第一章-粉末冶金模具设计的基本原则和方法09..

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1、粉末成形模具设计仲洪海材料科学与工程学院无机非金属材料工程系绪论-模具设计的意义1 粉末成形是粉末冶金的主要工序之一。粉末成形是粉末冶金的主要工序之一。2 粉末冶金模具设计是粉末成形的重要环节，它关粉末冶金模具设计是粉末成形的重要环节，它关系到粉末冶金制品生产的质量、成本、安全、生系到粉末冶金制品生产的质量、成本、安全、生产率和自动化等问题。产率和自动化等问题。3 由于粉末冶金具有少、无切削的工艺特点，所以由于粉末冶金具有少、无切削的工艺特点，所以模具设计对粉末冶金工艺和零件有极重要的影响。模具设计对粉末冶金工艺和零件有极重要的影响。4 模具设计是生产和科研中的重要工作内容，也是模具设计是生产

2、和科研中的重要工作内容，也是培养学生分析问题和解决问题能力的重要方面。培养学生分析问题和解决问题能力的重要方面。5 掌握粉末冶金模具设计方法，精心设计高质量自掌握粉末冶金模具设计方法，精心设计高质量自动化模具，是迅速发展粉末冶金的需要。动化模具，是迅速发展粉末冶金的需要。课程主要内容第一章 粉末冶金模具设计的基本原则和方法第二章 压坯设计和压机选择第三章 模具设计原理第四章 压模结构设计第五章 精整模结构设计第六章 热锻模结构设计第七章 模具零件的尺寸计算 第八章 模具主要零件的结构设计与制造课程教材及参考书粉末冶金模具设计，姚德超主编，冶金工业出版社，1982。粉末冶金模具设计，吴成义主编，

3、学苑出版社，1996。粉末冶金模具设计手册（第二版），编写组，机械工业出版社，2003。粉末冶金模具模架实用手册，韩凤麟主编，冶金工业出版社，1998。陶瓷制品造型设计与成型模具，杨裕国，化学工业出版社，2006。成型方法和模具的分类1按成形方法：压模，精整模，复压模，锻模，挤压模，热压模，等静压模，粉浆浇注模，松装烧结模。2按材料分类：钢模，硬质合金模，石墨模，塑料橡皮模，石膏模。第一章 粉末冶金模具设计的基本原则和方法 在压模、精整摸、复压模、锻模的设计、制造和使用过程中，如果模具设计不合理常常会引起产品缺陷、模具制造困难和安全事故。例如：坯件的开裂，分层，掉边，掉角，坯件精度，光洁度不合

4、要求，密度分布不均匀，坯件脱模困难，模具难于加工，模具容易损坏和炸裂，使用时操作繁杂，劳动强度大，模具费用过高，等等。生产实践中所出现的这些问题，提出了对粉末冶金模具设计的基本要求，从而逐步形成了粉末冶金摸具设计的原则。充分发挥粉末冶金少、无切削的充分发挥粉末冶金少、无切削的工艺特点，保证坯体达到几何形工艺特点，保证坯体达到几何形状、精度和表面光洁度、坯体密状、精度和表面光洁度、坯体密度及其分布等三项基本要求。度及其分布等三项基本要求。第一节 粉末冶金模具设计的基本原则（1）粉末冶金模具设计的基本原则（2）合理设计模具结构和选择模具合理设计模具结构和选择模具材料材料 合理设计模具结构和选择模具

5、材料使模具零件具有足够高的强度、刚度和硬度，具有高耐磨性和使用寿命；便于操作、调节，保证安全可靠，尽可能实现模具自动化和机械手操作；对于锻模而言，还要满足上冲头导向、预成形坯定位和锻件快速脱模等要求。粉末冶金模具设计的基本原则（3）注意模具结构的可加工性和模具制注意模具结构的可加工性和模具制造成本问题造成本问题从模具设计要求和模具加工条件出发，合理地提出模具加工的技术要求(如：公差配合、精度、表面粗糙度和热处理硬度等)，既要保证坯体质量，又要便于加工制造，并逐步实现模具零、部件的通用化，采用通用模架和通用模具零件，以便提高设计效率，实现部分模具零件的批量生产，提高模具寿命，降低模具费用，以降低

6、产品的总成本。第二节 粉末冶金模具设计的基本方法（步骤1）设计前需要了解和掌握有关资料，作设计前需要了解和掌握有关资料，作为模具设计的重要依据为模具设计的重要依据 主要包括：制品图纸及技术要求，如：制品性能、形状、尺寸、精度和表面粗糙度等。制品生产批量，制品生产工艺流程及工艺参数，如：粉末混合料成分、松装密度、流动性、压制性、单位压制压力、压坯密度、压缩比、弹性后效、烧结收缩率、精整余量、机加工余量、复压装模间隙和压下率等。压机类型及主要技术参数，如：公称压力、脱模压力、压机行程、每分钟压制次数、工作台面积、压机自动化程度和安全保险装置等。模具加工设备及能力；典型模具图册及模具使用过程中曾出现

7、的问题，等等。粉末冶金模具设计的基本步骤2根掘制品图纸设计坯件，选择压机根掘制品图纸设计坯件，选择压机和压制方式，设计模具结构草图和压制方式，设计模具结构草图 粉末冶金模具设计的基本步骤粉末冶金模具设计的基本步骤2一般要求压模装配草图能表示装粉、压制和脱模阶段，或表示压制过程其他阶段的相对位置。最好将模具设计草图沿中心线分为两部分，以一半表示装粉状态，另一半表示压制状态或脱模状态。草图绘制后，还要根据模具设计原则，仔细分析压模结构。粉末冶金模具设计的基本步骤粉末冶金模具设计的基本步骤2对于需要采用粉末冶金锻造生产的制品，首先要根据制品图纸及技术要求，设计粉末锻件的几何形状、精度、表面光洁度和密

8、度；再按锻造时多孔预成形坯致密变形的规律和断裂极限，设计预成形坯的几何形状、密度和重量；然后根据预成形坯和锻件的要求设计压模结构草图和锻模结构草图。粉末冶金模具设计的基本步骤粉末冶金模具设计的基本步骤3模具材料的选择及要求 由于压模、精整模、复压模和锻模都是在较高压力下工作的，模具工作表面要经受严重的粉末摩擦，因而对模具材料应提出严格的要求。模具材料的选择关系到坯件质量(如：密度分布、精度、表面光洁度等)和模具的寿命以及生产安全、产品或本、生产率等问题。因此，主要模具零件材料应满足下列要求：高强度、高硬度和高耐磨性，高的刚度和小的热膨胀系数，优良的热处理性能和一定的韧性，较好的机加工性能，等等

9、。为了提高模具寿命、节约优质合金钢材、降低模具加工成本，对于不同用途的模具，和不同制品形状、密度以及粉末原料，应选用不同的模具材料；同时，对于不同的模具零件，也常常由于工作要求不同，而选用不同的模具材料及热处理工艺。模具材料的选择及要求阴模是模具中最主要的零件，其工作条件最苛刻，加工制造较困难，对材料的主要要求是高强度、高硬度、高耐磨性和抗疲劳、抗振动性能，一船选用硬质合金、高速钢、高合金工具钢、低合金工具钢和碳素工具钢来制造。芯杆和阴模具有大致相同的工作要求，常用与阴模相同的材料来制造，但要求有较好的抗弯强度和一定的韧性；芯杆的热处理硬度稍低于阴模，特别是细长芯杆，要求比粗短芯杆具有较好的韧

10、性。模冲的工作条件与阴模不同，要求有良好的韧性，同时也要求耐磨、抗疲劳和抗振动，硬度可以降低些，一般选用与阴模不同的材料，例如：低合金工具钢、碳素工具钢和青铜等。模套、压垫、模座、顶杆、控制杆、导柱、模板等辅助零件，常选用碳素钢(如：45号、50号钢)和低合金钢(如：40Cr、GCrl5)来制造。锻模材料的选择与精密模锻材料相同，要求在工作温度下具有高强度、高韧性和高耐磨性，其热处理硬度比压模低得多，常用的有3Cr2w8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV等模具钢。粉末冶金模具设计的基本步骤粉末冶金模具设计的基本步骤4主要模具零件尺寸的计算方法模具径向尺寸的计算坯件尺寸主要由模腔尺寸决定

11、，一般先计算与模腔直接相关的尺寸(如：阴模内径、芯杆外径、阴模高度等)，然后按照装配关系计算其他模具零件的尺寸。模具径向尺寸的计算，以坯件内外径为基本依据，考虑到工艺过程中尺寸的变化，先确定阴模内径和芯杆外径，其他模具零件的径向尺寸由模具装配关系确定。模具高度方向尺寸的计算，以坯件高度为基本依据，考虑到工艺过程尺寸的变化，先确定阴模高度，其他模具零件的高度方向尺寸均由模具装配关系确定。模具的强度和刚度采用不同的生产工艺，模具零件尺寸的计算方法也不同。模具的强度和刚度，不仅关系到操作安全，而且影响坯件的精度和生产成本。不同用途的模具和模腔形状不同的模具，应采用不同的强度计算方法。合理选择设计参数

12、模具零件尺寸计算的关键在于正确地选择设计参数(如：弹性后效、烧结收缩率、精整余量、机加工余量、复压装模间隙和压下率等)。在生产实践中，由于粉末成分和性能、工艺条件和设备不同；有关模具设计参数的数值差别较大。因此，耍根据实际情况进行综合分析，合理选择设计参数；同时，在不降低坯件性能要求的前提下，留有可调节的余地，以便适应模具设计参数的可能变化。粉末冶金模具设计的基本步骤粉末冶金模具设计的基本步骤5绘制模具装配图和零件图，标注尺绘制模具装配图和零件图，标注尺寸偏差和形位公差及其他加工要求寸偏差和形位公差及其他加工要求 在确定模具零件尺寸的基础上，根据制品图纸、坯件设计图纸和模具结构草图，考虑模具零

13、件在工作过程中的运动状况，以及机加工能力，合理提出模具加工的技术要求，包括模具配合间隙、尺寸偏差，形位公差、表面光洁度、热处现硬度及其他要求。阴模、芯杆与模冲之间的动配合，其配合间隙大小将直接影响制品的精度、生产率和模具寿命。在选择模具配合间隙大小时，既要考虑机加工要求，又要考虑粉末冶金工艺特点。配合间隙例如，压制时不让粉末嵌入模具间隙之中，以免引起模具卡住和剧烈磨损；所以，必须根据粉末粒度、压模自动化程度、压坯尺寸、制品精度和机加工要求来选择压模的配合间隙。据资料介绍，在某些情况下，用于压制轴套类制品的模具配合间隙为0.0050.010毫米；但对于压制不同直径的压坯取不同的配合间隙：当直径为

14、1025毫米时，取0.0120.020毫米，当直径为2540亳米时，取0.0150.025亳米。如果压制粗粉末，或者压制宽度或直径大于51毫米的压坯时，可取较大的配合间隙，通常将配合间隙定为直径的0.05%。国内用于压制铁基轴套模的配合间隙取0.0080.025毫米；用于压制铁基齿轮模的配合间隙一般为0.015毫米左右，但上模冲与阴模之间公法线及齿根圆的间隙可取0.030.05毫米；用于硬质合金刀片模的配合间隙取0.030.05毫米，粉末热锻模的配合间隙，一般可定为锻模预热时膨胀量的1.21.5倍，在摩擦压力机上锻制中等锻件(直径80毫米)时，可取0.080.10毫米。但间隙太小，难以产生飞边，达不到保护模具的目的；间隙太大，飞边过多，锻件密度难以保证；所以取0.100.15毫米较好。精度为了保证制品精度，模具精度应高于制品精度，主要模具零件工作面以58级精度为宜，用于齿轮模的电加工电极齿轮精度应比产品高12级。表面光洁度提高模具表面光洁度，可以显著提高制品表面光洁度和模具寿命，但表面光洁度应与机加工精度相适应，模具工作面的光洁度应比产品高几级，一般以 0.8 0.2 为宜。模具后处理根据模具和模具零件的不同用途，提出不同的热处理硬度要求。必要时，对模具还要求磨平后做退磁处理。此外，要绘制制品在生产过程各阶段的半成品图纸，为车间提供制造和检验的依据。