分体式模具主要用于减轻矩形或角形零件烧结过程中的结构失效。通过使用多个石墨插件而不是实心块，该设计有效地释放了通常导致标准模具开裂的热应力和机械应力，同时简化了具有锐边零件的弹出。
核心要点 标准实心模具会在尖角处集中应力，导致零件或工具失效。分体式模具通过物理分割模具来解决这个问题，从而在场辅助烧结技术（FAST/SPS）的高压、高温循环过程中实现应力释放。
标准模具失效的力学原理
尖角处的应力集中
在场辅助烧结技术（FAST/SPS）中，脉冲电流和轴向压力同时施加以致密化粉末。
在标准实心模具中，这种压力会在矩形或角形腔体的角落处产生显著的应力集中。
开裂风险
由于模具无法在锐角周围均匀膨胀或弯曲，这些应力点成为失效区域。
这通常会导致烧结零件内部出现裂纹，或者石墨模具本身在过程中破裂。
分体式模具设计的关键优势
有效释放热应力和机械应力
分体式模具的主要创新在于其由多个独立的石墨插件组成。
这种分段结构允许组件适应焦耳加热和轴向压力产生的热膨胀和机械载荷。
通过更均匀地分配这些力，模具可以防止导致灾难性开裂的内部张力积聚。
简化弹出过程
由于摩擦和几何锁定，将带有锐边的矩形零件从实心模具中弹出在机械上非常困难。
分体式模具可以逐块拆卸，消除了将公差紧密的零件从实心腔体中推出的相关摩擦障碍。
这大大降低了在取出过程中损坏零件精致边缘的风险。
延长模具使用寿命
标准的矩形模具通常寿命较短，因为角落会在重复的应力循环下磨损或开裂。
通过减轻这些特定的应力矢量，分体式模具设计可以更长时间地保持石墨组件的完整性。
理解权衡
装配复杂性
虽然分体式模具解决了几何挑战，但它也增加了操作复杂性。
与将粉末放入简单的实心圆筒中相比，对多个石墨插件进行对齐需要更高的精度和设置时间。
飞边可能性
由于模具由多个部件组成，因此存在更多的缝隙，粉末可能会迁移。
操作员必须确保紧密的公差，以防止在插件之间的连接处形成“飞边”（多余材料）。
为您的目标做出正确选择
如果您的主要重点是烧结简单圆柱体： 坚持使用标准实心模具，以最大限度地减少设置时间并降低接缝缺陷的风险。
如果您的主要重点是矩形或带锐边零件： 立即采用分体式模具设计，以防止角落开裂并确保最终组件的安全弹出。
如果您的主要重点是模具寿命： 使用分体式模具来分配机械载荷，这将防止由应力集中引起的过早工具断裂。
分体式模具将复杂形状的烧结从高风险的赌博转变为可靠、可重复的过程。
总结表：
| 特性 | 标准实心模具 | 分体式模具设计 |
|---|---|---|
| 应力管理 | 在角落处集中应力 | 分布和释放热/机械应力 |
| 零件弹出 | 高摩擦；边缘损坏风险 | 易于拆卸；保护锐边 |
| 模具耐用性 | 易于开裂和破碎 | 通过分段设计延长使用寿命 |
| 设置复杂性 | 简单快捷 | 需要更高的精度对齐 |
| 最佳应用 | 圆柱形或简单几何形状 | 矩形、角形或复杂形状 |
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参考文献
- Alexander M. Laptev, Olivier Guillon. Tooling in Spark Plasma Sintering Technology: Design, Optimization, and Application. DOI: 10.1002/adem.202301391
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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