產(chǎn)品在Dn工藝后一項(xiàng)的工藝過(guò)程中的某項(xiàng)尺寸此產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸為圖1.1-齒輪大齒輪的齒頂徑D、大齒輪跨齒厚（跨7齒）E、小齒輪齒頂徑F、小齒輪跨齒厚（跨3齒）G小孔徑H大齒輪的齒頂徑D在成形時(shí)收縮率為0.030%～0.032%在燒結(jié)時(shí)的收縮率為0.212%～0.214%。小齒輪齒頂徑F在成形時(shí)收縮率為0.124%～0.126%在燒結(jié)時(shí)的收縮率為0.0372%～0.0374%，小齒輪跨齒厚G在成形收縮率為0.558%～0.559%，小孔徑H在成形時(shí)膨脹率為0.336%～0.337%，再根據(jù)產(chǎn)品規(guī)定各項(xiàng)尺寸從而得到成形后的各項(xiàng)尺寸，大齒輪齒頂徑D標(biāo)準(zhǔn)值為Φ32.75～Φ32.9得到成形后的尺寸Φ32.87～Φ32.79，小齒輪齒頂徑F標(biāo)準(zhǔn)值為Φ15.826～Φ16.076得到成形后尺寸Φ16.03～Φ16.07，小齒輪跨齒厚G標(biāo)準(zhǔn)值為5.33～5.37得到成形后尺寸5.33～5.35，小孔徑H標(biāo)準(zhǔn)值Φ2.965～Φ2.985得到成形后尺寸Φ2.985～2.995。1.1成形上沖的設(shè)計(jì)成形上沖是用來(lái)沖出大齒輪的底部形狀的，算出產(chǎn)品齒頂徑，而模具的齒頂徑必須要比產(chǎn)品成形出來(lái)的尺寸略小一點(diǎn)，因?yàn)楫a(chǎn)品在成形完畢頂出后會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，所以模具的齒頂徑因略小點(diǎn)而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值一般略小0～0.05之間從而得到成形上沖的齒頂徑為Φ32.775～Φ32.785而又在模具沖壓過(guò)程由于模具在各部分所受的壓力不同從而模具在各部分所要求的硬度也不盡相同，在沖頭部分所受的壓力最大直接與產(chǎn)品接觸。所以用SKH9材料來(lái)做沖頭，要求硬度在HRC60oC以上而沖頭與沖座之間的連接部分在受力等各方面都沒(méi)有沖頭那么高的要求，所以用材料S45C來(lái)制作，在沖座上受力也沒(méi)有沖頭那么大所以要求也沒(méi)有那么高，用材料Cr12制作，硬度為HRC55oC以上即可.1.2成形中模設(shè)計(jì)由于產(chǎn)品的大齒輪的齒形由中模來(lái)確定而產(chǎn)品是臺(tái)階式產(chǎn)品。而小齒輪的齒形由下一沖來(lái)確定，所以中模也應(yīng)做成臺(tái)階式的圓柱孔形狀，大孔徑的圓柱空內(nèi)應(yīng)做比產(chǎn)品成形時(shí)大齒輪齒頂徑略小一點(diǎn)的齒形來(lái)確定陳皮的大齒輪的齒形而小齒輪的齒形不在中模內(nèi)確定所以做一個(gè)小圓柱孔即可，而中模的齒輪齒頂徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值一般比產(chǎn)品成形后大齒輪齒頂徑略小0～0.05之間從而得到成形上沖的齒頂徑為Φ32.775～Φ32.785，在沖壓過(guò)程中由于產(chǎn)品在中模仁里成形所以對(duì)中模仁要求也很高，所用材料為WC硬度在HRA90o以上而模座沒(méi)有那么高的要求所以用材料SNCM8做即可。1.3成形下一沖設(shè)計(jì)產(chǎn)品的小齒輪齒形有下一沖模具來(lái)確定所以下一沖模具內(nèi)孔必須制作成一個(gè)內(nèi)孔齒輪形狀，此齒輪的齒頂徑也應(yīng)比產(chǎn)品在成邢時(shí)的齒頂徑略小0～0.04根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值所得成形下一沖齒頂徑為Φ16.005～Φ16.015，而下一沖還是確定產(chǎn)品大齒輪頂部形狀，所以模具沖頭還應(yīng)做成與大齒輪頂部形狀相匹配，而此模具在材料與上沖相同，所以沖頭應(yīng)用HRC60o以上，連接件用S45制作即可，沖座用Cr12做的，硬度在HRC55o以上即可。1.4下二沖設(shè)計(jì)下二沖模具主要用來(lái)確定產(chǎn)品小齒輪頂部的形狀所以沖頭形狀也應(yīng)與產(chǎn)品小齒輪頂部外形相匹配。沖壓過(guò)程由于模具在各部分所受的壓力不同從而模具在各部分所要求的硬度也不盡相同，在沖頭部分所受的壓力最大直接與產(chǎn)品接觸。所以用SKH9材料來(lái)做沖頭，要求硬度在HRC60oC以上而沖頭與沖座之間的連接部分在受力等各方面都沒(méi)有沖頭那么高的要求，所以用材料S45C來(lái)制作，在沖座上受力也沒(méi)有沖頭那么大所以要求也沒(méi)有那么高，用材料Cr12制作，硬度為HRC55oC以上即可.1.5成形芯棒的設(shè)計(jì)由于小孔的成形都是由成形都是由成形芯棒來(lái)確定，由于小孔孔徑很小所以芯棒頭也很小，而所受的壓力由很大，所以對(duì)芯棒芯頭要求很高，用材料WC來(lái)制作，硬度為HRA90o以上，而芯棒芯座受力沒(méi)有芯頭那么大而且比芯頭直徑答謝所以在選材和硬度方面也沒(méi)有芯頭直徑那么高，用材料Cr12硬度HRC30o以上即可，設(shè)計(jì)3支小孔的芯棒，和一支中孔的芯棒，它們有相同的硬度和用相同的材料制作而成。2.粉末成形之前的處理將含91.9%～98.7%的鐵粉和含1.0%～2.0%Ni粉及含2.0%以下的Cu粉攪拌在一起,加1.0%～2.0%的Ni粉是為了提高產(chǎn)品的硬度加2.0%以下的Cu粉是為了提高產(chǎn)品的耐磨性。但是為了改善粉末的流動(dòng)性,使生胚密度更為均勻,填充模穴的時(shí)間縮短,提高成形機(jī)的生產(chǎn)率,增加粉末的視密度,降底模穴的填充高度,減少模具的厚度,節(jié)省一些成本,改善粉末的壓縮性提高生胚密度降低脫模力可以在粉末中加入白蠟,而又為了提高燒結(jié)產(chǎn)品機(jī)械性能和物理性能,則可在粉末中加入制配合金用的石墨粉。再將其粉末放入v型的混合機(jī)里,使其粉末占整個(gè)容器的20%～40%,以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)將粉末均勻混合,而轉(zhuǎn)速不可太快,不然粉末將因離心力大于重力,使貼住筒壁而無(wú)混合的效果。為了達(dá)到最佳的混合效果,應(yīng)使粉末在到達(dá)高處并落下時(shí)能被甩到最遠(yuǎn)處,此最佳的轉(zhuǎn)速約為臨界轉(zhuǎn)速的0.75倍左右.3、零件的成形一般成形機(jī)構(gòu)可分為粉末重排、塑性變形及彈性變形三個(gè)階段,在加壓的初期,粉末的堆積相當(dāng)松散,且各粉末間因形狀及摩擦力的關(guān)系常在填粉時(shí)因架橋而形成大孔,密度相當(dāng)?shù)?當(dāng)壓力稍增時(shí),粉末可克服粉末間的阻力而產(chǎn)生重排現(xiàn)象,使小粉末擠入大粉末間的空隙,或是不規(guī)則形狀的粉末彼此的相對(duì)位置互作調(diào)整,使得填充密度提高,此外,粉末間的機(jī)械鎖合現(xiàn)象也將增多,可提高胚體的強(qiáng)度.粉末開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形,使一些材料被擠入空隙中,進(jìn)一步的提高了胚體的密度,此階段中孔隙度的對(duì)數(shù)值與壓力呈一直線的關(guān)系,在此階段中粉末因所承受的壓力增加,粉末本身產(chǎn)生加工硬化的現(xiàn)象,使的粉末的強(qiáng)度隨之提高.此時(shí)由于粉末間的接觸面積也同時(shí)加大,有效壓力不斷降低,由于強(qiáng)度不斷提高而有效成形壓力不斷降低,粉末的塑性變形將越來(lái)越困難,所以趨向彈性變形,而孔隙度的減少速率將逐漸遲緩進(jìn)而偏離計(jì)算值.3．1填充粉末將填粉盒移到模穴上方,使粉末落入模穴內(nèi),填滿后芯棒再上移到模面高度從而防止因薄壁零件成形時(shí)芯棒與中模間的空隙小,易產(chǎn)生架橋現(xiàn)象阻礙了后續(xù)粉末的填入,填充結(jié)束后下沖不動(dòng),中模和芯棒再向上移,使粉末相對(duì)下移低于模面,可防止上沖向下移動(dòng)到達(dá)中模面時(shí)粉末向外噴,且可減少因中模有推拔角或圓弧角而使一些粉末卡在上沖與中模間造成夾粉的現(xiàn)象，從而填充粉末完畢。3．2成形圖3.2由于粉末的密度相當(dāng)?shù)鸵可稀⑾聸_加壓才能使胚體密度提高,而為了使沖出的零件更合格對(duì)其加入的粉末的量也有特別的要求:H1=2×H2+(7～8)mm，H1為加粉的高度：H2為零件的高度。填充時(shí)上沖先接觸到粉,然后下一沖與上沖以相同的速度下移,以使上沖與下一沖之間的粉末移至較適當(dāng)?shù)奈恢靡员愠尚?止此階段為止,下二沖及中模的位置均未變,只有上沖及下一沖下移,到動(dòng)作完畢后中模同上沖及下一沖下移直到最后粉末在50ton/cm2的壓力下成形.在施壓完成后.胚體因受到徑向壓力所造成的摩擦力將撐在中模內(nèi),不易頂出.而一般而言所受的脫膜力為F的大小為:F=P1×μ×(0.2～0.3)×Aside，P1=P×0.25×0.25，P=T/SS=πR2F脫膜力μ靜摩擦系數(shù)(0.2～0.3)Aside胚體側(cè)面積p成形壓力T成形噸位S胚體投影面積而S=8.5cm2T=50ton/cm2Aside=10.2cm2代入得到:F=23.43MPa，在23.43MPa的壓力下即可把零件頂出來(lái).3．3零件設(shè)計(jì)注意要素圖3.3由于胚體受壓時(shí)將產(chǎn)生彈性及朔性變形當(dāng)上沖退出模穴后,胚體已不受上下沖的壓力故其彈性變形將回復(fù),因而在高度將呈現(xiàn)增長(zhǎng)的現(xiàn)象,而徑向的部分則在胚體離開(kāi)模穴后才回漲,此回漲量約在0.1%到0.2%之間,所以在設(shè)計(jì)零件時(shí)要考到零件的膨漲等因素。4.零件的燒結(jié)成形好的零件要經(jīng)過(guò)燒結(jié)來(lái)提高產(chǎn)品的各項(xiàng)性能,而燒結(jié)在燒結(jié)爐里徑行的。燒結(jié)爐大致分為脫脂區(qū)﹑燒結(jié)區(qū)及冷卻區(qū)三部份在脫脂區(qū)中,生胚內(nèi)的潤(rùn)滑劑將被分解而逸出,并由留向爐口的氣體帶出。而燒結(jié)區(qū)的主要目的在于加強(qiáng)粉體間的結(jié)合,將合金元素均質(zhì)化,其而提高密度.而冷卻區(qū)則有調(diào)整顯微組織﹑冷卻胚體以便取出的功能。而燒結(jié)又分為初期燒結(jié)﹑中期燒結(jié)﹑后期燒結(jié)三個(gè)步驟。4.1初期燒結(jié)由于燒結(jié)時(shí)粉體的頸部大小﹑密度﹑表面積等均會(huì)因燒結(jié)時(shí)間﹑溫度或粉末粒度而變化,為了方便了解制程及材料參數(shù)對(duì)這些外觀的影響.應(yīng)先從燒結(jié)公式著手。由于粉末頸部位凹面,與平面的空孔濃度不同其差異值可定為△C,此△C與曲面的曲率有關(guān)其公式為:△X=-C0×γ×Ω/K×T(1/r1+r2)(4.1)C0平面處的空孔的濃度，Ω為原子的體積，K為氣體常數(shù)，T未絕對(duì)溫度，r1為二接觸原子中的一個(gè)原子的曲率半徑即X，r2為另一個(gè)的曲率半徑，ρ為二個(gè)原子的圓心位置一個(gè)在頸部?jī)?nèi)一個(gè)在頸部外,在符號(hào)上將前者為正值后者為負(fù)值。△C=-C0×γ×Ω/K×T(2/R)(4.2)由(1)(2)可算出粉末表面頸部空孔濃度差為△C=-C0×γ×Ω[2/R-(1/X-1/ρ)](4.3)由于ρ<<X<R(3)可以簡(jiǎn)化為△C=-C0×γ×Ω/K×T×ρ(4.4)假設(shè)此△C發(fā)生在一距離約為ρ的的p﹑q兩點(diǎn)之間,則空孔濃度梯度dc/dx即為△C/ρdc/dx=△C/ρ=-C0×γ×Ω/K×T×ρ2(4.5)又由于非致密化機(jī)構(gòu)中ρ與X以及粉末半徑R的關(guān)系可由幾何形狀求得ρ=X×X/2R(4.6)所以(5)式可改為dc/dx=-C0×γ×Ω×(4R2/X4)/K×T(4.7)由于此空孔濃度梯度的形成,空孔將由頸部往粉末表面移動(dòng),使得頸部空孔減少,也可以看成原子由粉末表面往頸部移動(dòng)此時(shí)若原子藉由表面擴(kuò)散機(jī)構(gòu)由q點(diǎn)擴(kuò)散進(jìn)入P點(diǎn)時(shí),其通過(guò)的截面積為2π×X×δ(δ為表面處一原子的厚度).由擴(kuò)散第二定理可計(jì)算出當(dāng)原子由兩邊的粉末進(jìn)入頸部時(shí)頸部體積V變化率為:dv/dt=Ds×dc/dx×2×2×π×X×δ(4.8)DS為空洞的擴(kuò)散系數(shù).由于頸部體積V=π×X3×X/2R,所以2πx3/R×dx/dt=-Ds×C0×γ×Ω×4R2/X4×4π×X×δ/K×T(4.9)由公式(4.9)及表面擴(kuò)散系數(shù)Ds1=Ds×C0×δ可導(dǎo)出頸部半徑X的變化為:(X/R)7=56×Ds×Γω×t/(R4×K×T)以上述的方法,當(dāng)原子擴(kuò)散到頸部的途徑不同時(shí),也可導(dǎo)出相似的公式。由以上的燒結(jié)公式可以看出當(dāng)兩組半徑分別為R1及R2的粉末達(dá)到相同的燒結(jié)程度時(shí),(所謂相同的燒結(jié)程度是兩組粉末雖然粒徑不同,但在不同放大倍率下的外觀相同,也即是X/R值相同),其各需燒結(jié)時(shí)間的比值可由下式表示：t1/t2=(R1/R2)。以上燒結(jié)公式前提是粉末間的距離不變,用表面擴(kuò)散燒結(jié)時(shí)其原子來(lái)源是粉末表面.對(duì)于致密化機(jī)構(gòu)而言,原子的來(lái)源是粉末的內(nèi)部或晶界處,燒結(jié)時(shí)不但頸部會(huì)成長(zhǎng),粉末的中心距離也將產(chǎn)生變化,燒結(jié)時(shí)的線性收縮率△L/L0及表面積減少率△S/S0。4.2中期燒結(jié)當(dāng)X/R=0.3時(shí),相鄰粉末間的頸部也已長(zhǎng)大,且已相互接觸,此時(shí)及進(jìn)入中期燒結(jié),由于初期的燒結(jié)其線性收縮量只在2～3%之間,而后期的燒結(jié)其線性收縮量也僅有3%左右,所以大部分的燒結(jié)現(xiàn)象均發(fā)生在中期燒結(jié)階段。在中期燒結(jié)階段可將孔洞視為互通的管狀孔,在燒結(jié)時(shí),若欲達(dá)到最高的密度則最好盡量使孔隙與晶界相連接.因晶界本身可視為空孔沉積而消失,同時(shí)晶界也可視為是空孔擴(kuò)散至外界最快的路徑,所以當(dāng)孔隙與晶界相連接時(shí),胚體致密化速率相當(dāng)快.當(dāng)羰基鐵粉通過(guò)912oC時(shí)由于產(chǎn)生α→γ之相變能使晶粒成長(zhǎng)過(guò)速,造成孔隙陷入晶粒內(nèi),收縮率急速減緩,因一旦孔隙與晶界分離,孔隙(空孔)只能藉緩慢的體擴(kuò)散移至晶界處,而非藉較快速的晶界擴(kuò)散將消除,所以如何維持孔隙與晶界的相聯(lián)性是決定燒結(jié)速率快慢的一個(gè)關(guān)鍵。此刻藉由添加氧化物阻止晶粒的成長(zhǎng)或改變制程參數(shù),如提高升溫速率等來(lái)達(dá)成。4.3后期燒結(jié)當(dāng)胚體的密度到達(dá)約92%時(shí)所有孔隙幾乎都互不相通,也即成為獨(dú)立的孔,此時(shí)的胚體可謂已達(dá)到第三期,或稱為后期燒結(jié)。在此階段中孔隙的數(shù)目有逐漸變大的現(xiàn)象,此因小孔與大孔周?chē)目湛诐舛炔煌?造成空孔的擴(kuò)散,產(chǎn)生小者越小﹑大者越大的現(xiàn)象。由于在第三期燒結(jié)時(shí),孔隙與外界互不相通,所以氣體將被陷入孔隙內(nèi),當(dāng)孔隙收縮時(shí)其體積變小,使得內(nèi)部氣體變大,造成孔縮的阻力,此時(shí)孔隙內(nèi)的氣體分子雖仍能緩慢的擴(kuò)散﹑逸出,但由于此速率相當(dāng)慢,故氣孔不易消失。除非氣孔內(nèi)的氣體分子小,如氫氣,則仍可相當(dāng)快地?cái)U(kuò)散出去。此外,若使用真空燒結(jié)或氣孔內(nèi)的氣體可溶入周?chē)幕刂袝r(shí),則這些氣體仍能以相當(dāng)?shù)乃俾氏?使得孔隙仍能逐漸縮小而提高燒結(jié)的密度。5.燒結(jié)的過(guò)程成形后的胚體由于內(nèi)部含有潤(rùn)滑劑,必須先經(jīng)脫脂步驟以去除潤(rùn)滑劑,然后再于高溫?zé)Y(jié)使粉末結(jié)合在一起,此脫脂及燒結(jié)制程所牽涉到的制程參數(shù)及設(shè)備上的考量相當(dāng)多,如何使用何種氣氛?何種溫度?何種設(shè)備?如何控制碳勢(shì)?5.1脫脂前面講過(guò)成形粉末中加入潤(rùn)滑劑以利成形,但這些潤(rùn)滑劑多為有機(jī)物,必須在高溫?zé)Y(jié)前予以去除。一般的脫脂多在燒結(jié)爐的前段進(jìn)行,溫度在500～600oC之間,所需的時(shí)間大約為15～30分鐘。不過(guò)有些零件在脫脂時(shí)會(huì)產(chǎn)生起泡﹑爆點(diǎn)﹑破裂或積碳的現(xiàn)象。一般認(rèn)為起泡及破裂是因工作中的潤(rùn)滑劑在400oC～500oC間的分解速率過(guò)快造成,而積碳是因脫脂區(qū)的氣氛流速太慢,使得潤(rùn)滑劑分解時(shí)所產(chǎn)生的一氧化碳在試片中停留過(guò)久,此CO超過(guò)18%時(shí)易反應(yīng)成碳及二氧化碳,使胚體積孔的表面產(chǎn)生積碳的現(xiàn)象,油外面看常有粗糙﹑隆起的現(xiàn)象。此積碳反應(yīng)在500oC～600oC之間最明顯,加上工件中的鐵﹑鈷﹑鎳﹑鋅有催化作用,而使用的氣氛為熱型氣氛時(shí)因其中CO已有15%至20%,所以在此氣氛下此積碳現(xiàn)象更明顯,為解決此問(wèn)題可以讓工作在500Co以下有足夠的時(shí)間脫脂,使所有潤(rùn)滑劑脫除,并快速跳過(guò)500oC至600oC的范圍且加大氣氛的流量,以減少積碳﹑起泡﹑破裂的現(xiàn)象。此外也可在脫脂區(qū)單獨(dú)使用防熱型氣氛,并將天然氣或丙烷與空氣的比例調(diào)低,使其接近完全燃燒的比例,燃燒后的氣體含CO較少。由于此燒結(jié)為放熱反應(yīng),可藉氣體將零件加熱,使胚體的溫度均勻。放熱型氣氛的露點(diǎn)較高也有利于積碳反應(yīng)成二氧化碳,此外也可以將脫脂區(qū)所使用的氣體通過(guò)一水箱,使其離開(kāi)水箱時(shí)含有水蒸氣,再將此氣體通入脫脂區(qū),也可以減少碳黑。而在胚體中減少鎳含量或增加硫或硫化錳,并改用硬脂酸鋅以外的潤(rùn)滑劑,也有助于爆點(diǎn)﹑碳黑的減少。5.2燒結(jié)氣氛燒結(jié)時(shí)所用的氣氛可以影響產(chǎn)品的機(jī)械性能﹑外觀﹑抗腐蝕性﹑成本等,在粉末冶金制程中相當(dāng)重要,氣氛的主要功能有下列項(xiàng)目:(a)防止外界的空氣進(jìn)入爐內(nèi)造成工件的氧化(b)幫助燒除胚體內(nèi)的潤(rùn)滑劑或粘結(jié)劑(c)將粉末表面氧化層還原(d)控制胚體含碳量而此零件所用的氣體為裂解氨。使用時(shí)將液于950oC至1050oC之間藉催化劑將之分解成氫氣與氮?dú)猓?NH3N2+3H2。此反應(yīng)在低至300oC即可進(jìn)行,但速率慢,且分解不完全,當(dāng)氨分解不完全時(shí),將造成鋼管路之腐蝕,故一般多在高溫制得,且必須使用催化劑。燒結(jié)的氨氣應(yīng)該注意含水量幾氣體產(chǎn)生器本身的操作溫度是否不穩(wěn)定等,在燒結(jié)時(shí)氣氨中的水分幾一氧化碳﹑二氧化碳含量將影響產(chǎn)品的品質(zhì)。由于氣氨中的水期含量一般均太高,不適合直接用于燒結(jié),必須先除去水分,而在此產(chǎn)品的燒結(jié)中用化學(xué)除濕化:以活性氧化鋁吸收氣氛中之水分,其露點(diǎn)可降至-40oC若以分子篩過(guò)粒則可降至-60oC。除了水分之外,當(dāng)氣氛中的二氧化碳含量太高時(shí),會(huì)造成碳鋼的脫碳及氧化所以還要控制二氧化碳的含量。6、燒結(jié)體的后處理粉末冶金制程的基本優(yōu)點(diǎn)是能夠很經(jīng)濟(jì)地制作出形狀復(fù)雜的工件,但由于燒結(jié)時(shí)零件會(huì)產(chǎn)生收縮或膨脹,使得燒結(jié)后的胚體的尺寸有時(shí)仍未盡人意,無(wú)法達(dá)到圖面的規(guī)格,此時(shí)必須再車(chē)削﹑研磨﹑精整等方式才能達(dá)到最后的尺寸,除了尺寸之外,有些工件的表面或內(nèi)部也須再作處理,以達(dá)到所需的特性,這些處理包括了噴砂﹑振動(dòng)研磨﹑熱處理﹑滲銅﹑滲油﹑黑化等。6．1熱處理鐵系粉末冶金零件的熱處理大致與一般的溶制品相同,有滲碳﹑滲碳氮化及氮化滲碳等但較大差異在于粉末冶金零件有孔,熱處理所用的氣體能通過(guò)這些孔隙使其心部也達(dá)到與表面一樣的性質(zhì).滲碳處理時(shí),傳統(tǒng)容器制品只有表面硬化而心部仍有很好的韌性,但粉末冶金零件則幾乎表面于心部全體均硬化,所以韌性較差。若要避免此現(xiàn)象發(fā)生,可提高密度至7.1g/cm3以上,因?yàn)榇藭r(shí)密度約為90%,大部分的孔隙已不互通,可隔離外面的氣體進(jìn)入,避免心也硬化.所以要調(diào)整密度或改變熱處理?xiàng)l件,降低溫度﹑縮短時(shí)間等,要按產(chǎn)品的硬度﹑耐磨韌性﹑或也需兼具優(yōu)良韌性而定。當(dāng)工件中含碳時(shí)可利用淬火再回火的熱處理方式提高其硬度及強(qiáng)度,其主要的部驟分為澳斯田鐵化﹑淬火﹑回火.澳斯田鐵化的溫度視碳含量而定,當(dāng)天含量在0.2%時(shí)持溫溫度應(yīng)在920oC左右,當(dāng)碳含量在0.6%使其溫度應(yīng)在850oC左右。淬火時(shí)一般都以50oC左右的油淬為主因粉末冶金工件內(nèi)部有孔隙,若使用水淬時(shí)容易造成淬裂,且水或臨水易殘留在孔隙中而產(chǎn)生銹蝕的問(wèn)題。經(jīng)淬火過(guò)的工件其顯微組織大多含有麻田散鐵﹑波來(lái)鐵﹑變韌鐵相,視冷卻速度及合金成分而定,此零件在850oc持溫30分鐘后分別以10oC/s及0.5oC/s的速度冷卻至室溫時(shí)的金相.當(dāng)冷卻速度較快時(shí)麻田散鐵的量將增加,而肥粒鐵的量將減少,而波來(lái)鐵及變韌鐵的變化就較小。6.2接合一般的焊接方法也可使用粉末冶金工件,由于工件含孔,所以有時(shí)會(huì)造成焊接不良的現(xiàn)象.當(dāng)粉末冶金零件焊接在傳統(tǒng)的鋼材上時(shí),粉末冶金工件不可含硫,以免與鋼材中的錳作用形成硫化錳,導(dǎo)致焊料的潤(rùn)濕性變差。6.3振研在加壓成形的制程中,由于上﹑下沖與中模或與芯棒之間有間隙,使得細(xì)粉可進(jìn)入,造成胚體產(chǎn)生毛邊.此毛邊經(jīng)過(guò)燒結(jié)后仍附著在胚體上,當(dāng)客戶使用此零件時(shí)將與配合件產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,所以一般燒結(jié)體均需經(jīng)過(guò)去毛邊處理。最常見(jiàn)的振動(dòng)研磨設(shè)備有(1)三次元振動(dòng)研磨機(jī)(2)字形離心式.而此零件用三次元振動(dòng)研磨機(jī),此法將工件與陶瓷研磨件混合后置入振動(dòng)機(jī)的槽中,,給予振動(dòng),此法可以去除毛邊,并將表面粗糙度降低,提高外觀的品質(zhì).在此制程中有時(shí)可添加亮光劑,使胚體表面排斥研磨時(shí)所產(chǎn)生的細(xì)粉,使細(xì)粉不致因被撞擊而讓在工件表面造成表面偏黑的現(xiàn)象。振動(dòng)研磨除了能取出毛邊,改善外觀外,也有助提升不銹鋼的抗腐蝕性,因燒結(jié)后的不銹鋼仍有孔隙,而振動(dòng)研磨能將部分孔隙封住,也可使表面平滑減少曲面應(yīng)力造成的腐蝕.6.4黑化黑化處理的目的在于使工件與高溫水蒸氣反應(yīng)使其表面生成藍(lán)黑色的氧化鐵(Fe3O4),此氧化鐵可增加燒結(jié)體的硬度,但將降低延性,黑化處理也有填塞孔隙防止生銹,增加氣密性等效果.但因?yàn)檠趸F的厚度仍無(wú)法完全填塞孔隙,頂多只能將互通孔道的最狹窄除封住,首先將工件洗去油污后置入力爐中,以氮?dú)鈱t內(nèi)空氣趕出,然后將爐內(nèi)空氣趕出,再將工件升溫至100oC以上之后引入水蒸氣,再于500oC至571oC之間持溫約2至12小時(shí)(由Fe3O4的厚度零件的氣密性而定),黑化后將工件冷卻至300oC以下,通入氮?dú)?將爐內(nèi)的水蒸氣及氫氣后取出工件.純鐵與水氣在500oC至571oC之間將反應(yīng)成為藍(lán)黑色的Fe3O4及氫氣如下式:3Fe+4H2OFe3O4+4H2(6.1)若溫度超過(guò)571oC時(shí)將生成灰黑色的FeO及Fe3O4如下式:Fe+H2OFeO+H2(6.2)3FeO+H2OFe3O4+H2(6.3)(6.2)式反應(yīng)速度相當(dāng)快,有時(shí)FeO會(huì)將表面的孔隙封住,使內(nèi)部孔隙的反應(yīng)遲緩下來(lái),因此高溫黑化時(shí),在短時(shí)間內(nèi)零件因黑化所增加的重量多,但長(zhǎng)時(shí)間下來(lái),有時(shí)反而比在571oC以下黑化來(lái)的少。由于反應(yīng)式(6.2)產(chǎn)生氫氣,故一般須在排氣口加裝瓦斯火苗將氫氣燃燒掉,若無(wú)火苗,則在開(kāi)爐時(shí)需待工件溫度降低且注意附近不可由火焰,通風(fēng)需良好,不然易引起意外。當(dāng)制程控制不佳時(shí),黑化處理后工件常發(fā)生缺陷,在生溫過(guò)程中有空氣或殘留的水滴時(shí),將產(chǎn)生下列反應(yīng):2Fe+6H2O2Fe(OH)3+2H22Fe(OH)3Fe2O3+3H2O將產(chǎn)生紅銹Fe2O3.此外油污未清洗干凈時(shí)也將防礙黑化的進(jìn)行而造成顏色不均或斑點(diǎn)的產(chǎn)生.另一造成紅斑的原因?yàn)楹诨瘯r(shí)間過(guò)長(zhǎng),當(dāng)黑化層越厚時(shí),水氣越不易穿過(guò)黑化層,所以與內(nèi)部的鐵反應(yīng)的速度越低,而反應(yīng)所產(chǎn)生的H2也越少,此將使得H2/H2O的比例便低,表面的Fe3O4將慢慢變成紅色的Fe2O3。為了改善這些現(xiàn)象可采取連續(xù)黑化的方法,此方法的產(chǎn)能較高,且可控制氣體使產(chǎn)品品質(zhì)較穩(wěn)定。6.5超音波洗凈燒結(jié)后的工件常需經(jīng)機(jī)械加工﹑振研、處理﹑校正等步驟,這些工件的表面常粘附著油脂﹑細(xì)沙、鐵削﹑加工液等必須清除,將工件置入超音波洗凈機(jī)中將這些外物洗凈。洗凈的原理是利用超音波對(duì)清洗液振動(dòng)使液體產(chǎn)生一松一緊的波,當(dāng)液體在松波時(shí)因分子間的張力不足造成微小的真空,這些小真空球逐漸成長(zhǎng)然后在緊波向內(nèi)爆炸而消失。由于此爆炸產(chǎn)生局部的熱及高壓,使得附著在工件的雜質(zhì)被清洗。從而得到我們所需要的零件。總結(jié)通過(guò)這兩個(gè)月的實(shí)習(xí)使我接觸了粉末冶金，初步了解了粉末冶金的制造工藝及在各工藝流程中要注意的要素，懂得了制造一個(gè)產(chǎn)品所需的工藝流程及模具的設(shè)計(jì)在產(chǎn)品制造過(guò)程中怎樣使得生產(chǎn)出一個(gè)合格的產(chǎn)品；怎樣提高生產(chǎn)率；怎樣使得產(chǎn)品的制造更具經(jīng)濟(jì)性、合理性；從而降低成本提高利潤(rùn)。同過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我掌握了模具設(shè)計(jì)的方法及步驟；產(chǎn)品的收縮率或膨脹率對(duì)產(chǎn)品的影響和對(duì)設(shè)計(jì)模具的影響。從而培養(yǎng)和提高了我的獨(dú)立工作能力。在設(shè)計(jì)此產(chǎn)品制造工藝流程時(shí)得到了公司同事和戴正強(qiáng)的指導(dǎo)和很多同事和同學(xué)的幫助，由于本人對(duì)粉末冶金了解的水平有限，缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，歡迎各位多加指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1].黃坤祥主編.《粉末冶金學(xué)》.臺(tái)灣.粉末冶金協(xié)會(huì)出版社.1999年[2].林光鴻主編.《混合混練技術(shù)》.臺(tái)灣.臺(tái)灣大學(xué)材料科研所出版.1997年[3].黃坤祥主編.《模具與零件的設(shè)計(jì)》.臺(tái)灣.粉末冶金協(xié)會(huì)出版社.1997年[4].任元鼎主編.《粉末冶金零件的處理》.臺(tái)灣。臺(tái)灣大學(xué)出版社.1998年[5].高夢(mèng)雄.《地下裝載機(jī)——機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用》.冶金工業(yè)出版社.2002[6].汽車(chē)工程手冊(cè)編輯委員會(huì).《汽車(chē)工程手冊(cè)》.人民交通出版社.2000[7].齒輪手冊(cè)編委會(huì).《齒輪手冊(cè)》上冊(cè)第二版.機(jī)械工業(yè)出版社.2000[8].王望予