粉末冶金生胚強度

粉末冶金生胚強度的概念粉末冶金生坯強度是指冷壓的粉末壓坯的機械強度。粉末冶金零件生坯具有適當?shù)膹姸仁潜匾模员銐号鲝年幠Ｖ忻摮龊蛯⑵溥\送到燒結爐而不會損壞。生坯強度取決于金屬粉末的種類與施加的壓力。軟金屬的粉末、不規(guī)則顆粒形狀或多孔性顆粒結構的粉末都具有較高的生坯強度。工藝流程：上件→靜電除塵→噴涂→低溫流平→烘烤技術特點：優(yōu)點：1、顏色豐富，高光、啞光可選。對于軟金屬，用較低的壓力即可生產(chǎn)出能夠進行搬運的壓坯。較硬的粉末則需要較高的壓力。

要理解粉末冶金生坯強度，就必須知道哪種力使金屬之間產(chǎn)生黏著。當使清潔的金屬表面相互接觸時，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。對粉末冶金生坯強度的這種解釋就將重點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。這種較高的強度來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。對相互聯(lián)鎖現(xiàn)象的解釋仍然有爭議，但看起來可能是由于在由不規(guī)則顆粒壓制的壓坯中，在相當大程度上，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)這類的零件。它可以為各種形狀復雜的零件生產(chǎn)設計且不浪費材料。不過，制造鐵框在技術上并非易事。近些年，國內(nèi)長三角地區(qū)通過對MIM技術的引入，隨著不斷地探索實踐，已經(jīng)成功運用到汽車零部件、3C數(shù)碼類、醫(yī)用器械、工具鎖類等多個熱門領域。在早期開發(fā)中，使用傳統(tǒng)潤滑劑，諸如硬脂酸鋅與EBS臘等進行過生產(chǎn)試驗，生坯廢品率高達50%。目前，有通過用溫壓提高生坯密度和通過采用模壁潤滑減少或消除混合粉中的潤滑劑的方法來提高生坯強度。

影響MIM不銹鋼喂料的流動性的三大因素

金屬注射成形工藝(簡稱MIM)是將金屬粉末和有機粘結劑經(jīng)過混煉、造粒成混合料顆粒，再通過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、復雜精密金屬零件的制造，也得到了相當所的精密零件制造商的認可和使用，在當今金屬制品成形領域占有重要地位。金屬粉末注射成型技術的工作原理金屬粉末注射成型技術是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術。

    該工藝需要事先準備好注射料，也就是常說的MIM喂料，且對喂料的流變性有著比較苛刻的要求。MIM當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），隨著近年來不銹鋼制品的需求越來越大，關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，和大家一起來看一下生產(chǎn)工藝參數(shù)中影響不銹鋼喂料流動性的三大因素。

一， 粉末裝載量。粉末裝載量是一個比值，指的是粉末體積占喂料總體積的百分數(shù)。粉末裝載量越大，說明喂料中粉末所占的比重越大，此時喂料的粘度增大，流變性相應變差;當粉末裝載量變小時，粘結劑所占比重相應變大，此時喂料的粘度減小，流動性轉好。工藝流程：技術特點：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，同時也可消除光澤。但也不是粘結劑越多越好。還要考慮粘結劑的量對后續(xù)其他工藝的影響。

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

三， 溫度。這里主要指的是注射成形時的注射溫度以及進入模腔后的溫度。使金屬表面形成一層氧化膜，以防止金屬表面被腐蝕，此處理過程稱為“發(fā)藍”。溫度的影響對于不銹鋼喂料來講是個加熱的過程，溫度通過對著喂料粘度的影響而影響其流動性，當溫度升高時，喂料的粘度會變小，相應的流動性變強，當溫度降低時，喂料粘度變大，流動性也會比較差

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級摩托車電機冷卻

荷蘭超級摩托車制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動自行車的電機生產(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)品開發(fā)中，他們意識到使用傳統(tǒng)技術生產(chǎn)的電機冷卻外殼并不適合高性能摩托車，因此雙方在設計第二輛電動摩托車后不久就開始合作。針對不同的拋光過程:粗拋(基礎拋光過程)，中拋(精加工過程)和精拋(上光過程)，選用合適的拋光輪可以達到很好拋光效果，同時提高拋光效率。

傳統(tǒng)制造的局限性

超級摩托車團隊的技術經(jīng)理Feitse Krekt 評論說：“首輛超級摩托車的冷卻外殼由多個部件組成，這些部件使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，如車削和銑削，很難生產(chǎn)。對于這些生產(chǎn)方法，需要大量的材料，因此最終產(chǎn)品變得非常沉重。而且另外一個問題是，由于車削過程，壁厚需要高于常規(guī)，我們無法盡可能高效地冷卻電動機。自1916年出現(xiàn)真正意義上的Banbury（本伯里）型密煉機后，密煉機的威力逐漸被人們所認識，它在橡膠混煉過程中顯示出來比開煉機優(yōu)異的一系列特征，如：混煉容量大、時間短、生產(chǎn)效率高。所以，電機的功率低于預期，有時需要放慢速度以使電動機不會過熱?！?

因此，超級摩托車決定聯(lián)系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購買了metalFab1 金屬3D打印機的公司，自2016年以來已生產(chǎn)超過35,000種產(chǎn)品。

△用于生產(chǎn)冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機

K3D的首席技術官Jaap Bulsink解釋說，使用K3D生產(chǎn)的部件使他們能夠享受傳統(tǒng)制造技術無法提供的設計自由，“由于采用薄壁設計，內(nèi)部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實現(xiàn)極佳設計自由度。重要的是，該部件的設計重量最輕。缺點：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現(xiàn)。該部件打印非常準確，無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摩托車?？偛课挥诘聡腂igRep已經(jīng)制造出功能齊全的3D打印電動摩托車，但該自行車僅用于設計目的，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、韌性高和強度、硬度低的組織。另外，寶馬今年早些時候推出了3D打印概念車架，用于BMW S1000RR運動自行車。

電動超級摩托車目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進行測試并最終曝光。

金屬粉末充模模擬機理和顆粒模擬的使用

對于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因為剪切力作用，或是顆粒間的相互作用而形成些獨特的結構。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來了一些問題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個組分是否都起著獨立的作用來影響整個流體的流動性。通過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構。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結劑中的低熔點組分?！罟钊绻蟮墓罹o密時，由于需要后續(xù)加工，MIM的成本趨向于增加，燒結件的公差大概在±0。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。這種結構明顯表明流體是多相的，甚至可能是類固體的。所以實際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運動方式和均質(zhì)流體存在著差異。

　　在粉末-粘結劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結劑之間存在著強烈的相互作用，因此顆粒附近粘結劑的運動將受到一定的限制。在這個模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡化為規(guī)則球形的顆粒，每個顆粒周圍包覆著一層粘結劑，這層粘結劑隨顆粒一起運動，即將其看成一個復合單元。粘結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的表面，只是所需時間有些長短而已。盡管這些復合單元的周圍還有自由粘結劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運動，還是可將復合單元看成是不受外圍粘結劑介質(zhì)的影響。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨特性，可以描述粉末的運動情況，因此這個模型在簡單計算每個粉末顆粒的實際運動情況方面較為精準，但對于實際的三維問題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計算的發(fā)散。很難將其應用到諸如粉末等微細粉末的分析。所以必須對已有的顆粒模型進行一定的修正。達克羅涂層的導電性能不是太好，因此不宜用于導電連接的零件，如電器的接地螺栓等。展示了通過這種顆粒模型模擬出來的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。

　　結論由于MIM喂料在模腔中的流動可以看成是固-液兩相流動，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來進行流動模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過程中將發(fā)生粉末和粘結劑分離的現(xiàn)象。通過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）對流動過程的影響。其缺陷是防污染性高,加工設備一次性投資大,龐雜件要工裝、輔佐電極,大批生產(chǎn)還須要降溫設備。從而可以監(jiān)視流動過程中粉末的運動、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。為了簡化三維問題中的計算，還在基于修正顆粒流體動力學的基礎上對該模型進行了修正。