粉末冶金生胚強(qiáng)度

粉末冶金生胚強(qiáng)度的概念粉末冶金生坯強(qiáng)度是指冷壓的粉末壓坯的機(jī)械強(qiáng)度。粉末冶金零件生坯具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度是必要的，以便壓坯從陰模中脫出和將其運(yùn)送到燒結(jié)爐而不會(huì)損壞。生坯強(qiáng)度取決于金屬粉末的種類(lèi)與施加的壓力。軟金屬的粉末、不規(guī)則顆粒形狀或多孔性顆粒結(jié)構(gòu)的粉末都具有較高的生坯強(qiáng)度。工藝流程：上件→靜電除塵→噴涂→低溫流平→烘烤技術(shù)特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、顏色豐富，高光、啞光可選。對(duì)于軟金屬，用較低的壓力即可生產(chǎn)出能夠進(jìn)行搬運(yùn)的壓坯。較硬的粉末則需要較高的壓力。

要理解粉末冶金生坯強(qiáng)度，就必須知道哪種力使金屬之間產(chǎn)生黏著。當(dāng)使清潔的金屬表面相互接觸時(shí)，由于它們之間的接觸面積小，從而它們之間的黏著力小。施加壓力使接觸面積增大，不管顆粒形狀和表面粗糙度如何，這種接觸面積大體上正比于施加的壓力。對(duì)粉末冶金生坯強(qiáng)度的這種解釋就將重點(diǎn)放在了建立顆粒之間原子與原子的金屬接觸。如上所述，與球形顆粒粉末相比，不規(guī)則形狀顆粒壓制的壓坯具有較高的生坯強(qiáng)度。由于壓制和模具上的原因，一般不適宜生產(chǎn)蝸輪、人字形齒輪和螺旋角大于35°的斜齒輪。這種較高的強(qiáng)度來(lái)自于粉末冶金壓坯中不規(guī)則形狀顆粒之間的相互聯(lián)鎖。對(duì)相互聯(lián)鎖現(xiàn)象的解釋仍然有爭(zhēng)議，但看起來(lái)可能是由于在由不規(guī)則顆粒壓制的壓坯中，在相當(dāng)大程度上，相鄰顆粒之間形成了較好的原子接觸。

粉末冶金工藝很適用于大批量生產(chǎn)這類(lèi)的零件。它可以為各種形狀復(fù)雜的零件生產(chǎn)設(shè)計(jì)且不浪費(fèi)材料。不過(guò)，制造鐵框在技術(shù)上并非易事。近些年，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)三角地區(qū)通過(guò)對(duì)MIM技術(shù)的引入，隨著不斷地探索實(shí)踐，已經(jīng)成功運(yùn)用到汽車(chē)零部件、3C數(shù)碼類(lèi)、醫(yī)用器械、工具鎖類(lèi)等多個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域。在早期開(kāi)發(fā)中，使用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，諸如硬脂酸鋅與EBS臘等進(jìn)行過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，生坯廢品率高達(dá)50%。目前，有通過(guò)用溫壓提高生坯密度和通過(guò)采用模壁潤(rùn)滑減少或消除混合粉中的潤(rùn)滑劑的方法來(lái)提高生坯強(qiáng)度。

影響MIM不銹鋼喂料的流動(dòng)性的三大因素

金屬注射成形工藝(簡(jiǎn)稱(chēng)MIM)是將金屬粉末和有機(jī)粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)混煉、造粒成混合料顆粒，再通過(guò)注射成形的方式制造成特定性狀制品的方法，特別適合于小型、復(fù)雜精密金屬零件的制造，也得到了相當(dāng)所的精密零件制造商的認(rèn)可和使用，在當(dāng)今金屬制品成形領(lǐng)域占有重要地位。金屬粉末注射成型技術(shù)的工作原理金屬粉末注射成型技術(shù)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門(mén)新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。

    該工藝需要事先準(zhǔn)備好注射料，也就是常說(shuō)的MIM喂料，且對(duì)喂料的流變性有著比較苛刻的要求。MIM當(dāng)前常用的兩種喂料是鐵基喂料（如Fe2Ni，F(xiàn)e8Ni）和不銹鋼喂料（如SUS316L，SUS630即17-4，SUS304等），隨著近年來(lái)不銹鋼制品的需求越來(lái)越大，關(guān)于不銹鋼喂料的研究也迅速升溫。發(fā)黑處理現(xiàn)在常用的方法有傳統(tǒng)的堿性加溫發(fā)黑和出現(xiàn)較晚的常溫發(fā)黑兩種。

    喂料的特性，直接影響后續(xù)所有工藝的參數(shù)以及成品的品質(zhì)特性。今天小編就已常用的不銹鋼為例為例，和大家一起來(lái)看一下生產(chǎn)工藝參數(shù)中影響不銹鋼喂料流動(dòng)性的三大因素。

一， 粉末裝載量。粉末裝載量是一個(gè)比值，指的是粉末體積占喂料總體積的百分?jǐn)?shù)。粉末裝載量越大，說(shuō)明喂料中粉末所占的比重越大，此時(shí)喂料的粘度增大，流變性相應(yīng)變差;當(dāng)粉末裝載量變小時(shí)，粘結(jié)劑所占比重相應(yīng)變大，此時(shí)喂料的粘度減小，流動(dòng)性轉(zhuǎn)好。工藝流程：技術(shù)特點(diǎn)：提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，得到光滑表面或鏡面光澤，同時(shí)也可消除光澤。但也不是粘結(jié)劑越多越好。還要考慮粘結(jié)劑的量對(duì)后續(xù)其他工藝的影響。

二， 剪切速率。在注射成形過(guò)程中，不銹鋼喂料在高的剪切速率下而流動(dòng)，所以喂料受到高剪切力發(fā)熱，發(fā)熱之后粘度降低，因此流動(dòng)性強(qiáng);反之當(dāng)喂料在低的剪切速率下流動(dòng)，受到較低的剪切力發(fā)熱較慢，粘度不會(huì)明顯降低，流動(dòng)性也相應(yīng)比較差。

三， 溫度。這里主要指的是注射成形時(shí)的注射溫度以及進(jìn)入模腔后的溫度。使金屬表面形成一層氧化膜，以防止金屬表面被腐蝕，此處理過(guò)程稱(chēng)為“發(fā)藍(lán)”。溫度的影響對(duì)于不銹鋼喂料來(lái)講是個(gè)加熱的過(guò)程，溫度通過(guò)對(duì)著喂料粘度的影響而影響其流動(dòng)性，當(dāng)溫度升高時(shí)，喂料的粘度會(huì)變小，相應(yīng)的流動(dòng)性變強(qiáng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，喂料粘度變大，流動(dòng)性也會(huì)比較差

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級(jí)摩托車(chē)電機(jī)冷卻

荷蘭超級(jí)摩托車(chē)制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動(dòng)自行車(chē)的電機(jī)生產(chǎn)新的冷卻外殼。這是Electric Superbike Twente使用的一款3D打印金屬組件，在此前的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，他們意識(shí)到使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的電機(jī)冷卻外殼并不適合高性能摩托車(chē)，因此雙方在設(shè)計(jì)第二輛電動(dòng)摩托車(chē)后不久就開(kāi)始合作。針對(duì)不同的拋光過(guò)程:粗拋(基礎(chǔ)拋光過(guò)程)，中拋(精加工過(guò)程)和精拋(上光過(guò)程)，選用合適的拋光輪可以達(dá)到很好拋光效果，同時(shí)提高拋光效率。

傳統(tǒng)制造的局限性

超級(jí)摩托車(chē)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)經(jīng)理Feitse Krekt 評(píng)論說(shuō)：“首輛超級(jí)摩托車(chē)的冷卻外殼由多個(gè)部件組成，這些部件使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，如車(chē)削和銑削，很難生產(chǎn)。對(duì)于這些生產(chǎn)方法，需要大量的材料，因此最終產(chǎn)品變得非常沉重。而且另外一個(gè)問(wèn)題是，由于車(chē)削過(guò)程，壁厚需要高于常規(guī)，我們無(wú)法盡可能高效地冷卻電動(dòng)機(jī)。自1916年出現(xiàn)真正意義上的Banbury（本伯里）型密煉機(jī)后，密煉機(jī)的威力逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，它在橡膠混煉過(guò)程中顯示出來(lái)比開(kāi)煉機(jī)優(yōu)異的一系列特征，如：混煉容量大、時(shí)間短、生產(chǎn)效率高。所以，電機(jī)的功率低于預(yù)期，有時(shí)需要放慢速度以使電動(dòng)機(jī)不會(huì)過(guò)熱?！?

因此，超級(jí)摩托車(chē)決定聯(lián)系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購(gòu)買(mǎi)了metalFab1 金屬3D打印機(jī)的公司，自2016年以來(lái)已生產(chǎn)超過(guò)35,000種產(chǎn)品。

△用于生產(chǎn)冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機(jī)

K3D的首席技術(shù)官Jaap Bulsink解釋說(shuō)，使用K3D生產(chǎn)的部件使他們能夠享受傳統(tǒng)制造技術(shù)無(wú)法提供的設(shè)計(jì)自由，“由于采用薄壁設(shè)計(jì)，內(nèi)部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實(shí)現(xiàn)極佳設(shè)計(jì)自由度。重要的是，該部件的設(shè)計(jì)重量最輕。缺點(diǎn)：目前顏色受限制，只有黑色、灰色等較成熟，鮮艷顏色目前難以實(shí)現(xiàn)。該部件打印非常準(zhǔn)確，無(wú)需任何后處理即可直接使用。”

這不是3D打印初次用于制造電動(dòng)摩托車(chē)?？偛课挥诘聡?guó)的BigRep已經(jīng)制造出功能齊全的3D打印電動(dòng)摩托車(chē)，但該自行車(chē)僅用于設(shè)計(jì)目的，目前還不是一種可行的商業(yè)產(chǎn)品。鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強(qiáng)度、硬度低的組織。另外，寶馬今年早些時(shí)候推出了3D打印概念車(chē)架，用于BMW S1000RR運(yùn)動(dòng)自行車(chē)。

電動(dòng)超級(jí)摩托車(chē)目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進(jìn)行測(cè)試并最終曝光。

金屬粉末充模模擬機(jī)理和顆粒模擬的使用

對(duì)于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因?yàn)榧羟辛ψ饔?，或是顆粒間的相互作用而形成些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來(lái)了一些問(wèn)題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個(gè)組分是否都起著獨(dú)立的作用來(lái)影響整個(gè)流體的流動(dòng)性。通過(guò)觀察流道橫截面上的流體可以發(fā)現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結(jié)構(gòu)。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結(jié)劑中的低熔點(diǎn)組分?！罟钊绻蟮墓罹o密時(shí)，由于需要后續(xù)加工，MIM的成本趨向于增加，燒結(jié)件的公差大概在±0。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。這種結(jié)構(gòu)明顯表明流體是多相的，甚至可能是類(lèi)固體的。所以實(shí)際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運(yùn)動(dòng)方式和均質(zhì)流體存在著差異。

　　在粉末-粘結(jié)劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結(jié)劑之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運(yùn)動(dòng)將受到一定的限制。在這個(gè)模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡(jiǎn)化為規(guī)則球形的顆粒，每個(gè)顆粒周?chē)仓粚诱辰Y(jié)劑，這層粘結(jié)劑隨顆粒一起運(yùn)動(dòng)，即將其看成一個(gè)復(fù)合單元。粘結(jié)劑的厚度假定是常數(shù)，以此確保系統(tǒng)質(zhì)量的恒定。發(fā)黑時(shí)所需溫度的寬容度較大，大概在135攝氏度到155攝氏度之間都可以得到不錯(cuò)的表面，只是所需時(shí)間有些長(zhǎng)短而已。盡管這些復(fù)合單元的周?chē)€有自由粘結(jié)劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運(yùn)動(dòng)，還是可將復(fù)合單元看成是不受外圍粘結(jié)劑介質(zhì)的影響。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨(dú)特性，可以描述粉末的運(yùn)動(dòng)情況，因此這個(gè)模型在簡(jiǎn)單計(jì)算每個(gè)粉末顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況方面較為精準(zhǔn)，但對(duì)于實(shí)際的三維問(wèn)題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計(jì)算的發(fā)散。很難將其應(yīng)用到諸如粉末等微細(xì)粉末的分析。所以必須對(duì)已有的顆粒模型進(jìn)行一定的修正。達(dá)克羅涂層的導(dǎo)電性能不是太好，因此不宜用于導(dǎo)電連接的零件，如電器的接地螺栓等。展示了通過(guò)這種顆粒模型模擬出來(lái)的MIM喂料充模的情況。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動(dòng)可以看成是固-液兩相流動(dòng)，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來(lái)進(jìn)行流動(dòng)模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過(guò)程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。通過(guò)這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對(duì)流動(dòng)過(guò)程的影響。其缺陷是防污染性高,加工設(shè)備一次性投資大,龐雜件要工裝、輔佐電極,大批生產(chǎn)還須要降溫設(shè)備。從而可以監(jiān)視流動(dòng)過(guò)程中粉末的運(yùn)動(dòng)、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。為了簡(jiǎn)化三維問(wèn)題中的計(jì)算，還在基于修正顆粒流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)該模型進(jìn)行了修正。