粉末冶金模具设计共64页

压制时，成形主体的下模冲向上推移粉末，或者 成形台阶的上模冲将粉末和成形台阶的浮动下模 冲向下推移，或者利用组合上模冲将粉末和带内 台阶浮动阴模或芯杆向下推移，把台阶部分的粉 末推到所要求的位置。
2020/11/29
粉末冶金模具设计
•带斜面的第五类压坯
当压坯斜面与垂直方向的夹角超过25°~30°，或 者具有多个斜面和平面时，一般按照斜面和平面的 分界线设计组合下模冲。斜面的装粉高度等于斜面 的压坯平均高度乘以粉末填装系数。
x=(d2-d1)h/d1
或者 y=x/l=100(d2-d1)/d1(k-1)
其中：d2为要求的压坯平均密度；d1为单向压 制的平均密度；h为压坯高度；k为压缩比；l 为装粉高度与压坯高度之差。
2020/11/29
粉末冶金模具设计
非同时双向压制原理为压模结构设计提供了 压坯密度均匀分布的理论基础；也为粉末压 机的设计提供了重要基础，使得多凸轮和凸 轮曲柄粉末压机更好地满足粉末压坯密度均 匀分布的要求。
2020/11/29
粉末冶金模具设计
摩擦压制
在压制过程中，让阴模或芯杆与样品侧面产 生同向相对移动，即运动得更快，借助粉末 与模壁之间的摩擦，带动与阴模或芯杆接触 的粉末层移动，从而可改善沿压坯高度方向 的密度分布均匀性。
2020/11/29
粉末冶金模具设计
2020/11/29
粉末冶金模具设计
2020/11/29
距离，用先压缩高区粉末再同时压缩高低区粉末的
方法，使压坯各横截面上的粉末受到相同的压缩程
度。
2020/11/29
粉末冶金模具设计
2020/11/29
粉末冶金模具设计
如果压坯中间带内、外台阶，除不同横截面需要 设计组合下模冲外，还有根据粉末移动成形法的 要求设计组合上模冲。

设计说明书1、工艺流程本产品属于亚共析钢合金(Fe-0.6C/60钢)，其具体生产工艺流程如下：Fe矿石→还原熔化（去脉石、杂质和氧）→氧化精炼（脱C、Si、P等）→球磨→铁粉+C粉+适量硬脂酸锌2、压坯设计2.1产品零件分析该产品采用Fe-0.6C（60钢），属于铁基制品，其制品密度依靠较高的压坯密度来达到，因此，在压制成形时需要采用较高的单位压力（一般在400-500MPa）。

由于该产品零件形状比较简单，带一个外台阶，采用简单的单上双下模冲即可成形，并使其密度分布均匀。

有配合、定位、相对运动要求的零部件，产品尺寸精度和形位精度及表面粗糙度要求较高，因此，该产品的的尺寸精度定义为IT8、形位精度如图所示为7级，表面粗糙度精度要求为7级。

2.2压坯精度设计由模具设计任务书的零件成品图可得知该产品压坯同轴度需控制在0.08mm，相当于IT10级；压坯垂直度控制为0.1mm，相当于IT11级；压坯侧面平行度为0.15mm，相当于IT12级。

2.3压坯密度和单重的确定由于已知压坯密度ρ=6.6g/cm3，因此压坯单重W=ρ×V ，由成品图给数据计算其压坯体V=h×S,算的V=166.8cm3 ，所以求的压坯单重W=6.6×166.8=1100.8g。

3、压机与压制方式选择3.1压机压力选择铁基制品一般采用固相烧结，其制品密度除了依靠烧结温度、保温时间之外，在一定程度上还依靠较高的压坯密度来达到，因此该产品采用500MPa的单位压力。

根据任务书要求，截面积S=74.0cm2 ，所以F=P×S=5×74=370t脱模压力，根据实际生产经验，铁基压坯的脱模压力P脱模≈0.13P=0.13×500MPa=65MPa3.2压制类型的选择年生产量为50万件，假设每年的工作时间为300天，每天工作时间为8小时，则p=500000/300/8/60=3.47=4件/min，所以选择自动压制。

毕业设计（论文）题目:粉末冶金及模具设计专业:数控应用技术班成都电子机械高等专科学校二〇〇七年六月摘要本文主要围绕粉末冶金及模具设计开展了以下几方面的研究1、在粉末冶金技术的特点及其在新材料中的作用进行研究，重点介绍了粉末冶金在工业中的重要性及其压制步骤。

2、在粉末冶金工艺中，根据产品的要求选择金属粉末或非金属粉末为原材料来压制。

3、在粉末冶金模具设计原理方面，本文重点围绕精整模具设计进行研究，归纳、总结并提出了精整模具三个关键零部件(芯棒、模冲、阴模)。

关键词：粉末冶金粉末冶金模具精整AbstractThis text was main circumambience powder metallurgy and molding tool design to open an exhibition the following several aspect of research1,carry on research in the new function within material in the characteristics of technique of the powder metallurgy and it,point introduction the powder metallurgy is in the industry of importance andit inhibit a step。

2,in the powder metallurgy the craft,according to the metals powder of the request choice or nonmetal powder of product for original material to inhibit。

3,at the molding tool design of the powder metallurgy principle,this text point around Jing's whole molding tool design carry on research and induce,summary and put forward Jing the whole key with three molding tool zero partses(Xin stick,mold blunt,Yin mold)new of classification method。

➢ 形状复杂材料用易加工和热处理变形小的材料 ➢ 软金属粉末用廉价材料，硬金属粉末用耐磨性
好的材料 ➢ 高密度、高精度件用耐磨性好的材料 ➢ 整形模用耐磨性好的材料
绘制模具装配图和零件图
➢ 绘制模具装配图和零件图 ➢ 标注尺寸偏差和形位公差 ➢ 标注其他加工要求
绘制模具装配图和零件图
模具示例
模具示例
设计模具结构
根据制品图纸设计坯件，选择压机和压制方式，设计 模具结构草图 ➢ 从生产工艺、压制成形和经济成本方面分析制品图纸 及技术要求，看是否适于用粉末冶金方法生产 ➢ 根据制品图纸及技术要求和粉末冶金生产工艺的特点， 设计坯件的几何形状、精度和密度 ➢ 为了使制品适于压制成形，或为了简化模具结构，常 对制品形状进行修改，设计出适合于压制的压坯 ➢ 在设计坯件形状的同时要确定压制方向，然后根据压 坯的形状、高径比、生产批量和压机来选择压制方式、 压模结构类型
粉末成形模具分类
➢ 压模、精整模、复压模、锻模、挤压模、 热压模、等静压模、粉浆浇注模、松装 烧结模
➢ 钢模、硬质合金模、石墨模、塑料橡皮 模和石膏模
钢压模具结构
钢压模具一般由 阴模、模冲、芯棒 组成
钢压模具结构
１—模柄 ２,９—法兰圈 ３—上模冲 ４—模套 ５—阴模 ６—模座 ７—弹簧 ８—下模冲 10—下模冲座 11—压垫 12—下模板 13—顶杆 14—顶板
➢ 制品生产工艺流程及工艺参数：粉末混合料成分、杜 装密度、流动性、压制性、单位压制压力、压坯密度、 压缩比、弹性后效、烧结收缩率、精整余量、机加工 余量、复压装模间隙和压下率等
➢ 压机类型及主要技术参数：公称压力、脱模压力、压 机行程、每分钟压制次数、工作台面积、压机自动化 程度和安全保险装置等

粉末冶金模具设计说明书粉末冶金模具设计说明书一、设计任务生产一批两个台阶面的钢制模坯，如图所示，数据要求：A=10mm，B=30mm，C=20mm，D=20mm，E=10 mm，F=10mm。

二、压坯设计1.产品零件分析该产品采用Fe-0.05C（50钢），属于铁基制品，其制品密度依靠其较高的压坯密度来达到，因此在压制成型时需要采用较高的单位压力（一般在300~800MPa）。

由于该产品零件形状比较简单，采用简单的上下模冲压制成型。

2.松装密度和压坯密度的确定采用水雾化铁粉压制，松装密度范围2.5~3.2,取常用值2.8，即松装密度：ρ松=2.8g/cm3压坯密度：γ压=6.6g/cm3压缩比：C=γ/ρ=2.36三、压制成形与压力机确定1.压制压力的选择采用500MPa 的单位压力，由已知可得压坯截面积22222S=(B (3010)62844mm ππ-=-A )= 则其压制力F=p×S=500MPa×628mm 2=314kN脱模压力F 脱=ƒ´p 侧余S 侧=0.2×100×1570=31.4kNƒ´——粉末对阴模壁的静摩擦系数，此处ƒ´=0.2p 侧余——残余侧压力，此处p 侧余=0.2p=0.2×500MPa=100MPa S 侧——侧面积， S 侧=πEB+πFC=3.14(10×30+10×20)=1570mm 2侧压力p 侧 =ξp=p ν/(1-ν)=0.38×500MPa=190MPa2.装粉高度确定带台阶面压坯成形模具的设计原则 1）粉末充填系数相同或相近 2）压缩比相同或相近 压缩比 C=γ/ρ=2.36装粉台阶高度 E 0=CE=2.36×10mm=23.6mm装粉总高度D 0=C(E+F)=2.36×20mm=47.2mm2.1压坯高度验算 max max 2.8(10)(18510)74.26.6H F mm ργ=-=⨯-= ——F max =185mm (设计手册表4-20TPA50/2压力机的最大装料高度)H=D 0=47.2mm<H max 可行 3.压制方式的选择c31406286628S S K S++===侧f 侧S 侧f =πD(B+C)=3140mm 2 S 侧c =πDA =628mm 2 K>单向K max =5(ƒ=0.1,表3-5)，压坯有台阶面，选择双向压制。

4
其中：
∑R ：卸压后阴模半径上剩余的变形量； j： 剩余侧压强与侧压强之比，决定于模具的刚度；
剩
m：阴模外径与内径之比；
ρ：压坯的相对密度
当相对密度为：0.80~0.85时，m=2~4，可粗略 估算： 对于铁基：P侧剩=0.18~0.20P
对于铜基： P侧剩=0.20~0.22P
2019/3/18 5
•(S +S )/S>K时，如果(S +S )/2> (S -S )， 或者圆筒形压坯D >T，可采用摩擦芯杆压制
侧阴 侧芯 侧阴 侧芯 侧阴 侧芯 内
2019/3/18
21
2019/3/18
22
3.4 组合模具的设计原理
3.5
压制过程的图示
2
2019/3/18
•压制压力的计算
模压过程的总压制力等于净压力与外摩擦力 之和 单位压制压力与压坯密度定量关系的研究， 是近60年来粉末成形理论研究的主要内容 •脱模力的计算 压制压力去掉后，侧压力因为高度方向的弹 性后效，侧压力会下降35~77%
2019/3/18 3
当柱状压坯S /S<K或者圆柱体压坯高径比 H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密度 分布均匀性的要求
2019/3/18 16
2019/3/18
17
双向压制
S
侧max
/S=[1-(ρ /ρ )m]/μξ=2K
中 上 侧
当柱状压坯K<S /S<2K，或者圆柱体 K/4<H/D<K/2时，采用双向压制、非同时双 向压制、浮动阴模双向压制或者下拉式压制 可以满足压坯密度分布均匀性要求
压力相等时双向压制与非同时双向压制的效 果相同

5 - 003
模具學
5-1 粉末冶金模具
【 5-02 】
粉末冶金模具製造零件： 軸承：一般以自潤軸承為主，可滲 石墨或滲油。 精密機械或儀器零組件。 過濾器：過濾氣體或液體零組件。 磁性零件：軟磁或硬磁材料用。
5 - 004
模具學
5-1 粉末冶金模具
【 5-02 】
粉末冶金： 粉末冶金模具壓製後燒結成型零件。 精密度高。 純度高。 可大量生產。 減少機械切削加工。 節省材料浪費降低成本。。 當前機械加工較先進加工。
【 5-07 】
5 - 029
模具學
5-3 模具概論
【 5-08 】
多次拉伸：
多次拉伸指拉伸時製品連續地通過 兩個或兩個以上的模孔，一般用於 大量生產線材。
多次拉伸加工率大，拉伸速度快， 自動化為主。多次拉伸可以依金屬 線材的轉動速度與拉伸絞盤圓周速 度之間的關係，分為滑動的連續式 多次拉伸、無滑動的連續式多次拉 伸和無滑動的積蓄式多次拉伸兩種。
自由鍛：
利用具有平面或簡單曲面的汎用工 具，移動或旋轉素材或工具，間歇 式對素材加壓的作業。
同一套工具就可對各種不同鍛件加 以成形，適用於大中型工件之多樣 極少量生產作業方式。所以又稱為 開放模鍛。
5 - 049
模具學
5-4 鍛造模具
【 5-13 】
模鍛：
利用與鍛件表面形狀及尺寸相同模 具，對素材大部份加壓或拘束而以 成形，適合大量生產之鍛造作業。
5 - 009
模具學
圖5.2 直齒輪粉末冶金壓模
【 5-03 】
5 - 010
模具學
圖5.3 凹模高度計算
【 5-03 】
5 - 011
模具學
5-1 粉末冶金模具

当压坯斜面与垂直方向的夹角小于25°~30°时， 可以通过阴模或者芯杆来成形斜面，不需要单独设 置成形斜面的下模冲。
当压坯斜面与垂直方向的夹角超过25°~30°，且 斜面很长时，应该设计组合模冲来成形斜面部分。
2020/11/29
粉末冶金模具设计(1)
•带曲面的第五类压坯
要根据曲面变化分界线设计组合下模冲；装粉高度 等于这部分曲面的压坯平均密度与粉末填装系数之 积。
2020/11/29
粉末冶金模具设计(1)
•精整压力的计算
外箍内的精整： 精整压力Fc=F1+F2+F3
其中：F1为实现轴套纯变形所需要的力；
F2为克服整形区外摩擦所需的力；
F3克服内摩擦所需的力。
精整压力计算公式Fc=Pc (S+μQ)+0.58σαS2
其中：Pc 为精整区的平均单位压力；Q为阴模精 整区的工作面积；σ为精整件的塑性变形抗力
d粉H粉=d1(h+x) ∴x=(d粉H粉-d1h)/d1 第二次压制后：d粉H粉=dh
d粉=d ·h/H粉 x=(d-d1)h/d1; k=H粉/h=(l+h)/h ∴x=(d-d1)l/d1(k-1); y=x/l ·100%
粉末冶金模具设计(1)
压力相等时双向压制与非同时双向压制的效 果相同
2020/11/29
粉末冶金模具设计(1)
•压制方式的选择依据
压制方式和方法不同，上、下模冲、芯杆和阴 模相对于粉末压坯的相对运动方向及速度也不 同，从而使外摩擦对压坯密度的均匀分布产生 有害或者有利的影响。
单向压制
S侧max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K
当柱状压坯S侧/S<K或者圆柱体压坯高径比 H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密度 分布均匀性的要求

29
Hf—阴模高度 H1—压坯台阶高度 H10—压坯台阶1的装粉高度
H2—压坯总高度 H20—压坯台阶2的装粉高度
30
（二）模具高度的计算
（1）阴模
阴模高度 Hf一般由三部分高度组成, 即
Hf=H0+H1+H2
式中
Hf——阴模高度（mm）； H0——装粉高度（mm） ； H1——下模冲定位高度。一般为10~50mm ； H2——手动模装粉锥高度（mm)。不需要时H2=031
4
单层整体阴模
5
双层组合阴模
6
7
2.芯棒要求 1）保证压坯的几何形状和尺寸精度； 2）粗糙度要低； 3）与模冲配合良好； 4）高的硬度； 5）压坯容易脱出芯棒，方便操作，利于加工； 6）较长较大芯棒采用组合结构。
8
3.模冲 1）高硬度和耐磨性，适当的韧性； 2）模冲与阴模、芯棒配合良好，有合理的配合 间隙； 3）表面有较低的粗糙度； 4）保证平行度、垂直度、同轴度；
压坯密度ρ, 压缩比c, 单位压力 p等。
38
（一）金属粉末的松装密度
金属粉末的松装密度直接影响模腔的高度。此参 数选择不当，自动装粉时则会造成粉料装不下， 或粉料装得太多的现象。 实际生产中，松装密度在一定范围内有波动，为 此，在结构设计中一般考虑了调节装粉高度的装 置，但调节范围不宜过大。
压坯密度提高时，[σ压]侧向则增大，但与此同
时 p侧也剧增。
具体粉料压坯的[σ压]侧向应由实验测定。
66
铁基压坯侧向许用抗压强度[σ压]侧向
67
从表可看出： 1）相同成分的压坯，压坯密度越高，虽然[σ压]侧向提
高，但 p侧增加得更快，对强度条件不利；
2）石墨含量增加，使[σ压]侧向下降，对刚性条件不利。