刚性模具和冲头主要起约束边界和传递压力的作用。在TiC-316L复合材料的压实过程中，模具壁物理上限制了粉末的横向位移，而冲头将施加的垂直载荷转化为内部压应力。这种相互作用将松散的粉末压制成具有一定结构强度的整体形状，称为“生坯”。
压实过程的有效性取决于模具能否承受碳化钛（TiC）的磨蚀性。模具和冲头必须保持绝对刚性，以确保压力从复合材料的表面均匀地传递到中心。
约束和压力的力学原理
限制横向位移
刚性模具的主要作用是作为不可移动的边界。它防止粉末在施加垂直力时向侧面膨胀。
通过限制这种横向运动，模具确保了压机能量不会浪费在位移上。相反，它完全用于压实粉末。
将垂直载荷转化为内部应力
冲头是传递压力的主动介质。它将特定的轴向载荷（通常在 5 至 100 ksi 之间）直接施加到粉末床上。
由于模具壁阻止了材料逸出，这种垂直载荷会在整个材料中产生内部压应力。这种力驱动了颗粒的重新排列和初始变形。
建立机械联锁
随着压力的增加，颗粒被强制紧密接触。这会在较软的 316L 钢基体和坚硬的 TiC 颗粒之间产生机械联锁。
这种联锁构成了生坯的结构基础。它确保零件在烧结过程中最终致密化之前能够保持其形状。
处理 TiC-316L 复合材料的因素
抵抗磨蚀磨损
碳化钛（TiC）比标准模具材料硬得多。因此，模具和冲头必须具有出色的耐磨性才能处理这种特定的复合材料。
如果模具缺乏这种性能，坚硬的 TiC 颗粒会刮伤和刻蚀模具壁。这会导致生坯表面出现缺陷，并导致模具快速退化。
确保均匀的应力传递
模具的刚性对于内部一致性至关重要。模具和冲头必须抵抗弹性变形，以确保应力均匀传递。
刚性系统确保压力不仅到达粉末的表面，而且到达其中心。这对于在整个复合材料零件中实现均匀的密度分布至关重要。
理解权衡
摩擦与压力传递
虽然模具壁提供了必要的约束，但它也引入了摩擦。这种摩擦会降低施加到粉末柱下部的净压力。
刚性与模具寿命
极度刚性、耐磨材料通常很脆。虽然它们对于压实 TiC 是必需的，但如果压机未完全对准，它们很容易开裂。
生坯强度的极限
压实过程会产生“生坯”，但它不是最终零件。机械联锁提供了处理强度，但真正的冶金结合仅在随后的烧结阶段发生。
为您的目标做出正确的选择
为了优化 TiC-316L 的压实，您必须在保护模具和零件质量之间取得平衡。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先选择高刚性模具材料，以最大限度地减少压力行程中的弹性变形和横向膨胀。
- 如果您的主要关注点是表面光洁度：确保您的模具具有出色的硬度和耐磨性，以防止磨蚀性的 TiC 颗粒划伤模具壁。
- 如果您的主要关注点是零件密度：使用更高的轴向压力（接近 100 ksi），以最大限度地提高机械联锁和颗粒在核心深处的重新排列。
最终，当模具足够坚硬以抵抗复合材料并足够刚性以强制均匀的内部应力时，就能实现高质量的压实。
总结表：
| 机械组件 | 主要功能 | 对 TiC-316L 复合材料的影响 |
|---|---|---|
| 刚性模具壁 | 横向约束 | 防止膨胀；将力导向压实 |
| 冲头 | 压力传递 | 将轴向载荷转化为内部应力（5–100 ksi） |
| 316L 基体 | 塑性变形 | 变形以包裹坚硬的 TiC 颗粒 |
| TiC 颗粒 | 结构增强 | 提供硬度，但需要高耐磨模具 |
| 机械联锁 | 结构完整性 | 形成易于处理的整体“生坯” |
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参考文献
- Defeng Wang, Qingchuan Zou. Particulate Scale Numerical Investigation on the Compaction of TiC-316L Composite Powders. DOI: 10.1155/2020/5468076
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
