汽車變速器行星齒輪支架的粉末冶金模具設計摘要汽車變速器發(fā)展至今已有130多年的歷史，隨著科技的發(fā)展，汽車變速器為了適應市場也在隨之發(fā)展。我國連續(xù)多年汽車市場穩(wěn)居世界第一，汽車零部件的創(chuàng)新也已經(jīng)有了一定的積累，因此汽車零部件行業(yè)變成了我國構筑汽車行業(yè)競爭力的重要組成部分，有很大的發(fā)展機遇。由于環(huán)保和節(jié)能的需求，汽車的輕量化已經(jīng)是世界汽車行業(yè)發(fā)展的潮流，汽車內零件的輕量化以及高品質的需求也越來越高，因此變速器作為汽車重要組成部分，其內部的零件的優(yōu)化十分重要。隨著粉末冶金技術發(fā)展的越加完善，越來越多的制造技術逐漸使用粉末冶金，粉末冶金工藝可以大大的減少后期的機械加工，降低金屬的損耗，且在大量生產同一形狀的物品時能降低很多的生產成本，同時生產出高品質產品。粉末冶金生產出的行星支架能夠使變速器行星齒輪支架提高它對各行星輪間的載荷分配和傳動裝置提高承載能力、降低噪聲以及振動。粉末成型模具的結構設計：壓坯壓制上端面的選取，補償裝分的考慮，脫模的結構及其方式的方案的確定，模具尺寸的設計，繪制模具結構總裝圖。這一次的設計采用的是單向壓制的方式進行設計，通過對壓坯密度、質量、高度及其外徑等等的數(shù)據(jù)計算，大體確定需要設計的模具類型，然后使用AutoCAD二維設計軟件畫出模具的各個零件的零件圖及總裝配圖。關鍵詞：粉末冶金，行星支架，壓制成型，模具設計目錄251181緒論 1286631.1選題背景及意義 1167521.2國內外發(fā)展現(xiàn)狀 1302011.3行星架 323802粉末冶金模具的研究 5278302.1粉末冶金工藝 592662.2粉末冶金的制備 52.3粉末冶金產品的制造流程 72.4粉末冶金模具的優(yōu)點 823803壓制成型模具結構設計 9278303.1成形模具結構設計步驟 992663.2壓坯設計 9118413.3脫模力的計算 15157393.4壓模結構設計 1527613.5模具使用壽命 16267173.6壓模設計注意事項 171759747124壓模主要零件設計 1817384.1AutoCAD軟件 18143454.2陰模設計 1818844.3芯棒設計 209914.4模沖設計 21214564.5模具總裝圖 23 5總結和展望 2431781參考文獻 251緒論由于中國汽車市場的快速發(fā)展，汽車行業(yè)的競爭不斷提高，降低汽車價格成為各大汽車廠商用于提高市場競爭力的主要策略。以成本管理作為主要手段，隨著整車成本的不斷降低，零部件的價格也隨之不斷降低。為了確保產品質量，在傳統(tǒng)生產方法上進行改進已不能滿足產品的低價需求，必須以全新的生產方式制作效率更高、質量更輕、性能更好的產品。粉末冶金零件，尤其是結構零件，一直是圍繞著汽車市場生產與研發(fā)的。而且，開發(fā)粉末冶金汽車零件需要從原料鐵粉、壓制成形-燒結設備到制造工藝與生產管理的改進密切配合。在汽車整車中使用的粉末冶金結構零件大部分集中在變速器與發(fā)動機。主要是形狀復雜的、高強度、高密度、高使用性能的零件的應用在增加。這就導致粉末冶金技術向全密度生產工藝方向發(fā)展，力求消除高強度、高使用性能零件內殘存的孔隙，以改進零件材料的斷裂與疲勞性能[[]]。由于行星架屬于承載型的零件，有工作強度和一定載荷的需求，密度要求較高，因此更多的使用粉末冶金技術來制造;粉末冶金制造行星架有多種方法，常用的還原粉壓縮性差，無法達到密度要求，因此需要使用到霧化鐵粉技術來滿足要求。目前市場上的霧化鐵粉生產廠家主要為國內的鞍鋼、萊鋼和國外的赫格納斯、海格納士等。國產鐵粉與進口鐵粉相比依舊有一定差距，同時，由于國外鐵粉生產廠家基本都在國內成立公司，所以可以直接在國內采購。粉末冶金行星齒輪架的原材料鐵粉中通常添加碳、銅和潤滑劑等，采用常規(guī)混料方式進行混合制作，可以滿足零件性能要求[[[][]1.1選題背景及意義粉末冶金技術是一項將材料制備與零件運用于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形少污染的先進制造技術，在材料和零件制造業(yè)具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進入當代材料科學的發(fā)展前沿[[]]。它是一種近凈成形工藝，具有95%以上的材料利用率，單位能耗低于鑄造和鍛造工藝，并且僅為機加工工藝的1/3左右[[]]。正是如此，美國金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會已將粉末冶金技術認定為一項“綠色技術”[[]]。此外，由于粉末冶金產品的各向異性顯著減弱，產品在經(jīng)過熱處理后的形變較小，比傳統(tǒng)加工工藝產品尺寸精度更高。在制造齒輪這種對尺寸公差要求較高的零件時，粉末冶金工藝的應用可以降低傳輸誤差，減少加工程序，并進一步提高傳動效率[[]]。同時，因為不可再生能源的一直消耗，燃油價格也在一直上漲。在環(huán)境問題日益突出和資源日益短缺的情況下，汽車[][][][]1.2國內外發(fā)展現(xiàn)狀在粉末冶金零件總銷售量中，粉末冶金汽車零件在美國占71%（美國2002年粉末冶金零件銷售量冶金零件總銷售量為370596t，日本約為88%（2002年），西歐約為80%，韓國約79%（2002年），中國27%（2003年）[[]]。粉末冶金制造的金屬零件還有節(jié)能的效果，大量的研究分析表明，如果汽車零件的重量相同，那么使用粉末冶金技術制造的零件能夠節(jié)省最大的能源資源，原材料的利用率同時也是最高的，這樣就會極大地降低浪費材料的現(xiàn)象出現(xiàn)，這就能讓汽車企業(yè)在投入較低的生產成本的同時，制造出更加節(jié)能、性能好的汽車零件。并且在使用粉末冶金技術制造汽車零件的過程中也能減少向生態(tài)環(huán)境中排放的污染物，所以說這種制造工藝也是非常環(huán)保的，能夠更好地保護生態(tài)環(huán)境。最終制造汽車零件使用壓模成型工藝時要求零件具有較高性能，并且具有一致性，所以汽車內粉末冶金技術制造的零件可以隨意進行更換。通過不斷引進國外先進的技術與自主研發(fā)創(chuàng)新相結合，中國粉末冶金產業(yè)和技術都呈現(xiàn)出高速發(fā)展的勢態(tài)，成為中國機械通用零部件行業(yè)中增長最快的行業(yè)之一，每年全國粉末冶金行業(yè)的產值以35%的速度遞增[[][][]1.3行星架行星齒輪傳動系統(tǒng)由于單位體積可傳遞的功率、轉矩較大而廣泛用于汽車、飛機、重型機械的變速箱以及各種其他工業(yè)設備，它在由大轉矩質量比而產生大的減速度時，用來限制軸承負荷及減低振動和噪音[[]]。其中，行星齒輪架是整個行星齒輪系統(tǒng)中承受外力矩最大的零件[[]]。其結構設計和制造質量對各行星輪間的載荷分配以至傳動裝置的承載能力、噪聲和振動有非常重要的作用[][][]1.3.1常用的行星架結構類型作為行星齒輪傳動裝置的主要構件之一的行星架，行星輪構件中承受外力扭矩最大的零件便是它。它主要分為以下幾種類型（1）雙壁整體式結構在行星輪較大，行星輪中可安裝軸承時使用這種結構。它在承受載荷時變形較小，剛性好，這有利于行星輪上載荷沿著齒輪寬度方向均勻分布，噪聲和減小震動。（2）焊接結構和鑄造結構若是行星架采用完整的鍛件來制造，鍛件在加工的過程中不僅切削量大，并且大量的金屬會成為切屑，導致材料上的浪費較高，因此行星架毛坯可以由焊接或鑄造來制造，此時毛坯尺寸在很大程度上與行星架的實際尺寸相差不多。制造焊接或鍛造結構的行星架的時候，必須要在工藝過程中確定有能夠消除內應力的工序，不然，在機械加工的過程中，還有在傳動運轉過程當中，行星架有很大的幾率發(fā)生較大的形變。（3）單壁式結構簡單，裝配方便有可拆卸式側板，能最大限度添加行星輪數(shù)量?？墒怯捎谛行禽嗇S為懸臂狀態(tài)，受力不良，剛性差。（4）組合式結構在重載行星齒輪傳動中，這種結構的優(yōu)點是從撐柱中間部分輸入或輸出扭矩，安轉行星輪軸的構件的結構是對稱的，這個時候如果行星架撐柱和側板形變，也將會出現(xiàn)行星輪軸線相對于中心輪軸線偏斜，來確保載荷沿嚙合齒寬的分布均勻。圖1-1常用的行星架結構類型行星架的功能在很大程度上決定了結構，制造行星架的方法以及行星齒輪減速器的組裝前提條件。合理的行星架結構應是體積小，重量輕，能確保行星輪間的載荷分配均勻以及載荷沿嚙合齒寬分布均勻，同時擁有較好的組裝工藝與加工工藝，讓行星齒輪傳動可以承受更高的載荷、發(fā)出較小的振動和噪音。本次設計選用的是GF6變速器的行星齒輪支架。圖1-2GF6變速器的行星齒輪支架1.3.2行星架的結構應滿足的要求（1）應有足夠的強度：行星架承受通過齒輪傳遞的負載，并將所有的動力傳輸?shù)捷敵鲚S。（2）應有較高的制造精度：尤其是行星輪軸(或支承)孔的位置精度，例如軸孔不平行度的誤差、孔距的相對誤差、孔軸線角度位置的誤差等，這些對行星輪間載荷的分配均勻和對載荷沿嚙合齒寬的分布均勻都有重要影響。（3）應有合適的剛度：當行星齒輪與太陽齒輪和環(huán)形齒輪嚙合時，行星齒輪架剛度的選擇必須適當，確保其能夠與齒精確接觸。由于行星架在負載下易變形，所以行星輪的軸線相對于中心輪的軸線偏斜，使得朝向嚙合的齒寬度的端部的負載較大，這將會導致不均勻沿齒寬分布負載。發(fā)生這類情況應該在選擇行星架結構時，經(jīng)由加強結構剛度來解決，也可以通過加工工藝的改進來改良。如今高柔性行星架已經(jīng)被采取，它有利于行星輪間載荷達到平均分配。2粉末冶金模具的研究2.1粉末冶金的概況粉末冶金是以金屬粉末為基本原料，用成形一燒結制造金屬制品的一種新型金屬成形技術[[]]。粉末冶金零件材料的冶金化學組成幾乎是變化無窮的，可為具體應用創(chuàng)制獨特的合金，調整物理、化學及磁性性能，以使產品使用性能最大化[[]]。據(jù)統(tǒng)計資料，粉末冶金零件的主要市場是汽車產業(yè)，在日本接近90%，在西歐為80%，在北美為70%～75%。這表明粉末冶金零件產業(yè)和汽業(yè)產業(yè)一直是利益攸關、共存共榮。從1940年代到1990年代初，經(jīng)過50年不斷的發(fā)展，粉末冶金零件已成為汽車制造中不可缺少的基礎零件,我國汽車零部件主要使用的冶金材料是鐵基粉末冶金材料，它以鐵元素為主，添加C、Cu、Ni、Mo、Cr、Mn等合金元素形成的一類鋼鐵材料[][][]圖2-1中國粉末冶金零件應用零件占比圖2-2全球粉末冶金市場區(qū)域粉末占比隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車動力性能的要求日益增加，汽車的功率也在不斷增加，汽車的離合器與變速箱所收受到的轉矩也不斷提升，這使得汽車變速器的行星齒輪支架也有了更高的性能要求，并且要求其尺寸更小，成本更低。同時，人們又要求汽車的行駛更安靜、更舒適，因此眾多汽車零部件制造商都愈來愈重視性能更高、運行更安靜的行星齒輪支架產品的開發(fā)[[][]2.2粉末冶金的制備粉末冶金技術最先是由埃及人在風箱中用碳還原氧化鐵得到的海綿鐵。將海綿鐵經(jīng)過高溫鍛造成致密塊，然后再捶打成鐵的器件，因此煉鐵技術在遠古時期對人類社會起到了重要作用。2.2.1粉末冶金的技術發(fā)展的研究粉末冶金技術在發(fā)展的過程中，先后制造了集電刷、青銅含有軸承和硬質合金等等。粉末冶金能夠生產材料性能更優(yōu)越，同時材料利用率高，材料比均勻的制品相比于普通的熔煉法。粉末冶金工藝靈活，可以制造價廉物美的零件，也可以生產新型的零件通過判別材料具有的性能。粉末冶金技術和各行各業(yè)相融合，研發(fā)出了許多新工藝，例如微波燒結、放電等離子燒結、等靜壓成形、溫壓成形和增材制造技術等等。在汽車行業(yè)快速發(fā)展的大背景下，新材料的使用是當下的主要方向。而粉末冶金技術作為制造新材料的工藝，我們對于粉末冶金技術的需求也會越來越高，粉末冶金技術也將走向更高的層次。總而言之，粉末冶金技術仍舊需要一個長期的發(fā)展和研究，并且已經(jīng)得到了實踐驗證其實用性。粉末冶金在汽車制造業(yè)和信息技術領域都將會不斷地朝著新的方向發(fā)展。2.2.2粉末冶金的技術特點的研究粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，并且這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種無切削工藝。（1）粉末冶金技術可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結構材料等）具有重要的作用。（2）可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學、磁學、光學和力學性能。（3）可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。（4）可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結構陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。（5）可以實現(xiàn)近凈形成和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗。（6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。2.2.3粉末冶金的制備新工藝的研究粉末冶金的制備主要是采用霧化制粉技術，納米粉末技術，機械合金制粉技術。霧化制粉技術是采用直接敲擊液體金屬或者合金的方式，讓其快速冷凝，從而得到粉末材料。這種方式可以減少合金成分的偏析，從而得到成分均勻的材料。納米粉末技術則是針對粒度在100nm以下的粉末顆粒，這種粉末和普通的顆粒材料有較不同的化學性和物理性。但是由于納米粉末生產成本較高，因此并沒有被大規(guī)模使用。機械合金制粉技術則是在高能球的磨機中，讓粉末顆粒和磨球經(jīng)過長時間的磨合，致使粉末被破壞，在其表面逐步互相冷焊從而合金化的技術。圖2-3真空霧化制粉技術2.2.4粉末冶金燒結新工藝的研究粉末冶金燒結新工藝又分為微波燒結、放電等離子燒結兩種。微波燒結是利用微波的波段和材料之間的結構產生熱量。這種方式可以讓材料整體在燒制溫度適當?shù)那闆r，從而實現(xiàn)致密化。放電等離子燒結，就是在加壓情況下對粉末兩端施加低電壓，從而促使粉末產生大量的熱，熱量可以使粉末表面顆粒處于激活狀態(tài)，減少擴散。2.3粉末冶金產品制造流程粉末冶金行星齒輪支架模具的設計是在傳統(tǒng)的粉末冶金壓制工藝上是將混合的金屬粉料（金屬粉末與非金屬粉末的混合物）裝填入陰模型腔中，通過模沖將壓機施加的壓力傳遞給粉末，使之成為所需要的具有一定形狀和尺寸精度的壓坯，卸壓后，通過壓機將成形的壓坯脫出模具的工藝過程。傳統(tǒng)的粉末冶金壓制流程可以分為裝粉、壓制、脫模三個步驟構成。模具設計屬于機械設計的范疇，早期的模具設計主要是利用手工繪圖，因此制造出來的模具在裝配、精度等方面均有較大的問題。隨著計算機的發(fā)展，模具的設計方法已經(jīng)由傳統(tǒng)的手工繪圖設計逐步向計算機輔助設計(CAD)方向發(fā)展，給模具設計帶來了深刻的變革[[]]。粉末冶金加工通常采用幾種金屬粉末或金屬粉末和非金屬粉末，不用熔煉或鑄造而制成的。通過配制、壓制成型，燒結和后處理，加工成粉末冶金產品，壓制是非常重要的一環(huán)。壓制成型是指將松散的粉末體密實成具有一定形狀、尺寸、密度和強度的壓坯的工藝過程。壓制成型的方法有很多，如模壓、等靜壓成形、粉末連續(xù)成形、粉末注射成形和粉漿澆注成形等,而模壓成形是最廣泛使用的粉末成形技術。模壓成形通常在機械式壓機或油壓機上,于室溫及一定壓力下進行的。粉末冶金的壓制壓力一般為140-840mpa[]圖2-4粉末冶金產品制造流程2.4粉末冶金模具的優(yōu)點高材料利用率。采用傳統(tǒng)的切削方法制造機械零件時，材料利用率約為40％?50％，甚至更低：粉末冶金制備方法的材料利用率可達到95％以上。

（2）生產效率高。隨著粉末冶金壓機和燒結機的自動化程度的提高，一臺專用的粉末冶金壓機通?？梢陨a1,000至10,000個單位的產量。（3）節(jié)省有色金屬。由于粉末冶金的幾何形狀與要求的實際產品基本一致，其后續(xù)處理非常少，甚至不需要處理（4）節(jié)省機床，節(jié)省切割機床及其地面空間。由于粉末冶金工藝是在比基體金屬的熔點低的情況下舉行的，因此可以獲得熔點和密度范圍廣的各種金屬，金屬和陶瓷，金屬和塑料等不均勻的復合材料和成品。采用特殊方法生產的微小金屬或合金粉末凝結速度極快，晶粒平衡良好，保證了材料的平均結構，性能穩(wěn)定，冷熱加工性能優(yōu)異，粉末顆粒不含合金元素，隨著含量的限制，可以進一步提高強化相的含量，從而成長為新的材料體系。采用各種成型工藝，粉末原料可直接成型為坯料或者網(wǎng)狀零件，毛利少，無毛利，加工量大大減少，提高人才的利用率，降低成本。事實上粉末粉末冶金工藝的重要的優(yōu)勢還是他一體成型的功能。大多數(shù)的金屬都是能夠循環(huán)使用的，并且粉末冶金用的粉末基本大多數(shù)都由在循環(huán)回收材料生產。在粉末冶金零件的生產制備過程中，每道工序所產生的廢料損失也是十分少的，同時他材料的利用率不低于百分之九十五。綜上粉末冶金工藝材料的可持續(xù)性發(fā)展是他最重要的優(yōu)點。3壓制成型模具結構設計3.1成形模具結構設計步驟（1）選擇壓坯的頂部表面。在生坯壓實過程中上端面的選擇要綜合考慮側面面積比，密度均勻性，壓制壓力，緊湊尺寸精度，粉末裝載量，壓制，脫模和模具加工等各種因素。（2）加載方式的選擇。為了使加壓后的不同截面的壓制截面的密度均勻一致，沖壓方向截面不同的壓坯，組合沖模結構應考慮到傳送粉末，獲得大致相同的壓縮比。在壓制過程中，為避免粉末橫向移動的發(fā)生，粉末填充物的結構可以實現(xiàn)調節(jié)的填充空腔深度，并且可以很容易地進行精細調整。（3）壓制方式的確定。對于形狀復雜制品，為使成型壓坯的各部分密度符合要求，必須斟酌適合的壓制過程，以及陰模、芯棒和上下模沖所運用的浮動結構。能經(jīng)由調整浮動力的大小或強行推移某些模具零件，來控制他運行速率，來完成調節(jié)密度分布的目的。（4）脫模方式的確定。頂出式就是下模沖把壓坯頂出陰模；拉下式就是下模沖不動，把陰模拉下從而脫出壓坯。對于帶臺階壓坯、球面壓坯、螺旋面壓坯等而言，須要從模具結構上處理脫模問題。壓坯脫模后，一定要復位才能進行下一個壓制循環(huán)，脫模和復位大致是通過同一結構完成，也就是說，脫模復位機構要確保脫模時壓坯完好，動作正確可靠，還應保證復位位置正確。（5）模架類型和模具結構方案的確定。根據(jù)壓坯形狀、壓制方式、脫模方式、移送裝粉要求以及壓機具有的動作，面對大數(shù)量的自動生產的產品，要選用適合的模架，確定模具結構方案。（6）計算裝粉高度及模具軸向尺寸。依靠壓坯高度和密度要求，確定壓縮比，計算出裝粉高度，選定模具零件主要的連接方式。零件的連接要安全牢固，方便安裝和拆卸，結構簡易。依據(jù)模具零件連接，壓制成形和脫模的需要，選擇模具的軸向尺寸。（7）計算陰模，芯棒及模沖的徑向尺寸。依據(jù)工藝參數(shù)，計算陰模內孔和芯棒外徑尺寸，根據(jù)強度及剛度條件計算陰模壁厚。然后依據(jù)配合精度選擇上下模沖的徑向尺寸。3.2壓坯設計壓坯設計決定著一種零件能否采用粉末冶金壓制成型，他是粉末冶金模具結構設計的重要環(huán)節(jié)之一。壓坯設計主要包括壓坯形狀設計、密度設計和壓坯精度設計。3.2.1壓坯形狀設計首先依據(jù)單軸向在剛性壓模時壓制成形的可能性，把制品壓坯按形狀進行分類。壓坯形狀須要盡量和產品零件相同或相近來達到產品的功能要求。同時，還須要考慮壓制成形過程（裝粉的方式壓制成型、壓制、脫模）的條件及壓模結構與剛度等對壓坯形狀、質量、尺寸的影響。須要從各個方面綜合考慮，比如脫模有無困難，粉末壓制有無困難，壓模強度和耐用，簡化壓模結構。依據(jù)粉末成形壓機的構造、模架和模具的結構，可以將制品形狀分為以下五種基本類型:（1）I類是指筒狀、柱狀、板狀等一些形狀最簡單的制品。例如拖車的襯套和汽車的小隔套等，它們的壓制成型的模具通常是由陰模、一個上模沖、一個下模沖和芯棒等組成。（2）II類是指端部有外凸緣或內凸緣的一些制品。它們的成形模具一般是由陰模、一個上模沖、兩個下模沖和芯棒等組成。（3）III類是指上、下端面都有兩個臺階而一類制品。它們的壓制成形模具一般是由陰模、兩個上模沖、兩個下模沖和芯棒等組成。（4）IV類是指下端面有三個臺階面一些制品。它們的壓制成形模具一般是由陰模、一個上模沖、三個下模沖和芯棒等組成。（5）V類是指上端面有兩個臺階面，下端面有三個臺階面一些制品。它是用粉末冶金成形壓機壓制成形的，外形最復雜的零件。圖3-1模壓示意圖3.2.2壓制密度設計和壓制方式的選擇壓坯密度的均勻性，是壓模設計要解決的主要壓制質量指標。在壓制過程中，由于粉末與模壁之間的摩擦，所引起壓坯密度無論是在高度還是橫截面的分布都是不均勻的，尤其是隨著壓坯高徑比的增大引起的壓坯密度沿高度方向的不均勻越來越大。但是壓制方式不同，壓坯密度分布有很大差別。單向壓制時，壓坯密度分布很不均勻，若采用雙向壓制中的非同時雙向壓制或摩擦芯桿壓制，可以顯著改善壓坯密度分布的不均勻性。在明確了壓坯密度分布與壓制方式之間的關系后，必須根據(jù)壓坯的形狀、高徑比、生產批量和壓機選擇壓制方式和壓模結構類型來解決壓模設計中壓坯密度分布的均勻性。壓坯密度散步不均衡的地方，往往是壓坯截面積產生改變的分界處；脫模時這種部位也極其容易出現(xiàn)裂紋，燒結時還可能出現(xiàn)變形。影響壓坯密度散步均勻性的因素：粉末成分及性能、模具表面質量、摩擦力、壓制時的粉體會柱式流動，基本不會出現(xiàn)顯著的橫向流動[9]。圖3-2單向壓制（a）和雙向壓制（b）所得壓坯形狀示意圖壓坯中中立層的位置可以觀察壓坯密度散布的均勻程度。通過壓制方式和壓模結構的合理選擇使的中立層2邊受一樣的壓縮，提高密度散布的均勻性。d粉—粉末松裝密度；d1—第一次壓制后壓坯平均密度；第一次壓制后：d粉H粉=d1h1x=h1-hd粉H粉=d1(h+x)∴x=(d粉H粉-d1h)/d1(3-1)第二次壓制后：d粉H粉=dhd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%(3-2)壓力相等時雙向壓制與非同時雙向壓制的效果相同。非同時雙向壓制中第二次壓制的模沖移動距離：x=(d2-d1)h/d1或者y=x/l=100(d2-d1)/d1(k-1)(3-3)其中：d2是要求的壓坯平均密度；d1是單向壓制的平均密度；h是壓坯高度；k是壓縮比；l是裝粉高度與壓坯高度之差。摩擦壓制在壓制過程中，陰?；蛐景襞c樣品側在相同方向上相對移動，即當運動更快時，依靠粉末和模具壁之間的摩擦從而驅動陰模或芯棒。接觸的粉末層移動，從而增加沿著壓塊高度的密度分布均勻性。圖3-3幾種基本的壓制原理圖單向壓制；（b）雙向壓制；（c）浮動陰模雙向壓制；（d）拉下式壓制；（e）摩擦芯桿壓制在室溫下進行壓制時，通常需要約1噸/cm以上的壓力，最大壓縮壓力為12-15噸/cm，當壓制壓力過大時，壓力工具可能受損;有時基體會產生層狀裂紋，瑕疵和缺陷。超過強度上限后，粉末顆粒出現(xiàn)粉碎。常見的成型方法包括單向壓制，雙向壓制和浮動成型。壓制方式的確定依據(jù)壓制方式和方法不同，上、下模沖、芯桿與陰模相對于粉末壓坯的相對運動方向及速度的不同，使外摩擦對壓坯密度的均勻散布出現(xiàn)有害或有利的影響。單向壓制是將粉末固定在負模中并讓它們在移動模具沖頭和固定模具沖頭之間按壓的方法。圖3-4單向手動壓?？捎脝蜗驂褐谱畲笾涤嬎愎剑篠側max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K(3-4)當柱狀壓坯S側/S<K或者圓柱體壓坯高徑比H/D<K/4時，可采用單向壓制來滿足壓坯密度散布均勻性的要求。單向壓制模具操作簡單，容易，同時制成效率高，但在壓制時受摩擦力的影響，產品密度不均勻，適用于高厚度或小厚度部件。雙向壓力是在相反的運動之間壓入陰模中的粉末的方法。圖3-5雙向手動壓模可用雙向壓制最大值計算公式：S側max/S=[1-(ρ中/ρ上)m]/μξ=2K(3-5)當柱狀壓坯K<S側/S<2K，或者圓柱體K/4<H/D<K/2時，采用雙向壓制、非同時雙向壓制、浮動陰模雙向壓制或者下拉式壓制可以滿足壓坯密度分布均勻性要求。雙向壓制比較適合用于壓制高度或厚度較大的零件。雙向壓制壓坯的密度較單向壓制均衡，不過在雙向同時加壓時，壓坯厚度的中間部分密度比較小。摩擦芯棒壓制是上模沖壓，迫使芯棒一起向下移動，芯棒向下移動的速度低于粉末向下移動的速度，使得粉末由芯子之間的摩擦力向下驅動棒和粉末。浮動陰模中的粉末被壓在動模沖頭和定模沖頭之間。彈簧支撐陰模并處于浮動狀態(tài)。當加壓開始時，粉末和模具壁之間的摩擦小于彈簧支撐。力，只有上模向下移動;隨著壓力的增加，當兩者的摩擦力大于彈簧支撐力時，負模與上模一起沖壓，沖頭與模具之間發(fā)生相對運動，使單向壓縮為轉換成生坯的雙向壓縮，并且在兩個方向上的不同時間壓制生坯，這可以使生坯的密度更均勻。圖3-6摩擦芯桿浮動壓?？捎脝蜗驂褐谱畲笾稻C合計算公式：[(S側陰-S側芯)/S]max=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K(3-6)對于圓筒形壓坯的高與壁厚之比：h/T=K(1+D內/T)/2(3-7)摩擦芯桿壓制特別適合于大孔薄壁壓坯。選擇原則：（1）(S側陰+S側芯)/S<K或者圓筒形壓坯h/T<K/2時，可取用單向壓制；（2）(S側陰+S側芯)/S>K時，如果(S側陰+S側芯)/2<(S側陰-S側芯)，或者圓筒形壓坯D內<T，可取用雙向壓制；（3）(S側陰+S側芯)/S>K時，如果(S側陰+S側芯)/2>(S側陰-S側芯)，或者圓筒形壓坯D內>T，可取用摩擦芯桿壓制[12]。組合壓模：組合壓模是這些壓制方式（如單向壓制、雙向壓制和摩擦芯桿壓制等）還有他們的壓模結構的綜合運用。就是在設計壓制模具時，結合各種壓模的結構優(yōu)點，設計成多種外形的組合模沖來完成復雜零件的壓制成型工序，并采用幾種壓制形式綜合運用來確保壓坯質量；所以，組合壓模是樣式最多的且運用最為普遍的壓膜結構。3.3脫模力的計算壓制壓力去除后，側壓力由于高度方向的彈性縮小，側壓力會下降以一半左右。在低速的高壓制壓力的條件下，塑性金屬粉末容易產生“模瘤”；模具表面質量差、模溫過高及潤滑不良，會使模瘤現(xiàn)象變得更加嚴重。嚴重時脫模壓力比壓制壓力高，將模具拉傷。脫模力計算公式：F脫=μ靜P側剩S側P側剩=E∑R剩(m2-1)/2RP側剩=jξ0ρP（3-8）其中：∑R剩：卸壓后陰模半徑上剩余的變形量；j：剩余側壓強與側壓強之比，決定于模具的剛度；m：陰模外徑與內徑之比；ρ：壓坯的相對密度當相對密度為：0.80~0.85時，m=2~4可粗略估算：對于鐵基：P側剩=0.18~0.20P(3-9)對于銅基：P側剩=0.20~0.22P(3-10)外箍內的精整：精整壓力Fc=F1+F2+F3(3-11)其中：F1是實現(xiàn)軸套純變形所需要的力；F2是克服整形區(qū)外摩擦所需的力；F3是克服內摩擦所需的力。精整壓力計算公式：Fc=Pc(S+μQ)+0.58σαS2(3-12)其中：Pc為精整區(qū)的平均單位壓力；Q為陰模精整區(qū)的工作面積；σ為精整件的塑性變形抗力(三向壓力)；α為陰模入口端的角度；S2為精整區(qū)軸套的橫截面積。3.4壓模結構設計粉體模壓成形模具主要零件有：陰模、芯桿、模沖。在模具零件結構設計的過程中，應斟酌壓制成形的過程標準、安全（人身、設備、模具）標準、與模架連接標準、裝配標準、制造標準等。

（1）陰模要有足夠的硬度，低的粗糙度；應與制品外部性狀相似或完全一致；高度能容納壓制所需的松散粉末。（2）模沖起到給陰模和芯桿的定位和導向作用，有合理的配合間隙。

（3）芯桿保證壓坯內腔的幾何形狀和尺寸精度，與上下模沖有良好的配合。

根據(jù)產品的形狀，采用單向壓制，頂出式脫模。陰模高度的計算公式為：H＝H粉+H下+H上(3-13)

H上：上模沖壓縮粉末未進入陰模的深度；H下：下模沖定位高度；H粉：粉體松裝高度；H下是按照下模沖和陰模之間的裝配標準而選定的。一般取10～30mm。手動模的定位高度會比自動模更大一點。對于手動模，須要斟酌在陰模上增添一個高度H上。陰模壁厚一般為10～30mm。芯桿的長度一定不能高于陰模上端面或略微比他低一點，這樣可以使自動送粉更加容易，不過最好也不要過低，避免出現(xiàn)夾粉現(xiàn)象，從而磨損芯桿。3.5模具使用壽命模具的損耗是提高粉體壓模成型成本的主要因素之一。所以在考慮模具的使用壽命的時候，也要同時計算模具的成本按照生產零件的數(shù)量和模具的制作成本在確保預期的技術標準和使用壽命的前提下，盡可能的降低模具的成本。影響模具壽命的原因有許多，模具零件的制造精度和組裝精度，模具材料的挑選和其熱處理等等。模具壽命大部分都體現(xiàn)在依據(jù)磨損和根據(jù)破損體現(xiàn)。陰模和芯棒在使用中和粉末的摩擦場合居多。結果導致模沖和芯棒容易出現(xiàn)磨損。陰模因為粘著粉末而且傾向于變大，芯棒因為和粉末的磨損而傾向于變細。模具主要零件的精度一般不能夠低于零件的精度，特別是精準模具的精度。模具主要零件的工作表面粗糙度數(shù)據(jù)應該要盡量地低。這樣可以顯著降低零件表面的粗糙度同時也能夠增加模具的工作壽命。模具的工作壽命與模具主要零件表面的硬度也有關，表面的硬度越高，它的耐磨性就越好，使用壽命也就越長。陰模因為要在高應力狀態(tài)下經(jīng)受粉末的反復摩擦，所以要求工作表面的硬度盡可能的高。芯棒因其使用條件和陰模相似，所以硬度值和陰模的硬度相近。不過合適的硬度還是要綜合芯棒尺寸的大小來斟酌。主要是根據(jù)芯棒的長度和直徑的比值來考慮芯棒是否全部淬硬或分段熱處理。模沖的硬度主要是考慮他的結構特點，由他最薄弱截面的強度和它的最大壓制力決定。模具是各工業(yè)部門的重要工藝裝備，它的使用性能，特別是使用壽命反映了一個國家的工業(yè)水平，并直接影響到產品的更新?lián)Q代和在國際市場上的競爭能力。因此，各國都非常重視模具工業(yè)的發(fā)展和模具壽命的提高工作。目前，我國模具的使用壽命還不高，模具消耗量較高，所以，增加我國的模具使用壽命是一個十分緊迫的任務。由于模具熱處理對使用壽命影響很大，現(xiàn)在我國的模具損壞多半是熱處理不當而導致的。據(jù)統(tǒng)計，模具由于熱處理不當而造成模具失效的占總失效率的50%以上，因此國外模具的熱處理開始增加使用使用真空爐、半真空爐和無氧化保護氣氛爐的方式。模具熱處理工藝包括表面強化處理以及基體強韌化?；w強韌化在于提高基體的強度和韌性，減少斷裂和變形，這就導致它的常規(guī)熱處理必須嚴格按工藝進行。表面強化是為了提高模具表面的耐磨性、耐蝕性和潤滑性能作為主要目的。表面強化處理方法很多，主要有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。3.6壓模設計注意事項粉末冶金材料普遍的成形方法是在剛性封閉模具中把金屬粉末壓縮成形，但是模具的成本都比較高昂；因為粉末流動性較差，且又遭到摩擦力的影響，壓坯密度普遍比較小而且散布不均衡，強度不高，薄壁、細長形及沿壓制方向呈變截面的零件依舊很難成形。所以取用壓制成形的零件結構的設計須要注意下面的問題：（1）盡量取用簡單、對稱的外形，避免截面變化太大以及出現(xiàn)窄槽、球面等，對制模和壓實更加的有力。

（2）避免局部薄壁，以便裝粉壓實和防止出現(xiàn)裂紋。

（3）避免側壁上的溝槽和凹孔，以利于壓實或減少余塊。

（4）避免按壓制方向的截面積逐步增加，使得更容易壓實。各壁的交接處應采用圓角或倒角過渡，避免出現(xiàn)尖角，以利于壓實及防止模具或壓坯產生應力集中。4壓模主要零件設計4.1AutoCAD軟件AutoCAD（AutodeskComputerAidedDesign）是Autodesk（歐特克）公司自主研發(fā)的由計算機輔助設計的軟件。用來用于二維畫圖、具體繪制、設計文檔以及基本的三維研發(fā)設計?？梢哉f學過繪圖的人士90%基本從AutoCAD入手，之后再以此為媒介去學習更多功能的。AutoCAD工具作為一款繪圖軟件，在各個領域都擁有著他的作用，譬如在機械、汽車、材料、室內裝潢以及園林等等各種設計領域，均為當仁不讓的領頭者，而且目前越來越多其他不同領域也開始使用AutoCAD設計進行作業(yè)：地理、航海甚至氣象方面都大大需要AutoCAD的輔助來完成?，F(xiàn)已經(jīng)成為了國際上使用量巨大的繪圖工具。AutoCAD具備杰出的用戶界面，經(jīng)過由使用交互菜單或輸入程序的方式就能夠來實現(xiàn)各種操作。它能夠使不是計算機行業(yè)的專業(yè)人員也能夠迅速地學會使用基于他的多文檔設計功能。在不斷實踐、使用的過程中使用者能夠更好地學會他的各種功能及開發(fā)的技巧，從而不斷的提高工作效率。AutoCAD擁有十分強大的適應性，它能夠在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機及工作站上運行使用，擁有實現(xiàn)多種方式畫出各種線條模型的圖形對象的繪圖輔助工具。AutoCAD的輔助工具也十分齊全。正交功能的使用是能夠很迅速地畫出水平、豎直的直線，并且對象捕捉能夠幫助選取幾何對象上的特殊點，而畫斜線及沿不同方向定位點能夠變得更加方便若是使用追蹤功能。AutoCAD具有非常強大的編輯功能，可以移動，復制，旋轉，定位，拉伸，放大，修剪和縮放對象。在軟件中可以創(chuàng)建許多不同類型的主題，并且可以自己設置備注?？梢栽趫D形的任何位置和任何方向上編寫字符，斜角圖層管理功能的功能是在圖形對象都處于特定級別時設計圖層顏色，線型，線寬和其他屬性。同時AutoCAD也在向智能化，多元化的方向發(fā)展，使得他對于用戶更加的簡便，易學易用，功能更加的全面，更加貼合用戶的使用習慣。4.2陰模設計陰模的結構優(yōu)點分為三種：整體模、可拆模和拼模。整體陰模又分為單層模及雙層組合模兩種。單層整體模是不能承受比較大的壓力的結構最簡單的一種陰模。由淬硬的陰模和堅韌的膜套組裝成的雙層組合筒模與他相比能承受比較高的壓力。拼模及可拆模的組成成分是分別加工的若干塊模。其中拼模不可拆卸，而可拆模在脫模時可以拆卸。\t"C:/Users/Administrator/Desktop/%E8%AE%BA%E6%96%87/%E6%8A%A5%E5%91%8A/PaperPass-%E6%97%97%E8%88%B0%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"陰模的選擇通常使用高速鋼，硬質合金，低合金工具鋼和工具鋼。（1）性能：陰模內孔是最重要的工作面，為確保能夠正常的工作，陰模的表面應有較高的硬度，比較低的粗糙度以及良好的耐磨性，在工作壓力下應有足夠的強度和剛性。（2）形狀：以內孔成型的壓坯的外表面，它的形狀一定要和零件的外部形狀相似或著完全一致。如圖4-1所示。圖4-1壓制陰模零件圖（3）精度：一定要能滿足壓坯的尺寸精度和它的形位公差標準；與上、下模沖在壓制時須要確保有精確的定位和導向。（4）為確保壓坯成型，陰模的高度一定要可以裝得下壓制所須要的松散粉末。沿著脫模方向可以容許有小的脫模錐度。（5）結構上應便于制造和維修，使用安全，安裝操作方便。（6）基準和形位公差：在陰模制作過程中應注意加工基準與安裝基準的統(tǒng)一。如圖4-2所示陰模結構，A面為安裝基準面，其他各面的形位公差為：D和d的垂直度不大于0.01mm；C、E面對A的平行度要小于0.01mm；D與d兩柱面要求同軸度不大于0.01mm；D面及d面的不直度要求都要均不大于0.01mm。圖4-2陰模技術要求圖例4.3芯棒設計芯棒的結構類型很多，其中最簡單的結構是手動壓膜芯棒，全長具有同樣工作直徑，兩端帶有0.5到0.1毫米半徑的圓弧或一個45度的倒角，用來使操作更方便，并且不容易碰上陰模。芯桿材料可以和陰模的選材選取相同的材料。需要注意的是芯桿熱處理的硬度需要低于陰模，尤其是對細長的芯桿更需要有更高的韌性。（1）性能：芯棒外表面是最重要的工作面，為確保正常工作，工作表面要有高的硬度，低的粗糙度及良好的耐磨性，機動模芯棒的連接或固定端需要有足夠好的強度和剛性。（2）形狀：芯棒的外表面是成型壓坯的內表面，它的外形一定要和零件的內表面形狀相似或完全一致。如圖4-3所示。圖4-3芯棒零件圖（3）精度：芯棒須要滿足壓坯的尺寸精度和形位公差標準；與上、下模沖配合還要具有良好的定位和導向功能。（4）結構上須要在制造和維修是方便、容易，使用安全，安裝操作簡便。（5）基準和形位公差：在芯棒制作過程中，應注意加工基準與安裝基準的統(tǒng)一。如圖4-4所示安裝基準面，B面為與模沖配合面。芯棒各面的形位公差為：d和d0的同心度對A的垂直度均不大于0.01mm。臺階面對A的平行度不大于0.01mm，且與d面垂直度不大于0.01mm;上端面應與A面平行和與B面垂直，其值均不大于0.02mm；安裝螺紋孔應與A面垂直與B面平行且均不大于0.02mm；芯棒的成型段有直線度和圓度或圓柱度的要求，其數(shù)值大于0.005mm。圖4-4芯棒技術要求圖例4.4模沖設計設計模沖結構的時候一定要注意，不管是自動模模沖還是手動模模沖，在保證模沖和陰模，模沖和芯桿之間有足夠的定位，導向距離前提下?？蓪⒛_分為配合段和非配合段，配合段徑向尺寸嚴格按壓坯的精度選取。非配合段的內外徑尺寸作城退讓尺寸。這樣既減少了不必要的精密加工又使壓制和脫模更加的方便。模沖的工作條件\t"C:/Users/Administrator/Desktop/%E8%AE%BA%E6%96%87/%E6%8A%A5%E5%91%8A/PaperPass-%E6%97%97%E8%88%B0%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"沖裁工作條件相對穩(wěn)定，要求所選材料具有良好的韌性。

頂桿、控制桿、模板等選用50號或45號或GCr15、40Cr。頂桿、控制桿、模板等選用50號或45號或GCr15、40Cr。（1）性能：模沖的端部標準要有不錯的耐磨性，模沖承受載荷大同時一般模沖的結構外形復雜，為避免脆裂，要求有良好的韌性。（2）形狀：模沖的端部是用來使壓坯成型的，所以它的端部形狀須要和制品形狀相似或完全一樣。如圖4-5所示。圖4-5壓制內下模端面圖（3）精度：模沖要與陰模和芯棒之間有較高的配合精度、擁有良好的定位和導向效果。（4）結構上模沖需要在制造和維修時更加的方便容易，使用保證安全，安裝操作方便。（5）基準及形位公差：需要注意加工的基準和安裝的基準的統(tǒng)一。如圖4-6所示，A面為安裝基準面（承載端面），B為模沖內表面的基準面。模沖各面的形位公差是：d和D的同軸度不大于0.01mm，對A面的垂直度不大于0.01mm；C面