中南大學(xué)模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 粉末冶金模具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 學(xué)院：粉末冶金研究院 班級(jí)：材料化學(xué) 姓名： 學(xué)號(hào)： 前言材料是中國(guó)四大產(chǎn)業(yè)之一，它包括有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料、金屬材料及無(wú)機(jī)非金屬材料。粉末冶金技術(shù)作為金屬材料制造的一種，以其不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與其它制造方法共同發(fā)展。粉末冶金相對(duì)其它冶金技術(shù)來(lái)說(shuō)具有：成本低；加工余量少；原料利用率高；能生產(chǎn)多孔材料等其它方法不能生產(chǎn)或著很難生產(chǎn)的材料等優(yōu)勢(shì)。粉末冶金是制取金屬粉末以及將金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末混合料成型和燒結(jié)來(lái)制取粉末冶金材料或粉末冶金制品的技術(shù)。粉體成形是粉體材料制備工藝的基本工序。模具是實(shí)現(xiàn)粉體材料成形的關(guān)鍵工藝裝備。模具的設(shè)計(jì)要盡可能的接近產(chǎn)品的形狀，

2、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理表面光滑，減少應(yīng)力集中，避免壓坯分層、開(kāi)裂。模具本身要有一定的強(qiáng)度保證壓制的次數(shù)，不易變形。粉體模壓成形模具主要零件包括：陰模、芯桿、模沖。模具設(shè)計(jì)首先要廠家提供產(chǎn)品圖，再確定成型的方式，收集壓坯設(shè)計(jì)的基本參數(shù)（包括：松裝密度、壓坯密度、粉體的流動(dòng)性、及燒結(jié)收縮系數(shù)等。）來(lái)算得壓坯的尺寸。根據(jù)壓坯形狀尺寸以及服役條件和要求來(lái)設(shè)計(jì)出成型模具尺寸，校核模具強(qiáng)度。最后在用模具試壓，若壓坯合格，則此模具復(fù)合要求。本次課程設(shè)計(jì)之前，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了熱處理原理與工藝、粉末冶金原理等相關(guān)課程的知識(shí)。這次在老師的指導(dǎo)下，和同學(xué)的相互討論，自己查閱資料，基本上懂得了模具設(shè)計(jì)的步驟和方法。相信經(jīng)過(guò)這次設(shè)

3、計(jì)后，對(duì)以后的工作會(huì)有很大的幫助。 一，設(shè)計(jì)任務(wù) 已知：零件材質(zhì)為Fe-0.6C，壓坯密度為6.72g/cm3，原料粉末的松裝密度為2.58g/cm3，年產(chǎn)量為50萬(wàn)件。二，壓坯設(shè)計(jì)1，產(chǎn)品零件分析 由于蘭高度較小，且寬度較窄，可以采用帶臺(tái)階的陰模，因上下兩端面都帶有臺(tái)階，所以用組合模沖?？紤]到產(chǎn)品的高度和厚度比較大，為防止壓坯密度不均，采用摩擦芯桿壓模結(jié)構(gòu)。2，壓縮比的確定我們已知：壓坯密度 壓=6.72g/cm3 原料粉末的松裝密度 松=2.58g/cm3由此我們可知壓縮比(填裝系數(shù)) K =壓/松= 2.60三，壓制成型與壓力機(jī)選擇1，壓制壓力的確定取單位壓制正壓力為500Mpa。壓坯受

4、壓橫截面積：S正=×(15×15-5×5)=628.3mm2總的壓制壓力F=P×S=500Mpa×628.3mm2=314.15kN2，壓制方式選擇 S側(cè)芯=×10×30=942.5mm2 S側(cè)陰=×20×25+×30×5=2042.0mm2 S側(cè)/S正=（S側(cè)芯+S側(cè)陰）/ S正=（942.5+2042.0）/ 628.3=4.75<7.80 摩擦芯桿壓制就可以滿足壓坯密度分布均勻性的要求，因此壓制方式采用摩擦芯桿壓制。3，壓制類(lèi)型選擇 因?yàn)椴捎玫氖谴笈可a(chǎn)，因此選擇自動(dòng)壓制

5、。四，工藝參數(shù)1，裝粉高度確定 由以上可以知道壓縮比K=2.60，又壓坯高度為30mm，軸向上壓坯彈性后效取1.0%，燒結(jié)收縮率取1.5%。兩端面各留0.5mm的機(jī)加工量。高度方向上的精整余量可不考慮。于是有：壓坯總高度h坯=h0(1-t軸+S軸）=30（1-1.0%+1.5%）+2×0.5=31.15mm高度方向裝粉H粉=h坯*k=2.7×31.15=84.11mm，取84mm壓坯法蘭高度h法=5（1-1.0%+1.5%）+0.5=5.53mm法蘭部分裝粉高度為H粉2=2.6×5.53=13.27mm2，脫模后壓坯尺寸變化h坯1=h坯×t軸+h坯=31

6、.46mmh法1=h法+ h法×t軸=5.53+5.53×1.0%=5.58mm壓坯徑向彈性后效取0.2%，徑向燒結(jié)收縮率取0.8%。由于壓坯外帶臺(tái)階，不留機(jī)加工余量和精整余量，內(nèi)孔精整余量為0.08mm。內(nèi)孔直徑D內(nèi)=10.02（1-0.2%+0.8%）-0.08=10.00mm脫模后D內(nèi)1=D內(nèi)+D內(nèi)×0.2%=10.02mm法蘭部位外徑D外法=29.90（1-0.2%+0.8%）=30.08mm脫模后D外法1=D外法+D外法×0.2%=30.14mm下部外徑D外下=19.97（1-0.2%+0.8%）=20.09mm脫模后D外下1=D外下+D外下&

7、#215;0.2%=20.13mm3,燒結(jié)后尺寸的變化高度方向燒結(jié)收縮率為1.5%，則壓坯總高h(yuǎn)坯2=h坯1-h坯1×1.5%=30.99mm法蘭高度h法2=h法1-h法1×1.5%=5.50mm徑向收縮率為0.8%，則內(nèi)孔直徑D內(nèi)2=D內(nèi)1-D內(nèi)1×0.8%=9.94mm法蘭部位外徑D外法2=D外法1-D外法1×0.8%=29.90mm下部外徑D外下2=D外下1-D外下1×0.8%=19.97mm4，精整內(nèi)精整余量為0.08mm，其他部位無(wú)精整精整后D內(nèi)=D內(nèi)2+0.08=10.02mm5，機(jī)加工根據(jù)零件尺寸確定機(jī)加工量機(jī)加工后，壓坯總高h(yuǎn)坯

8、3=h坯2-0.99=30.00mm法蘭壓坯總高度h法=h法2-0.50=5.00mm軸向尺寸，最終加工來(lái)保證長(zhǎng)度公差，比整形更經(jīng)濟(jì)。四，成型設(shè)備與壓制工具系統(tǒng)1，裝粉方式的選擇 因法蘭高度較小，寬度窄，用容量法裝粉，調(diào)節(jié)模腔粉末高度均勻性。2，模架選擇由于壓坯上下兩端都帶有臺(tái)階，故要求使用組合上模沖來(lái)滿足壓坯裝粉高度、粉末移動(dòng)成形和壓縮比、壓制速率一致等要求。查表49知B型模架滿足此要求。3，壓機(jī)類(lèi)型的選擇 S正=628.3mm2 總壓制壓力 F=P×S=500Mpa×628.3mm2=314.15kN 裝粉高度為 H粉=84mm 查表4-8可知，液壓式壓機(jī)可以滿足要求。

9、可以選用TPA250/3HP型號(hào)的壓機(jī)。5、 壓模主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1，結(jié)構(gòu)組成模具由陰模、上沖模1、上模沖2、芯棒、下沖模1、下模沖2、裝粉墊、墊塊、脫模座組成。2，尺寸計(jì)算（1）陰模尺寸陰模高度由粉末的松裝高度決定H陰=H粉因此 H陰=84mm,取85mm.陰模內(nèi)徑依前計(jì)算結(jié)果陰模臺(tái)階上端內(nèi)經(jīng)D外下=20.09mm陰模臺(tái)階下端內(nèi)徑D外上=30.08mm陰模內(nèi)臺(tái)階（端面至臺(tái)階的高度）根據(jù)法蘭所需要的裝粉高度和上模沖伸進(jìn)粉末的深度決定H=5.53+7=12.53mm，取13mm。陰模外臺(tái)階取45mm.陰模外徑陰模上部外徑取40+0.015+0.010mm，下部外徑取60+0.015+0.010m

10、m。模套內(nèi)徑模套內(nèi)徑取40-0.010-0.015mm。（2） 模沖尺寸取H下=15mm ，H上=7mm。 下模沖尺寸應(yīng)保持壓坯法蘭高度尺寸,下模沖高度應(yīng)等于陰模高度減去內(nèi)臺(tái)階深度下模沖高度H下=85-13=72mm。下沖頭的內(nèi)徑為10+0.020+0.005mm,外徑為20.09-0.020-0.041mm。 裝粉墊高度等于法蘭松裝高度與壓坯法蘭高度之差13.27-5.53=7.74mm，取8mm芯桿尺寸分為上芯桿和下芯桿上芯桿高度應(yīng)稍小于或等于內(nèi)上模沖與壓坯高度和100+33.15=133.15mm 取（133±0.5）mm下芯桿高度稍大于松裝粉高度84mm,取90mm ?。?9

11、±0.5）mm芯桿外徑=D內(nèi)=10.00mm芯桿外徑為100-0.011mm。外上模沖尺寸外上模沖的端面至臺(tái)階高度應(yīng)為H外臺(tái)=7mm，臺(tái)階高度為H外臺(tái)=15mmH上2>15+7+15+5=42mm，取42mm。上沖頭2的內(nèi)徑為20.09-0.020-0.041mm,外徑為30.08-0.009-0.025mm。內(nèi)上模沖尺寸內(nèi)上模沖的高度應(yīng)大于松裝粉末的高度減去壓坯的高度加上外模沖的高度H上1>84-30+42=96mm，取100mm。 上沖頭1的內(nèi)徑為10+0.020+0.005mm,外徑為20.09-0.020-0.041mm。 六、壓模零件加工1.壓模零件材料的選擇查

12、表得陰模材料選用GCr15，上下模沖材料選用T10A，芯棒材料選用T10A。2.壓模零件熱處理模具熱處理是模具加工的重要環(huán)節(jié)，是保證模具質(zhì)量和提高模具壽命的關(guān)鍵序，因此必須根據(jù)所選定的材料制定合理的熱處理工藝。陰模加工工藝流程：芯棒加工工藝流程：模沖加工工藝流程：熱處理工藝鍛造工藝：始鍛溫度10501100 終鍛溫度 850880退火工藝：790810保溫26h，以2030h，冷卻到550后爐冷或空冷，退火態(tài)硬度170207HB淬火工藝：緩慢預(yù)熱至600，快速加熱至830，油冷回火工藝：150400 硬度5964HRC七、模具零件的技術(shù)要求1.陰模要求陰模高度應(yīng)能容納壓制所需的松散粉末，并使上、下模沖有良好的定位和導(dǎo)向；能保證壓坯外形的幾何形狀和尺寸精度；工作面的粗糙度Ra0.8um；工作表面要有高的硬度和良好的耐磨性；在工作壓力下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛性； 根據(jù)產(chǎn)品的批量和復(fù)雜程度，選擇合適的陰模材料結(jié)構(gòu)上應(yīng)便于制造和維修，使用安全，操作方便能使壓坯完好的脫出平磨后需退磁2.芯棒要求保證壓坯內(nèi)腔的幾何形狀和尺寸精度工作面的粗糙度Ra0.8um；與上下模沖應(yīng)有良好的配合、定位和導(dǎo)向工作段應(yīng)有高的硬度平磨后需退磁3.模沖要求工作表面要有足夠高的硬度和良好的耐磨性