精密模具内壁的表面粗糙度是粉末压制过程中摩擦动力学的关键决定因素。当模具内壁具有高质量的表面（低粗糙度）时，粉末颗粒与模具之间的摩擦会显著降低。这种降低有助于保持施加的压力，将其导向压实粉末，而不是克服阻力，从而直接提高最终零件的致密度和结构完整性。
较低的表面粗糙度可最大限度地减少壁面摩擦，从而最大限度地提高压力能量向颗粒重排的传递效率。这确保了整个部件的密度均匀，并显著降低了脱模过程中出现缺陷的风险。
压实与摩擦的物理学
最小化能量损失
在粉末冶金中，目标是将施加的力转化为部件的密度。摩擦是这个能量传递过程中的主要障碍。
当模具壁粗糙时，很大一部分压力会被粉末与壁之间的摩擦所消耗。通过降低表面粗糙度，可以减少这种寄生能量损失。
最大化颗粒变形
从减少摩擦中节省的能量并不会消失；它会被重新定向。较低的粗糙度允许更多的压力能量转化为颗粒重排和变形能。
这确保了颗粒更紧密地堆积并更有效地变形，这是致密化的基本机制。
对产品质量和完整性的影响
实现密度均匀性
压制过程中的一个常见挑战是制造出从顶部到底部密度一致的零件。较高的壁面摩擦会导致压力在穿过粉末柱时下降。
光滑的模具壁可以缓解这种压力梯度。这使得力能够更均匀地传递到粉末中，从而在生坯中实现整体密度均匀性的提高。
降低脱模阻力
表面粗糙度的影响不仅限于压制阶段，还延伸到脱模阶段。粗糙的表面会产生机械联锁，阻碍零件的取出。
高质量的表面可显著降低脱模阻力。这使得脱模过程更顺畅，并且需要较小的力即可取出部件。
防止生坯开裂
“生坯”（压制但未烧结的零件）非常脆弱。脱模过程中较高的阻力会产生应力，很容易超过零件的生坯强度。
通过在取出过程中最大限度地减少摩擦，光滑的模具壁有助于防止生坯开裂。这直接提高了生产率并降低了废品率。
权衡：表面光洁度与压实效率
粗糙度的隐藏成本
低估模具壁光洁度对所需压制吨位的影响是一个常见的陷阱。
如果表面过于粗糙，则必须施加显著更高的压力才能达到相同的目标密度。这会增加压机和模具的磨损，同时仍可能产生密度梯度不均匀的零件。
压力的极限
仅仅增加压力并不总是能弥补糟糕的表面光洁度。
过大的摩擦会产生“密度阴影”或低密度区域，任何顶向下的压力都无法修复。投资于表面质量通常比增加压制力更有效。
为您的工艺做出正确选择
优化模具表面粗糙度不仅仅是为了美观；它关乎工艺控制。
- 如果您的主要关注点是密度均匀性：优先考虑低表面粗糙度，以确保压力能够深入且均匀地传递到粉末柱中。
- 如果您的主要关注点是高产率/减少废品：确保模具壁抛光，以最大限度地减少脱模力，保护生坯免受应力开裂。
最终，更光滑的模具表面充当能量倍增器，将压机力转化为结构密度，而不是摩擦热。
总结表：
| 因素 | 高表面粗糙度 | 低表面粗糙度（精密） |
|---|---|---|
| 能量传递 | 由于摩擦导致寄生损耗高 | 最大化颗粒变形能 |
| 密度分布 | 显著的梯度（密度不均匀） | 整个零件的均匀性得到改善 |
| 脱模力 | 阻力大；存在机械联锁风险 | 脱模顺畅；阻力小 |
| 零件完整性 | 生坯开裂风险增加 | 高产率；结构缺陷最小 |
| 设备磨损 | 需要更高的压制吨位 | 优化的力效率；磨损减少 |
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参考文献
- Ileana Nicoleta Popescu, Ruxandra Vidu. Compaction of Metal-Ceramic Powder Mixture. Part.1. DOI: 10.14510/araj.2017.4123
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
