工业机械压力机的主要功能在初始压制（P1）阶段，是将松散的水雾化钢粉转化为粘合的近净形零件。通过施加极高的轴向压力——通常通过双冲头施加约 800 MPa 的压力——压力机将材料压制成具有特定初始密度的“毛坯”。这个过程是原材料和结构上可行的齿轮零件之间的关键桥梁。
虽然压力机确定了齿轮的物理形状，但其最关键的作用是建立内部密度分布。这种初始压实决定了在施加热量或进一步压力之前的零件的结构完整性。
压实机的力学原理
高压施加
工业压力机利用高吨位力，根据具体要求，通常提供高达 450 kN 或 800 MPa 的轴向压力。
这种力通过两个冲头施加，在模具内压缩粉末。压力的幅度是将松散颗粒转化为固体质量的决定性因素。
颗粒重排和变形
在这种巨大的机械力作用下，粉末颗粒被迫克服内部摩擦。
最初，颗粒会位移并重新排列以填充空隙。随着压力的增加，它们会发生塑性变形，机械地相互锁定，形成固体结构。
建立关键属性
创建“毛坯”
P1 阶段的直接产物是“毛坯”。
该零件具有最终齿轮的初步几何形状，通常称为“近净形”。虽然它具有确定的形状，但它缺乏成品钢件的最终强度。
设定密度分布
压力机建立初始密度，例如 7.10 g/cm³，作为制造过程的物理基准。
这种密度分布是后续烧结阶段的基础。没有这种精确的初始压实，像热等静压（HIP）这样的后续阶段就无法有效地实现完全致密化。
理解权衡
摩擦因素
此阶段的一个关键限制是粉末与模具壁之间产生的摩擦。
这种摩擦会阻碍压力的传递，阻止压力均匀地分布在整个齿轮中。
密度梯度和中性区
由于壁摩擦，毛坯通常会形成一个“中性区”，该区域的密度低于其他区域。
这些密度梯度意味着齿轮内部尚未均匀。虽然压力机建立了形状，但它会产生一个需要进一步加工（烧结）才能均质化和强化的内部结构。
针对您的目标优化 P1 阶段
为了最大限度地提高初始压制阶段的有效性，请考虑您的最终性能要求：
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先考虑对冲头运动进行精确控制，以尽量减少由壁摩擦引起的密度梯度。
- 如果您的主要重点是结构强度：确保压力机提供足够的压力以最大化颗粒变形，实现高初始密度（例如，>7.10 g/cm³），以支持有效的烧结。
粉末冶金齿轮的成功并非在终点线决定，而在于这个最初的压制阶段所建立的密度分布的质量。
总结表：
| 阶段方面 | 细节和规格 |
|---|---|
| 主要压力 | 高达 800 MPa（约 450 kN） |
| 作用类型 | 双冲头轴向压实 |
| 材料状态 | 水雾化钢粉至“毛坯” |
| 关键成果 | 初始密度（例如 7.10 g/cm³）和近净形 |
| 限制因素 | 模具壁摩擦和密度梯度（中性区） |
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参考文献
- Alireza Khodaee, Arne Melander. Numerical and Experimental Analysis of the Gear Size Influence on Density Variations and Distortions during the Manufacturing of PM Gears with an Innovative Powder Processing Route Incorporating HIP. DOI: 10.3390/jmmp2030049
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
