粉末冶金设备及车间设计讲义

粉末冶金车间设备及设计讲义绪论粉末冶金是材料科学的一个重要领域。在国民经济和国防建设中起着重要的作用。粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命；三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点；四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料；六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。工程材料主要利用其力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）；功能材料主要利用其物理性能（光、电、磁、热、声等）。领域机械、化工、电器仪表、石油钻探、国防等材质FE基、CU基、CUW合金、W制品、WCCO合金等用途摩擦材料、减磨材料、结构材料、工具材料、电工材料等多孔材料孔隙度2030，可以过滤、减震、隔音、热交换等减摩材料多孔可含油，保证高耐磨性时低的摩擦系数。摩擦材料高耐磨性和高的摩擦系数。工具材料硬质合金、粉末高速钢、金属陶瓷等工模具。电磁材料电器、电子、通讯等元件高温材料助推火箭、航空发动机、汽轮机等。目前大家在做的事情（1）金属粉末高密度、高精度、高强度粉末冶金零件的发展，导致日本、欧美低合金粉末生产的迅速发展。按照加入的合金元素，现在有CR一MN系与NI一MO一CU系，但它们皆趋向于采用复合型粉末（是指用气体式液体雾化法制成的预合金化粉末。部分扩散预合金化粉末，使一种或几种组份以涂层状或很细的弥散颗粒状分布于主要组份粉末颗粒之上或之中组成的粉末）。（2）硬质合金混料设备采用微机控制的可倾式球磨机。新的干燥方法有喷雾干燥法及流态化床干燥法以及两者结合的流态化床喷雾制粒装置。成形技术挤压成形法可生产02一035MM的打印针，中0530MM，长达3M的棒针，内径OOZMM，外径O。45MM的微型套管。还可生产整体铣刀、铰刀、麻花钻、微型钻、螺旋铣、半月型空心深孔钻等形状复杂的制品，这是模压法所难以胜任的。烧结技术过压烧结，也称低压热等静压、真空烧结热等静压或低压真空烧结。其实质是脱蜡、预烧、烧结、热等静压合为一道工序。这种新的烧结技术源于80年代初期，可以说是由热等静压技术演变过来的。可以得到孔隙度为零的产品，且能消除钻池和碳化物晶粒异常长大，因而更能保证烧结质量。涂层硬质合金自1969年问世后，发展速度很快，涂层刀片已达切削刀片总量的60一70。机夹刀片技术和废料回收技术硬质合金工艺技术方面的重大进展，除上述几方面外，还有机夹刀片或可转位刀片技木和硬质合金废料的回收拉术。机夹刀片的发展给机械加工业带来巨大效益，因此成为世界各国硬质合金厂的主要产品。最近发展起来的电泳回收法，亦可方便地回收WC和CO，克服了产物中的含锌间题，但还需进一步控制粒度。（3）航空工业粉末冶金结构材料60年代以来，粉末冶金技术在航空上的应用出现了突破性的发展，一系列新技术、新工艺和新材料相继涌现。如超细超微、高纯高合金化粉末制造技术，快速凝固、机械合金化、喷射成形（4）非晶态合金粉末非晶态合金在结构和成份上的均匀性，使它具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐腐蚀性、耐磨性，高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电藕合系数，以及良好的催化活性，储氢特性，钎焊性能和防辐照特性等，由于其性能优异、制备工艺简单，非晶态合金的研究和产品开发已成为80年代材料科学界的热点项目之一。制取非晶态合金粉末的主要方法有常规氮气雾化法，高压水雾化法，超声氦气雾化法。其它方法还有，高速旋转筒法，滚筒急冷法等。（5）精细陶瓷研究与开发只有严格控制精细陶瓷的形状与结构，才可以提高陶瓷的性能并开发新用途。（6）粉末冶金新工艺的发展自芡烬高温合成技术SHS自蔓燃高温合成技术是一种能合成，制造和加工处理各种材料的新技术。SHS技术是利用化学能而不是电能，用快速内燃，而不是慢速外部加热的方法，与传统的材料制造工艺相比，其工艺和设备简单，能耗和原材料消耗低，由于高温蒸发低沸点杂质，产品纯度高，而高温梯度和大的冷却速率，能获得复杂相或亚稳相，生产效率高，成本低等。SHS的应用非常广泛，应用领域一般可分为6个方面，即SHS制粉，SHS烧结，SHS致密化SHS焊接，SHS涂层，SHS熔敷。超细粉末的制备及其应用有人预测，2000年新材料发展的焦点一是超导材料二是超细粉末。超细粉末的制备方法很广，分物理法、化学法和物理化学法三大类。物理法有流动油面上真空蒸发法、放电爆炸法、低压气中蒸发法包括等离子射流法、电子束法、激光束法等。化学法有气体还原法、气相反应法、金属碳基物热分解法汞齐法、冷冻干燥法等。物理化学法有代表性的是活化氢熔融金属反应法其粒度范围为。0201NM，该法是一种颇有前途的工业化生产超细粉末的方法。应用广泛、技术成熟、生产低投入、深度加工高回报等，导致粉末冶金行业发展非常迅速，工厂层出不穷。株洲的知名企业与著名商标，而成为硬质合金的代名词。我国粉末冶金行业已经经过了近10年的高速发展，但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距1企业多，规模小，经济效益与国外企业相差很大。2产品交叉，企业相互压价，竞争异常激烈。3多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争。4再投入缺乏与困扰。5工艺装备、配套设施落后。6产品出口少，贸易渠道不畅。工厂性质不同国有控股、民营企业、合资企业等产品性质不同粉末专业生产厂、粉末冶金制品生产厂等本课程分两个部分车间设备和车间设计本课程学习目的1了解粉末冶金生产中基本设备2了解工厂设计的基本概念3了解生产和质量管理的基本过程与环节4建立安全、环保、防范的基本意识结业评分标准平时成绩（含作业）30分，考试70分。第一部分粉末冶金车间设备第一章制粉设备教学内容固体还原、气体还原制粉原理及设备；安全用氢；物理制粉设备。教学要求掌握气体还原制粉原理及设备；掌握安全使用氢气；了解物理制取金属粉末方法及设备。教学难点氢气的安全使用。教学安排4课时金属粉末属于松散状物质，其性能综合反映了金属本身的性质和单个颗粒的性状及颗粒群的特性。一般将金属粉末的性能分为化学性能、物理性能和工艺性能。化学性能是指金属含量和杂质含量。物理性能包括粉末的平均粒度和粒度分布，粉末的比表面和真密度，颗粒的形状、表面形貌和内部显微结构。工艺性能是一种综合性能，包括粉末的流动性、松装密度、振实密度、压缩性、成形性和烧结尺寸变化等。按转变的作用原理分为机械法和物理化学法两类，既可从固、液、气态金属直接细化获得，又可从其不同状态下的金属化合物经还原、热解、电解而转变制取。难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物一般可直接用化合或还原化合方法制取。粉末冶金制品的原材料金属粉末可有多种路径得到。物理化学方法氧化还原（矿山产品）、气相冷凝、液相沉淀、电解等机械方法机械破碎、雾化等应用最广的是还原法、雾化法、电解法。11固体碳还原制粉设备主要适用于铁粉生产生产原理CFE2O3、FE3O4、FEOFECO2本还原反应为吸热反应，温度有利反应进行。参加反应的原材料是固体C（煤、焦碳、木炭）和氧化铁（铁鳞），生成物是铁（海绵铁）和废气。对设备的基本要求加热反应11001200保温扩散型相变需要时间冷却高温出炉遇空气又氧化排气废气分压影响反应方向测温控制反应速度与产品质量进料减小劳动强度常见设备倒焰炉图11P3隧道窑图12P4生产过程控制原料准备铁矿粉（烘干）、还原剂（煤粉或焦炭粉）、脱硫剂（石灰石）装罐350380隧道窑分为三段预热带、还原带、冷却带。窑长260M预热带（51M）水分的蒸发、水合物分解和碳酸钙分解还原带（154M）铁的氧化物被CO还原CCO22COFEOCOFECO2CO2C2CO循环一切有利碳气化反应的措施，均提高还原速度。如提高温度、增加配碳量、增加碳粉表面积、加催化剂等。FEO消失后，炉内气氛为渗碳气氛，海绵铁开始渗碳2COCCO23FECFE3C正确控制还原终点，控制碳含量。冷却带（55M）低于100出炉温度下降、气氛变为氧化性质、海绵铁收缩等，再氧化。预防海绵铁再氧化措施反应罐加盖密封。过程达2040H，还原温度1180，喷嘴152支，温度控制点25个。12气体还原制粉设备前面介绍起还原作用的是CO气体，但还原剂加入为固体形式。而气体还原制粉的还原剂却是另一种还原性气体氢气。主要应用于W粉、MO粉、CO粉、NI粉、CU粉等的生产。生产原理H2MEOMEH2O本还原反应为吸热反应，温度有利反应进行。参加反应的原材料是还原性强的氢气和金属的氧化物，生成物是还原金属和氧化性强的水蒸气。对设备的基本要求加热反应9501000保温扩散型相变需要时间冷却高温出炉遇空气又氧化排气废气分压影响反应方向测温控制反应速度与产品质量进料减小劳动强度生产过程控制原材料处理，生产方法（装料，还原金属，温度控制）。与前不同是，使用了非常危险的易爆气体氢气，且产生强氧化性水蒸气。常见设备管式炉或管式还原炉图15P6网带式还原炉图16P7回转管式还原炉图111P10设备的主要结构炉头、炉身、炉尾、炉管、炉壳；推舟系统、加热系统、温度控制系统、氢气管道系统、进气排气设置、水冷系统等。生产举例氢气还原氧化钨工艺W的氧化物中有四种比较稳定形式黄色WO3、蓝色WO290、紫色WO272、褐色WO2。实际反应顺序WO301H2WO29001H2OWO290018H2WO272018H2OWO272072H2WO2072H2OWO22H2W2H2WO3H2W3H2O机理化学气相迁移长大机理。在水蒸气下，WO3生成挥发性较强的水合氧化物WO2（OH）2，呈气相，并在H2作用下沉淀在W粉颗粒上，W粒聚集长大。从机理上看，高温和湿氢有利于气相迁移。还原过程分析，它受T和比值控制2HOP1TT775WO272WO2WWO3WO290T575585WO2WT525550WWT越低还原时间越长22HOP如比值较大，T将提高；降低T，必降低比值，降低PH2O。22HOP生产控制1H2流量提高，水气迅速排除，有利得到细颗粒W粉。但太大，W粉实收率下降。转子流量计测定H2流量2氢湿度（H2中水与反应生成水）较高。当温度较高，生成WO2（OH）2速度提高，W颗粒长大加剧。顺H2和逆H2工艺3料层薄，水气易排除，有利制得细颗粒W粉。4原料中水含量太高，出炉可能再次氧化，W粉氧含量可能超标。所以，原料粉尽可能干燥。碳管炉图17P8书上作为还原炉介绍，实际多作为碳化使用。结构炉管为石墨管，也为加热元件。易氧化燃烧，故用石墨粉作保护层。特点电阻很小，很小电压，可形成较大电流，产生热量较大，达到较高温度。同时，具有负的电阻温度系数，温度越高，强度越大。T可达2200。需碳化的产品W粉、CK料（复式碳化物或称碳化物固溶体）等。不通H2WCWCW2COWCCO2通H2的C2H2CH4WCH4WC2H2TIO23CWC（4060）TICWC2COTIO23CWCTACTICWCTACH2炉安全操作氢气为易爆危险气体，爆炸危害程度非常大。工业生产却是较便宜的有效的强还原性气体。工业制造方法有水电解和氨气分解。氢气性质氢气在空气里的燃烧，生成水。2H2O22H2O这一反应过程中有大量热放出，是相同条件下汽油的三倍。因此可用作高能燃料，在火箭上使用。我国长征3号火箭就用液氢燃料。不纯的H2点燃时会发生爆炸。但有一个极限，当空气中所含氢气的体积占混合体积的4742时，点燃都会产生爆炸，这个体积分数范围叫爆炸极限。实际生产应注意的几个时候开炉、停炉、卡舟、突发停电、突发停水、突发停H2开炉新炉密封送氢炉头取样，试鸣3次（如果是钼丝炉，炉壳还应试鸣）炉头点火送水送电升温停炉推空舟断电小于500停氢停水卡舟断电加大H2流量勾舟至冷却带或卸出推空舟升温停电推空舟判断事故原因与处理时间停炉处理或等待来电停水断电降温停止推舟超过1小时，一次卸1/3舟停炉处理停氢立即封闭排气口和炉门超过半小时，断电一次卸1/2舟13雾化制粉设备雾化制粉法以快速运动的流体雾化介质冲击或以其他方式将金属或合金液体破碎为细小液滴，继之冷凝为固体粉末的粉末制取方法。雾化法是生产完全合金化粉末的最好方法，其产品称为预合金粉。这种粉的每个颗粒不仅具有与既定熔融合金完全相同的均匀化学成分，而且由于快速凝固作用而细化了结晶结构；消除了第二相的宏观偏析。雾化气体雾化、液体雾化、离心雾化、复合雾化等均属于机械方法。1气体雾化制粉设备双流雾化法图112P12常用来生产铝粉、青铜粉结构熔炼系统、气源系统、雾化系统、冷却系统、除尘系统等熔炼中频加热漏包，形成金属液流气源压缩空气或氮气雾化气体通过喷嘴吹散金属液流冷却吹散的金属熔滴落在水冷筒体中的钟罩式冷却器除尘夹带金属粉尘的气体经旋风除尘器和布袋除尘器排出2水雾化制粉设备图116P14原理与上相同，将气体变成水结构熔炼系统、供水系统、雾化系统、水粉分离系统、干燥系统等熔炼中频加热漏包，形成金属液流供水经过高压水泵提供高压水雾化高压水通过喷嘴吹散金属液流水粉分离由射流引料器将水和粉射入类似旋风除尘器的水粉分离器干燥螺旋式振动干燥器干燥含水分的金属粉3离心雾化制粉设备单流雾化结构加热系统、雾化系统、冷却系统、除尘系统等加热电弧加热式自耗电极电弧熔化图118P15电子束加热式电子束熔化电极图119P15雾化电弧加热式高速旋转自耗电极电子束加热式高速旋转坩埚冷却冷却液或氩气、氦气除尘旋风后收集14电解制粉设备主要应用于生产纯铜粉、镍粉、银粉原理在电解液水溶液或金属熔盐中通入直流电，正价金属离子在阴极得电子形成松散的金属粉末。比较几种制粉方法生产方法不同，源于金属粉末要求（颗粒形状、颗粒结晶形态、粉末物理性能、成分控制、价格等因素），原材料供应，实际生产要求等气雾化粉末颗粒呈圆形，氧含量最低低于L00106，可直接用热成形技术如热等静压制成致密化产品。水雾化粉末颗粒多为不规则形状，氧含量高高于600106，须经退火处理，但其具有很好的压缩性，可冷压成形，真正能完全有效地避免氧化物夹杂污染的措施是采用“单流”雾化制粉法，例如旋转电极雾化制粉法见旋转电极制粉法。水雾化与气雾化制作合金粉末的方法，虽然制粉的原理相同，但制得的粉末的物理性能相差还是很大的，特别是形状。由于气体的热容量要比水小，所以采用气雾化时，合金受到的激冷度低，受到雾化介质冲击时，雾化成细小液滴的合金液不会马上凝固，这给了合金液滴在下落过程中收缩成球的时间，所以容易获得球形合金粉末。水雾化时情形正好相反，由于水对雾化成细小合金液滴的激冷作用，几乎是在一瞬间，就凝固成了合金粉末，这使得那些表面张力较小的合金形成的合金粉末，呈土豆状或不规则形状，只有那些表面张力较大的合金，例如镍基合金，才能做成球形合金粉末。合金粉末的氧含量，与合金本身对氧的敏感性和雾化时的雾化环境中的氧含量有关。如果合金本身对氧非常敏感，则不仅在雾化时要采取措施，在熔化时最好也采用真空熔炼。对于大多数合金，只要在雾化时采取减少与氧的接触，就能达到降低合金粉末中氧的含量的目的。气雾化时，通常是使用氮气作为雾化介质，大量的氮气充满了雾化区，将雾化区的氧气驱逐掉了，所以能保护合金液滴在雾化及冷却时很少氧化。当一炉熔融的合金液被雾化成金属粉末时，它的表面积在雾化的一瞬间增大了无数倍，换言之，其与氧结合的面积也增大了，有更多的金属表面暴露在雾化环境中。所以，水雾化时，如果不采取措施，是无法避免合金液滴的氧化的。为了在水雾化时，能让雾化环境少氧或无氧，首先，必须将雾化筒体密封起来，将雾化环境与周围的环境隔绝开来。其次，是要将已封闭起来的雾化筒体中的氧气排除掉。最后，是在雾化的过程中一直保持这样的一个无氧或低氧的雾化环境，直到雾化结束，合金液滴全部凝固成合金粉末。第二章成形设备教学内容模压成形设备油压机、杠杆式压力机、等静压力机；挤压机、注射成形设备。教学要求掌握油压机、机械压力机的工作原理及设备结构；了解其他成形设备。教学难点重点油压机结构；机械压力机结构。教学安排4课时粉末冶金工业成形方法很多，主要介绍压力成形常用的某些设备。如油压机、机械式压力机、冷等静压力机挤压机等。21模压成形设备1油压机结构油泵、管道、阀门、油缸、机架、控制系统等油泵齿轮泵和柱塞泵图21P25齿轮泵两对齿轮供油量大，油压小。空载快速动作。柱塞泵两对打气筒供油量小，油压大。提供压机压力。管道无缝钢管。主油缸进出油管道阀门管道上安装的控制油前进方向和压力的阀门单向阀油只有一个前进方向，与齿轮泵连用溢流阀油路中调整压力机压力。也称调压阀。与柱塞泵连用，通过阻尼孔，将柱塞泵过压油溢流出管路。安全阀弹簧控制的安全阀门。保证油路钢管不爆裂。电磁阀也称换向阀。指向主油缸活塞的上或下部供油换向。OOOOOBPA油箱下腔进油上腔如果PA和BO通，油进主油缸上腔，活塞下行加压如果PB和AO通，油进主油缸下腔，活塞上行卸压油缸通常在压力机上部，为单缸；也可在下部安装，双缸；也可在侧面安装，带侧压。机架固定和支撑油缸作用。单柱悬臂；双柱；四柱。压力机公称压力25T、45T、60T、100T、200T、500T等工作原理启动电源齿轮泵和柱塞泵空转，电磁阀PA和BO接通手动打开油路阀门齿轮泵供油为主，油经PA进入油缸上腔，下腔油在压力作用下经BO进入油箱，活塞快速下行压快与模具接触后，行程开关将齿轮泵关闭，柱塞泵打开，上腔油压迅速提高，供油以柱塞泵为主，活塞慢速下行，加压达到最大压力，溢流阀作用，手动停止按钮，保压手动退出按钮，电磁阀换向，PB和AO接通，行程开关将齿轮泵打开，柱塞泵关闭，齿轮泵供油为主，油经PB进入油缸下腔，上腔油在压力作用下经AO进入油箱，活塞快速上行卸压结束一个周期。如果有多个油缸，则将以主油缸带动行程开关完成辅助油缸相应动作。2机械式压力机主要有凸轮式和杠杆式。特点；自动化生产，压力小，动作快，结构简单，价格便宜，维修方便。凸轮式机械压力机图23P31目前，应用最广的DORST公司TPA压力机。在传统的压力机结构上改进为配有高精度模架，适应多台阶复杂零件生产；辅助液压或气动系统，对不等高制品的各高度压制时进行刚度调节；气动系统的后压“顶压”调节，双向压制；气动予载脱模，沉孔制品有效脱模等。TPA自动压力机TPA自动压力机的基本结构TPA系列压机的基本结构可以分为传动部分（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）、上横梁部分（上T型杆、位置调节机构、予载气动装置）、压制机构部分（压制横梁、控制横梁、支撑凸轮、顶压机构、下T型杆）、下拉机构部分（下拉横梁、下拉凸轮）、复位机构部分（复位油缸）、送料机构部分（四连杆、进给凸轮）、控制部分（PQC3、角度编码器、配电箱）、可装卸的模架和机身等九大部分。另外可根据用户要求配置机械手等其他功能附件。设备技术性能性能项目性能参数单位最大压制压力KN最大下拉压力KN最大压制位置辅助支撑力KN上冲头行程MM上冲头调节MM最大装料高度MM最大压制行程MM最大下拉行程MM最大顶压行程MM冲程速度调节次MIN总负载KW气动工作压力MPATPA压力机结构图主要运动及传动原理的介绍1）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。2）阴模运动阴模运动包括压制运动、下拉运动、复位运动。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圆柱取代，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；中心轴上端上T型键与模架的下离合的T型键连接，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的。下拉运动进入压制位置时，控制横梁的两个半月形滑块坐落在支撑凸轮上，使阴模被支撑定位；压制完成后，支撑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。3）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撑凸轮上，使阴模被支撑定位；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，来完成对压坯的最后压制。4）其他运动送料舟的运动是驱动副轴带动进给凸轮使四连杆驱动送料舟前后运动；予载脱模运动是上T型压杆内双向气缸（TPA6压机是弹簧）的作用而形成的。其他辅助运动大都是通过相应的辅助装置来完成的。常见机械控制故障原因及处理故障原因处理1）模具复位装置的密封环损失检查并更换密封环2）模具复位的二位三通阀损坏检查并更换二位三通阀阴模回复不到装料位置3）TPA6的复位弹簧损坏检查并更换复位弹簧1）压制位置支撑用的滑垫磨损检查并更换滑垫压制位置上阴模回跳2）压紧机构和压紧滚子磨损检查并更换滚子阴模达不到下拉位置下拉滑垫磨损检查并更换滑垫1）油的黏度低，流动性过高检查并更换抗磨液压油2）油泵的马达停止检查并更换保险丝3）吸管堵塞清洗吸管润滑油压异常4）机内油温太高加强通风、适当调低压力开关的工作点润滑滤油堵塞油过滤器芯子堵塞更换滤器芯子气压异常压缩空气压力不足检查压缩空气压力压力过载压制密度过大或重压反转让上冲头回升至脱模孔，将上冲头相对位置升高至上死点，将过载制品压出，再正转调整杠杆式机械压力机图24P333摩擦压力机摩擦压力机是冲床改进的粉末压力机图26P3522冷等静压力机CIP技术结构受力架、高压容器、高压泵及管路图27P35受力架承受高压容器两端活塞压力。安置在小车上。高压容器高压缸体加上下活塞构成高压泵柱塞泵（油）和薄膜泵（气）原理利用液体或气体在密封容器内压应力传递特点，将粉体或压坯用软包套（橡胶或塑料）密封，置于传力介质中，加压而致密化。传力介质L、G、SL水、矿物油；G氩气、氮气；S橡胶、硬脂酸锌普通物理认为，液体不可压缩。实际上压力超过50MPA，体积明显减小，且压力足够大，液体出现凝固。（水400MPA成冰；矿物油600MPA凝固）。所以，通常使用冷等静压力300MPA，如果压力需大于400MPA传力介质用固体，大于1500MPA用铁粉。湿袋等静压粉末装入软模后，抽气密封，直接装入。软模易污染粉末。干袋等静压软模放入母袋中，不与液体直接接触。冷等静压产品特点密度分布均匀。产品表面精度不高，粉末在软模中分布难控制，压坯外形不规则，必经过机加工，且产生较多切削料。也可将粉末在模具中预成形，再入软模进行等静压加工。23其他成形设备挤压机，注射成形机，粉末锻造设备等。略第三章烧结设备教学内容钼丝炉；真空炉；网带式烧结炉。教学要求掌握烧结炉结构、使用特点；掌握安全操作要点；了解事故处理方法。教学难点重点真空炉结构、安全操作要点。教学安排2课时习题主要介绍钼丝炉和真空烧结炉31钼丝炉P43图32钼丝炉的基本结构与管式气体还原炉相似，只是发热元件和炉管材质不同，且工艺温度不同。为连续式作业炉。产量大，工艺成熟投资小，运行成本低，但产品尺寸受限制。此炉运行温度为1500左右，属于硬质合金烧结炉，采用氢气保护气氛。炉管材质是陶瓷材料（刚玉管），发热元件是钼丝。钼丝特点使用温度1600。抗氧化能力很差，550左右空气中加热剧烈氧化成粉末。只能在H2等保护气氛或真空下使用。制品所用舟材质为石墨。制品用氧化铝加炭黑作填料支撑。32真空炉P43图33结构炉体、水冷系统、真空系统、加热系统、控制系统等炉体水冷夹层（包括炉体、炉门），内层耐热不锈钢外层普通钢板水冷系统水冷炉门、炉体、进电极、电极导电管、罗茨泵等水可用自来水或循环水（冷却塔）真空系统真空泵（旋片泵，罗茨泵）、真空度表、管道和阀门介绍旋片泵、罗茨泵、管道连接、阀门。加热系统变压器、导电管、电极、发热体介绍进电极、发热体控制系统控制柜（电脑、电压表、电流表、开关）、测温热电偶操作过程1开冷却水2启动电源总开关3启动旋片泵4观察真空度，小于25MP，启动罗茨泵5检查系统真空和水冷系统6启动加热系统开关，进入工艺程序。7观察并记录真空度、温度、电流表、电压表、水温8结束工艺程序，关闭加热系统，随炉冷却9温度低于600，关闭罗茨泵和旋片泵10温度低于150，关闭冷却水，打开进气阀，出炉常见故障及措施1真空度不高原因真空泵问题、管道漏气问题、炉体漏气（包括进电极和热电偶密封）问题、超负荷进料等2水温较高原因水压较低3三对电流和电压表异常（不平衡）原因发热体连接间隙太大、发热体断裂、发热体与炭毡短路4温度出现异常波动原因热电偶已断、热电偶与发热体短路5产品异常原因如果操作过程无异常，应判定工艺制订有误6紧急事故处理停水立即停电，关闭所有阀门（包括水阀门），密切观察进电极，有条件送氩气或氮气；没条件，准备真空封泥。突然来水，应缓慢开启水阀门，直至水温正常。停电手动关闭所有真空系统阀门，停炉。来电后，采用快速升温至原事故温度，正常完成余下过程。其他事故（漏气、电压电流表异常、温度异常），均按停炉立即处理。33网带式烧结炉与网带式还原炉相似，只是温度控制不同。图16P7网带为封闭的能循环转动的耐热不锈钢履带。只能应用于铁铜基制品的烧结炉。温度控制在1200以下。第四章热状态致密化设备教学内容加压烧结炉、热压设备、热静压力机。教学要求了解热状态致密化设备。教学难点无难点。教学安排2课时习题41加压烧结炉图41P51典型用途是生产金刚石砂轮。同时加热和加压，利用电阻丝加热至烧结温度，金刚石层致密化同时与钢基体焊接。每套间用石墨板相隔。金刚石砂轮有浓度和粒度指标。42热压机图42P53典型用途是生产大型特殊的硬质合金制品、较大密度较高的铁铜基制品、金刚石制品等。有两种形式电阻加热式和感应加热式热压石墨是加热元件也是模具。三高石墨高强度、高密度、高纯度。43热等静压机HIP技术设备原理与冷等静压相似。但是在热状态，故有加热装置。图45P55加热方式有内热和外热，加压介质为惰性气体。工艺操作1先压后升温进料抽气后充氩加压（充氩）升温保温保压卸压降温2先升温后压进料抽气后充氩低压升温加压充氩保温保压卸压降温3同时升温加压进料抽气充氩升温保温保压卸压降温第五章辅助设备教学内容教学要求教学难点教学安排习题工艺流程和性质不同，配置的生产设备会有区别。硬质合金生产传统工艺流程原料混合（湿磨）干燥掺胶制粒压制脱胶烧结毛坯清理入库配置设备原料还原炉、碳化炉湿磨球蘑机50L180L干燥振动干燥机掺胶螺旋混料机15KG制粒擦碎筛、制粒机压制压力机脱胶脱胶炉烧结烧结炉清理喷砂机目前常用硬质合金生产工艺流程原料湿磨喷雾干燥压制（脱胶）烧结毛坯清理入库配置设备原料还原炉、碳化炉湿磨可倾式球蘑机干燥喷雾干燥塔压制压力机烧结真空脱胶烧结一体炉清理喷砂机、钝化处理机、微波清理机铁铜基制品生产工艺流程原料混料压制烧结（复压复烧）热处理整形侵油包装入库配置设备原料还原炉混料圆桶混料机、Y型混料机压制压力机烧结履带式烧结炉热处理井式热处理炉、井式渗碳炉整形压力机第二部分粉末冶金车间设计第六章概述重点内容工厂设计目的、设计任务书解读。教学要求掌握工厂设计目的、设计任务书内容。教学难点无难点。教学安排1课时习题P1111,16,115工业设计或称工厂设计61设计的目的和任务目的建立在先进技术基础上，以扩大生产，满足社会需求为目的。任务依据上级确定的任务书，完成下面内容（整体设计所交资料）。工厂设计任务书工厂设计可行性报告（附市场调查报告）工厂设计说明书（水文地质报告、工厂位置图、工厂布置平面图、建筑施工图、电气布置图、采暖通风图、设备安装图、自制设备结构零件图等）要求投资少，建厂快，布局合理，技术指标先进，效益高。62设计的依据工厂设计是根据上级部门确定的任务书进行任务书内容包括1产品要求（种类、性能），生产规模，生产方案2原辅材料及能源等供应及来源3厂址选择（地区条件）4劳动力来源，定员及生活条件保障5投资方案及控制6应达到的技术经济效益指标水平7环保要求63工厂设计程序设计单位承接的设计任务应指定工程设计负责人，组成设计组。完成设计任务分几个阶段进行，既初步设计、技术设计、施工设计。1初步设计是报批材料。按设计任务书内容进行初步设计和概算。概算投资的合理性，对基本的技术问题作出决策。将设计和概算内容、决策决定、相关图纸编成设计说明书。2技术设计对初步设计的概算进行更详细的准确计算；完善技术细节。3施工设计将技术设计内容转变为具体施工文件和图纸。包括房屋建筑；设备制作；设备安装；电气、给排水、采暖通风、除尘等系统安装。第七章可行性研究重点内容可行性研究的重要性、可行性报告。教学要求了解可行性报告格式内容。教学难点无难点。教学安排2课时习题P1111,16,11571可行性研究的重要性可行性研究是对设计项目进行全面的调查，并作出科学性综合论证。是编制设计任务书的依据。在设计项目的投资决策和运作建设中十分重要重要。将以报告的形式呈现。投资决策设计项目的可行性注重的是资源情况；市场条件；投资效果；可持续性。要决策的是投资地点、投资规模、可持续发展。市场经济下，投资是多元的（国家、地方、企业、个人）。投资方根据可行性报告的评价，决定是否投资。所以它是项目建设单位的决策性文件。运作建设是确定建设项目，编制设计任务书的基础是建设项目用地的依据（国土局）是贷款依据（银行）是申请建设执照的依据（消防、环保、工商、税务等）是签定合同的依据（投资、销售、合作、责任、申请高新技术等）72可行性研究报告内容1项目总论项目背景，规模，研究结论，主要技经指标，建议。2项目背景与发展概论背景提出，发展概况，投资的必要性。3市场分析与建设规模市场调查和预测，产品方案，建设规模。4建设条件与厂址选择资源和原材料区域条件，地区选择，地址选择。5工厂技术方案项目组成，生产方案，平面布置，工程建筑。6环保与劳动安全地区环境状况，项目的污染源、污染物，环保标准，治理方案，环保投资。7企业组织与劳动定员组织机构，定员，培训。8项目实施进度安排分阶段项目进度表，费用。9投资估算与资金筹措总投资估算，投资使用计划，资金筹措。10财务分析生产成本概算，盈利测算，还贷测算，主要技术经济指标。11研究结论和建议12附件财务表，平面布置图，工厂位置图。附件企业合资可行性研究报告（范本）第一章概况合资企业名称地址中方负责人外方负责人1合营的由来中方企业生产历史及寻求外资合营目的2项目主办人简介中方企业地理、设施、生产能力、技术力量、能源条件。外方企业生产情况、技术力量、国际地位。第二章合营目标1合营模式、规模总投资额和注册资本，双方投资比例及投资方式。2工艺过程工艺流程，产品纲领。3市场预测市场销售情况。（附国内外市场供应情况调查报告）4销售方案销售计划、渠道、责任。第三章合资企业组成方案董事会组成；企业办事机构组成；公司定员及培训；工资分配。第四章生产原料供应方案主要原料需求及供应渠道；水、电、燃料消耗和解决；包装材料；生产能力的预算计划。第五章安全和环保污染源；污染物；环保标准；环保投资计划。第六章技术经济分析技术的合理性与可实现性。第七章实施计划土建筹备；厂房交付使用；设备安装调试时间；投厂产时间。第八章财务分析设计能力；总投资费用；资金筹措；生产经营成本；财务分析表。第八章厂址选择与总平面图重点内容工厂厂址选择、工厂平面布置图。教学要求了解工厂厂址选择、工厂平面布置图。教学难点无难点。教学安排1课时习题P1111,16,11581厂址选择它是一门综合性课题。参加人员领导、专业人员、有各方面特长人员。主要考虑问题土地价格；工业布局；资源（水、电、运输、人力）；环境；风水等。82总平面图以设计数据为依据，考虑各车间的相互关系、重要性、工厂物流方向、工业污染、后续发展等，决定各车间位置，构成总平面图。第九章车间工艺设计重点内容工艺设计说明书格式内容、生产方案选择、物料平衡计算、设备选择、劳动组织、技术经济概算、过程控制与质量检查、车间平面布置。教学要求掌握设计说明书格式内容、生产方案选择、物料平衡计算过程、设备选择方法、劳动定额、成本概算、过程控制与质量检查内容、车间平面布置。教学难点工序工艺规程、过程控制与质量检查内容、车间平面布置。教学安排8课时习题P1111,16,11591车间工艺设计说明书是工厂初步设计内一个独立车间的工艺设计说明书，车间建设用。设计说明书构成1总论车间总任务（即产品种类、规格、性能、产量）；原辅材料来源；动力燃料来源；新工艺、新材料、新技术应用；远景规划等。2车间所处工厂地位工厂的主要车间还是辅助车间；产品是工厂主打产品还是配套服务产品，还是工厂新的经济增长点。3产品方案确定；生产方案确定；工艺流程确定明确生产质量控制标准。4物料平衡计算对原辅材料进项和出项作平衡计算。以表格的形式提出主要材料的需求总量。5设备选择及计算根据物料平衡计算结果，进行设备选型，决定设备台数。以表格形式提出设备需求明细。图的形式说明设备结构。6车间平面布置图的形式提出各设备安装要求。应有车间平面图和立面图。7外专业要求图的形式提出水、电、气安装要求；根据车间产品生产特点，以图的形式提出暖通安装要求。8建筑设计图的形式提出土建施工要求。9劳动组织根据设备选择及计算结果，进行生产劳动定岗定员；根据组织结构要求，进行管理机构的定岗定员；制订岗位培训计划。10技术经济指标概算根据物料平衡计算结果，进行固定资产预算、生产成本概算、流动资金概算；根据建筑设计，进行土建施工预算；根据市场调查，进行资产评估和盈利概算。以表格形式提出原辅材料的消耗和经济概算结果。92产品方案生产方案选择1产品方案拟生产的产品类型、品种、规格、产量等。应依据自己的技术条件和市场的需求而定，且有发展空间。2生产方案产品类型不同，生产方法不同。虽然，材料类生产工艺都非常成熟，但生产方案的选择在考虑区域条件和投资情况时，应尽可能地采用较先进的技术（工艺、设备、质量控制体系）。并寻求新材料新工艺发展。如佛山陶瓷地砖模具由不锈钢转变成无磁硬质合金；钢铁厂轧钢轧辊由热作模具钢转变为高强度的硬质合金；汽车飞机摩擦片由胶木向铁铜基发展，并成功研制出CC复合材料等。作为粉末冶金生产方案制订，主要考虑成形方法和致密化手段。在制订产品方案时就已经思考成熟。既模压成形、挤压成形、注射成形、冷等静压成形；真空烧结、氢气烧结、热等静压、热压等。93工艺流程的选择如果不是新材料新工艺的应用，目前材料科学的企业大规模生产工艺已为成熟工艺，工艺参数均可查。如常规硬质合金生产略94物料平衡计算数学分析方法定量计算工序投入项和产出项的物料数量。它是确定设备数量、劳动定员、能源需求的重要依据。1物料平衡计算所需原始资料详细的工艺流程图年产量和日产量日产量年产量/全年工作日KG/D设备连续生产工作日减设备年检维修时间设备间断生产工作日减国家法定休息日工序的物料产出率和损失率这些指标是衡量设计是否经济、合理、先进的重要指标。工序产出率工序产量/工序进料量100可返回损失率可返回物料量/工序进料量100不可返回损失率不可返回物料量/工序进料量1002物料平衡计算方法和步骤有两种计算方法。按工艺流程方向，“自上而下”是由原料求产品产量；“自下而上”是销售所需产品数量求原料供应量。“自下而上”步骤确定年工作日，计算日产量。该日产量为工艺流程的最后一道工序产出量。由每个工序的物料产出量计算工序进料量本工序进料量工序产出量/工序产出率由损失率计算本工序可返回和不可返回的物料量工序可返回损失料量本工序进料量工序可返回损失率工序不可返回损失料量本工序进料量工序不可返回损失率工序实际进料量工序实际进料量本工序进料总量本工序可返回损失料量如果工序进料为多组元，应每组元分别计算进料量。如果原材料（组元）中金属含量不足100，可按原料成分计算。绘制各工序物料平衡表编制物料平衡总表3物料平衡计算举例“自上而下”计算例100T硬质合金其中YT530T；YG870T一、YT5物料计算工艺流程确定烧结压制、半检湿磨、掺胶制粉工作日335天日产量30000/3358955KGYT合金的产出率、损失率损失率（）工序名称可返回率不可返回率总损失率（）产出率（）CK料制备混合料制备压制、半检烧结总损失率104635371280305050518135140421469879499609588541烧结工序出项产品；可返回料（变形、欠烧）；不可返回损失（烧损）；橡胶（胶）挥发。进项含胶压坯（混合粉料橡胶）；可返回料。工序产出率958可返回率37不可返回率05工序进料量89559589348（KG）不可返回损失料934805047（KG）可返回料934837346（KG）（工序内循环）实际进入本工序不含胶压坯量93483469002（KG）（8955KG为不含胶量，故算出都为不含胶量）橡胶的加入量（挥发损失量）工艺单加SBS溶液浓度1720加入量2L/30KG石蜡汽油溶液SBS溶液石蜡汽油溶液配制浓度汽油加入量L石蜡加入量3530322718191516配好后与SBS的重量比为7723混合。混合掺入制度牌号装料量KG石蜡汽油浓度SBS浓度加入量LYT5YT14YT15YT30YS25YW70603034303416817816817877827782混合料的含蜡量控制在2528橡胶溶液橡胶溶液配制浓度汽油加入量L橡胶加入量KG比重KG/L112201751850683橡胶溶液掺入制度牌号橡胶浓度加入量L混合料量KGYG3YG11CYG15YG6YG8YG3XYG6A1111111313145161616掺胶（蜡）1550KG混合料橡胶0610石蜡1530。加橡胶料不宜过分干燥，而石蜡料应充分干燥。本设计采用参数橡胶浓度11，比重0683KG/L。YT系100KG料，加1125L；YG系100KG料，加1175L。YGC系100KG料，加1225L。100KG混合料加橡胶1125L0683KG/L110845KG实际橡胶加入量90020845100076KG实际本工序的含胶压坯量90020769078KG烧结工序物料平衡表进料出料物料名称物料量KG物料名称物料量KG含胶压坯量可返回料量合计90783469424产品产量可返回料量不可返回损失量橡胶挥发损失合计895534604707694242压制、半检工序出项含胶压坯；可返回料（压制、半检废品）；不可返回损失（压损，桌面料）。进项含胶混合料；可返回料。工序产出率96可返回率35不可返回率05工序进料量9078969456KG可返回料945635331KG不可返回损失945605047KG实际进入本工序含胶混合料量94563319125KG压制，半检工序物料平衡表进料出料物料名称物料量KG物料名称物料量KG含胶混合料量可返回料量合计91253319456含胶压坯量不可返回损失量可返回料量合计907804733194563湿磨、掺胶工序出项含胶混合料；可返回料（筛上物、圆桶料）；不可返回损失（跑、漏料）。进项CO粉，WC粉；复式碳化物（CK料）；橡胶；可返回料。工序产出率949可返回率46不可返回率05工序进料量91259499615KG（含胶）可返回料961546442KG不可返回损失961505048KG混合料中橡胶量96150845081KG实际本工序各种粉末之和的总进料量（不含胶）本工序进料量橡胶加入量可返回料量96150814429092KG配料计算混合料组成计算标准混合料组成牌号TICOWCCKKGCOKGWCKG中比重量YT5YT14YT15YT30YW1YW2YS255011312722548484893826243628286余余余余余余34470687314352942948312041641346511214815516521130119313941358814220200220150180180180配料9092KG混合料配料计算并校对成分CO粉846KGCK料1421KGWC粉6825KG湿磨、掺胶工序物料平衡表进料出料物料名称物料量KG物料名称物料量KGC粉CK料WC料橡胶可返回料量合计846142168250814429615含胶混合料量不可返回损失量可返回料量合计912504844296154复式碳化物制备工序出项CK料；可返回料；不可返回损失（脏化）；化学损失（烧损）。进项WC粉；C粉；TIO2粉；可返回料。工序产出率987可返回率10不可返回率03工序进料量1421987144KG可返回料14410014KG不可返回损失14403004KG实际工序进料量1440141426KG复式碳化物的炉料配料计算1代号4K32TICWC4060用于YT5、YT14、YT15TIO23CTIC2COTIO23CWC4060TICWC3917254375炉料TIO2780WC875C345098509952代号4K24TICWC3070用于YT30TIO23CTIC2COTIO23CWC3070TICWC31251395548炉料TIO2625WC1096C279098809983代号4K29TICWCTAC367238802448用于YW1YW2TIO23CTIC2COTIO23CWCTAC367238802448TICWCTAC36416552955175炉料TIO2728WC591TAC350C331100410144代号4K11TICWCTAC130067481925用于YS25TIO23CTIC2COTIO23CWCTAC130067481925TICWCTAC16565590180炉料TIO2330WC1180TAC360式碳化物化学成分技术要求化学成分CK料类别TI总碳游离碳FETAC4K324K244K294K114K4031532523524528529510011239540511011498112110114758512012703030303030303030303224234170180YT5选用4K