1、粉末成形模具設(shè)計(jì),仲洪海,材料科學(xué)與工程學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料工程系,緒論-模具設(shè)計(jì)的意義,1 粉末成形是粉末冶金的主要工序之一。 2 粉末冶金模具設(shè)計(jì)是粉末成形的重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到粉末冶金制品生產(chǎn)的質(zhì)量、成本、安全、生產(chǎn)率和自動(dòng)化等問題。 3 由于粉末冶金具有少、無(wú)切削的工藝特點(diǎn)，所以模具設(shè)計(jì)對(duì)粉末冶金工藝和零件有極重要的影響。 4 模具設(shè)計(jì)是生產(chǎn)和科研中的重要工作內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力的重要方面。 5 掌握粉末冶金模具設(shè)計(jì)方法，精心設(shè)計(jì)高質(zhì)量自動(dòng)化模具，是迅速發(fā)展粉末冶金的需要。,課程主要內(nèi)容,第一章 粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本原則和方法 第二章 壓坯設(shè)計(jì)和壓機(jī)選擇 第三章 模具

2、設(shè)計(jì)原理 第四章 壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第五章 精整模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第六章 熱鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第七章 模具零件的尺寸計(jì)算 第八章 模具主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造,課程教材及參考書,粉末冶金模具設(shè)計(jì)，姚德超主編，冶金工業(yè)出版社，1982。 粉末冶金模具設(shè)計(jì)，吳成義主編，學(xué)苑出版社，1996。 粉末冶金模具設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版），編寫組，機(jī)械工業(yè)出版社，2003。 粉末冶金模具模架實(shí)用手冊(cè)，韓鳳麟主編，冶金工業(yè)出版社，1998。 陶瓷制品造型設(shè)計(jì)與成型模具，楊裕國(guó)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006。,成型方法和模具的分類,1按成形方法：壓模，精整模，復(fù)壓模，鍛模，擠壓模，熱壓模，等靜壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模。 2按材料分

3、類：鋼模，硬質(zhì)合金模，石墨模，塑料橡皮模，石膏模。,第一章 粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本原則和方法,在壓模、精整摸、復(fù)壓模、鍛模的設(shè)計(jì)、 制造和使用過程中，如果模具設(shè)計(jì)不合理常常會(huì)引起產(chǎn)品缺陷、模具制造困難和安全事故。例如：坯件的開裂，分層，掉邊，掉角，坯件精度，光潔度不合要求，密度分布不均勻，坯件脫模困難，模具難于加工，模具容易損壞和炸裂，使用時(shí)操作繁雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，模具費(fèi)用過高，等等。生產(chǎn)實(shí)踐中所出現(xiàn)的這些問題，提出了對(duì)粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本要求，從而逐步形成了粉末冶金摸具設(shè)計(jì)的原則。,充分發(fā)揮粉末冶金少、無(wú)切削的工藝特點(diǎn)，保證坯體達(dá)到幾何形狀、精度和表面光潔度、坯體密度及其分布等三項(xiàng)基本要求。

4、,第一節(jié) 粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本原則（1）,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本原則（2）,合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)和選擇模具材料 合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)和選擇模具材料使模具零件具有足夠高的強(qiáng)度、剛度和硬度，具有高耐磨性和使用壽命；便于操作、調(diào)節(jié)，保證安全可靠，盡可能實(shí)現(xiàn)模具自動(dòng)化和機(jī)械手操作；對(duì)于鍛模而言，還要滿足上沖頭導(dǎo)向、預(yù)成形坯定位和鍛件快速脫模等要求。,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本原則（3）,注意模具結(jié)構(gòu)的可加工性和模具制造成本問題 從模具設(shè)計(jì)要求和模具加工條件出發(fā)，合理地提出模具加工的技術(shù)要求(如：公差配合、精度、表面粗糙度和熱處理硬度等)，既要保證坯體質(zhì)量，又要便于加工制造，并逐步實(shí)現(xiàn)模具零、部件的通用化，采用通

5、用模架和通用模具零件，以便提高設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)部分模具零件的批量生產(chǎn)，提高模具壽命，降低模具費(fèi)用，以降低產(chǎn)品的總成本。,第二節(jié) 粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本方法（步驟1）,設(shè)計(jì)前需要了解和掌握有關(guān)資料，作為模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù) 主要包括：制品圖紙及技術(shù)要求，如：制品性能、形狀、尺寸、精度和表面粗糙度等。制品生產(chǎn)批量，制品生產(chǎn)工藝流程及工藝參數(shù)，如：粉末混合料成分、松裝密度、流動(dòng)性、壓制性、單位壓制壓力、壓坯密度、壓縮比、彈性后效、燒結(jié)收縮率、精整余量、機(jī)加工余量、復(fù)壓裝模間隙和壓下率等。壓機(jī)類型及主要技術(shù)參數(shù)，如：公稱壓力、脫模壓力、壓機(jī)行程、每分鐘壓制次數(shù)、工作臺(tái)面積、壓機(jī)自動(dòng)化程度和安全保險(xiǎn)裝置等。

6、模具加工設(shè)備及能力；典型模具圖冊(cè)及模具使用過程中曾出現(xiàn)的問題，等等。,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本步驟2,根掘制品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)坯件，選擇壓機(jī)和壓制方式，設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)草圖,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本步驟2,一般要求壓模裝配草圖能表示裝粉、壓制和脫模階段，或表示壓制過程其他階段的相對(duì)位置。最好將模具設(shè)計(jì)草圖沿中心線分為兩部分，以一半表示裝粉狀態(tài)，另一半表示壓制狀態(tài)或脫模狀態(tài)。草圖繪制后，還要根據(jù)模具設(shè)計(jì)原則，仔細(xì)分析壓模結(jié)構(gòu)。,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本步驟2,對(duì)于需要采用粉末冶金鍛造生產(chǎn)的制品，首先要根據(jù)制品圖紙及技術(shù)要求，設(shè)計(jì)粉末鍛件的幾何形狀、精度、表面光潔度和密度；再按鍛造時(shí)多孔預(yù)成形坯致密變形的規(guī)律和斷裂

7、極限，設(shè)計(jì)預(yù)成形坯的幾何形狀、密度和重量；然后根據(jù)預(yù)成形坯和鍛件的要求設(shè)計(jì)壓模結(jié)構(gòu)草圖和鍛模結(jié)構(gòu)草圖。,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本步驟3,模具材料的選擇及要求 由于壓模、精整模、復(fù)壓模和鍛模都是在較高壓力下工作的，模具工作表面要經(jīng)受嚴(yán)重的粉末摩擦，因而對(duì)模具材料應(yīng)提出嚴(yán)格的要求。模具材料的選擇關(guān)系到坯件質(zhì)量(如：密度分布、精度、表面光潔度等)和模具的壽命以及生產(chǎn)安全、產(chǎn)品或本、生產(chǎn)率等問題。因此，主要模具零件材料應(yīng)滿足下列要求：高強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性，高的剛度和小的熱膨脹系數(shù)，優(yōu)良的熱處理性能和一定的韌性，較好的機(jī)加工性能，等等。為了提高模具壽命、節(jié)約優(yōu)質(zhì)合金鋼材、降低模具加工成本，對(duì)于不同用途

8、的模具，和不同制品形狀、密度以及粉末原料，應(yīng)選用不同的模具材料；同時(shí)，對(duì)于不同的模具零件，也常常由于工作要求不同，而選用不同的模具材料及熱處理工藝。,模具材料的選擇及要求,陰模是模具中最主要的零件，其工作條件最苛刻，加工制造較困難，對(duì)材料的主要要求是高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和抗疲勞、抗振動(dòng)性能，一船選用硬質(zhì)合金、高速鋼、高合金工具鋼、低合金工具鋼和碳素工具鋼來(lái)制造。 芯桿和陰模具有大致相同的工作要求，常用與陰模相同的材料來(lái)制造，但要求有較好的抗彎強(qiáng)度和一定的韌性；芯桿的熱處理硬度稍低于陰模，特別是細(xì)長(zhǎng)芯桿，要求比粗短芯桿具有較好的韌性。 模沖的工作條件與陰模不同，要求有良好的韌性，同時(shí)也要求耐

9、磨、抗疲勞和抗振動(dòng)，硬度可以降低些，一般選用與陰模不同的材料，例如：低合金工具鋼、碳素工具鋼和青銅等。 模套、壓墊、模座、頂桿、控制桿、導(dǎo)柱、模板等輔助零件，常選用碳素鋼(如：45號(hào)、50號(hào)鋼)和低合金鋼(如：40Cr、GCrl5)來(lái)制造。 鍛模材料的選擇與精密模鍛材料相同，要求在工作溫度下具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性，其熱處理硬度比壓模低得多，常用的有3Cr2w8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV等模具鋼。,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本步驟4,主要模具零件尺寸的計(jì)算方法,模具徑向尺寸的計(jì)算,坯件尺寸主要由模腔尺寸決定，一般先計(jì)算與模腔直接相關(guān)的尺寸(如：陰模內(nèi)徑、芯桿外徑、陰模高度等)，然

10、后按照裝配關(guān)系計(jì)算其他模具零件的尺寸。模具徑向尺寸的計(jì)算，以坯件內(nèi)外徑為基本依據(jù)，考慮到工藝過程中尺寸的變化，先確定陰模內(nèi)徑和芯桿外徑，其他模具零件的徑向尺寸由模具裝配關(guān)系確定。,模具高度方向尺寸的計(jì)算,，以坯件高度為基本依據(jù)，考慮到工藝過程尺寸的變化，先確定陰模高度，其他模具零件的高度方向尺寸均由模具裝配關(guān)系確定。,模具的強(qiáng)度和剛度,采用不同的生產(chǎn)工藝，模具零件尺寸的計(jì)算方法也不同。模具的強(qiáng)度和剛度，不僅關(guān)系到操作安全，而且影響坯件的精度和生產(chǎn)成本。不同用途的模具和模腔形狀不同的模具，應(yīng)采用不同的強(qiáng)度計(jì)算方法。,合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù),模具零件尺寸計(jì)算的關(guān)鍵在于正確地選擇設(shè)計(jì)參數(shù)(如：彈性后效、燒

11、結(jié)收縮率、精整余量、機(jī)加工余量、復(fù)壓裝模間隙和壓下率等)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于粉末成分和性能、工藝條件和設(shè)備不同；有關(guān)模具設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)值差別較大。 因此，耍根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)；同時(shí)，在不降低坯件性能要求的前提下，留有可調(diào)節(jié)的余地，以便適應(yīng)模具設(shè)計(jì)參數(shù)的可能變化。,粉末冶金模具設(shè)計(jì)的基本步驟5,繪制模具裝配圖和零件圖，標(biāo)注尺寸偏差和形位公差及其他加工要求 在確定模具零件尺寸的基礎(chǔ)上， 根據(jù)制品圖紙、坯件設(shè)計(jì)圖紙和模具結(jié)構(gòu)草圖，考慮模具零件在工作過程中的運(yùn)動(dòng)狀況，以及機(jī)加工能力，合理提出模具加工的技術(shù)要求，包括模具配合間隙、尺寸偏差，形位公差、表面光潔度、熱處現(xiàn)硬度及其他要求

12、。陰模、芯桿與模沖之間的動(dòng)配合，其配合間隙大小將直接影響制品的精度、生產(chǎn)率和模具壽命。在選擇模具配合間隙大小時(shí)，既要考慮機(jī)加工要求，又要考慮粉末冶金工藝特點(diǎn)。,配合間隙,例如，壓制時(shí)不讓粉末嵌入模具間隙之中，以免引起模具卡住和劇烈磨損；所以，必須根據(jù)粉末粒度、 壓模自動(dòng)化程度、壓坯尺寸、制品精度和機(jī)加工要求來(lái)選擇壓模的配合間隙。據(jù)資料介紹，在某些情況下，用于壓制軸套類制品的模具配合間隙為0.0050.010毫米；但對(duì)于壓制不同直徑的壓坯取不同的配合間隙：當(dāng)直徑為1025毫米時(shí)，取0.0120.020毫米，當(dāng)直徑為2540亳米時(shí)，取0.0150.025亳米。如果壓制粗粉末，或者壓制寬度或直徑大于

13、51毫米的壓坯時(shí)，可取較大的配合間隙，通常將配合間隙定為直徑的0.05%。國(guó)內(nèi)用于壓制鐵基軸套模的配合間隙取0.0080.025毫米；用于壓制鐵基齒輪模的配合間隙一般為0.015毫米左右，但上模沖與陰模之間公法線及齒根圓的間隙可取0.030.05毫米；用于硬質(zhì)合金刀片模的配合間隙取0.030.05毫米，粉末熱鍛模的配合間隙，一般可定為鍛模預(yù)熱時(shí)膨脹量的1.21.5倍，在摩擦壓力機(jī)上鍛制中等鍛件 (直徑80毫米)時(shí)，可取0.080.10毫米。但間隙太小，難以產(chǎn)生飛邊，達(dá)不到保護(hù)模具的目的；間隙太大，飛邊過多，鍛件密度難以保證；所以取0.100.15毫米較好。,精度,為了保證制品精度，模具精度應(yīng)高于制品精度，主要模具零件工作面以58級(jí)精