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干壓成型

發(fā)布時(shí)間：

2026-01-15 15:31

來(lái)源：

干壓成型（Dry Pressing）是將造粒后的電瓷粉料（含少量結(jié)合劑與水分）置于高精度鋼制模具中，通過(guò)專用壓力機(jī)施加單向或雙向高壓，使粉體顆粒重排、緊密結(jié)合并形成特定形狀坯體的成型方法。該工藝以坯體密度高、尺寸精度好、收縮率小、生產(chǎn)效率高為核心優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于形狀相對(duì)簡(jiǎn)單的絕緣子、瓷套、支柱等電瓷產(chǎn)品的制造。

一、工藝原理與核心特點(diǎn)

（一）工藝原理

干壓成型的實(shí)質(zhì)是在外力作用下，造粒粉體顆粒在模具內(nèi)克服內(nèi)摩擦與壁摩擦，發(fā)生顆粒重排→彈性變形→塑性變形，逐步填充間隙、增大接觸面積；結(jié)合劑（如 PVA 水溶液）在顆粒表面形成的薄界面層產(chǎn)生粘著力，使緊密堆積的顆粒形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的整體坯體。

（二）核心特點(diǎn)

優(yōu)勢(shì)：

1. 坯體密度均勻、高（可達(dá)理論密度的 65%-75%），燒結(jié)后性能穩(wěn)定。

2. 尺寸精度高（公差 ±0.1%-±0.3%），表面光潔，后加工量小。

3. 水分 / 結(jié)合劑含量低（水分 3%-6%，結(jié)合劑通常 < 5%），無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間干燥，可直接進(jìn)窯。

4. 生產(chǎn)周期短，自動(dòng)化程度高（適合批量生產(chǎn)）。

5. 燒成收縮率小（<5%），變形風(fēng)險(xiǎn)低，電性能優(yōu)異。

局限性：

1. 適合高度 0.3-60 mm、直徑 5-500 mm 的簡(jiǎn)單形狀（盤狀、環(huán)形、片狀、短圓柱），不適合高長(zhǎng)徑比（L/D>1.5）或復(fù)雜異形件。

2. 模具成本高（需高精度鋼材），磨損快，維護(hù)要求高。

3. 壓力分布存在梯度（單面加壓更明顯），易導(dǎo)致密度不均，大型坯體更顯著。

二、工藝流程與關(guān)鍵步驟

（一）工藝流程

原料精選→配料→球磨（濕法）→噴霧干燥造粒→篩分 / 陳腐→模具準(zhǔn)備（清潔、潤(rùn)滑）→裝料→加壓（單面 / 雙面，分級(jí)加壓 + 保壓）→脫模→坯體檢查 / 修整→燒結(jié)前準(zhǔn)備

（二）關(guān)鍵步驟

1. 原料與配料

電瓷干壓原料以高鋁礬土 / 高嶺土（主原料）、石英、長(zhǎng)石（助熔）、滑石（調(diào)節(jié)性能）為主，輔以結(jié)合劑（PVA、石蠟、亞硫酸紙漿廢液）、分散劑、潤(rùn)滑劑等。典型配方：

主原料（高嶺土 + 鋁礬土）：60%-75%

石英：10%-15%

長(zhǎng)石：10%-18%

滑石：0%-10%

結(jié)合劑（PVA 水溶液，濃度 8%-12%）：外摻 3%-5%（干基）

水分控制：最終造粒粉水分 3%-6%（干壓適宜區(qū)間）

2. 球磨與漿料制備

配料后進(jìn)行濕法球磨，目標(biāo)是粒徑分布合理（d50=2-5 μm，最大粒徑 < 30 μm）、混合均勻。球磨時(shí)間通常 8-16 小時(shí)，漿料固含量 60%-65%，pH 值調(diào)節(jié)至 8-9 以改善分散性；球磨后過(guò) 200 目篩除雜質(zhì)。

3. 噴霧干燥造粒（核心環(huán)節(jié)）

造粒是干壓成型的關(guān)鍵前提，直接決定粉體流動(dòng)性、松裝密度與成型質(zhì)量。

設(shè)備：壓力式 / 離心式噴霧干燥塔（熱風(fēng)溫度進(jìn)口 200-220℃，出口 80-90℃）

工藝要點(diǎn)：

漿料泵壓穩(wěn)定，霧化均勻（霧滴 50-150 μm）

熱風(fēng)與霧滴逆向接觸，干燥時(shí)間 1-3 秒，形成空心 / 實(shí)心球形顆粒（粒徑 40-120 μm）

造粒粉要求：松裝密度 0.8-1.2 g/cm3，流動(dòng)性（霍爾流速）>20 s/50 g，含水量 3.5%-5%

造粒后：過(guò) 60-80 目篩，篩下細(xì)粉返回再造粒；造粒粉陳腐 24-48 小時(shí)（釋放內(nèi)應(yīng)力，改善成型性）

4. 模具準(zhǔn)備與裝料

模具結(jié)構(gòu)：通常由上模沖、下模沖、凹模組成，材質(zhì)為 Cr12MoV 等高硬度耐磨鋼，表面粗糙度 Ra<0.8 μm，配合間隙 < 0.02 mm

模具潤(rùn)滑：模壁均勻噴涂極薄的硬脂酸鋅 / 石蠟乳液（避免粘模，減少摩擦）

裝料：定量加料（精度 ±0.2%），均勻鋪入型腔，避免局部堆積；對(duì)大型件可采用振動(dòng)輔助裝料，提高松裝密度均勻性

5. 加壓成型（核心操作）

設(shè)備：伺服液壓干壓機(jī) / 機(jī)械壓力機(jī)（壓力范圍 100-500 MPa，根據(jù)坯體大小與材質(zhì)調(diào)整）

加壓方式：

單面加壓：僅上模沖施壓，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合薄小件；但壓力梯度大，L/D>0.8 時(shí)密度不均明顯

雙面加壓：上下模沖同時(shí)施壓，壓力梯度減小，坯體密度更均勻，適合中厚件（L/D=0.8-1.5）

加壓工藝曲線（推薦）：

預(yù)壓階段（0-30% 額定壓力）：慢速（1-2 mm/s），排出大部分自由空氣

主壓階段（30%-100% 額定壓力）：中速（2-4 mm/s），實(shí)現(xiàn)顆粒緊密堆積

保壓階段（100% 壓力）：保壓 5-30 秒（大件 / 厚件延長(zhǎng)），進(jìn)一步排氣與應(yīng)力松弛

泄壓階段：慢速（1-2 mm/s），避免坯體回彈開裂

典型壓力參數(shù)：普通電瓷150-250 MPa；高鋁電瓷250-350 MPa

6. 脫模與坯體處理

脫模：平穩(wěn)頂出（速度 < 1 mm/s），避免沖擊與局部受力不均；大型件可采用分步脫模或降溫脫模（減少熱脹冷縮影響）

坯體檢查：尺寸、外觀、密度（抽樣稱重法）；剔除分層、裂紋、氣孔、缺角等缺陷

修整：輕微毛刺用砂紙手工去除；對(duì)精度要求高的產(chǎn)品，可進(jìn)行坯體輕微磨削

7. 后續(xù)工序

坯體→排膠（低溫預(yù)燒，去除結(jié)合劑）→高溫?zé)Y(jié)（1280-1400℃，根據(jù)配方調(diào)整）→檢驗(yàn)（尺寸、機(jī)電性能、外觀）→上釉（如需）→二次燒結(jié)（釉燒）→成品

三、關(guān)鍵工藝參數(shù)控制與影響分析

參數(shù)類別	推薦范圍	控制要點(diǎn)	影響
造粒粉	水分：3.5%-5% 松裝密度：0.9-1.1 g/cm3 流動(dòng)性：>22 s/50 g 粒徑：40-100 μm	噴霧干燥溫度、漿料固含量、粘結(jié)劑用量協(xié)同控制	水分過(guò)高：粘模、坯體強(qiáng)度不均水分過(guò)低：坯體易開裂、密度低流動(dòng)性差：裝料不均，密度波動(dòng)大
加壓工藝	壓力：普通電瓷180-220 MPa、高鋁電瓷280-320 MPa 加壓速度：預(yù)壓1-2 mm/s，主壓2-3 mm/s 保壓時(shí)間：薄件5-10 s，厚件20-30 s	壓力根據(jù)坯體L/D與材質(zhì)調(diào)整；保壓時(shí)間以排氣完全為度	壓力不足：密度低，燒結(jié)后強(qiáng)度差壓力過(guò)高：模具磨損加劇，坯體可能出現(xiàn)應(yīng)力開裂加壓過(guò)快/保壓不足：排氣不暢，形成氣孔、夾層
模具	溫度：20-25℃（室溫）潤(rùn)滑：薄而均勻，避免積油配合間隙：<0.02 mm	模具定期檢查，磨損后及時(shí)修復(fù)/更換	溫度波動(dòng)：尺寸不穩(wěn)定潤(rùn)滑不當(dāng)：粘模、表面拉傷間隙過(guò)大：坯體邊緣致密不足，易掉渣

四、常見缺陷及成因與控制對(duì)策

缺陷類型

主要成因

控制對(duì)策

分層/夾層

1. 造粒粉流動(dòng)性差，裝料不均

2. 加壓過(guò)快，排氣不暢

3. 單面加壓L/D過(guò)大

4. 模具潤(rùn)滑不均，壁摩擦過(guò)大

1. 優(yōu)化噴霧造粒，提高粉體流動(dòng)性與松裝密度

2. 采用分級(jí)慢速加壓+延長(zhǎng)保壓

3. 改用雙面加壓，降低L/D比

4. 改進(jìn)潤(rùn)滑方式，確保模壁均勻

表面裂紋/邊緣崩裂

1. 水分過(guò)低，粉體塑性差

2. 泄壓速度過(guò)快，坯體回彈3. 脫模速度快，受力不均

4. 模具圓角不足，應(yīng)力集中

1. 控制造粒粉水分在4%-5%

2. 慢速泄壓（<1 mm/s）

3. 平穩(wěn)頂出，使用彈性頂桿4. 模具邊角設(shè)置R0.3-R0.5圓角

粘模/表面拉傷

1. 模具潤(rùn)滑不足或積油

2. 模具表面光潔度不足

3. 壓力過(guò)高，粉體嵌入模具縫隙

1. 均勻薄涂潤(rùn)滑劑，避免過(guò)量

2. 定期拋光模具，保持Ra<0.8 μm

3. 控制壓力在合理范圍，定期清理模具縫隙

尺寸偏差/變形

1. 裝料量不穩(wěn)定

2. 壓力波動(dòng)大

3. 模具磨損，配合間隙變大4. 造粒粉水分波動(dòng)

1. 提高加料精度（±0.1%）2. 采用伺服壓力控制系統(tǒng)，穩(wěn)定壓力

3. 定期檢查模具尺寸，及時(shí)修復(fù)/更換

4. 嚴(yán)格控制造粒工藝，穩(wěn)定水分

五、應(yīng)用場(chǎng)景與發(fā)展趨勢(shì)

（一）典型應(yīng)用產(chǎn)品

高壓盤形懸式絕緣子（特別是高強(qiáng)、耐污型）

電除塵器用承壓絕緣子、瓷套、支柱瓷瓶

中低壓線路用針式、蝶式絕緣子

火花塞絕緣子等小型精密電瓷件

（二）技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

造粒技術(shù)升級(jí)：采用多級(jí)噴霧干燥、低溫造粒，提高粉體球形度與流動(dòng)性，降低細(xì)粉率

加壓工藝優(yōu)化：伺服液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全流程壓力閉環(huán)控制，配合雙面 / 浮動(dòng)加壓，改善壓力分布

模具技術(shù)創(chuàng)新：采用硬質(zhì)涂層（如 TiN、CrN）提高模具壽命；3D 打印制造復(fù)雜模具鑲件

復(fù)合成型結(jié)合：對(duì)高長(zhǎng)徑比或復(fù)雜件，采用 “干壓 + 等靜壓” 復(fù)合工藝（干壓預(yù)成型，等靜壓二次致密）

智能化生產(chǎn)：引入 MES 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原料 - 造粒 - 成型 - 檢測(cè)全流程數(shù)據(jù)監(jiān)控與質(zhì)量追溯

干壓成型