粉末壓制成形模具設(shè)計

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1、粉末壓制成形模具設(shè)計李文虎一、金屬粉末的工藝特性和材料性能參數(shù)與壓制坯計算1.金屬粉末的工藝特性和材料性能參數(shù)在制定金屬粉末壓制成形工藝時，其基本特性參數(shù)有:(1)粉末松裝(或搖實)密度，即壓制前金屬粉末在凹模內(nèi)的平均密度ρ0；(2)粉末的可壓縮性，按實驗數(shù)據(jù)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定；(3)粉末的可變形程度，按實驗數(shù)據(jù)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定；(4)粉末流動應(yīng)力。而在進(jìn)行壓制成形模具設(shè)計時，還需知道以下參數(shù)：(1)預(yù)先給定的粉末壓制坯的密度ρp；(2)壓制(和后續(xù)塑性加工)后制件線回彈量，用相對值αp(αrp)或絕對量lp(lrp)表示；(3)制件燒結(jié)后的線收縮量，用相對值β或絕對量ε表示；(4)燒結(jié)氧化

2、或其他原因引起的質(zhì)量損耗量，用相對值ζ表示；(5)后續(xù)塑性加工引起的制件密度增加量，用相對值τ表示。其他參數(shù)上述回彈與收縮量等的相對值可按下式換算成絕對值：lp=αp·b/100;(1)lrp=αrp·b/100;(2)ε=β·b/100(3)式中：b—制件的線尺寸αp，αrp，β值預(yù)先給出。2.確定壓制成形方法具備了上述技術(shù)資料和數(shù)據(jù)后，可根據(jù)實際生產(chǎn)條件，選擇壓制設(shè)備型式以及相應(yīng)的壓制方法，并選好壓制方向。3.壓制坯的計算壓制坯的計算，其實質(zhì)就是根據(jù)所加工的粉末零件，決定壓制坯的體積、質(zhì)量和相關(guān)尺寸，以確定壓制凹模型腔的尺寸和檢驗壓制坯的尺寸精度。計算內(nèi)容定義或計算公式有關(guān)說明壓制

3、坯面積Fp(cm2)壓制坯在垂直于壓制方向的平面的投影面積-壓制坯體積Vp(cm3)Vp＝(1+ξ/100)Veξ—相對質(zhì)量損耗量；Ve—零件體積壓制坯質(zhì)量Gp(kg)Gp＝ρpVpρp—壓制件平均密度裝粉質(zhì)量G0(kg)G0＝CmGp系數(shù)Cm＝1.02～1.05，考慮了裝粉及壓制時的質(zhì)量損失壓制坯高度Hp(mm)Hp＝H-lp+ε+ΔmH—粉末零件尺寸，Δm—機(jī)加工余量，lp，ε的意義見上裝粉高度H0(mm)H0＝KρHpKρ—粉末壓實系數(shù)，Kρ＝ρp/ρ0表1金屬粉末壓制成形坯料計算二、凹模與芯棒的工作尺寸1、凹?？偢叨劝寄８鞫蔚难b料高度應(yīng)與制件中相對應(yīng)的各段高度成比例，以保證壓制

4、坯密度分布均勻化。而凹模的總高度則主要取決于其裝料高度，同時還要考慮上、下沖頭進(jìn)入凹模的導(dǎo)向部分，如圖1a所示。Hd＝H0+hh+hl(4)式中Hd—凹?？偢叨菻0—總裝料高度hh—上沖頭導(dǎo)入長度hl—下沖頭導(dǎo)入長度對于固定式結(jié)構(gòu)，由于凹模本身沿高度方向具有分配粉料的作用，因此可以不考慮上、下沖頭的導(dǎo)入部分(見圖1b)，則Hd＝H0(5)所確定的尺寸包括凹模總高度、凹模型腔及芯棒的工作尺寸2.凹模型腔與芯棒工作尺寸凹模型腔的工作尺寸主要決定于粉末零件的外尺寸，同時必需考慮粉末體在壓制、燒結(jié)、后續(xù)精壓等工序這些外尺寸變化，以及凹模最大允許磨損量；而芯棒的工作尺寸則主要取決于零件的內(nèi)尺寸，

5、同樣也要考慮其內(nèi)尺寸在各工序的變化，并按零件的上極限偏差確定，以保證芯棒留有最大的磨損余量。具體計算如表2所示。-凹模型腔工作尺寸(mm)芯棒工作尺寸(mm)尺寸名稱計算公式與說明尺寸名稱計算公式與說明壓制模具型腔名義尺寸Dn＝Dmin-lp±ε±ηrpDmin—零件最小允許尺寸ηrp—后續(xù)精壓余量芯棒名義尺寸dn＝dmax-lp±ε±ηrp±lrpdmax—芯棒最大尺寸型腔最大允許尺寸Dn′＝Dmax-lp±ε±ηrpDmax—零件最大允許尺寸芯棒最大允許尺寸dn′＝dmin-lp±ε±ηrp±lrpdmin＝d+δl—芯棒最小允許尺寸d—零件孔徑；δ1—孔徑下偏差型腔磨損余量ΔD＝

6、Dn′-Dn-δAδA—型腔尺寸實際偏差量芯棒磨損余量Δd＝dn′-dn-δaδa—芯棒尺寸實際偏差量后續(xù)精壓型腔名義尺寸Drpmin＝Dmin-lrp后續(xù)精壓芯棒直徑(孔件)drp＝dmax±lrp“+”—精壓后回彈使孔徑減小時“-”—精壓后回彈使孔徑增大時型腔最大允許尺寸Drpmax＝Dmax-lrp坯料燒結(jié)坯外尺寸Ds＝Dmin±ηrp“+”—為正偏差精壓時“-”—為負(fù)偏差精壓時燒結(jié)坯內(nèi)尺寸ds＝drp±ηrp“+”—為負(fù)偏差精壓時“-”—為正偏差精壓時壓制坯外尺寸Dp＝Ds±ε“+”—粉體燒結(jié)后收縮時“-”—粉體燒結(jié)后膨脹時壓制坯內(nèi)尺寸dp＝ds±ε“+”—燒結(jié)后內(nèi)尺寸減小

7、時“-”—燒結(jié)后內(nèi)尺寸增大時凹模型腔與芯棒的工作尺寸表2金屬粉末壓制成形模具三、壓制力與凹模預(yù)應(yīng)力圈尺寸1.壓制力、頂出力和設(shè)備噸位P＝nFPT＝CpPCp—壓力機(jī)噸位裕度系數(shù)，Cp＝1.25～1.30Pout＝μFcpc_p:金屬粉末平均單位流動壓力，由壓制實驗曲線或?qū)嶋H經(jīng)驗確定F:壓制坯截面積n:壓制模中型腔數(shù)量(對一次多件壓制)壓制后制件的頂出力由側(cè)壓力pc、粉體側(cè)表面面積Fc和粉體與模壁的摩擦系數(shù)μ(＝0.1～0.2)確定pc＝Ccρm