高功率超声波换能器在硬质合金粉末成型工艺中是主要的能量转换器。它通过压电效应将高频电能转化为机械振动，然后将这些振动传递到工作部件，从而从根本上改变粉末的性能。
换能器将高频机械振动引入压制过程，有效打破颗粒间的摩擦和架桥。这使得粉末流动性显著提高，孔隙率最小化，并提高了最终碳化钨-钴（WC-Co）生坯的结构均匀性。
作用机制
能量转换与传输
换能器的基本作用是作为电能与物理力之间的桥梁。它利用压电效应将电信号转换为高频机械振动。
这些振动并非孤立产生。它们直接传递到工作部件，为传统的静态压制过程引入了动态能量。
消除架桥效应
在标准的粉末压制过程中，颗粒间的摩擦常常导致它们相互锁定。这会产生架桥效应，导致出现空隙和密度不均。
换能器产生的超声波振动会破坏这些颗粒间的结合。通过使颗粒松动，该系统消除了空隙，并确保了更均匀的混合物。
提高流动性和密度
一旦架桥效应被中和，粉末流动性将得到显著改善。这使得材料能够在模具内更自由地移动和沉降。
因此，细小颗粒能够快速填充微观孔隙。这导致填充密度大幅增加，并确保了生坯（烧结前的压制粉末）的结构均匀性。
系统集成与模具交互
容纳容器的作用
虽然换能器提供振动，但该过程在很大程度上依赖于高强度模具组。该模具充当容器，塑造样品并约束粉末。
模具负责将必要的压力传递给粉末。它必须足够坚固，能够在巨大力下保持形状。
有效的波传播
为了使换能器有效，模具与超声振动系统之间必须密切协调。
这种机械耦合确保振动波能够有效地传播到整个粉末体。如果没有这种同步，换能器提供的能量将在影响生坯质量之前就已损失。
理解操作限制
精度要求
超声能量的集成要求模具与振动系统之间具有极高的配合精度。任何松动或错位都可能干扰振动波的传输。
此外，还需要精确配合以防止粉末泄漏，这会影响最终零件的完整性。
材料耐用性和硬度
模具为材料创造了一个充满挑战的环境。它必须具有极高的表面硬度，才能承受高静压和动态超声振动的双重应力。
如果模具材料不足，换能器增加的能量可能导致成型工具过早磨损或失效。
最大化工艺效率
为了在硬质合金成型中取得最佳效果，您必须平衡换能器的能量输入与模具的机械约束。
- 如果您的主要重点是结构密度：确保换能器的频率经过调谐，能够有效打破架桥效应，使细小颗粒填充所有可用孔隙。
- 如果您的主要重点是工艺可靠性：优先考虑模具的表面硬度和配合精度，以确保其能够承受压力和超声振动的复合应力而不发生泄漏。
超声波换能器有效地将标准的压制操作转变为高性能的压实工艺。
总结表：
| 特性 | 对粉末成型的影响 |
|---|---|
| 能量转换 | 通过压电效应将电信号转换为高频机械振动。 |
| 颗粒相互作用 | 打破架桥效应并减少颗粒间摩擦。 |
| 材料流动性 | 提高粉末流动性，使细小颗粒能够有效地填充微观孔隙。 |
| 最终压坯质量 | 最小化孔隙率，并确保优异的结构均匀性和更高的填充密度。 |
| 系统要求 | 需要高配合精度和模具表面硬度，以承受振动应力。 |
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参考文献
- Yuhang Chen, Youwen Yang. Investigating the Microscopic Mechanism of Ultrasonic-Vibration-Assisted-Pressing of WC-Co Powder by Simulation. DOI: 10.3390/ma16145199
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
