了解DIE填充行为及其对最终产品的重要性

更好地了解在制备，转移和填充模具时粉末行为在粉末冶金中至关重要。这是因为每一步都对成品组件的质量产生影响。为了在制造过程中获得高质量和生产率，既应兼容。

本文分析了四种不同材料的动态流动，体积和剪切特性，并表明了模具填充的有效性如何良好地对应于几种粉末性能。欧洲杯足球竞彩

因此，关于粉末的体积和流动性质的精确数据的可用性使得能够估计模具填充的效率，从而防止需要更常见的“试验和误差”方法。

介绍

以下阶段用于制造由金属粉末制成的组件：

1. 模具填充粉末从进料鞋中排出并允许进入模腔
2. 粉末转移粉末被移入模具并进行一系列刀具运动，以产生紧凑的产品，接近终极形状
3. 模具中的压实粉末被压缩以形成生坯
4. 喷射-粉末在压实后从模具中排出
5. 烧结—压实后，坯体在还原气氛中烧结
6. 该部件是加工或尺寸的，以确保尺寸容差是持续的

特别地，包括压实，喷射和烧结的阶段对最终组分的性质具有相当大的影响。更好地理解在制备，模具填充和粉末转移期间对粉末的行为非常重要。这是因为这些粉末的密度分布和填充结构可能影响后阶段，并影响成品组分的完整性。

粉末流动性和模具填充

许多实验方法已被用于量化粉末流动性相对于模具填充。这些方法包括以下内容：

• 休息的角度
• 霍尔流量计和Flodex流量计（通过开口排出的质量流量或时间）
• 豪斯纳比和卡尔指数(浇注和抽头容重)
• 剪切单元(量化固结块状固体的屈服强度)

虽然上述方法在某些工艺环境中可能被证明是有用的，但没有一种方法可以预测模具填充时的粉末行为。

影响粉末行为的因素

粉末行为是复杂的。它受到物理性质的组合和加工设备的特性，并且粉末流动性不能充分地表达为单个值或指数。2020欧洲杯下注官网模具填充是一种动态过程，所以使用的任何粉末表征方法都应该密切反映真正的工业瞄准。

钨，铝和玻璃珠的案例研究模具填充行为

本文研究了铝，钨和两种不同标称尺寸的玻璃珠的模具填充行为，或模具填充率。这FT4粉末流变仪从弗里曼技术用于表征动态流动，散装和剪切性能。

实验方法

粒度和形态

来自英国Malvern的Malvern Instruments的Mastersizer 2000用于确定每种材料的粒度分布。还使用JEOL 6340F扫描电子显微镜（SE欧洲杯猜球平台M）定义颗粒的形态。表1显示了实验结果。

表格1。一般粉末性能。资料来源：弗里曼科技有限公司

材料	欧洲杯足球竞彩材料/粉末描述	D.50.(µm)	形状
（一种）	GL玻璃珠子	174.	球形
（b）	GS玻璃珠	68.	球形
（C）	颗粒铝粉	134.	不规律的
（d）	钨粉	4.	棱角

调节粉末

为了实现可重复的数据，粉末应表现出均匀的包装状态。当收到某些粉末进行测试时，它具有各种因素的独特历史，如整合，曝气，隔离，振动或结块。为了消除该历史，通过轻轻移位整个粉末样品，松动并将其略微收入到可重复和均质状态下进行“调节”。

在测量之前，将所有样品用于剪切，体积和动态测试，并使用FT4粉末流变仪进行“归一化”。

测量粉末流动性

Freeman技术的FT4粉末流变仪是一个通用的粉末测试仪。配件，如剪切头，活塞和叶片，可以旋转且轴向地旋转到粉末样品中，而旋转力和轴向力被定量。两个轴都具有多种控制模式，例如扭矩，力和速度。除了样品制备之外，典型的动态测试，剪切测试和曝气测试都是自动的，而无需运营商的参与。

使用48mm直径的叶片进行动态测试，并在50mm孔的硼硅酸盐试验容器中转移160ml粉末样品（参见图1a和1b）。使用85mL样品，通过自动化，18个段，直径48毫米直径的旋转剪切单元附件进行整个剪切测试（参见图1C）。

图1a。向下测试模式显示沿整个刀片长度的推土机动作。图片信用：Freeman Technology Ltd

图1b。以最小固结量向上试剪。图片信用：Freeman Technology Ltd

图1c。剪切样品容器上方的细胞。图片信用：Freeman Technology Ltd

模具灌装钻井平台

模拟商业上可用填充工艺（参见图2），专门开发了模型模具灌装钻机。它由静止管芯和电动单元组成，该机动单元以50至300mm / s的稳定速度驱动显示器。

图2.。模具填充过程的示意图。图片信用：Freeman Technology Ltd

在该分析中使用的饲料鞋具有圆柱形状，直径为50mm，固定体积为160mL。汽缸模具的直径为25mm，体积为10 mL。

在50至250mm /秒的鞋速下进行实验。FT4粉末流变仪用于条件160mL样品，仔细地向钻机转移到模具上的平移。随后定量了向模具移位的质量以建立填充率。该方法重复三次，在每种过程中，使用新的调节粉末样品。

结果与讨论

粉末流动性

表2中已经总结了最显着的材料特性，本节进一步讨论了这些性质。

表2。粉末流动性质以不同的状态为特征。资料来源：弗里曼科技有限公司

测量	玻璃gl.	玻璃GS.	铝	钨钨
基本流动性能量，BFE（MJ）	1431	899.	3300	5964
稳定性指数，si	1.03	0.97	1.25	1.10
流量指数，fri	1.04	1.02	1.48	1.40
条件散装密度，CBD（G / mL）	1.44	1.46	1.24	4.17
堆积密度，巩固20个水龙头，（g / ml）	1.50	1.49	1.34	4.97
特定能量SE（MJ / G）	3.36	2.36	4.40	6.70
曝气比率AR	49.2	56.3.	171.5	26.1.
粉末床的压降 在2毫米/秒的空气速度下，PD15.(mbar)	0.82	5.20	1.40	15.3
整合指数CI20碟- 因素由 相对于BFE的流量增加	1.31	1.11	1.43	2.32
音量变化-20次(%)	4.0	2.0	7.5	16.1
- 15kpa直接压力， 压缩性（％）	2.03	2.46	3.50	11.1
剪切应力，t2（KPA）	1.0	0.74	1.57	1.64
剪切应力，t1（KPA）	0.52	0.39	0.88	1.02
无限制的屈服强度，UYS（KPA）	0.28	0.13	0.45	1.09
内部摩擦角度（°）	23.9	18.7	35.7	34.0
Cohesion，CO（PA）	90.	46.	120.	297.
流量功能，FFC	14.0	29.3.	11.6	5.53

特定能量（SE）

特定能量（SE）是粉末在非整合或低应力环境中流动的程度。它是根据在经型，精确体积的粉末中起作用的特定流动模式所需的能量计算。在测量期间，该流动图案是刀片的向上顺时针运动（参见图1B），产生柔和的提升和低应力流。通过在从容器的底部到顶部的粉末移动叶片时完成的工作来计算SE通过粉末（向上横向）。重力在该测试中占主导地位，因此可以补偿变化的散装密度，流动能量表示为特定能量，MK / g。

SE主要取决于作用在颗粒之间的剪切力。欧洲杯猜球平台凝聚力通常是低压力环境中最具影响力的财产。样品GS具有最低的SE，表示其在低应力，条件状态下最容易流动。Tungsten拥有最高的SE，表明它表现得最大。有趣的是，GL具有比GS更高的SE，表明较高的内聚力。

基本流动性能量（BFE）

在这种传统的动态试验中，通过推土机叶片作用（参见图1a）固结以前调节的粉末，其向向下方向推动粉末朝向含容器的基部。

基本流动性能量（BFE）值是主要参数，并且对于流动性质的微小变化非常敏感和区分。如表2所示，结果在玻璃GS中的钨中的5964 MJ与899MJ不同。

通风

粉末的流动性能受到空气的存在或不存在的显着影响;当粉末自由移位时，自然添加空气。当粉末经受通气时，通常需要最小的能量来移位它。曝气比（AR）描述了流动能量的降低。

在粘性粉末中，空气不能渗透通过粉末体，结果，形成大鼠孔或通道。因此，产生的能量变化相当小。较少的粘性粉末允许空气渗透整个散装，导致能量巨大减少。在某些情况下，几乎所有颗粒分开，导致床流化。欧洲杯猜球平台粉末与曝气的敏感性很好地与其在重力进料系统中的性能相比，并且类似于体积填充等程序。

在通气期间，在暴露于相同的空气速度范围内时，四个粉末的作用非常不同（参见图3）。铝，GL和GS玻璃珠子流化高于特定的空气速度。由于其渗透性，GL样品需要最高的速度，快速释放空气，并且需要相当大的气流来分离颗粒。欧洲杯猜球平台

图3。流量如何随空气速度的函数而变化。图片信用：Freeman Technology Ltd

较小的玻璃珠GS具有较低渗透性的六倍，这使得在相对低的空气速度下能够流化。因此，与GL相比，少量夹带的空气将大大提高GS的流动性。但是GL将迅速排放大量夹带空气。

此外，铝粉具有较高的渗透性，需要较高的风速来流化。钨由于渗透性差而不能流态化，如图3所示，其流动能量要求很高。钨颗粒的紧密结合使床层具有粘性，注入的空气形成通道逃逸。欧洲杯猜球平台

巩固——它如何影响流动能量

夹带空气和更近填料的损失表明，固结或压实的粉末不太可能在重力的影响下自由流动。在使所有四个粉末进行20点到20个水龙头后，确定它们的固结。几种工艺（例如模具填充）施加振动，并且粉末对该振动的敏感性显着。使用标准动态测试（如在BFE测量中），以确定由于固结而增加流量的水平。

表2中所示的结果表明，对于体积减少16％，钨的正常流量（BFE）的升高为230％。对于GS玻璃，这与能量增加10％并仅比体积减少2％。

压缩性

可压缩性可以定义为散装性质测量，当逐渐压缩时分析调节样品的体积变化以允许夹带空气逸出。尽管压缩性不是流动性的直接测量，但它可以表示粉末是否自由流动或内聚。

钨对压缩的敏感性最高(见图4)。GS和GL的压缩性都极低，反映了在低应力条件下颗粒的相对有效堆积。欧洲杯猜球平台这可以归因于它们的高渗透性，低黏聚力和球形。

图4。压缩性作为施加的正应力的函数。图片信用：Freeman Technology Ltd

铝粉的可压缩性介于钨粉和玻璃珠之间，因为其不规则的形状和大的颗粒尺寸使其能够在一定程度上重新排列，并使包装更紧密。

磁导率

渗透性是一种衡量材料，材料通过其块状物体将易于传递流体（在这种情况下是空气）。粉末情况下的影响因素包括物理性质，如透明率，粒度和分布，堆积密度，颗粒刚度，表面纹理和形状。外部因素，例如固结应力，也通过改变粒子接触表面区域和孔隙率产生影响。

虽然粒状粉末通常是最渗透性的，主要含有亚30-μm尺寸粒子的粘性粉末通常是最不渗透性的。欧洲杯猜球平台具有大和细颗粒的粉末可以产生紧密的填充结构，具有细颗粒填充颗粒之间的欧洲杯猜球平台空隙，从而降低粉末体的渗透性。它是在模具填充时建立夹带空气的渗透率。

图5描述了在上升的法向应力下巩固粉末时，维持连续的气流(2mm /秒)所需的跨粉床深度的气压差。虽然增加的应力降低了钨的渗透性，但它对其他粉末没有太大的影响，因为它们更大的粒径和更低的可压缩性。

图5。作为施加正常应力的函数，通过恒定的2mm /秒的空气速度下降通过粉末床。图片信用：Freeman Technology Ltd

GL和粒状铝的渗透性比其他两种样品更强，这种高渗透性归因于它们相对较大的孔隙结构。

剪切细胞

剪切是粉末的主要流动方式，导致颗粒相互滑动。欧洲杯猜球平台高剪切强度意味着更大的流动阻力。与玻璃相比，铝和钨的产量位点相对较高，如图6所示。

图6。剪切应力与样品的正常应力合并并​​在3kPa正常应力下剪切。图片信用：Freeman Technology Ltd

剪切试验在1,1.25,1.5,1.75和2kPa正常应力下进行，而样品预先合并至3kPa正常应力。

粉末的衍生的无凝结屈服强度或压缩强度决定了由于形成稳定桥的料斗中的排出。摩擦和内聚力值的内角也可以从图6中得出（参见表2中的值）。

在模具填充中，剪切性能很大，因为保留在分配鞋中的粉末应该在重力的影响下剪切流入模具，并且不得桥接。这种因素将在模具填充过程时控制质量流量。如果给定正常应力的摩擦和剪切应力的内角度较高，则粉末将在过程环境中发起流动期间引起更多问题。

死亡行为

调节粉末的填充行为

两级连续阶段涉及重力填充 - 即从鞋子中粉末流动，以及模具中的粉末沉降/包装。许多重要因素 - 例如粉末流动性，从模具逸出，夹带空气中的粉末冲击模具填充的比例。

在初步测试中，所有粉末在模具填充之前都经过了调理。根据调整后的堆积密度和填充质量计算出调整后粉末的模具填充比(见图7)。四种粉末的模具填充能力差异很大，GL玻璃的填充能力最好，钨的填充能力最差。钨在最低鞋速下填充良好，但在最高鞋速下填充率低于20%，而GL玻璃仍保持在80%以上。

图7。不同鞋类速度下四种不同粉末的模具填充率。图片信用：Freeman Technology Ltd

充气和抽头粉末的模具填充行为

鞋中粉末的包装条件以及其对散装密度和空气含量的影响影响了模具填充的性能。为了测量这一点，在轻度充气和略微合并状态下评估钨和铝。样品在10mm /秒（钨）和20mm /秒（铝）下曝气，然后小心地转移到模具灌装台上。

充气粉末具有最佳的填充能力和固结粉末最糟糕的粉末

图8为抽头钨粉的模具填充率。攻丝的影响相当明显，使模具填充率进一步降低50%，容重增加16%。

在150毫米/秒的“Aerated”钨上进行单一测量，没有显示条件数据的任何变化。钨粉的通气明显地产生通道，不会改变床的包装状态。

图8。不同粉末包装条件下钨粉的模具填充性能。图片信用：Freeman Technology Ltd

粉末性能和填充性能

总共，13流动性和其他粉末特征量化。对于大多数参数，低值意味着改善的流动性，而较高的值表明流动性较差。曝气比是一个例外，其中高值表示良好的流动性和通气。

当比较高度类似的材料时，变化范围的流动性指标的可用性特别有用。欧洲杯足球竞彩由于铝，钨和玻璃球体深刻不同，因此不是绝对必要的量化该分析中的所有参数。

但数据(参见表2)表明，所有参数之间有很好的相关性——钨的最高值和GS玻璃的低值，验证了钨的较差的流动特性。

在填充230mm /秒时，所有四个粉末的填充率如图7所示。存在透明的相关 - 钨具有最差的填充比和流动性，其次是铝。但是玻璃球体数据令人惊讶：与较小的球体的GS具有最佳的流动性，但与GL的较大球体相比，填充率较差。这是由于GL的最大渗透性。GL以容易地排出夹带空气的电位使得能够更彻底的模具填充，并且通过注意床崩溃率来验证这一点。

空气是影响重力充型的关键因素，尤其重要。重要的阶段:

（a）填充前粉末的空气含量

（b）空气夹带作为粉末从鞋中滴入模具

（c）在模具中排出夹带的空气

(d)充液后空气从模具中逸出

虽然前三个相直接涉及之前讨论的粉末的性质，但是模具体积（D）的通风依赖于模具设计，并且不是该分析的一部分。

曝气数据展示了空气在流动性质（A）上的重要性。由于其粘合性和细粒尺寸，钨不通往。但玻璃球体有趣地不同，因为GS气泡和最终流化在相对低的空气增加，而具有高渗透性的GL需要有效的流化。因此，GS在模具填充时迅速燃烧，使其优异的流动性能，但在模具中，它在排出空气中相对较差。

在填充之前的空气粉末证明曝气可增强流动性（不包括细粘性粉末），从而改善流入模具并提供更高的灌装比率。合并增加堆积密度，排除空气，降低填充率，并妥协流动性。

结论

该研究量化了三种极不同粉末的模具填充性能，并确定了与流动性质和其他特征的相关性。一种通用粉末测试仪用于测量具有决定性结果的详细的属性。

粉末性能和模具填充性能之间存在明显的相关性。通常，具有低水平的流量，固结指数，流速指数，可压缩性，凝聚，剪切强度，内部摩擦的粉末和压缩强度（UYS）的粉末填充。但渗透性同样显着，并且可能存在通道的粉末的改善渗透性。这是因为渗透率太少，但它也抑制了脱气。极其可渗透的粉末可能不会流化或增加其夹带空气，直到施加大量空气，但它会迅速渗透。

所有四个粉末都具有高度不同的模具填充性能;4μm钨是最糟糕的，174μmgl玻璃是最好的。这是因为GL玻璃珠的优异渗透性和良好的流动性能。粘性4μm钨渗透性差和流动性差。

模具填充的性能依赖于分配鞋中存在的粉末的包装条件。含有4μm钨，合并显着降低了流动性，可能导致桥接和零填充。瞬间夹带空气的粉末将提高它们在通气时填充能力和流动性。

总而言之，可以从关于大量和流动特性的数据估计模具填充的效率。如果填充适当可用的粉末伴有挑战性粉末，可以量化与“好”和“坏”相关的粉末的性质。随后可以与该信息进行比较最新的制剂，并且可以估计它们的模具填充性能。

此信息已采购，从弗里曼技术提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩

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