聚氨酯（氨基甲酸乙酯）在冷等静压（CIP）模具结构中充当关键的均匀载荷传递介质。其主要作用是连接刚性金属部件或试样与液压源之间的间隙，利用其高弹性确保力的施加平稳且无方向性。
核心要点 液压油提供原始力，而聚氨酯则充当必不可少的均衡器，将这种力转化为可用的成型压力。其各向同性特性使其能够将载荷均匀地分布在复杂的几何形状上，确保高精度的形状复制和均匀的内部密度，这是刚性模具材料无法实现的。
压力传递的力学原理
实现各向同性分布
聚氨酯的基本优势在于其能够各向同性地传递压力——即在所有方向上均等传递。
当置于金属薄膜和压力源之间时，聚氨酯会发生弹性变形。这使其能够以近乎完美的均匀性将液压传递到试样表面的每一个轮廓，从而消除了在刚性模具压制中常见的压力峰值或“阴影”。
弹性的作用
聚氨酯具有优异的弹性，这对于与粉末压坯保持持续接触至关重要。
当液压系统施加压力（可能高达 200 MPa）时，聚氨酯会压缩并适应收缩中的生坯。这确保了在整个压实过程中压力保持恒定且“无损耗”，防止材料与模具壁失去接触。
对零件质量和几何形状的影响
复制复杂的微观轮廓
对于需要复杂细节的部件，聚氨酯优于刚性工具。
由于它充当柔性缓冲器，因此有助于模具实现更高的精度形状复制。这对于具有复杂微观轮廓的零件尤其有利，在这些零件中，刚性材料无法将压力施加到微小缝隙或倒扣处。
消除密度梯度
使用聚氨酯的一个主要的深层优势是材料内部结构的均质化。
通过确保平稳的载荷分布，聚氨酯最大限度地减少了成型体内的密度变化和微观空隙。这种均匀性是防止后续烧结过程中非均匀收缩、变形或开裂的结构基础。
优化模具结构
双层结构配置
为了最大限度地发挥聚氨酯的功效，工程师通常采用双层模具结构，包括内成型模具和外压力模具。
这种设置依赖于硬度差异：外层橡胶通常比内层橡胶更硬。这种特定的配置并非随意；它控制着压力传递的顺序。
控制空气排出
不同硬度等级的聚氨酯层之间的相互作用能够实现顺序压缩。
压力从粉末填充空间的中心向两端传递。这种方向控制对于有效排出夹在粉末颗粒之间的残留空气至关重要，进一步确保了无缺陷的内部结构。
为您的目标做出正确选择
为了在 CIP 工艺中有效利用聚氨酯，请根据您的具体制造目标调整模具设计：
- 如果您的主要重点是复杂几何形状：优先选择高弹性聚氨酯，使其能够流入微观轮廓，以确保精确的形状复制而没有桥接缺陷。
- 如果您的主要重点是结构完整性：采用具有精心选择的硬度差异的双层模具设计，以最大限度地排出空气并消除内部空隙。
最终，聚氨酯的使用将原始液压转化为精确、均匀的成型力，从而保证最终组件的保真度和密度。
总结表：
| 特性 | 在 CIP 模具结构中的作用 | 对最终组件的影响 |
|---|---|---|
| 各向同性传递 | 在所有方向上均等分布力 | 消除压力峰值和“阴影” |
| 高弹性 | 在压实过程中保持持续接触 | 确保在整个收缩过程中无损耗的压力传递 |
| 柔性缓冲器 | 复制精密的表面细节 | 实现高精度的微观轮廓 |
| 硬度差异 | 控制顺序压缩 | 促进空气排出并防止空隙 |
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参考文献
- N K Lee, H J Lee. Manufacturing Technology of Thin Foil Tensile Specimen Using CIP and Mechanical Property Measurement Technology. DOI: 10.5228/kspp.2005.14.6.509
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
