權晉花

（佛山市康思達液壓機械有限公司，廣東佛山528000）

淺談國內(nèi)粉末成形壓機改進設計

權晉花

（佛山市康思達液壓機械有限公司，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用。本文介紹了粉末成形壓機尤其是液壓式成形壓機的特點，并展望了其技術改進方向。

壓力機；粉末冶金；改進；發(fā)展

1 常見粉末冶金壓機對比

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)過成形和燒結，制造金屬材料、復合以及各種類型制品的工藝技術。

粉末冶金制品應用范圍十分廣泛，從普通機械制造到精密儀器，從五金工具到大型機械，從電子工業(yè)到電機制造，從民用工業(yè)到軍事工業(yè)，從一般技術到尖端高技術，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，由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，粉末冶金零部件市場前景廣闊，已成為眾多國際粉末冶金企業(yè)關注的焦點。另外，隨著我國對能源工業(yè)的重視，近年來對高效節(jié)能電機推廣力度加大，也推動了磁材等濕壓粉末成形技術的改進。

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、強度的工藝過程。壓制過程中出現(xiàn)的缺陷一般無法在燒結過程中彌補，所以壓胚質(zhì)量的好壞和穩(wěn)定完全依靠粉末成形機的質(zhì)量。目前，國內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)大部分采用進口粉末成形設備，包括德國Dorst公司、日本玉川株式會社、上瀧精機株式會社等高檔粉末冶金壓機。國內(nèi)壓機最大的優(yōu)勢在于價格，同發(fā)達國家相比差距主要表現(xiàn)在：①壓力機的性能和可靠性不高；②粉末成形壓力機的品種少；③數(shù)控粉末冶金壓力機處于研制和試制階段；④粉末冶金成形壓力機自動化問題尚未解決。

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

2 濕式液壓粉末成形機

本文以磁性材料磁瓦的濕式液壓成形為例談談一些淺見。濕式壓機是以成形原材料來命名的，相對干（粉）式壓機而言。濕式壓機原料多為漿料，采用注射方式注料，成形中要求排出水分后進行適當保壓，排水過程中要求壓制速度非常緩慢。目前國內(nèi)一些大型磁瓦生產(chǎn)廠家已經(jīng)在使用國產(chǎn)液壓成形機，這類壓機為了實現(xiàn)慢速排水壓制，采用單獨的小功率電機泵組進行慢速加壓，采用手動微調(diào)的調(diào)速閥進行最終速度控制。

成形壓機中關鍵的控制原件由于采用手動微調(diào)的調(diào)速閥，其本身的不穩(wěn)定性無法滿足市場的高要求。分析國際同類壓機廠家，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，可以在一次壓制過程中實現(xiàn)多級壓制速度的無級變化，同時經(jīng)過反饋及時進行調(diào)整，在大幅提升整個壓制速度的同時能夠及時進行自我調(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)過燒結才可以發(fā)現(xiàn)，但此時已造成了相當大的損失。當然大流量伺服閥的使用導致了液壓件、電氣件采購成本的居高不下，因而整個壓機的價格也非常高。

3 控制系統(tǒng)改進方向

既然伺服閥控可以實現(xiàn)，那么在注塑機行業(yè)已成功應用的伺服泵控可以嗎？伺服泵主要依靠伺服電機的轉速控制，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)揮油泵的高轉速特性達到快速要求，當進入慢速壓制時又可根據(jù)實際壓制速度的不同調(diào)節(jié)伺服電機轉速從而實現(xiàn)無級變速。同時，該類機型都有注料系統(tǒng)，采用伺服泵控同樣可根據(jù)需求調(diào)整合適的轉速。因此，伺服泵控系統(tǒng)在液壓行業(yè)的應用越來越廣泛。尤其對于壓制速度要求很低即實際功率需求低，輔助環(huán)節(jié)要求高速的機型，不僅可以取消原機的冷卻系統(tǒng)而保證油溫正常，同時可節(jié)省電能高達50％，對于降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)節(jié)能減排具有明顯優(yōu)勢。

但是，由于泵控系統(tǒng)有最低穩(wěn)定值限制等因素影響，不能精準達到漿料排水成形的低速和無級變化要求，所以在高壓低速時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內(nèi)制造業(yè)應用，如已在某金屬擠壓機上成功替代進口MOOG伺服閥，在頻率響應、重復精度和滯環(huán)等方面都有良好表現(xiàn)。其可實現(xiàn)原機手動調(diào)整的精細度，還能實現(xiàn)同一壓制過程的無級精細變速，甚至可及時根據(jù)壓力和位置的反饋進行實時調(diào)整，以及比較最終的壓力和位移數(shù)值，及時發(fā)現(xiàn)因原材料含水變化、充填不足等因素導致的殘次品，大幅提升生產(chǎn)效率和成品質(zhì)量。另外，磁材壓機需充磁、退磁，該工藝決定了成形機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致精度采集偏差，采用高精度滾珠絲杠加旋轉編碼器結構，有效解決該問題。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、旋轉編碼器，加上人性化的觸摸式操作屏，基本實現(xiàn)壓制過程信息自動化處理，且具有一定的智能化自動調(diào)整功能。該新的技術改良組合所需成本比國外大流量閥控系統(tǒng)低得多，同時節(jié)能效果顯著，應用前景廣闊。

4 前景展望

粉末冶金成形行業(yè)的飛速發(fā)展，對設備提出了更高要求。同時，響應中國制造2025，推進工業(yè)3.0（機械化+自動化+信息化）甚至工業(yè)4.0（機械化+自動化+信息化+智能化）進程，抓住“機器換人”高潮期到來的時間節(jié)點，不斷提升設備精度、效率、穩(wěn)定性，同時注重發(fā)展配套的自動化、信息化、智能化，不斷縮小與國外同類產(chǎn)品的差距，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的、高質(zhì)量的設備，使我國不僅成為粉末原材料和零件生產(chǎn)大國，也成為粉末設備制造大國。

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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“雙提升”扶持項目（佛財工[2014]140號）

權晉花（1979-），女，工程師，從事液壓機械設計制造。E-mail：angel0354@126.com