多头螺杆机构充当动能转换器，直接将压机的标准垂直轴向运动转化为模具冲头的精确旋转运动。该机构创造了一个同步双力环境，在施加轴向压力以实现组合加载压实的同时，对铁粉表面施加旋转剪切力。
该机构的核心价值在于其产生深层剪切流动的能力。通过将向下压力与旋转相结合，它能够实现复杂几何形状（特别是标准垂直压实无法实现的极薄或高长宽比的部件）的高密度成型。
组合加载的力学原理
将线性力转化为旋转
多头螺杆的基本作用是改变压机行程的物理特性。利用特定的几何形状，例如18度螺距角，该机构在机械上将冲头与压机滑块耦合。
当压机垂直移动时，螺杆迫使冲头旋转。这确保了旋转速度与轴向压缩速度完全同步。
产生剪切力
标准压实仅依赖于自上而下的压力，这通常会导致密度不均。螺杆引入的旋转会产生作用在铁粉上的切向剪切力。
这种剪切作用会破坏颗粒之间的摩擦。它迫使粉末横向移动，而不仅仅是垂直移动，从而产生一种称为深层剪切流动的现象。
关键制造意义
实现粉末调平
粉末冶金中的主要挑战之一是确保在高压施加前粉末分布均匀。同步旋转作用提供了主动的粉末调平。
这减少了零件内部的密度梯度。它确保材料结构从零件中心到边缘都是均匀的。
实现高长宽比设计
在没有剪切力的情况下，薄零件或高零件（高长宽比）容易开裂或出现低密度区域。多头螺杆机构克服了这一限制。
通过在压实过程中促进粉末的流体状运动，它使制造商能够生产出保持高结构完整性和密度的极薄零件。
优化工艺变量
调节力矢量
虽然螺杆提供运动，但系统依赖于位于螺杆和压机滑块之间的弹簧元件来微调力的施加。
这些弹簧产生额外的轴向预加载。更重要的是，它们允许工程师调节线性向下运动与旋转扭矩之间的特定比例。
最大化压机效率
这些弹簧元件的正确校准对于工艺效率至关重要。通过调整弹簧刚度，可以精确控制施加到铁粉预制件上的机械力矢量。
优化后，这可以将压力的有效利用率提高到90%至95%或更高的范围，确保在压实循环过程中浪费的能量最少。
为您的目标做出正确选择
要有效利用多头螺杆机构，您必须将硬件设置与您的特定组件要求相匹配。
- 如果您的主要重点是几何复杂性：优先考虑螺杆导程角的同步，以确保足够的剪切流动以实现薄零件或高长宽比特征。
- 如果您的主要重点是工艺效率：专注于调整弹簧元件的刚度，以将力利用率最大化到95%的阈值。
最终，多头螺杆将模具从简单的破碎工具转变为能够进行复杂、高密度颗粒重排的精密仪器。
摘要表：
| 特征 | 组合加载中的功能 |
|---|---|
| 动能转换 | 将垂直压机行程转换为精确的旋转运动。 |
| 剪切力产生 | 实现深层剪切流动，实现均匀的粉末分布。 |
| 导程角（例如，18°） | 使旋转速度与轴向压缩速度同步。 |
| 弹簧元件 | 调节力矢量并提供轴向预加载以提高效率。 |
| 工艺成果 | 生产薄的、高长宽比的零件，力利用率为90-95%。 |
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参考文献
- Sergey N. Grigoriev, Sergey V. Fedorov. A Cold-Pressing Method Combining Axial and Shear Flow of Powder Compaction to Produce High-Density Iron Parts. DOI: 10.3390/technologies7040070
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
