首选浮动硬化钢模具，因为它们同时解决了密度不均和工具磨损的问题。 浮动机构允许模具在压实过程中移动，有效抵消粉末与模具壁之间的摩擦，确保压力分布均匀。同时，硬化钢材料提供了必要的结构完整性，能够承受高压而不变形，保证铝合金零件的尺寸精度。
通过结合浮动设计和硬化钢，制造商实现了关键的平衡：机械结构确保零件整体密度均匀，而材料则保证了工具本身的寿命和精度。
浮动设计的力学原理
抵消壁面摩擦
在静态模具中，铝粉与模具壁之间的摩擦会产生“阻力”效应。这会导致远离冲头的压力显著损失。
浮动模具通过允许模具主体相对于冲头移动来缓解这种情况。这种移动有效地减少了阻止粉末移动的静摩擦，即使只有一个冲头在工作，也能模拟从两端同时施压的效果。
最小化密度梯度
单轴压制的主要目标是实现“生坯”（未烧结）压坯的整体密度一致。
由于浮动设计中和了摩擦损失，压力更均匀地施加在试样的整个高度上。这最小化了密度梯度，避免了零件顶部致密而底部疏松且强度不足的情况。
硬化钢的作用
保持结构完整性
单轴压制涉及施加巨大的力，将松散的粉末熔化成固体形状。
硬化钢因其高屈服强度而被选用。它能抵抗较软金属在这些载荷下会发生的弹性变形和塑性变形。这种刚性确保模具不会“鼓胀”，从而导致铝零件形状变形。
确保表面质量和耐磨性
反复压制金属粉末可能会磨损工具表面。
硬化钢的高耐磨性可防止模具壁随着时间的推移而出现划痕或凹坑。这种保护对于在数千次循环中保持铝合金试样的尺寸精度和优异的表面光洁度至关重要。
理解权衡
设置的复杂性
虽然浮动模具提供了优异的密度分布，但它们引入了机械复杂性。
模具的设置需要精确的对齐和允许浮动动作的机构。与简单的固定模具相比，这可能使初始安装和校准更耗时。
成本影响
使用硬化钢和浮动装置的复杂几何形状增加了模具成本。
与标准工具钢相比，硬化钢更难加工，并且浮动机构为组件增加了独立的部件。这种投资由质量要求证明是合理的，但代表了更高的前期成本。
为您的项目做出正确选择
在设计压实工艺时，请考虑您的具体质量要求：
- 如果您的主要关注点是零件的均质性：优先考虑浮动模具设计，以确保组件从顶部到底部的密度一致。
- 如果您的主要关注点是尺寸公差：依靠硬化钢结构来防止工具变形，并确保每个零件都完全符合图纸规格。
浮动机构和硬化材料的协同作用将单轴压制从一种粗暴的力学过程转变为一种精密制造方法。
总结表：
| 特性 | 浮动模具设计 | 硬化钢材料 |
|---|---|---|
| 主要功能 | 抵消壁面摩擦和阻力 | 抵抗变形和高压 |
| 对零件的影响 | 确保密度均匀和均质性 | 保证尺寸精度 |
| 工具寿命 | 减少局部应力点 | 提供高耐磨性和耐磨性 |
| 关键优势 | 最小化密度梯度 | 保持优异的表面光洁度 |
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参考文献
- Róbert Bidulský, Marco Actis Grande. Analysis of Densification Process and Structure of PM Al-Mg-Si-Cu-Fe and Al-Zn-Mg-Cu-Sn Alloys. DOI: 10.2478/amm-2014-0003
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
