淺談國(guó)內(nèi)粉末成形壓機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

權(quán)晉花

（佛山市康思達(dá)液壓機(jī)械有限公司，廣東佛山528000）

淺談國(guó)內(nèi)粉末成形壓機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

權(quán)晉花

（佛山市康思達(dá)液壓機(jī)械有限公司，廣東佛山528000）

粉末冶金工藝因其生產(chǎn)率高、材料利用率高、節(jié)省機(jī)床投資以及生產(chǎn)占地面積小等優(yōu)良性能而得到廣泛應(yīng)用。本文介紹了粉末成形壓機(jī)尤其是液壓式成形壓機(jī)的特點(diǎn)，并展望了其技術(shù)改進(jìn)方向。

壓力機(jī)；粉末冶金；改進(jìn)；發(fā)展

1 常見粉末冶金壓機(jī)對(duì)比

粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

粉末冶金制品應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機(jī)械制造到精密儀器，從五金工具到大型機(jī)械，從電子工業(yè)到電機(jī)制造，從民用工業(yè)到軍事工業(yè)，從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見到粉末冶金工藝的身影。其中汽車行業(yè)是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力和最大用戶。一方面汽車產(chǎn)量在不斷增加，另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5kg，歐洲平均9kg，日本平均8kg。在我國(guó)，由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，粉末冶金零部件市場(chǎng)前景廣闊，已成為眾多國(guó)際粉末冶金企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。另外，隨著我國(guó)對(duì)能源工業(yè)的重視，近年來(lái)對(duì)高效節(jié)能電機(jī)推廣力度加大，也推動(dòng)了磁材等濕壓粉末成形技術(shù)的改進(jìn)。

成形是粉末冶金工藝的第二道基本工序，是在一定的壓力等條件下由松散的金屬粉末成形為具有一定形狀、尺寸、強(qiáng)度的工藝過(guò)程。壓制過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷一般無(wú)法在燒結(jié)過(guò)程中彌補(bǔ)，所以壓胚質(zhì)量的好壞和穩(wěn)定完全依靠粉末成形機(jī)的質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)大部分采用進(jìn)口粉末成形設(shè)備，包括德國(guó)Dorst公司、日本玉川株式會(huì)社、上瀧精機(jī)株式會(huì)社等高檔粉末冶金壓機(jī)。國(guó)內(nèi)壓機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距主要表現(xiàn)在：①壓力機(jī)的性能和可靠性不高；②粉末成形壓力機(jī)的品種少；③數(shù)控粉末冶金壓力機(jī)處于研制和試制階段；④粉末冶金成形壓力機(jī)自動(dòng)化問(wèn)題尚未解決。

隨著對(duì)粉末冶金制品性能要求的越來(lái)越高，以及對(duì)國(guó)外技術(shù)的不斷吸收學(xué)習(xí)，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一批小噸位機(jī)械式粉末壓機(jī)并在壓機(jī)上增加了一些附件（模架）和附屬裝置（模架快速交換裝置），一定程度上滿足了國(guó)內(nèi)粉末制品的發(fā)展需求。但是機(jī)械壓機(jī)壓力較小、沖程短、沖壓不夠平穩(wěn)、保壓困難，不適用壓制較大較長(zhǎng)或要求壓制速度極慢（濕壓）零件，而這些都是液壓壓機(jī)的特長(zhǎng)。

2 濕式液壓粉末成形機(jī)

本文以磁性材料磁瓦的濕式液壓成形為例談?wù)勔恍\見。濕式壓機(jī)是以成形原材料來(lái)命名的，相對(duì)干（粉）式壓機(jī)而言。濕式壓機(jī)原料多為漿料，采用注射方式注料，成形中要求排出水分后進(jìn)行適當(dāng)保壓，排水過(guò)程中要求壓制速度非常緩慢。目前國(guó)內(nèi)一些大型磁瓦生產(chǎn)廠家已經(jīng)在使用國(guó)產(chǎn)液壓成形機(jī)，這類壓機(jī)為了實(shí)現(xiàn)慢速排水壓制，采用單獨(dú)的小功率電機(jī)泵組進(jìn)行慢速加壓，采用手動(dòng)微調(diào)的調(diào)速閥進(jìn)行最終速度控制。

成形壓機(jī)中關(guān)鍵的控制原件由于采用手動(dòng)微調(diào)的調(diào)速閥，其本身的不穩(wěn)定性無(wú)法滿足市場(chǎng)的高要求。分析國(guó)際同類壓機(jī)廠家，發(fā)現(xiàn)他們采用的是大流量油泵加伺服閥控制系統(tǒng)，帶有壓力、位移的雙重反饋，可以在一次壓制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓制速度的無(wú)級(jí)變化，同時(shí)經(jīng)過(guò)反饋及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，在大幅提升整個(gè)壓制速度的同時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行自我調(diào)整，避免了殘次品出現(xiàn)。而之前壓制胚件的大多數(shù)內(nèi)部缺陷在經(jīng)過(guò)燒結(jié)才可以發(fā)現(xiàn)，但此時(shí)已造成了相當(dāng)大的損失。當(dāng)然大流量伺服閥的使用導(dǎo)致了液壓件、電氣件采購(gòu)成本的居高不下，因而整個(gè)壓機(jī)的價(jià)格也非常高。

3 控制系統(tǒng)改進(jìn)方向

既然伺服閥控可以實(shí)現(xiàn)，那么在注塑機(jī)行業(yè)已成功應(yīng)用的伺服泵控可以嗎？伺服泵主要依靠伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同階段輸出不同的流量，即在快速空載下行和回程等低壓階段充分發(fā)揮油泵的高轉(zhuǎn)速特性達(dá)到快速要求，當(dāng)進(jìn)入慢速壓制時(shí)又可根據(jù)實(shí)際壓制速度的不同調(diào)節(jié)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。同時(shí)，該類機(jī)型都有注料系統(tǒng)，采用伺服泵控同樣可根據(jù)需求調(diào)整合適的轉(zhuǎn)速。因此，伺服泵控系統(tǒng)在液壓行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。尤其對(duì)于壓制速度要求很低即實(shí)際功率需求低，輔助環(huán)節(jié)要求高速的機(jī)型，不僅可以取消原機(jī)的冷卻系統(tǒng)而保證油溫正常，同時(shí)可節(jié)省電能高達(dá)50％，對(duì)于降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有明顯優(yōu)勢(shì)。

但是，由于泵控系統(tǒng)有最低穩(wěn)定值限制等因素影響，不能精準(zhǔn)達(dá)到漿料排水成形的低速和無(wú)級(jí)變化要求，所以在高壓低速時(shí)還需更加精確的控制手段。經(jīng)了解，六通徑的帶壓力、流量雙反饋比例伺服閥已在國(guó)內(nèi)制造業(yè)應(yīng)用，如已在某金屬擠壓機(jī)上成功替代進(jìn)口MOOG伺服閥，在頻率響應(yīng)、重復(fù)精度和滯環(huán)等方面都有良好表現(xiàn)。其可實(shí)現(xiàn)原機(jī)手動(dòng)調(diào)整的精細(xì)度，還能實(shí)現(xiàn)同一壓制過(guò)程的無(wú)級(jí)精細(xì)變速，甚至可及時(shí)根據(jù)壓力和位置的反饋進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以及比較最終的壓力和位移數(shù)值，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因原材料含水變化、充填不足等因素導(dǎo)致的殘次品，大幅提升生產(chǎn)效率和成品質(zhì)量。另外，磁材壓機(jī)需充磁、退磁，該工藝決定了成形機(jī)周圍存在較大電磁干擾，普通高精度位移傳感器易受干擾導(dǎo)致精度采集偏差，采用高精度滾珠絲杠加旋轉(zhuǎn)編碼器結(jié)構(gòu)，有效解決該問(wèn)題。由此，在高效節(jié)能液壓伺服泵、高精度比例伺服閥，配合高精度的電子壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器，加上人性化的觸摸式操作屏，基本實(shí)現(xiàn)壓制過(guò)程信息自動(dòng)化處理，且具有一定的智能化自動(dòng)調(diào)整功能。該新的技術(shù)改良組合所需成本比國(guó)外大流量閥控系統(tǒng)低得多，同時(shí)節(jié)能效果顯著，應(yīng)用前景廣闊。

4 前景展望

粉末冶金成形行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)設(shè)備提出了更高要求。同時(shí)，響應(yīng)中國(guó)制造2025，推進(jìn)工業(yè)3.0（機(jī)械化+自動(dòng)化+信息化）甚至工業(yè)4.0（機(jī)械化+自動(dòng)化+信息化+智能化）進(jìn)程，抓住“機(jī)器換人”高潮期到來(lái)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，不斷提升設(shè)備精度、效率、穩(wěn)定性，同時(shí)注重發(fā)展配套的自動(dòng)化、信息化、智能化，不斷縮小與國(guó)外同類產(chǎn)品的差距，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、高質(zhì)量的設(shè)備，使我國(guó)不僅成為粉末原材料和零件生產(chǎn)大國(guó)，也成為粉末設(shè)備制造大國(guó)。

[1]金鳳明，竇志平，韓新民.伺服壓力機(jī)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2012，25（1）：19-21.

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[4]徐燕軍，麻洪秋，彭文，等.中國(guó)金剛石工業(yè)與粉末冶金[A].2009全國(guó)粉末冶金學(xué)術(shù)交流論文集[C].張家界，2009：21-28.

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Discussion about improved design of national powder form ing machine

QUAN Jinhua
（Foshan Constant Hydraulic Machinery Co.,Ltd.,Foshan 528000,Guangdong China）

The characteristics of powder forming machine especially for the hydraulic forming machine have been introduced in the text.The development trend of the technology has beenprospected.

Powder metallurgy;Application;Development trend;Problems and opportunities

TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.010

1672-0121（2016）05-0035-02

2016-06-17；

2016-08-06

佛山市專項(xiàng)“雙提升”扶持項(xiàng)目（佛財(cái)工[2014]140號(hào)）

權(quán)晉花（1979-），女，工程師，從事液壓機(jī)械設(shè)計(jì)制造。E-mail：angel0354@126.com