压模设计基本原理

➢p剩侧=j*ξ0*ρ*p压制 ξ0压坯致密材料的侧压系数 ρ相对密度 p压制 压制压强
压制阻力---压制摩擦力
压制摩擦力：粉末颗粒间内摩擦力、粉 末与模具接触壁的外磨擦力 压制摩擦力是导致压制力沿压制方向的 传递是逐渐减少的根本原因，也是产生 压坯密度不均匀和主要原因之一
F摩= μ*p压*S侧
压制压力与压坯密度的关系
对铁基、青铜基材料压坯有： p=（ ρ /b）1/a 式中 ρ压坯密度
b压制压力为100Mpa的压坯密度 a反映粉末性能的常数 p单位压制压力
侧压力
粉末形变和模具约束压制时在模具侧壁产生侧压力， 其对压坯的反作用力为侧压力 。压制压力、粉末、 密度影响侧压力的大小 p侧=ξ*p压=ν/（1-ν）*p压 式中：ξ侧压系数，ξ=ν/（1-ν）
硬质合金、钨合金成形压力100~300Mpa，
P脱≈0.3P压
压力中心
➢ 压制产品中心、模具中心、压机压力中 心须重合，以保证产品压制面的精度和设 备、模具精度和寿命
➢ 压制产品的压力中心是压制横截面的重 心，可根据各分力、力矩之合为零计算。 也可用CAD软件直接得出
➢对压制面积较大产品（或者是压制压力接 近设备满负荷），三者中心重合尤其重要
ν为泊松比，与压坯材料和密度有关 ξ=ξ0*ρ ξ0 致密材料侧压系数，ρ为压坯相对密度
剩余侧压力
压制时阴模产生弹性变形，压制压力卸除后弹性变 形趋于恢复面产生剩余侧压力 ➢ F剩侧=p剩侧*S侧 剩余压力与侧剩余压强和压坯与模具的接触面积成 正比关系 ➢ p剩侧=j*p侧 j为剩余侧压强与侧压强的比例系数，与模具材料的 弹性模量（刚度）成正比
单向压制方式对压坯密度分布的影响 ➢ 压制阻力---摩擦力使压力的传递递减，压坯密度沿压制方
小结
F脱=μ* j*ξ0*ρ*p压制* S侧
外部因素：压制压强p 模具因素：模具与压坯的接触面积S侧、模
具、刚度j、模具与压坯的磨擦系数μ 压坯材料因素：粉末材料刚度ξ0、压坯密度 相互作用因素：模具与压坯的接触面积S侧、
模具与压坯的磨擦系数μ
铁基材料成形压力400~700Mpa，P脱
≈0.13P压
硬质合金、钨合金一般成形压力 100~300Mpa
铜合金一般成形压力200~500Mpa 铁基材料一般成形压力400~700Mpa 不锈钢材料一般成形压力500~800Mpa
3.2 压制方式对压坯密度分布的影响
3.2.1压制的几种基本方式 ➢粉末移动方向和摩擦力的作用形式，
压制分三种基本方式: 单向压制、双向 压制、摩擦压制 ➢实际压制是基本方式的一种或者它们 的组合形式
脱模摩擦力：压坯与模具接触壁的磨擦 力 它可能导致压坯表面产生脱模裂纹等缺 陷
压制压力做功一部分以粉末形变的形式 贮存于压坯中，一部分以热量的形式散
脱模压力
压坯脱出时，因剩余侧压力作用压坯与模具的摩擦产生脱 模阻力---脱模压力 F脱=μ*F剩侧 脱模力与剩余压力、压坯与模具的磨擦系数成正比关系 F剩侧=p剩侧*S侧 剩余压力与侧剩余压强和压坯与模具的接触面积成正比关 系
➢对台阶、通孔偏移中心较多的零件，由于 台阶模冲、孔芯杆联结件位置的限制。模 具设计时须考虑整体零件中心、各模冲中 心、芯杆中心偏差，通过计算校核确定模 具中心，并做好使用检测、防范措施
3.1.4 粉末对压制致密化的影响
➢粉末材料、状态 ➢粉末颗粒大小、组成、形貌、表面状
态 ➢粉末之间存在相互摩擦和机械搭架而
形成的大量孔隙和“拱桥” ➢粉末颗粒内部可能存在细小孔洞或孔
硬粉末如陶瓷、硬质合金、钨合金不宜较 高压力成形。因为粉末刚性大、高压力下 变形少、对提高密度贡献小。过大的压力 反而引起粉末颗破裂、弹性后效增大、压 坯内应力大，易产生压制缺陷
较软的材料也不采用较高成形压力，因为 这此材料容易形变，较低的压力即可获得 较高的压制密度，过大压力压制极易产生 “模瘤”拉伤阴模。如紫铜等纯金属粉
单向压制指一个方向压缩粉末，粉末向施 力单一方向运动
双向压制指上/下二个方向压缩粉末，上/ 下粉末向施力方向(中部)运动
摩擦压制是利用粉末与模具相对运动产生 的摩擦力来压缩粉末，粉末向摩擦力方向 运动，是对不利因素摩擦力的利用。摩擦 压制有多种方式：芯杆摩擦压制、阴模拉 下式摩擦压制等
3.2.2 不同压制方式压坯的密度分布
压制压力进一步增加，颗粒间接触面积和 机械啮合程度增加，孔隙减少，压坯密度 和强度进一步提高 粉末颗粒塑性变形，部分粉末颗粒受力超 过强度极限形成微裂纹 这一阶段致密化速率较慢
3.1.3 压制粉末体受力 及其对致密化的影响
粉末在压制中的受力： 外施加---压制压力 伴生力---侧压力、压制摩擦力 残余力---剩余侧压力、脱模摩擦力
压模设计基本原理
内容
压制过程中粉末的受力和状态变化 压制方式对压制和致密化的影响 不同压坯的压制特点 不等高压坯压模设计依据 组合压和致密化
3.1.1 粉末受力分析 正单向压制中粉末的受力：
F上粉末传递压制力=F1下粉末支撑力+f模具和相邻粉末摩擦力
摩擦力的原因，压制力沿压制方向的传 递是逐渐减少的
压制压力
压制压力是获得压坯密度、强度而施加到 粉末体上的外加总压力
F（总压力）=F1（粉末致密化力）+F2（粉末与模壁的摩擦力） =p（单位压力）*S（受压横截面积）
单位压制压力与压坯密度成正比。压制粉 末致密化有许多压制理论方程或经验公式 描述。影响因素多，有粉末材料种类、形 貌、粒度和粒度组成、成形剂种类、压制 形式、压制温度、模具等
粉末可能受转动力 粉末的横向受力很小
3.1.2 压制中粉末的位移、形变和致密化：
在力作用下封闭钢模中粉末向下模冲方向位移，同 时转动、重排、“拱桥”坍塌。粉末颗粒靠拢、接 触面积增大、体积迅速压缩减小、密度明显增加
这一阶段致密化速率较高
随压制压力、压坯密度增加，颗粒接触面 积增大、粉末内孔隙减小、颗粒间机械啮 合程度增加、 粉末颗粒的位移、转动、变 形阻力增加 粉末颗粒的弹性变形增大 这一阶段致密化速率减缓