粉末冶金材料模具设计

1、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

2、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 =6.6g/cm3，因此压坯单重W=× 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

3、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。3.3压制方式的选择该产品可看做轴套类压坯，由于d>T,即内孔大，壁厚薄，因此采用摩擦芯杆压制为宜。3.4装粉高度、压缩比的确定由任务书所给数据，粉

4、末的压缩比K=d坯/d粉=6.6/2.6=2.54压坯的轴向弹性后效取1.5%，轴向烧结收缩率取2.0%，径向烧结收缩率取1.0%，两端面各留0.5mm的加工余量，高度方向上精度余量可不考虑，所以H坯=h产品×（1-1.5%+2.0%+1.0%）+2×0.5=33.5mm；H粉=H坯×K=33.5×2.54=85mm。4、成形设备与压制工具系统4.1 装粉方式的选择该产品压坯高度一致，粉料组元之间密度差别不大，模腔形状简单不易产生成分偏析，粉末易于填充，因此采用落下式方法正常装粉。4.2模架的选择由于产品带台阶，成形这类压坯的模架相对而言比较简单，采用“

5、一上二下”式的B型模架即可。4.3压机类型的选择由于产品尺寸较大、质量较重、形状简单、生产效率要求比较低；因此采用液压式压机。h受力=h坯×（K-1）h受力=0.15Smax得出Smax=（K-1）×h坯/0.15=344mm因此根据最大压制压力和最大装粉高度要求从书本表4-7中选择Dorstt TPA-250H 液压式全自动CNC粉末压机。5、压模主要零件的结构设计、尺寸计算和加工5.1 结构设计阴模：因为压制压力很大，而且采用的自动模压，所以选择能承受较高压力的组合筒阴模。阴模和模套组成，模套一般使用韧性好、强度高的材料，模套和阴模之间采用过盈组合。模冲：采用自动上下模

6、冲，保证模冲的定位、导向距离前提下，将模冲分为配合段和非配合段，其中非配合段的内外径尺寸做成退让尺寸。芯杆：自动模芯杆要求与其他零件连接，通常由成形芯杆和接杆两部分组成。5.2 尺寸计算 考虑到产品表面光洁度和机械强度要求不高，只需根据粉末压缩、压坯弹性后效及烧结收缩系数来考虑压坯、模具尺寸。由前文所确定数据可知压坯的轴向弹性后效取1.5%，径向弹性后效取0.3%，轴向烧结收缩率取2.0%，径向烧结收缩率取1.0%，粉末压缩系数为K=2.54。阴模高度应满足装粉和模冲定位需要。因此，阴模高度一般包括松装粉末的高度、下模冲定位高度和上模冲压缩粉末前进入阴模的深度，即H阴=H粉+h下+h上选取下模

7、冲定位高度为h下=15mm，上模冲定位高度为h上=0mm 所以计算H阴=85+15+0=100mm。阴模内径应根据压坯外径要求确定，常规压制烧结工艺时，只要求压坯的外径比产品的外径减少一个径向弹性膨胀量，增加一个径向烧结收缩量，因此D阴内=D0-D0t径+D0S径所以D阴内=105（1-0.3%+1.0%）=105.7mm。阴模外径应根据阴模所承受的最大应力不得大于模具材料的许用应力建立强度条件和卸压时阴模弹性变形恢复而作用在压坯上得剩余测压不得大于压坯所允许侧向抗压应力建立刚度条件，阴模外径应当满足上面两个条件。压坯密度为6.6g/cm，相对密度d=80%=0.8，单位压制压力为50kgf/

8、mm，侧压系数取0.38，则侧压力P侧=0.38×0.8×50=15.2kgf/mm内=b/nb=100/2.7=37外=s/ns=45/1.5=30223=外/内=30/37=0.8=内/P侧=37/15.2=2.4E=2.1×10kgf/mm，=0.3所以根据以前数据可以计算出42D阴外=mD阴内=1.5×105.7=159mm。内下模冲高度应当大于或等于阴模总高度，以方便与顶出式脱模，即85+5=90mm外下模冲配套内下模冲使用，其高度应该比内下模冲高一个台阶的距离，即90+20=110mm芯杆长度应该等于或者稍大于阴模的总高度，即85+7=92mm。5.3模具材料选择和加工因为阴模和芯杆都要承受高压和粉末的反复摩擦，要求高硬度和高耐