为什么常规粉末冶金必须使用硬质合金或钢制模具？确保高密度和精度

在常规压制烧结粉末冶金中，必须使用硬质合金或钢制模具，因为该工艺依赖于承受巨大的力来将松散的粉末转化为固体形状。为了达到所需的密度，模具必须在不发生变形的情况下承受150 至 900 MPa 的压力。这种刚性迫使粉末颗粒重新排列并机械键合，形成一个具有弹出和处理所需的精确几何形状和结构完整性的“生坯”。

核心要点 常规粉末冶金在成型过程中不会熔化材料；它依靠高压压实来熔合颗粒。只有刚性模具才能有效地引导这种力，以诱导冷焊并保证烧结阶段之前所需的尺寸精度。

极端压力的作用

承受巨大的力

模具的主要功能是作为一个坚不可摧的容器。压实过程产生的压力在150 至 900 MPa 之间。

如果模具材料是柔韧的或软的，它会在这种载荷下膨胀。刚性钢或硬质合金确保施加的力完全作用于压缩粉末，而不是使工具变形。

确保几何精度

刚性模具经过精密加工，具有精确的公差。由于它们在压力下不会变形，因此会将精确的形状压印到粉末上。

这保证了最终部件保持精确的几何形状，这对于需要严格公差的部件至关重要。

将粉末转化为固体

颗粒重排

在粉末键合之前，颗粒必须紧密堆积在一起。刚性模具壁可防止粉末向侧面逸出。

这种约束迫使颗粒相互滑动，填充空隙并在压缩的初始阶段最大化密度。

冷焊效应

一旦颗粒机械互锁，压力会进一步增加。这种极端力会剥离颗粒边界处的氧化层。

这会在接触点产生冷焊效应。这种金属-金属键合是将松散的粉末转化为粘结固体的关键。

获得生坯强度

这个过程的结果是得到一个“生坯”。这意味着零件是固体的，但尚未经过烧结以获得完全强度。

刚性模具确保压实程度足以使零件具有特定的生坯强度。没有这一点，零件在弹出或转移到烧结炉时会立即碎裂。

理解权衡

处理摩擦

虽然刚性壁对于形状是必需的，但它们会产生摩擦。当粉末与钢或硬质合金滑动时，会损失能量，可能导致密度不均匀。

这通常通过使用浮动模具机制来缓解。这允许模具相对于冲头移动，补偿摩擦损失并确保整个零件的密度均匀。

弹出限制

由于模具是刚性的，它无法弯曲以释放零件。这决定了零件设计在压制方向上必须是均匀的。

任何倒扣或复杂的侧向几何形状都将使成功弹出变得不可能，因为零件会在刚性工具内部被机械锁定。

为您的目标做出正确选择

为了最大化您的粉末冶金工艺的有效性，请考虑模具如何与您的具体要求相互作用：

如果您的主要重点是尺寸精度：优先选择高模量硬质合金模具，以在 600 MPa 以上的压力下最小化即使是微观弹性变形。
如果您的主要重点是零件一致性：实施浮动模具机制，以中和刚性模具壁引起的摩擦，确保密度分布均匀。

刚性模具提供了将松散粉末转化为高性能工程部件所必需的、不可或缺的结构基础。

摘要表：

特征	要求	益处
压力范围	150 - 900 MPa	达到所需的生坯密度
模具材料	硬化钢或硬质合金	防止载荷下的工具变形
颗粒相互作用	机械互锁	诱导冷焊以实现零件粘结
几何控制	刚性模具	确保严格的公差和形状精度
零件状态	生坯	在烧结前提供处理强度