中南大学模具设计设计说明要点

粉末冶金模具设计

说明书

学院：粉末冶金研究院班级:材料化学

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前言

材料是中国四大产业之一，它包括有机高分子材料、复合材料、金属材料及无机非金属材料。粉末冶金技术作为金属材料制造的一种，以其不可替代的独特优势与其它制造方法共同发展。粉末冶金相对其它冶金技术来说具有：成本低;加工余量少；原料利用率高；能生产多孔材料等其它方法不能生产或着很难生产的材料等优势。

粉末冶金是制取金属粉末以及将金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合料成型和烧结来制取粉末冶金材料或粉末冶金制品的技术。粉体成形是粉体材料制备工艺的基本工序。模具是实现粉体材料成形的关键工艺装备。模具的设计要尽可能的接近产品的形状，机构设计合理表面光滑，减少应力集中,避免压坯分层、开裂。模具本身要有一定的强度保证压制的次数,不易变形。

粉体模压成形模具主要零件包括：阴模、芯杆、模冲。模具设计首先要厂家提供产品图,再确定成型的方式，收集压坯设计的基本参数(包括:松装密度、压坯密度、粉体的流动性、及烧结收缩系数等。）来算得压坯的尺寸。根据压坯形状尺寸以及服役条件和要求来设计出成型模具尺寸，校核模具强度。最后在用模具试压，若压坯合格,则此模具复合要求。

本次课程设计之前,我们已经学习了《热处理原理与工艺》、《粉末冶金原理》等相关课程的知识。

这次在老师的指导下,和同学的相互讨论,自己查阅资料，基本上懂得了模具设计的步骤和方法。相信经过这次设计后,对以后的工作会有很大的帮助。

一，设计任务

已知：零件材质为Ｆｅ-0.6C,压坯密度为6.72ｇ/cm3，原料粉末的松装密度为2.58ｇ/cm３，年产量为50万件。

二，压坯设计

1，产品零件分析

由于兰高度较小,且宽度较窄，可以采用带台阶的阴模,因上下两端面都带有台阶,所以用组合模冲。考虑到产品的高度和厚度比较大，为防止压坯密度不均,采用摩擦芯杆压模结构。

2，压缩比的确定

我们已知：压坯密度γ压＝6.７２ｇ/cm３原料粉末的松装密度ρ松=2.58g/cm3

由此我们可知压缩比(填装系数) Ｋ＝γ压／ρ松= 2．６０

三,压制成型与压力机选择

１，压制压力的确定

取单位压制正压力为５０0Mpa。

压坯受压横截面积：S正=π×(1５×15－5×5)=62８．3mm２

总的压制压力

F＝P×S＝500Mpa×６28.3mm２=３14.15kＮ

2，压制方式选择

S侧芯=π×10×3０=９42.5mｍ2

S侧阴=π×２０×25＋π×30×５＝2042.0ｍｍ2

Ｓ侧/Ｓ正=(Ｓ侧芯＋S侧阴)/ Ｓ正=（942.5+2042.0）/ 6２8．3=４．75＜7.80

摩擦芯杆压制就可以满足压坯密度分布均匀性的要求，因此压制方式采用摩擦芯杆压制。

3，压制类型选择

因为采用的是大批量生产,因此选择自动压制。

四,工艺参数

1，装粉高度确定

由以上可以知道压缩比Ｋ=2.6０,又压坯高度为3０ｍｍ,轴向上压坯弹性后效取1．0%,烧结收缩率取１.5%。两端面各留0.5mm的机加工量。高度方向上的精整余量可不考虑。于是有:

压坯总高度h坯=h0(１-t轴+S轴）=30(1-1.0%+１.５%)+2×0.5=３1.1５mｍ

高度方向装粉H粉=h坯*k=2.7×31．15=８4.1１mｍ，取84mｍ

压坯法兰高度ｈ法=５（1-１.0%+1．５%)+0.５＝5.53mｍ

法兰部分装粉高度为Ｈ粉2=2．６×5．53=１3.2７mm

２,脱模后压坯尺寸变化

h坯1=h坯×t轴+h坯=31．4６mｍ

ｈ法1=h法+ｈ法×ｔ轴＝5.５3+5．53×1.0％=5．5８mm

压坯径向弹性后效取0．2％，径向烧结收缩率取０．8%。由于压坯外带台阶，不留机加工余量和精整余量,内孔精整余量为0.08mm。内孔直径Ｄ内＝１０.0２(１-0.2％+０.8%）-0．０8＝10.00mm

脱模后D内１=Ｄ内＋D内×0.2%=1０.0２mm

法兰部位外径D外法=29．９０（1-0．2%+０.８％)=30.08mm

脱模后D外法1=D外法+Ｄ外法×0.2%=30.14mm

下部外径D外下=19.97(１-0.2%+0.8%）=20．09mｍ

脱模后D外下1=Ｄ外下+D外下×0.2％=20．13mm

３,烧结后尺寸的变化

高度方向烧结收缩率为１.5%,则

压坯总高h坯2=h坯1－h坯1×１.５%=３0.99mm

法兰高度ｈ法2=h法1-h法1×１.５%＝５．50mｍ

径向收缩率为0.8％，则

内孔直径D内2=D内1-D内１×0．８％=９.9４mm

法兰部位外径D外法2=Ｄ外法１-D外法１×0.8%=２9.90mm

下部外径D外下2=D外下1－D外下1×０.8％=19.９7mｍ

４,精整

内精整余量为0.08mm，其他部位无精整

精整后D内＝D内２＋０．08=10.０2mm

5，机加工

根据零件尺寸确定机加工量

机加工后，压坯总高h坯3=h坯2-0.99=３0.00mｍ

法兰压坯总高度h法=h法２-0.5０=5.0０mm

轴向尺寸,最终加工来保证长度公差,比整形更经济。

四，成型设备与压制工具系统

１，装粉方式的选择

因法兰高度较小,宽度窄,用容量法装粉,调节模腔粉末高度均匀性。

2，模架选择

由于压坯上下两端都带有台阶，故要求使用组合上模冲来满足压坯装粉高度、粉末移动成形和压缩比、压制速率一致等要求。查表4—9知B型模架满足此要求。

３,压机类型的选择

S正=62８.3ｍm2

总压制压力Ｆ=P×S=５０0Mpa×628.３mm2＝3１4.15ｋＮ

装粉高度为 H粉=8４mm

查表4-8可知，液压式压机可以满足要求。可以选用TＰＡ2５0/3H Ｐ型号的压机。