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目录

4.1硬质合金成型的基本概念

4.1.1成型及其常用方法……………………………………………（1/4）

4.1.2模压成型基本概念……………………………………………（1/4）

4.2精密模压成型

4.2.1精密模压设备…………………………………………………（5/4）

4.2.2精密模压工艺…………………………………………………（14/4）

4.2.3精密压制试验…………………………………………………（24/4）

4.2.4模压产品的压制特点与废品分析……………………………（31/4）

4.2.5精密压制与普通压制的差异…………………………………（36/4）

4.2.6精密模具制造…………………………………………………（39/4）

4.3等静压制与割型

4.3.1冷等静压压制…………………………………………………（44/4）

4.3.2割型……………………………………………………………（49/4）

4.4挤压成型

4.4.1挤压成型剂……………………………………………………（53/4）

4.4.2掺成型剂的挤压混合料制备…………………………………（54/4）

4.4.3挤压压制生产及其工艺………………………………………（56/4）

第四章成型

成型是硬质合金生产中操作性最强的工艺过程，是保证硬质合金毛坯精度和表观质量的关键工序。

随着硬质合金精密化生产发展，压制成型生产为适应可转位刀片、微钻棒坯等高新硬质合金产品要求，也在朝着精密压制成型方向发展。

本章围绕精密压制成型这一重点，对其引出的基本概念、设备性能特点、生产工艺要求、技术参数计算等进行一些阐述，希望能为精密压制成型的发展提供一些帮助。

4.1硬质合金成型的基本概念

4.1.1成型及其常用方法

成型是将粉末压实成具有所需形状坯块的过程。

其基本要求：

是要具有一定的强度和规定的尺寸。

硬质合金有模压成型、挤压成型、等静压～割型、浇铸成型、轧制成型等多种成型方法。

但常用的是模压成型、挤压成型、等静压～割型三种方法，其中又以模压成型应用最多最广，精密压制成型也是以模压成型为基础展开的。

4.1.2模压成型基本概念

4.1.2.1压制方式分类及其特点

模压成型的压制方式可分为单向压制和双向压制。

（a）单向压制方式及其特点

单向压制是从一个方向对粉末体施加压力使之成型的压制方式；由于加压方向的不同又可分为底压和顶压二种方式。

单向压制由于压制设备和模具都比较简单，所以操作比较容易。

但其压制的产品密度分布不均匀，密度差大；烧结后，容易造成产品刀尖等局部位置的密度不好、产品锥度和弯曲变形大，只能生产一些质量和精度要求不高的产品。

（b）双向压制方式及其特点

双向压制从两个相反方向对粉末体施加压力使之成型的压制方式；由于加压时间的不

—1/4—

同又可分为同步双向、分步双向和差动式双向三种方式。

双向压制的压制设备和模具比较复杂，操作和维护都需要较高的技术水平。

但其压制

的产品密度分布比较均匀，密度差小，中性区可调节控制；烧结后，刀尖等部位的密度能得

到保证、产品的锥度和弯曲变形小，适于质量和精度要求比较高的产品生产。

4.1.2.2脱模方式分类及其特点

模压成型的脱模方式可分为顶出脱模、下拉脱模和予载脱模三种方式。

（a）顶出脱模方式及其特点

顶出脱模方式是压坯脱出时，阴模不动，靠下冲头的向上运动将压坯顶出阴模的脱模方式；杠杆式自动压机、苏式凸轮式自动压机等老压机都是这种方式。

顶出脱模方式是靠下冲头的向上运动带动压坯向上运动而使压坯脱出的。

由于下冲头的向上运动大多都是靠杠杆作用产生的，加上下冲头的导向面很短，压坯的顶出很难做到垂直上升，整个过程也不会太平稳，所以易产生压坯的脱出裂纹。

（b）下拉脱模方式及其特点

下拉脱模方式是压坯脱出时，下冲头和压坯不动，靠阴模的下拉将压坯脱出阴模的脱模方式；TPA自动压机、CA-NC250自动液压机等是这种方式。

下拉脱模方式脱模时，下冲头和压坯不动，阴模继续向下运动到压坯脱出位置而使压坯脱出。

由于下冲头和压坯保持不动，只是阴模对其作相对垂直下拉运动，压坯脱出比较平稳，所以不易产生压坯的脱出裂纹。

（c）预载脱模方式及其特点

预载脱模方式是压坯脱出时，上冲头仍以一定的压力压在压坯上，到压坯脱出阴模后，上冲头才迅速离开压坯的脱模方式，预载脱模方式大多都是在下拉脱模的基础上增加了预载功能；TPA自动压机、CA-NC250自动液压机等可以实现这种方式脱模。

预载脱模方式是在即将开始脱模时，上冲头仍以一定的压力压在压坯上，直到产品脱出时，上冲头才迅速脱离压坯。

预载脱模能较好地克服压坯的弹性后效作用，有效地防止因弹性后效作用而产生的脱出裂纹。

4.1.2.3按压制方式和压制原理来分压机类型

不同的压制方式和压制原理构成了不同的压力机型，现代硬质合金生产已用于模压成型的各种压机大致可分为单向底压式压力机、单向顶压式压力机、浮动式压力机、同步式双向压力机、分步式双向压力机、差动式双向压力机等六大类型。

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（a）单向底压式压力机

单向底压式压力机的压制原理是：

平面上冲头在杠杆或凸轮的作用下，向下运动到贴

紧阴模平面，并带动阴模一起压缩支撑阴模的弹簧对下冲头作相对运动，使下冲头从下向粉末施加压力达到压制成型。

杠杆式自动压机和苏式凸轮式自动压机就属于这类压力机型。

这类压机大多用来生产一些形状简单、尺寸精度要求不高的产品。

（b）单向顶压式压力机

单向顶压式压力机大多是用平钢模或园钢模压制矿用钎片、大刀片、拉伸模等一些异型产品，其压制原理是：

压头在活塞的作用下向下运动，直接将模具上冲头压到限制器位置，压制过程中上冲头对阴模作相对运动，只是上冲头从上向粉末施加压力达到压制成型。

单柱式校准液压机、100T带侧压液压机等属于这类压力机型。

（c）浮动式压力机

浮动式压力机的压制原理是：

上冲头向下运动进入阴模孔，在对阴模作相对运动的同时也带动阴模一起压缩支撑阴模的弹簧并对下冲头作相对运动，使上、下冲头都向粉末施加

压力达到压制成型。

这类压机没有典型机型，杠杆式自动压机和苏式凸轮式自动压机在压制上冲头进入模孔的压坯时，有点类似于浮动式压制。

（d）同步式双向压力机

同步式双向压力机的压制原理是：

阴模不动，上、下冲头在杠杆的作用下，从上、下两个不同方向对阴模作同步相对运动，使模腔内粉末受到上、下两个相等的压力而被压制成型。

SX16型双向液压机、DY25型双向液压机等属于这类压力机型。

这类压机由于不能调整压坯中性区的位置，所以只适应于生产一些上、下对称，中性区在中间的产品。

（e）分步式双向压力机

分步式双向压力机大多采用模架结构，其压制原理是：

上压杆带动上冲头下行进入模孔（封口）后，上冲头与阴模同步向下对下冲头作相对运动（底压）并提前到达压制位置，阴模被支撑不动后，上冲头继续下行对阴模作相对运动（顶压），从而使粉末分步受到下和上两个不同压力而被压制成型。

TPA自动压机等属于具备这种功能的压力机型。

这类压机可以通过顶压的调整来改变压坯中性区的位置，所以适应于生产可转位刀片等一些精度要求较高的产品。

（f）差动式双向压力机

差动式双向压力机大多为液压机，冲头和阴模的运动及控制是独立进行的。

其压制原理是：

上冲头下行进入模孔（封口）后，上冲头与阴模以不同的速度比向下运动，形成既有上冲头对阴模的相对运动，又有阴模对下冲头的相对运动，从而使粉末受到双向压力而被压

—3/4—

制成型。

CA-NC250自动液压机等属于具备这种功能的压力机型。

这类压机可以通过上冲头与阴模运行速度比的调节来改变压坯中性区的位置，所以适应于生产可转位刀片等一些精度

要求较高的产品。

4.1.2.4模压成型中几个位置

普通模压成型对整个压制过程的几个位置没有明确的提出和划分。

引进DORST的TPA压机后，压制过程以阴模所处不同位置给压制位置、脱出位置、装料位置冠以明确定义。

并且对压坯密度分布状况中性区的概念。

（a）压制位置

压制位置是指上冲头与阴模向下运动到压制最低点时阴模所处的位置，即压坯成型位置。

按一个压制冲程360°划分，压制位置处在180°压机下死点位置。

（b）脱出位置

脱出位置是指到达压制位置后，上冲头开始回升，阴模继续向下运动到与下冲头同一平面时阴模所处的位置，即压坯脱出位置。

脱出位置一般在240～280°范围内。

（c）装料位置

装料位置是指压坯脱出后，上冲头与阴模回升复位到最高位置时阴模所处的位置，即原料填充位置。

装料位置处在0°压机上死点位置。

（d）中性区

中性区是指压坯密度分布相对最差的区域。

单向压制的中性区在压坯的上面或下面的区域，双向压制的中性区在压坯的中间区域。

—4/4—

4.2精密模压成型

4.2.1精密模压设备

现代硬质合金生产用于精密压制的设备有机械式和液压式两个类型。

机械式压机属于刚性压制，定位精度高，一直为精密压制的首选设备，最具代表性的是德国DORST公司生产的TPA压机，世界上大多硬质合金生产厂家都在用TPA压机压制生产高精度要求的产品。

但随着密封技术的发展，长期困扰液压机因泄漏而造成压力不稳的问题得到根本改善，新一代的液压设备定位精度可达到0.01mm。

液压式压机各部运动的随意控制可实现差动式等功能压制，其柔性压制的特点已引起硬质合金生产厂家关注，很有可能成为今后精密压制的首选设备。

4.2.1.1TPA自动压机

德国DORST公司生产的TPA系列压机，自上个世纪70年代以来，就一直是精密压制的首选设备。

除了压机生产竞争不是十分激烈外，很重要的一个原因是TPA系列压机在结构上、功能上都具有自己突出特点。

4.2.1.1.1基本结构

TPA系列压机的基本结构可分为：

传动部份（主电机、皮带轮、离合器、变速机、偏心齿轮、传动轴、曲柄连杆、大拉杆）、上横梁部份（上T型杆、位置调节机构、予载气动装置）、压制机构部份（压制横梁、控制横梁、支撑凸轮、顶压机构、下T型杆）、下拉机构部份（下拉横梁、下拉凸轮）、复位机构部份（复位油缸）、送料机构部份（四连杆、进给凸轮）、控制部份（PQC3、角度编码器、配电箱）、可装卸的模架和机身等九大部分（见图4-1）。

另外可根据用户要求配置机械手等其它功能附件。

4.2.1.1.2基本特点

（a）结构上的特点

TPA系列压机结构上的主要特点：

一是主机为机械式底传动结构，重心低传动平稳，其结构紧凑、密封性好；二是传动以机械为主并辅以液压和气动来完成各项功能动作；三是采用可装卸模架结构，便于模具的装卸；四是其附属装置松散，调整较困难，并且需要良好的工作环境和维护保养。

（b）功能上的特点

TPA系列压机功能上的主要特点：

一是钢性定位，模具定位精度高，下T型的跳动量

—5/4—

一般在0.05mm左右；二是具有顶压功能可实现分步双向压制，调整压坯中性区位置，改善

压坯密度分布；三是高精度的模架保证压制精度，可实现精密产品的压制，毛坯的尺寸精度

可控制在±0.05mm之内；四是可施加预载的下拉式脱模，有效地避免压坯脱出裂纹；五是具有压力、单重的控制和监测功能，保证压制质量具于受控状态；六是可通过附属装置实现

机械手拣压坯等其它辅助功能。

上横梁

上压杆

上T型键

模架

大拉杆

下T型键

压制横梁

控制横梁

主轴

支撑凸轮

下拉凸轮

中心轴

带偏心轮的齿轮

见图4-1TPA压机结构示意图

—6/4—

4.2.1.1.3基本要求

为了实现精密压制，必须满足TPA系列压机基本要求：

一是要使用高精度的模具；二是要使用压制性能良好的混合料；三是要有完整的压制工艺和精确的压制参数；四是要有技术水平和文化素质较高的调整、操作、维修人员；五是良好的工作环境和维护保养（温度夏天最高30℃、冬天最低20℃、每天润滑等）。

4.2.1.1.4几个“时间”概念

（a）中间停留时间

中间停留时间是指压制完成后，阴模不能马上进入下拉，需要一个动作转换的时间，即为中间停留时间。

这个时间是由机械来实现的，而且是随下拉行程的改变而改变，下拉行程缩短，停留时间加长，只有TPA20/3压机在设计上将其设置为一（25°范围）定值。

（b）下拉停留时间

下拉停留时间是指下拉完成后，阴模不能马上返回到装料位置，需要一个时间让压坯拣出，即为下拉停留时间。

这个时间是由机械来实现的，而且是不变的。

各种规格的TPA压机其下拉停留时间各不相同，TPA6压机在15°范围、TPA15/3压机在20°范围、TPA50/2压机在5°范围，只有TPA20/3压机在设计上没有考虑设置这一时间。

（c）保压时间

保压时间是指根据压坯质量要求，在压制位置上自行设定的工艺延时时间，即为保压时间。

它是由时间继电器控制离合器来实现的，保压时间是可调可变的。

4.2.1.1.5几个主要运动及传动原理

（a）上冲头运动

上冲头运动是压机的主传动运动。

它的传动路线如下：

主电机→皮带轮→气动离合器→涡轮变速机→传动轴→小齿轮→带偏心轮的大齿轮→曲柄连杆→大拉杆（作垂直运动）→上横梁→上T型杆→上冲头的冲程运动。

（b）阴模运动

阴模运动包括压制运动、下拉运动、复位运动。

其运动原理分别如下：

压制运动：

由于曲柄连杆与大拉杆的连接销是由压制横梁的两端园柱取代，所以曲柄连杆的运动也就带动了压制横梁的运动；中心轴与压制横梁是滑动配合而与控制横梁是紧配

合，上冲头下行直至进入模孔（封口）的这段行程中压制横梁是沿中心轴滑动下行，只有压

制横梁下行到压迫控制横梁时才带动中心轴一起下行；中心轴上端T型键与模架的下离合板的T型槽连接，下离合板通过四根导向杆与模板（阴模）相连，所以中心轴的下行带动阴模的下行；由于运动都是由曲柄连杆的运动带动的，所以此时上冲头与阴模的运动都是同步对—7/4—

下冲头作相对运动并进入到压制位置，使粉末体压制成型。

下拉运动：

进入压制位置时，控制横梁的两个半月形滑块座落在支承凸轮上，使阴模被支承定位；压制完成后，支承凸轮由大半径转到小半径，空出位置使阴模可以继续下行；这时上冲头开始回升，而主齿轮上的下拉凸轮却压迫下拉横梁上半月形滑块使之下行，下拉

横梁与中心轴也是紧配合，所以带动阴模继续下行到脱出位置，使压坯脱出。

复位运动：

压坯脱出后，在复位油缸（TPA15/3）、气缸（TPA50/3、TPA20/3）活塞或复位弹簧的作用下，使中心轴带动阴模迅速回升，复位到装料位置。

（c）顶压运动

顶压运动是在压制过程中，压制横梁内的蝶形弹簧或顶出装置强迫控制横梁提前到达支承凸轮上，使阴模被支承定位；此时，上冲头并未到达下死点，所以继续下行一个距离（即顶压行程），上冲头这个运动是从上往下对阴模作相对运动，所以完成对压坯的最后压制。

（d）其它运动

送料舟的运动是驱动付轴带动进给凸轮使四连杆驱动送料舟前后运动；预载脱模运动是上T型压杆内双向气缸（TPA6压机是弹簧）的作用而形成的。

其它辅助运动大都是通过相应的辅助装置来完成的。

4.2.1.1.6压机精度要求及其检测

（a）精度检测项目和标准（见表4-1）

表4-1

检测项目

精度标准（mm）

TPA15/3

TPA50/3

上压杆运行中的垂直度（前后与左右）

0.04

0.05

上T型键对模架装卡面平行度（φ100mm）

0.03

0.03

模架装卡面对下T型键平行度

0.05

0.05

下T型键跳动量（在三大行程归零时）

0.07

0.20

下T型键在压制位置上跳动量（在下拉前）

0.07

0.10

顶压行程值

6±0.5

18±1.0

压制行程值

30±0.5

90±1.0

下拉行程值

35±0.5

90±1.0

上压杆行程值

70±0.5

220±1.0

上压杆相对位置调节值

30±0.5

115±1.0

压制速度（次/分钟）

9～25

6～30

—8/4—

（b）精度检测部位和方法（见图4-2～4-7）

图4-2上压杆运行中图4-3上T型键对模架装卡面

垂直度的检测平行度的检测

图4-4模架装卡面对下T型键图4-5下T型键跳动量的检测

平行度的检测（在三大行程归零时）

—9/4—

图4-6下T型键在压制位置上图4-7顶压行程值的检测

跳动量（下拉前）的检测

4.2.1.1.7模架精度要求及其检测

（a）精度检测项目和标准（见表4-2）

表4-2

检测项目

精度标准（mm）

模架组成零部件自身的平行度

≤0.01

标明尺寸的模架平面对各紧固面（外径）的平行度

≤0.02

四根拉杆精确地与平行面成直角,100mm上的偏差

≤0.02

两根导向杆精确地与平行面成直角,100mm上的偏差

≤0.02

装模孔与平行面成直角

90°

—10/4—

（b）精度检测部位和方法（见图4-8）

∥0.02C

∥0.02A

∥0.02B

⊥0.02B

⊥0.02AB

∥0.02A

∥0.02B

∥0.02A

∥0.02A

∥0.02B

图4-8模架精度检测图

4.2.1.1.8基本的润滑维护和常见机械控制故障

（a）基本的润滑维护

机仑第一次换油是在工作300个小时后进行；以后每隔2000个工作小时换油一次。

采用40#抗磨液压油；

Cavex变速箱试车300～600个小时后换规定牌号的油，以后的换油周期是1500～5000个工作小时（但最长不超过18个月）。

其轴承润滑周期是在运行10000～15000个工作小时（但最长不超过5年），用2#工业锂基皂化脂重新润滑；

带润滑油嘴部位，一般都是每工作8小时用油枪加2#工业锂基脂三枪；

压缩空气保养装置的油杯加30#抗磨液压油。

—11/4—

（b）常见机械控制故障原因及处理（见表4-3）

故障

原因

处理

阴模回复不到装料位置

*模具复位装置的密封环损坏

*模具复位的二位三通阀损坏

*TPA6的复位弹簧损坏

检查并更换密封环

检查并更换二位三通阀

检查并更换复位弹簧

压制位置上阴模回跳

*压制位置支撑用的滑垫磨损

*压紧机构和压紧滚子磨损

检查并更换滑垫

检查并更换

阴模达不到下拉位置

*下拉滑垫磨损

检查并更换滑垫

润滑油压异常（红灯显示）

*油的粘度低，流动性过高

*油泵的马达停止

*吸管堵塞

*机内油温太高

检查并更换抗磨液压油

检查并更换保险丝

清洗吸管

加强通风、适当调低压力开关的工作点

润滑滤油堵塞（红灯显示）

*油过滤器芯子堵塞

更换过滤器芯子

气压异常（红灯显示）

*压缩空气压力不足

检查压缩空气压力

压力过载（红灯显示）

*压制密度过大

*重压

反转让上冲头回升至脱离模孔，将上冲头相对位置升高至将过载制品压出；再正转调整。

表4-3

4.2.1.2CA-NC250自动液压机

CA-NC250自动液压机是瑞士OSTERWALDER公司生产的新一代的液压设备，定位精度可达到0.01mm。

CA-NC250自动液压机的上冲头、阴模、送料舟及活动芯杆分别由各自的液压系统驱动，其运行速度、运行距离及停留时间均可通过CNC编程随意调节。

这样就可以实现多种压制方式（差动式双向压制、等双向压制等）、多种脱模方式（下拉式脱模、顶出式脱模等）及多种装料方式（吸入式装料、振动装料等），以满足不同的压制工艺要求。

目前世界一些硬质合金知名企业，已开始选用液压机作为精密压制的首选设备。

4.2.1.2.1基本结构及其特点

CA-NC250自动液压机的基本结构可分为：

上冲头驱动部份、阴模驱动部份、送料舟驱动部份、CNC控制部份、线性机械手、可装卸的模架和机身等几大部分。

—12/4—

CA-NC250自动液压机的主要特点：

一是液压驱动结构，传动平稳、结构紧凑、密封性好；二是各项功能动作均可独自进行，；三是采用可装卸模架结构，便于模具的装卸；四是调整较困难，并且需要良好的工作环境和维护保养。

4.2.1.2.2主要功能及其特点

（a）可实现差动式双向压制

CA-NC250自动液压机各工作轴的运行速度、运行距离及停留时间均可随机编程，整个压制过程都可以按工艺要求进行调整，具有很大的灵活性。

压制中，通过对上冲头与阴模运行速度比的调整，可实现差动式双向压制，任意调节压坯中性区的位置，以保证压制密度按工艺要求均匀分布。

（b）可实现分段卸压脱模

通过对液压式上冲头的“压力保持”装置，脱模过程的卸压可分阶段完成，有效地降低压坯弹性后效作用，防止压坯出现脱模裂纹。

（c）可实现多种装料方式

通过编程，阴模与送料舟可进行联动，从而实现重力装料、吸入式装料、欠装料、过装料、振动装料、仿形装料、组合式装料（即以上多种装料方式组合使用）等，确保装料的充分和均匀。

（d）可实现过程统计质量控制

CA-NC250自动液压机可按设定的压制压力，检测上冲头的压制位置；也可按设定的压制位置，监测压制压力；还可按设定的压制位置，监测压坯重量。

控制系统根据压制压力、压坯单重、压制位置及各参数的变化趋势自动校准装料高度，从而保证压坯质量稳定。

屏幕可显示最后压制的100个压坯的测量参数值，可直接查看当前压坯的质量状况。

同时还可通过对压制压力大小及曲线模式进行跟踪，实现对模具的适时监测，保护模具不因意外而造成损坏。

（e）可实现设备故障的远程诊断

CA-NC250自动液压机配置了一个数据MODEM调制解调器，可实现对设备故障的远程诊断。

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4.2.2精密模压工艺

硬质合金普通压制生产工艺比较简单，只是通过试压确定某一型号的压制单重和压制尺寸，并以此作为生产工艺参数贯彻始终。

压制生产中对设备、模具、混合料等都没有明确要求，所以只能生产一些压制精度要求不高的中低档产品。

而进行精密压制，不但要有好的硬件，也要有好的软件，具体来说就是要有：

高精度的压机（类似TPA压机）、高精度的模具（微米级合金化模具）、高性能的混合料（流动性、松装密度等好的压制性能）、精确的压制工艺参数（PM、PH、OB、L等参数）等基本条件，才能较好地进行精密压制。

4.2.2.1精密模压工艺及其参数的计算

精密模压工艺包括：

压制周期、压制工艺参数及其计算、混合料选择标准、压模选择标准、舟皿选择标准、压制品质量标准、返回料的处理等内容。

4.2.2.1.1压制周期

上冲头下行进入模孔（封口）→上冲头与阴模同步下行（底压）→阴模提前进入压制位置被支撑→上冲头继续下行至下死点（顶压）→上冲头回升，阴模继续下拉至脱模位置（脱出）→阴模迅速回升到装料位置（充填）→进入下一个压制周期（见图4-9）

图4-9压制周期曲线图

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4.2.2.1.2压制工艺参数及其计算

（a）线收缩率

普通压制线收缩率的概念是压坯尺寸与其对应的毛坯尺寸之比，其值大于1，一般为1.20左右。

精密压制中线收缩率的概念是压坯尺寸与其对应的毛坯尺寸