第六章 粉末冶金模设计-范建蓓

1、压铸模与其他模具压铸模与其他模具第六章 粉末冶金模设计目目 录录l第一节 粉末冶金成形工艺l第二节 压机的选用l第三节 粉末冶金模的设计第一节第一节 粉末冶金成形工艺粉末冶金成形工艺 粉末冶金既是制取金属材料的一种方法，又是制造机械零件的一种加工方法。这种工艺有如下特点： （1）可制取多组元材料； （2）可制取多孔材料； （3）可制取硬质合金和难容金属材料； （4）是一种精密的少、无切削加工方法。 一.粉末冶金制坯成形方法和特点1.制粉和粉末的混合2.压制成形（1）称粉 1）容积法 靠凹模型腔容积来确定装粉量： 2）质量法 手工用天平称量： 实际生产中压坯质量可按下式计算：（2）装粉 装粉对压

2、坯的尺寸、密度均匀性、同轴度和形状的完整等有直接影响。 常用装粉方法有落入法装粉、吸入法装粉、多余装粉、零腔装粉、超满装粉及不满装粉等。（3）压制和脱模 常见的粉末冶金模压制和脱模方式有如下几种：3.烧结 烧结是将粉末冶金压坯在低于其基体材料熔点的温度下进行加热，粉末颗粒直接产生原子还原、扩散、固溶、化合与熔接、溶解和再结晶等物理化学过程，致使压坯收缩并强化。4.后处理 粉末冶金压坯烧结后，可根据需要进行一系列的后处理：二.粉末冶金制品结构工艺性1.压坯形状分类 根据现有粉末成形压机的构造和模架、模具的结构，一般将能成形的粉末压坯归纳为五种基本类型。2.压坯形状的工艺性设计 压坯形状设计时应考

3、虑以下几个方面：（1）使粉末均匀充满模镗的各个部分（2）压坯形状应便于压制（3）压坯形状应便于脱模（4）保证压模刚度和强度（5）简化模具的结构3.压模精度设计（1）压模的尺寸精度 压模径向尺寸主要受模具尺寸精度的影响；轴向尺寸主要受压机动作、压机本身精度、装粉精度的影响。大致可分为粗、中、精三级。（2）压坯的位置精度 常见的粉末冶金制品的位置精度有同轴度、平行度、垂直度和径向跳动度等。4.压坯密度设计 粉末冶金铁基制品密度可分为四类。第二节第二节 压机的选用压机的选用一.压机的基本结构和分类1.基本结构 粉末成形压机一般应满足如下要求：压制力、送料系统、成形和脱出行程、脱出力等因素对设备的要求

4、。2.压机分类 粉末冶金常用压机，可按传统机构、模具操作方式、模冲动作方式进行分类。 在选用时，要考虑的因素主要有压制压力、脱模压力、工作台面尺寸和行程等因素。二.压机参数的确定1.压制压力计算（1）静压力F1 当压坯各处的压力和密度均匀分布，并且不考虑粉档与模壁之间的摩擦阻力模具变形阻力时，粉末体本身变形和致密所需要的力。（2）外摩擦力F2 用来克服粉末颗粒与模壁之间的摩擦力。 压制过程中的总压力F总为： 也可按下式计算： 单位压制压力与压坯的密度关系，反应了压制过程中粉末体变形和致密的规律，压坯压制时模壁摩擦力可按下式计算：2.脱模力计算 将压坯从凹模内脱出时所需的力称为脱模力。脱模力与压

5、制压力、粉末性能、压坯的密度、侧面面积和尺寸，以及压模的润滑剂有关。 脱模力按下式计算： 剩余侧压强可按下式计算： 相对于密度 ， 凹模外径与内径之比m=24mm时，可按下式估计剩余压强： 铁基压坯： 铜基压坯： 3.压力中心 压坯压制过程中所受压力的合力作用点就是压坯的压力中心。其计算方法与冷冲模的压力中心计算方法类似。4.压机选用原则（1）总压制压力（2）脱模力 选用粉末冶金压机时，必须使下缸的顶出力大于压坯所需要的脱模力。（3）行程和工作台面尺寸 上模冲压行程可按下式计算： 粉末松装高度： 压机推出或拉下的脱模行程H脱必须大于装粉高度H粉，保证脱模要求：第三节第三节 粉末冶金模的设计粉末

6、冶金模的设计一.粉末冶金模的种类及基本结构 粉末冶金模的种类很多，应用最广泛的是压模、精整模、锻模。 把粉末压制为压坯所需模具称为压模。粉末冶金的压制成形主要是指将粉末混合物置于压模中，通过模冲对粉末体施加压力，使之成形。 精整是在常温下，对烧结后的制品进行再压制，使其表面产生塑性变形，以校正其尺寸及精度。所用的模具称为精整模。二.粉末冶金模主要零件尺寸计算 粉末冶金制品的生产过程一般为混料成形烧结精整（或混压）。 成型模具尺寸的计算步骤为： （1）选定精整方式及精整模具尺寸，根据精整余量确定烧结制品尺寸； （2）根据所选的烧结材料和制造工艺的烧结收缩量，确定压坯尺寸； （3）根据压坯尺寸确定

7、成形模具尺寸。 粉末冶金模的主要零件有凹模、芯棒和模冲。1.压坯尺寸变化影响因素 造成压坯尺寸变化的主要影响因素来自成形、烧结和精整。2.工艺参数对压模尺寸的影响（1）金属粉末的松装密度粉 金属粉末的松装密度直接影响模镗的高度。（2）压缩比K 压缩比是指粉末被压缩前的体积与压缩后压坯的体积比。（3）压坯的回弹率e 压坯回弹率的计算公式：（4）烧结收缩率c 一般用压坯在烧结过程中线性收缩量同烧结前的压坯尺寸百分比来表示：（5）精整余量Z 对于尺寸精度要求高和表面粗糙度值要求较小的制品，需要对压制烧结后的压坯进行精整加工。（6）机械加工余量 机械加工余量是为满足尺寸制品精度和表面粗糙度的需要而预留

8、的辅助加工余量。一般车削加工取1.01.5mm，磨削加工取0.050.08mm。（7）复压装模间隙b与复压压下率f 复压压缩的程度常用复压压下率f表示：3.径向尺寸的计算 模具的尺寸应根据压坯的尺寸要求进行计算，而压坯的尺寸随成形工艺的不同而不同。（1）当采用常规的压制烧结工艺时。压坯的尺寸应比制品的尺寸减小一个径向回弹量，增加一个径向烧结收缩量。其模具的计算公式为： 凹模内径： 芯棒外径： 孔心距：（2）当需要精整制品时，除考虑径向弹性回弹率、烧结收缩率外，还应留精整余量。其模具计算公式为： 凹模内径： 芯棒外径： 若制品在精整前需进行切削加工，以稳定精整余量，则模具尺寸计算还应考虑机械加工

9、余量。其计算公式为： 凹模内径： 芯棒外径：（3）当需要复压制品，无精整余量，在高度方向却由较大的压下率。 复压凹模内径： 复压芯棒外径： 初压凹模内劲： 初压芯棒外径：（4）模冲内外径的确定 模冲内外径按凹模孔径和芯棒的外径来确定 ，一般采用间隙配合。 模冲与凹模之间的配合间隙采用H6/F5，h6/G6，H7/g6，H8/f7；模冲与芯棒之间的配合采用F6/h5，G6/h5，G7/h6，F7/h6。（5）凹模外径的确定单层厚壁凹模：组合凹模：4.轴向尺寸的计算 轴向尺寸计算的主要部分是装粉高度，其它高度方向的尺寸，往往由结构上需要来选定，从而确定凹模、芯棒和上下模冲的尺寸。（1）凹模高度的计

10、算 其中当采用常规的压制烧结工艺时： 当需要进行辅助机械加工时： 当需要复压复烧工艺时：（2）芯棒长度的确定 芯棒上断面应与凹模上断面平或略低一点，便于自动松粉，但也不宜过低；当采用手动模时，芯棒长度可与凹模高度相等；芯棒成型面的长度与凹模高度相等；当采用机动模时，芯棒除了成形面长度外，还应加上根据压制方式、脱模方式和连接方式等具体结构条件来选定的其它长度。（3）模冲高度的确定 确定模冲高度时，应总合考虑模冲的安装、定位、装粉高度的调节余地，压坯的高度以及脱模移动的距离等，并考虑压模的具体结构。三.粉末冶金模结构设计 粉末冶金模结构设计顺序为：压坯压制上锻模的选择，补偿装粉的考虑，脱模方式、结

11、构方案的确定，模具尺寸计算，绘制结构总装图。（一）压坯压制上端面的确定（二）补偿装粉三.粉末冶金模典型结构设计 按压制方式压模结构可分为单向压模、双向压模、摩擦芯棒压模和组合压模。1.单向压模 单向压模在压制过程中，相对于凹模运动的只有一个模冲，或是上模冲或是下模冲。2.双向压模 当实体类压坯的高径比h/D1或管套类压坯的高度与壁厚之比h/3时，应采用双向压模。有手动双向压模和机动双向压模之分。3.模冲芯棒压模 用于压制较长的薄壁套类压坯。其压制特点是芯棒和上模冲同速同向对着固定的凹模和下冲模移动压缩粉末体。4.组合压模 形状复杂的粉末冶金制品其成形比简单制品困难得多，压模结构通常由多个上冲模

12、、下冲模及组合凹模和芯棒组成。四.粉末冶金模主要零部件的设计（一）工作零件设计1.凹模 凹模是重要的工作零件，其结构按制品外形及其成形特点，常用的有三种：整体模、拼模和可拆模。2.模冲 上、下模冲与凹模和芯棒之间应有良好的配合、定位与导向、复合的模冲（即有压套时）应能脱出压坯。3.芯棒（二）浮动装置结构设计1.弹簧浮动装置 弹簧的浮动力是变化的，即圆柱弹簧每圈的变形量越大，浮动压力越大。所以，考虑弹簧设计时，圈数尽量多些，以免浮动压力误差过大。弹簧浮动的优点是结构简单，调整方便，所以应用范围很广。2.气压浮动装置 与弹簧浮动相比，气压浮动具有工作可靠平稳而耐用、压力恒定，调整方便等优点；与液压浮动相比，清洁并且密封要求简单。3.液压浮动装置 浮动力大，作用平稳，结构动作更可靠。但是液压缸易漏油，制造过程较复杂。（三）脱模复位装置结构设计1.带下缸压机的脱模复位机构 压机带有下缸的脱模复位机构，可以设计成凹模拉下式脱模然后凹模上升复位，在拉下式模具中多采用拉下凹模脱出压坯。而在固定凹模或弹簧浮动凹模中，多采用下模冲推出压坯。2.无下顶缸的脱模复位机构 无下顶缸压机的自动压模、脱模是借助压机上缸塞或上模向上回升时带动下模冲推