粉末冶金材料模具設計

1、設計說明書1、工藝流程本產(chǎn)品屬于亞共析鋼合金(Fe-0.6C/60鋼)，其具體生產(chǎn)工藝流程如下：Fe礦石還原熔化（去脈石、雜質(zhì)和氧）氧化精煉（脫C、Si、P等）球磨鐵粉+C粉+適量硬脂酸鋅2、壓坯設計2.1產(chǎn)品零件分析該產(chǎn)品采用Fe-0.6C（60鋼），屬于鐵基制品，其制品密度依靠較高的壓坯密度來達到，因此，在壓制成形時需要采用較高的單位壓力（一般在400-500MPa）。由于該產(chǎn)品零件形狀比較簡單，帶一個外臺階，采用簡單的單上雙下模沖即可成形，并使其密度分布均勻。有配合、定位、相對運動要求的零部件，產(chǎn)品尺寸精度和形位精度及表面粗糙度要求較高，因此，該產(chǎn)品的的尺寸精度定義為IT8、形位精度如圖

2、所示為7級，表面粗糙度精度要求為7級。2.2壓坯精度設計由模具設計任務書的零件成品圖可得知該產(chǎn)品壓坯同軸度需控制在0.08mm，相當于IT10級；壓坯垂直度控制為0.1mm，相當于IT11級；壓坯側(cè)面平行度為0.15mm，相當于IT12級。2.3壓坯密度和單重的確定由于已知壓坯密度 =6.6g/cm3，因此壓坯單重W=× V ，由成品圖給數(shù)據(jù)計算其壓坯體V=h×S,算的V=166.8cm3 ，所以求的壓坯單重W=6.6×166.8=1100.8g。3、壓機與壓制方式選擇3.1壓機壓力選擇鐵基制品一般采用固相燒結(jié)，其制品密度除了依靠燒結(jié)溫度、保溫時間之外，在一定程度

3、上還依靠較高的壓坯密度來達到，因此該產(chǎn)品采用500MPa的單位壓力。根據(jù)任務書要求，截面積S=74.0cm2 ，所以F=P×S=5×74=370t脫模壓力，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，鐵基壓坯的脫模壓力P脫模0.13P=0.13×500MPa=65MPa3.2壓制類型的選擇年生產(chǎn)量為50萬件，假設每年的工作時間為300天，每天工作時間為8小時，則p=500000/300/8/60=3.47=4件/min，所以選擇自動壓制。3.3壓制方式的選擇該產(chǎn)品可看做軸套類壓坯，由于d>T,即內(nèi)孔大，壁厚薄，因此采用摩擦芯桿壓制為宜。3.4裝粉高度、壓縮比的確定由任務書所給數(shù)據(jù)，粉

4、末的壓縮比K=d坯/d粉=6.6/2.6=2.54壓坯的軸向彈性后效取1.5%，軸向燒結(jié)收縮率取2.0%，徑向燒結(jié)收縮率取1.0%，兩端面各留0.5mm的加工余量，高度方向上精度余量可不考慮，所以H坯=h產(chǎn)品×（1-1.5%+2.0%+1.0%）+2×0.5=33.5mm；H粉=H坯×K=33.5×2.54=85mm。4、成形設備與壓制工具系統(tǒng)4.1 裝粉方式的選擇該產(chǎn)品壓坯高度一致，粉料組元之間密度差別不大，模腔形狀簡單不易產(chǎn)生成分偏析，粉末易于填充，因此采用落下式方法正常裝粉。4.2模架的選擇由于產(chǎn)品帶臺階，成形這類壓坯的模架相對而言比較簡單，采用“

5、一上二下”式的B型模架即可。4.3壓機類型的選擇由于產(chǎn)品尺寸較大、質(zhì)量較重、形狀簡單、生產(chǎn)效率要求比較低；因此采用液壓式壓機。h受力=h坯×（K-1）h受力=0.15Smax得出Smax=（K-1）×h坯/0.15=344mm因此根據(jù)最大壓制壓力和最大裝粉高度要求從書本表4-7中選擇Dorstt TPA-250H 液壓式全自動CNC粉末壓機。5、壓模主要零件的結(jié)構(gòu)設計、尺寸計算和加工5.1 結(jié)構(gòu)設計陰模：因為壓制壓力很大，而且采用的自動模壓，所以選擇能承受較高壓力的組合筒陰模。陰模和模套組成，模套一般使用韌性好、強度高的材料，模套和陰模之間采用過盈組合。模沖：采用自動上下模

6、沖，保證模沖的定位、導向距離前提下，將模沖分為配合段和非配合段，其中非配合段的內(nèi)外徑尺寸做成退讓尺寸。芯桿：自動模芯桿要求與其他零件連接，通常由成形芯桿和接桿兩部分組成。5.2 尺寸計算 考慮到產(chǎn)品表面光潔度和機械強度要求不高，只需根據(jù)粉末壓縮、壓坯彈性后效及燒結(jié)收縮系數(shù)來考慮壓坯、模具尺寸。由前文所確定數(shù)據(jù)可知壓坯的軸向彈性后效取1.5%，徑向彈性后效取0.3%，軸向燒結(jié)收縮率取2.0%，徑向燒結(jié)收縮率取1.0%，粉末壓縮系數(shù)為K=2.54。陰模高度應滿足裝粉和模沖定位需要。因此，陰模高度一般包括松裝粉末的高度、下模沖定位高度和上模沖壓縮粉末前進入陰模的深度，即H陰=H粉+h下+h上選取下模

7、沖定位高度為h下=15mm，上模沖定位高度為h上=0mm 所以計算H陰=85+15+0=100mm。陰模內(nèi)徑應根據(jù)壓坯外徑要求確定，常規(guī)壓制燒結(jié)工藝時，只要求壓坯的外徑比產(chǎn)品的外徑減少一個徑向彈性膨脹量，增加一個徑向燒結(jié)收縮量，因此D陰內(nèi)=D0-D0t徑+D0S徑所以D陰內(nèi)=105（1-0.3%+1.0%）=105.7mm。陰模外徑應根據(jù)陰模所承受的最大應力不得大于模具材料的許用應力建立強度條件和卸壓時陰模彈性變形恢復而作用在壓坯上得剩余測壓不得大于壓坯所允許側(cè)向抗壓應力建立剛度條件，陰模外徑應當滿足上面兩個條件。壓坯密度為6.6g/cm，相對密度d=80%=0.8，單位壓制壓力為50kgf/

8、mm，側(cè)壓系數(shù)取0.38，則側(cè)壓力P側(cè)=0.38×0.8×50=15.2kgf/mm內(nèi)=b/nb=100/2.7=37外=s/ns=45/1.5=30223=外/內(nèi)=30/37=0.8=內(nèi)/P側(cè)=37/15.2=2.4E=2.1×10kgf/mm，=0.3所以根據(jù)以前數(shù)據(jù)可以計算出42D陰外=mD陰內(nèi)=1.5×105.7=159mm。內(nèi)下模沖高度應當大于或等于陰模總高度，以方便與頂出式脫模，即85+5=90mm外下模沖配套內(nèi)下模沖使用，其高度應該比內(nèi)下模沖高一個臺階的距離，即90+20=110mm芯桿長度應該等于或者稍大于陰模的總高度，即85+7=92mm。5.3模具材料選擇和加工因為陰模和芯桿都要承受高壓和粉末的反復摩擦，要求高硬度和高耐