粉末冶金模具设计309页PPT

蒸汽处理
出货 精整
机加工
油浸
油浸
洗净
洗净
出货
出货
油浸
油浸
出货
出货
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1.2 后处理的选用依据
• 后处理的选用：①根据客户图面要求；②根据产品的使用 要求。
• 1. 提高产品强度： • 1.1 热处理：适用于综合机械性能要求较高的产品，硬度
一般可以达到HRC25以上（Hv0.2 450以上）。产品一般是 承受较大载荷的齿轮及一些耐磨性较高的产品。 • 1.2 蒸汽处理：适用于综合机械性能要求中等的产品，硬 度一般可达到HRB70以上。此工艺在产品表面形成致密的 氧化膜保护层，耐磨性能较好。产品一般是压缩机的阀板 及电动工具类的压板。 2. 提高产品尺寸精度： 2.1 精整：适用于一些齿形精度较高或尺寸精度较高但
长，段长）；密度等。
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• 成形机台吨位越大，所 能成形的产品也越大。
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成形模具
下冲 芯棒 上冲
中模
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上冲
中模
模具组立 下冲
芯棒
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其他一些模具形式
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成形三步曲（动作状态）
• 1.充填 • 2.压制 • 3.脱模
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将粉末充填在模腔中
成形三步曲之：充填状态
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上冲进入中模将粉末压制成生胚 成形三步曲之：压制状态
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• 2.22对于轴套，隔套等定位零件，SMF40和SMF50系列 （对应MPIF FC和FN系列）均可，视其功能及工作要 求选用
• 对于荷重齿轮，链轮，凸轮和棘轮，推荐选用SMF50 系列其中的镍和钼均可起到提高强度和淬透性的作用
• 对于要求耐磨和高强度的产品，可以采用温压成形工 艺，并可采用高温烧结来提高密度与强度

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•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
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选择原则
•(S侧阴+S侧芯)/S<K或者圆筒形压坯h/T<K/2时， 可采用单向压制；
•(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2< (S侧阴-S侧 芯)，或者圆筒形压坯D内<T，可采用双向压制；
•(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2> (S侧阴-S侧 芯)，或者圆筒形压坯D内>T，可采用摩擦芯杆压 制
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
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双向压制
S侧max/S=[1-(ρ中/ρ上)m]/μξ=2K
当柱状压坯K<S侧/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
b>(a-b)时，采用带斜面的整体下模冲压制；
b<(a-b)时，需要采用组合下模冲来压制。
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影响压坯密度分布均匀性的因素：
•粉末成分和性能
•模具表面质量
•摩擦力
•压制时粉体产生柱式流动，几乎不产生明显
的横向流动 2019/12/25
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压坯中中立层的位置可以表示压坯密度分布
的均匀程度。通过压制方式和压模结构合理
选择使中立层2边受相同压缩，提高密度分布
均匀性 2019/12/25
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不等高压坯压模的设计原理
影响压制过程中粉末流动方式的因素： 粉末的流动性 装粉方法 外摩擦力 上下模冲设计 压坯横截面形状
在压制的不同阶段，粉末流动方式也不同
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装粉阶段
粉末以散状流动的方式充填模腔，由于摩擦力的 影响容易产生“拱桥”现象。
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组合模具的设计原理
组合模冲设计与装粉方式的关系
•第一、二类压坯：
整体模冲实现相同的移动速率和速度；
装粉高度H粉=d压h压/d粉
•第三、四类压坯：
如果一端带有一个或者多个台阶，需要按照压坯的
不同横截面设计组合下模冲；各横截面上的粉末填
装系数相同或者相近，并控制各个模冲不同的移动
压制速率η=(V粉-V压)/V粉t；即单位时间内粉末被压 缩减小的体积与压制前粉末松装体积的比
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在压制不等高压坯时，各个模冲移动的距离和速度 是不同的，但各个模冲的压制速率应该相同
对于高度不同的A、B横截面，当压制速率相同时 满足以下关系：VA/H粉A= VB/H粉B ，V为压制速度

42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知ห้องสมุดไป่ตู้。——苏联
粉末冶金模具设计
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹

式估算：
pc＝Ccρmp
(9)
式中Cc＝0.00725，m＝6.8
而预应力圈的尺寸，必须保证凹模具有最大刚度，设凹模筒内半径为r1， 则有：
当pc≤200MPa时， r2＝2r1,r3＝4r1 当pc＞200MPa时： r3＝(pc/140+0.67)r1,
r2＝(r1 r3) ½
(10a) (10b)
3.模具受力件的强度校核
(1)冲头一般处于压应力状 态，其强度校核式为：
σ＝P/Fmin≤［σ］ (14) 式中:P—金属粉末压制力 Fmin—冲头最小截面积 ［σ］—淬硬钢许用压应力
(2)对支承模座和固定板也需
进行抗压强度校核：
σ＝P/F≤［σ］
(15)
通常，与冲头模座投影面积
相当的中间固定板其厚度可
压制坯的计算，其实质就是根据所加工的粉 末零件，决定压制坯的体积、质量和相关尺寸， 以确定压制凹模型腔的尺寸和检验压制坯的尺寸 精度。
表1金属粉末压制成形坯料计算
计算内容
定义或计算公式
有关说明
压制坯在垂直于压制
压制坯面积Fp(cm2) 方向的平面的投影面
-
积
压制坯体积Vp(cm3)
Vp＝(1+ξ/100)Ve
取5～8mm。
(3)当细长型冲头(多为下冲头)和芯棒的长径比L/d≥3时，还需进行抗弯
强度校核
(a)计算纵向弯曲失稳临界载荷
的长度，等于从冲头固定板到冲头导入凹模部分中间
位置和距离 ;
Jmin—冲头最小截面矩 ;
E—工具钢材料的弹性模量，一般可取E＝2.15×105MPa ;
Pcr—产生纵向失稳的临界载荷 . (b)选取冲头的抗弯安全系数：

第五章粉末冶金 pptPowerPointPresen(1)
5.1 粉末冶金基础
5.1.1 金属粉末的性能
1.化学成分
n 氧化物:通常，金属粉末的氧化物含量越少越好 n 气体杂质：氧、氢、一氧化碳及氮;真空脱气处理 2、物理性能
n 材料熔点, 比热, 电学, 磁学, 光学性质,
n 颗粒形状、大小和粒度组成 n 比表面积 n 颗粒密度 n 显微硬度
第五章粉末冶金 pptPowerPointPresen(1)
第五章 粉末冶金及其成型
（4）粉末冶金工模具材料。包括 硬质合金 、粉末冶金高 速钢等。后者组织均匀，晶粒细小，没有偏析，比熔铸高 速钢韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长。可用 于制造切削刀具、模具和零件的坯件。
（5）粉末冶金电磁材料。包括电工材料和磁性材料。用于 制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。
g/cm3 2）意义: 自动压制容积法 3）测量方法: 流量法，粉末自由落下 4）影响因素: particle shape，size， and
surface conditions， components
第五章粉末冶金 pptPowerPointPresen(1)
(a) 装配图
(b) 流速漏斗
(c) 量杯
第五章粉末冶金 pptPowe形,树枝形,粒状,片形,瘤状,多角形,海绵形,不规则形
第五章粉末冶金 pptPowerPointPresen(1)
n 颗粒形状: 颗粒形状与制粉方法和制粉工艺相关 n 球形粉末-雾化法 Spherical powders n 多孔粉末-还原法 Porous powders n 树枝状粉末-电解法 Dendrite powders n 片状粉末-研磨法 Plate powders

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。
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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

特点
粉末冶金工艺能够生产传统熔铸工艺无法生产的具有特殊结 构和性能的材料和制品，如多孔、半致密或全致密材料和制 品，具有节材、省能、性能优异、产品精度高且稳定性好等 一系列优点。
粉末冶金工艺流程简介
制粉
将原料制成所需粉末，制粉方法包括 机械法（如球磨法）和物理化学法 （如还原法、雾化法、电解法）。
包括力学性能、物理性能、化学性能等，确保产品各项性能指标符 合标准要求。
检测方法
采用先进的检测设备和方法，如光谱分析、金相检验、力学性能测 试等，确保检测结果的准确性和可靠性。
评价标准
根据国家和行业标准，结合产品实际应用情况，制定合理的性能评价 标准，为产品质量判定提供依据。
06 问题点展示与解决方案探 讨
注射成型技术特点及应用范围
注射成型技术特点
将金属粉末与粘结剂混合后制成喂料 ，通过注射机将喂料注入模具型腔中 成型，具有成型精度高、生产效率高 、可成型复杂形状等优点。
应用范围
注射成型技术广泛应用于汽车、电子 、医疗器械等领域，如制造发动机零 件、齿轮、轴承、结构件等。
其他成型方法概述
轧制成型
将金属粉末通过轧辊压制成连续带材或板 材的方法，适用于制造薄板、带材等。
烧结过程中组织性能变化规律
致密化过程
随着烧结温度的升高和时间的延 长，粉末颗粒之间逐渐靠近、结 合，孔隙率逐渐降低，材料逐渐
致密化。
晶粒长大
在烧结过程中，粉末颗粒之间的 界面逐渐消失，晶粒逐渐长大。 过高的烧结温度或过长的烧结时 间会导致晶粒异常长大，影响材
料的力学性能。
相变与化学反应
在烧结过程中，可能会发生相变 或化学反应，如固溶、脱溶、氧 化、还原等。这些反应会改变材