第六章 粉末冶金模設(shè)計(jì)-范建蓓

1、壓鑄模與其他模具壓鑄模與其他模具第六章 粉末冶金模設(shè)計(jì)目目 錄錄l第一節(jié) 粉末冶金成形工藝l第二節(jié) 壓機(jī)的選用l第三節(jié) 粉末冶金模的設(shè)計(jì)第一節(jié)第一節(jié) 粉末冶金成形工藝粉末冶金成形工藝 粉末冶金既是制取金屬材料的一種方法，又是制造機(jī)械零件的一種加工方法。這種工藝有如下特點(diǎn)： （1）可制取多組元材料； （2）可制取多孔材料； （3）可制取硬質(zhì)合金和難容金屬材料； （4）是一種精密的少、無切削加工方法。 一.粉末冶金制坯成形方法和特點(diǎn)1.制粉和粉末的混合2.壓制成形（1）稱粉 1）容積法 靠凹模型腔容積來確定裝粉量： 2）質(zhì)量法 手工用天平稱量： 實(shí)際生產(chǎn)中壓坯質(zhì)量可按下式計(jì)算：（2）裝粉 裝粉對(duì)壓

2、坯的尺寸、密度均勻性、同軸度和形狀的完整等有直接影響。 常用裝粉方法有落入法裝粉、吸入法裝粉、多余裝粉、零腔裝粉、超滿裝粉及不滿裝粉等。（3）壓制和脫模 常見的粉末冶金模壓制和脫模方式有如下幾種：3.燒結(jié) 燒結(jié)是將粉末冶金壓坯在低于其基體材料熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行加熱，粉末顆粒直接產(chǎn)生原子還原、擴(kuò)散、固溶、化合與熔接、溶解和再結(jié)晶等物理化學(xué)過程，致使壓坯收縮并強(qiáng)化。4.后處理 粉末冶金壓坯燒結(jié)后，可根據(jù)需要進(jìn)行一系列的后處理：二.粉末冶金制品結(jié)構(gòu)工藝性1.壓坯形狀分類 根據(jù)現(xiàn)有粉末成形壓機(jī)的構(gòu)造和模架、模具的結(jié)構(gòu)，一般將能成形的粉末壓坯歸納為五種基本類型。2.壓坯形狀的工藝性設(shè)計(jì) 壓坯形狀設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考

3、慮以下幾個(gè)方面：（1）使粉末均勻充滿模鏜的各個(gè)部分（2）壓坯形狀應(yīng)便于壓制（3）壓坯形狀應(yīng)便于脫模（4）保證壓模剛度和強(qiáng)度（5）簡(jiǎn)化模具的結(jié)構(gòu)3.壓模精度設(shè)計(jì)（1）壓模的尺寸精度 壓模徑向尺寸主要受模具尺寸精度的影響；軸向尺寸主要受壓機(jī)動(dòng)作、壓機(jī)本身精度、裝粉精度的影響。大致可分為粗、中、精三級(jí)。（2）壓坯的位置精度 常見的粉末冶金制品的位置精度有同軸度、平行度、垂直度和徑向跳動(dòng)度等。4.壓坯密度設(shè)計(jì) 粉末冶金鐵基制品密度可分為四類。第二節(jié)第二節(jié) 壓機(jī)的選用壓機(jī)的選用一.壓機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和分類1.基本結(jié)構(gòu) 粉末成形壓機(jī)一般應(yīng)滿足如下要求：壓制力、送料系統(tǒng)、成形和脫出行程、脫出力等因素對(duì)設(shè)備的要求

4、。2.壓機(jī)分類 粉末冶金常用壓機(jī)，可按傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)、模具操作方式、模沖動(dòng)作方式進(jìn)行分類。 在選用時(shí)，要考慮的因素主要有壓制壓力、脫模壓力、工作臺(tái)面尺寸和行程等因素。二.壓機(jī)參數(shù)的確定1.壓制壓力計(jì)算（1）靜壓力F1 當(dāng)壓坯各處的壓力和密度均勻分布，并且不考慮粉檔與模壁之間的摩擦阻力模具變形阻力時(shí)，粉末體本身變形和致密所需要的力。（2）外摩擦力F2 用來克服粉末顆粒與模壁之間的摩擦力。 壓制過程中的總壓力F總為： 也可按下式計(jì)算： 單位壓制壓力與壓坯的密度關(guān)系，反應(yīng)了壓制過程中粉末體變形和致密的規(guī)律，壓坯壓制時(shí)模壁摩擦力可按下式計(jì)算：2.脫模力計(jì)算 將壓坯從凹模內(nèi)脫出時(shí)所需的力稱為脫模力。脫模力與壓

5、制壓力、粉末性能、壓坯的密度、側(cè)面面積和尺寸，以及壓模的潤(rùn)滑劑有關(guān)。 脫模力按下式計(jì)算： 剩余側(cè)壓強(qiáng)可按下式計(jì)算： 相對(duì)于密度 ， 凹模外徑與內(nèi)徑之比m=24mm時(shí)，可按下式估計(jì)剩余壓強(qiáng)： 鐵基壓坯： 銅基壓坯： 3.壓力中心 壓坯壓制過程中所受壓力的合力作用點(diǎn)就是壓坯的壓力中心。其計(jì)算方法與冷沖模的壓力中心計(jì)算方法類似。4.壓機(jī)選用原則（1）總壓制壓力（2）脫模力 選用粉末冶金壓機(jī)時(shí)，必須使下缸的頂出力大于壓坯所需要的脫模力。（3）行程和工作臺(tái)面尺寸 上模沖壓行程可按下式計(jì)算： 粉末松裝高度： 壓機(jī)推出或拉下的脫模行程H脫必須大于裝粉高度H粉，保證脫模要求：第三節(jié)第三節(jié) 粉末冶金模的設(shè)計(jì)粉末

6、冶金模的設(shè)計(jì)一.粉末冶金模的種類及基本結(jié)構(gòu) 粉末冶金模的種類很多，應(yīng)用最廣泛的是壓模、精整模、鍛模。 把粉末壓制為壓坯所需模具稱為壓模。粉末冶金的壓制成形主要是指將粉末混合物置于壓模中，通過模沖對(duì)粉末體施加壓力，使之成形。 精整是在常溫下，對(duì)燒結(jié)后的制品進(jìn)行再壓制，使其表面產(chǎn)生塑性變形，以校正其尺寸及精度。所用的模具稱為精整模。二.粉末冶金模主要零件尺寸計(jì)算 粉末冶金制品的生產(chǎn)過程一般為混料成形燒結(jié)精整（或混壓）。 成型模具尺寸的計(jì)算步驟為： （1）選定精整方式及精整模具尺寸，根據(jù)精整余量確定燒結(jié)制品尺寸； （2）根據(jù)所選的燒結(jié)材料和制造工藝的燒結(jié)收縮量，確定壓坯尺寸； （3）根據(jù)壓坯尺寸確定

7、成形模具尺寸。 粉末冶金模的主要零件有凹模、芯棒和模沖。1.壓坯尺寸變化影響因素 造成壓坯尺寸變化的主要影響因素來自成形、燒結(jié)和精整。2.工藝參數(shù)對(duì)壓模尺寸的影響（1）金屬粉末的松裝密度粉 金屬粉末的松裝密度直接影響模鏜的高度。（2）壓縮比K 壓縮比是指粉末被壓縮前的體積與壓縮后壓坯的體積比。（3）壓坯的回彈率e 壓坯回彈率的計(jì)算公式：（4）燒結(jié)收縮率c 一般用壓坯在燒結(jié)過程中線性收縮量同燒結(jié)前的壓坯尺寸百分比來表示：（5）精整余量Z 對(duì)于尺寸精度要求高和表面粗糙度值要求較小的制品，需要對(duì)壓制燒結(jié)后的壓坯進(jìn)行精整加工。（6）機(jī)械加工余量 機(jī)械加工余量是為滿足尺寸制品精度和表面粗糙度的需要而預(yù)留

8、的輔助加工余量。一般車削加工取1.01.5mm，磨削加工取0.050.08mm。（7）復(fù)壓裝模間隙b與復(fù)壓壓下率f 復(fù)壓壓縮的程度常用復(fù)壓壓下率f表示：3.徑向尺寸的計(jì)算 模具的尺寸應(yīng)根據(jù)壓坯的尺寸要求進(jìn)行計(jì)算，而壓坯的尺寸隨成形工藝的不同而不同。（1）當(dāng)采用常規(guī)的壓制燒結(jié)工藝時(shí)。壓坯的尺寸應(yīng)比制品的尺寸減小一個(gè)徑向回彈量，增加一個(gè)徑向燒結(jié)收縮量。其模具的計(jì)算公式為： 凹模內(nèi)徑： 芯棒外徑： 孔心距：（2）當(dāng)需要精整制品時(shí)，除考慮徑向彈性回彈率、燒結(jié)收縮率外，還應(yīng)留精整余量。其模具計(jì)算公式為： 凹模內(nèi)徑： 芯棒外徑： 若制品在精整前需進(jìn)行切削加工，以穩(wěn)定精整余量，則模具尺寸計(jì)算還應(yīng)考慮機(jī)械加工

9、余量。其計(jì)算公式為： 凹模內(nèi)徑： 芯棒外徑：（3）當(dāng)需要復(fù)壓制品，無精整余量，在高度方向卻由較大的壓下率。 復(fù)壓凹模內(nèi)徑： 復(fù)壓芯棒外徑： 初壓凹模內(nèi)勁： 初壓芯棒外徑：（4）模沖內(nèi)外徑的確定 模沖內(nèi)外徑按凹?？讖胶托景舻耐鈴絹泶_定 ，一般采用間隙配合。 模沖與凹模之間的配合間隙采用H6/F5，h6/G6，H7/g6，H8/f7；模沖與芯棒之間的配合采用F6/h5，G6/h5，G7/h6，F(xiàn)7/h6。（5）凹模外徑的確定單層厚壁凹模：組合凹模：4.軸向尺寸的計(jì)算 軸向尺寸計(jì)算的主要部分是裝粉高度，其它高度方向的尺寸，往往由結(jié)構(gòu)上需要來選定，從而確定凹模、芯棒和上下模沖的尺寸。（1）凹模高度的計(jì)

10、算 其中當(dāng)采用常規(guī)的壓制燒結(jié)工藝時(shí)： 當(dāng)需要進(jìn)行輔助機(jī)械加工時(shí)： 當(dāng)需要復(fù)壓復(fù)燒工藝時(shí)：（2）芯棒長(zhǎng)度的確定 芯棒上斷面應(yīng)與凹模上斷面平或略低一點(diǎn)，便于自動(dòng)松粉，但也不宜過低；當(dāng)采用手動(dòng)模時(shí)，芯棒長(zhǎng)度可與凹模高度相等；芯棒成型面的長(zhǎng)度與凹模高度相等；當(dāng)采用機(jī)動(dòng)模時(shí)，芯棒除了成形面長(zhǎng)度外，還應(yīng)加上根據(jù)壓制方式、脫模方式和連接方式等具體結(jié)構(gòu)條件來選定的其它長(zhǎng)度。（3）模沖高度的確定 確定模沖高度時(shí)，應(yīng)總合考慮模沖的安裝、定位、裝粉高度的調(diào)節(jié)余地，壓坯的高度以及脫模移動(dòng)的距離等，并考慮壓模的具體結(jié)構(gòu)。三.粉末冶金模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 粉末冶金模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)順序?yàn)椋簤号鲏褐粕襄懩５倪x擇，補(bǔ)償裝粉的考慮，脫模方式、結(jié)

11、構(gòu)方案的確定，模具尺寸計(jì)算，繪制結(jié)構(gòu)總裝圖。（一）壓坯壓制上端面的確定（二）補(bǔ)償裝粉三.粉末冶金模典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按壓制方式壓模結(jié)構(gòu)可分為單向壓模、雙向壓模、摩擦芯棒壓模和組合壓模。1.單向壓模 單向壓模在壓制過程中，相對(duì)于凹模運(yùn)動(dòng)的只有一個(gè)模沖，或是上模沖或是下模沖。2.雙向壓模 當(dāng)實(shí)體類壓坯的高徑比h/D1或管套類壓坯的高度與壁厚之比h/3時(shí)，應(yīng)采用雙向壓模。有手動(dòng)雙向壓模和機(jī)動(dòng)雙向壓模之分。3.模沖芯棒壓模 用于壓制較長(zhǎng)的薄壁套類壓坯。其壓制特點(diǎn)是芯棒和上模沖同速同向?qū)χ潭ǖ陌寄：拖聸_模移動(dòng)壓縮粉末體。4.組合壓模 形狀復(fù)雜的粉末冶金制品其成形比簡(jiǎn)單制品困難得多，壓模結(jié)構(gòu)通常由多個(gè)上沖模

12、、下沖模及組合凹模和芯棒組成。四.粉末冶金模主要零部件的設(shè)計(jì)（一）工作零件設(shè)計(jì)1.凹模 凹模是重要的工作零件，其結(jié)構(gòu)按制品外形及其成形特點(diǎn)，常用的有三種：整體模、拼模和可拆模。2.模沖 上、下模沖與凹模和芯棒之間應(yīng)有良好的配合、定位與導(dǎo)向、復(fù)合的模沖（即有壓套時(shí)）應(yīng)能脫出壓坯。3.芯棒（二）浮動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.彈簧浮動(dòng)裝置 彈簧的浮動(dòng)力是變化的，即圓柱彈簧每圈的變形量越大，浮動(dòng)壓力越大。所以，考慮彈簧設(shè)計(jì)時(shí)，圈數(shù)盡量多些，以免浮動(dòng)壓力誤差過大。彈簧浮動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，所以應(yīng)用范圍很廣。2.氣壓浮動(dòng)裝置 與彈簧浮動(dòng)相比，氣壓浮動(dòng)具有工作可靠平穩(wěn)而耐用、壓力恒定，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)；與液壓浮動(dòng)相比，清潔并且密封要求簡(jiǎn)單。3.液壓浮動(dòng)裝置 浮動(dòng)力大，作用平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)動(dòng)作更可靠。但是液壓缸易漏油，制造過程較復(fù)雜。（三）脫模復(fù)位裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.帶下缸壓機(jī)的脫模復(fù)位機(jī)構(gòu) 壓機(jī)帶有下缸的脫模復(fù)位機(jī)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)成凹模拉下式脫模然后凹模上升復(fù)位，在拉下式模具中多采用拉下凹模脫出壓坯。而在固定凹?；驈椈筛?dòng)凹模中，多采用下模沖推出壓坯。2.無下頂缸的脫模復(fù)位機(jī)構(gòu) 無下頂缸壓機(jī)的自動(dòng)壓模、脫模是借助壓機(jī)上缸塞或上模向上回升時(shí)帶動(dòng)下模沖推