粉末冶金：钢压模具设计
粉末冶金模具设计算
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（一）金属粉末的松装密度
金属粉末的松装密度直接影响模腔的高度。此参 数选择不当，自动装粉时则会造成粉料装不下， 或粉料装得太多的现象。 实际生产中，松装密度在一定范围内有波动，为 此，在结构设计中一般考虑了调节装粉高度的装 置，但调节范围不宜过大。
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Hf—阴模高度 H1—压坯台阶高度 H10—压坯台阶1的装粉高度
H2—压坯总高度 H20—压坯台阶2的装粉高度
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（二）模具高度的计算
（1）阴模
阴模高度 Hf一般由三部分高度组成, 即
Hf=H0+H1+H2
式中
Hf——阴模高度（mm）； H0——装粉高度（mm） ； H1——下模冲定位高度。一般为10~50mm ； H2——手动模装粉锥高度（mm)。不需要时H2=031
6、模具主要零件设计及尺寸计算
知之者不如好之者，
好之者不如乐知者。
——孔子《论语》
1
6.1模具主要零件设计
2
模具主要零件包括： 阴模、芯棒、模冲
3
6.1.1对模具主要零件的一般要求：
（一）成形模具 1.阴模要求 1）高度； 2）保证压坯的几何形状和尺寸精度 3）粗糙度要低； 4）硬度高、耐磨性好 5）足够的强度和刚性； 6）合适的阴模材料 7）便于制造，使用安全，便于操作 8）容易脱模；
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1.松装密度的影响因素
1）粉料的成分、 2）颗粒形状、 3）粒度组成 4）流动性等。
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2.调节松装密度措施有：
1）将成分相同而松装密度不同的各批粉末按比例 混合，以获得所需要的松装密度。
例如，可合批或将还原铁粉与雾化铁粉混合等。 2）改变粉末的粒度组成。 一般粗中细粉末按适当比例相配，可增大松装密度。 3）改变混料工艺。 如延长混料时间，可提高松装密度。 4）增加润滑剂。 如硬脂酸锌或少层整体阴模
粉末冶金模具设计
2020/11/29
粉末冶金模具设计
•带斜面的第五类压坯
当压坯斜面与垂直方向的夹角超过25°~30°，或 者具有多个斜面和平面时，一般按照斜面和平面的 分界线设计组合下模冲。斜面的装粉高度等于斜面 的压坯平均高度乘以粉末填装系数。
x=(d2-d1)h/d1
或者 y=x/l=100(d2-d1)/d1(k-1)
其中：d2为要求的压坯平均密度；d1为单向压 制的平均密度；h为压坯高度；k为压缩比；l 为装粉高度与压坯高度之差。
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粉末冶金模具设计
非同时双向压制原理为压模结构设计提供了 压坯密度均匀分布的理论基础；也为粉末压 机的设计提供了重要基础，使得多凸轮和凸 轮曲柄粉末压机更好地满足粉末压坯密度均 匀分布的要求。
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粉末冶金模具设计
摩擦压制
在压制过程中，让阴模或芯杆与样品侧面产 生同向相对移动，即运动得更快，借助粉末 与模壁之间的摩擦，带动与阴模或芯杆接触 的粉末层移动，从而可改善沿压坯高度方向 的密度分布均匀性。
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粉末冶金模具设计
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粉末冶金模具设计
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距离，用先压缩高区粉末再同时压缩高低区粉末的
方法，使压坯各横截面上的粉末受到相同的压缩程
度。
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粉末冶金模具设计
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粉末冶金模具设计
如果压坯中间带内、外台阶，除不同横截面需要 设计组合下模冲外，还有根据粉末移动成形法的 要求设计组合上模冲。
粉末冶金模具及设计介绍
45°
30°
模具耐用设计
1.内外有效段不一样长，有效提高模 具强度； 2.尽可能的内有效段小于外有效段， 节省成本； 3.逃气孔尽可能向上开到根部，提高 强度避免粉末喷出，上二零件不开逃 气孔，在上二冲底部磨小缺口跑气； 4.尽可能大的R弧或斜角过渡，且光 洁度尽可能高，避免应力集中； 5.尽可能小的底座，防止垫片受力时 挠曲导致底座受力后折断； 6.底座倒5°角，防止垫片挠曲，模 冲受力面外移引起模具断裂
模具设计
1.根据产品外形和尺寸、强度要求，制定产品的工艺 流程。 2.计算和设计所需的成形和整形的机台和成形结构。 3.根据产品材质要求，选择成形原料。 4.根据原料变化率和整形、切削余量，设计模具结构 与尺寸。 5.依照成形方式，画出装配图。 6.画出模具各零件图。 7.设计各测量和装模治具。
3V
ห้องสมุดไป่ตู้淬火
HRC61~63 550
9V MH85 ASP23 ASP60 WC
淬火 淬火 淬火
HRC57-59
600
HRC58~60 800 HRC61~63 650 HRC66~69 700
一胜百晶粒特细PM高速工具钢， 成形上下冲，芯棒， 热处理稳定性好，高耐磨损高 适用温压 韧性 一胜百ASP23改进型，替代易崩 适用斜齿轮或台阶中 角的WC，高耐磨损高韧性 模（用40Cr包套）
上下冲特别是长零件温压零件的上下3v淬火hrc6163550美国cpm粉末钢超级的尺寸稳定性可磨削性和韧性替代高合金钢可解决崩角问题成形上下冲特别是9v淬火hrc5759600美国cpm粉末钢超级的尺寸稳定性可磨削性韧性比3v更高可解决崩角问题mh85淬火hrc5860800大同高速钢高耐磨损高韧性齿形下一冲强制用料温压不可用asp23淬火hrc6163650一胜百晶粒特细pm高速工具钢热处理稳定性好高耐磨损高韧性成形上下冲芯棒适用温压asp60淬火hrc6669700一胜百asp23改进型替代易崩角的wc高耐磨损高韧性适用斜齿轮或台阶中模用40cr包套wchra91yg6hra89yg8hra87yg15国600进口1000g代表钴含量越高韧性越好耐磨性也较差一般采用超微粒春宝国产稍差常用模具材料热处理工艺牌号使用硬度热处理温度保温时回火时间温度冷却方式sldhrc5759hrc60611030125分钟3小时220160风v4hrc5657hrc60611130125分钟3小时220160风skh9hrc5759hrc6061119035分钟3小时605580风cr12hrc4550960100分钟3小时530风40crhrc4550860100分钟3小时450风1
粉末冶金模具的设计与制造
粉末冶金模具的设计与制造1. 引言粉末冶金是一种重要的金属制造工艺，广泛应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。
在粉末冶金工艺中，模具的设计与制造是关键环节，直接影响产品的质量和性能。
本文将介绍粉末冶金模具的设计与制造过程，包括模具材料的选择、模具的结构设计、加工工艺等内容，以帮助读者全面了解粉末冶金模具的制造方法和技术要点。
2. 模具材料的选择模具材料的选择是粉末冶金模具设计的第一步。
模具材料需要具备一定的硬度、耐磨性和耐各种腐蚀介质的能力。
常用的模具材料有以下几种：•工具钢：具有较高的硬度和韧性，适用于大部分粉末冶金模具的制造。
•高速钢：具有更高的硬度和耐磨性，适用于对模具耐磨性要求较高的情况。
•硬质合金：具有较高的硬度和耐磨性，适用于对模具耐磨性要求极高的情况。
在选择模具材料时，需要根据具体应用场景和成本考虑，综合各种性能指标做出合理选择。
3. 模具的结构设计模具的结构设计是粉末冶金模具制造中的核心环节。
良好的模具结构设计可以提高产品的制造效率和质量，降低生产成本。
以下是模具结构设计的几个要点：•模具的整体结构应该合理，易于安装和拆卸。
模具的结构应简洁、牢固，能够承受制造过程中的力和压力。
•模具的导向和定位系统要设计到位，以确保模具在制造过程中的稳定性和精度。
•模具的开合系统要灵活可靠，能够实现快速开合和调节。
对于大型模具，可以考虑采用液压或气动开合系统。
•模具的冷却系统要充分考虑，以保证模具在制造过程中能够及时散热，提高产品质量和生产效率。
4. 模具的制造过程粉末冶金模具的制造过程主要包括以下几个步骤：4.1 模具设计在模具设计阶段，根据产品的形状和尺寸要求，通过CAD软件进行三维建模。
在设计过程中，要充分考虑模具的可行性和制造工艺，以确保模具的质量和可生产性。
4.2 模具加工模具加工是模具制造的关键环节。
常用的模具加工方法包括数控加工、线切割、铣削等。
在加工过程中，需要根据模具材料和结构要求选择合适的加工工艺，精确控制加工尺寸和表面质量。
粉末冶金原理及模具计算要求
3.4 组合模具的设计原理
形状完整，具有一定强度
3.5 压制过程的图示
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粉末冶金原理及模具计算要求
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•压制压力的计算
模压过程的总压制力等于净压力与外摩擦力 之和
单位压制压力与压坯密度定量关系的研究， 是近60年来粉末成形理论研究的主要内容
•脱模力的计算
压制压力去掉后，侧压力因为高度方向的弹 性后效，侧压力会下降35~77%
单向压制
S侧max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K
当柱状压坯S侧/S<K或者圆柱体压坯高径比
H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密度
分布均匀性的要求
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粉末冶金原理及模
粉末冶金原理及模具计算要求
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双向压制
S侧max/S=[1-(ρ中/ρ上)m]/μξ=2K
压力相等时双向压制与非同时双向压制的效 果相同
非同时双向压制中第二次压制的模冲移动距 离：
x=(d2-d1)h/d1
或者 y=x/l=100(d2-d1)/d1(k-1)
其中：d2为要求的压坯平均密度；d1为单向压 制的平均密度；h为压坯高度；k为压缩比；l 为装粉高度与压坯高度之差。
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•压制时粉体产生柱式流动，几乎不产生明显
的横向流动 2020/12/16
粉末冶金原理及模具计算要求
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压坯中中立层的位置可以表示压坯密度分布
的均匀程度。通过压制方式和压模结构合理
选择使中立层2边受相同压缩，提高密度分布
均匀性 2020/12/16
粉末冶金原理及模具计算要求
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d粉—粉末松装密度； d1—第一次压制后压坯平均密度； 第一次压制后：d粉H粉=d1h1 x=h1-h d粉H粉=d1(h+x) ∴x=(d粉H粉-d1h)/d1 第二次压制后：d粉H粉=dh d粉=d ·h/H粉 x=(d-d1)h/d1; k=H粉/h=(l+h)/h 粉末冶金原理及∴模x具=计(算d要-d求1)l/d1(k-1); y=x/l ·11000%
粉末冶金及模具设计 完整版
毕业设计（论文）题目:粉末冶金及模具设计专业:数控应用技术班成都电子机械高等专科学校二〇〇七年六月摘要本文主要围绕粉末冶金及模具设计开展了以下几方面的研究1、在粉末冶金技术的特点及其在新材料中的作用进行研究，重点介绍了粉末冶金在工业中的重要性及其压制步骤。
2、在粉末冶金工艺中，根据产品的要求选择金属粉末或非金属粉末为原材料来压制。
3、在粉末冶金模具设计原理方面，本文重点围绕精整模具设计进行研究，归纳、总结并提出了精整模具三个关键零部件(芯棒、模冲、阴模)。
关键词：粉末冶金粉末冶金模具精整AbstractThis text was main circumambience powder metallurgy and molding tool design to open an exhibition the following several aspect of research1,carry on research in the new function within material in the characteristics of technique of the powder metallurgy and it,point introduction the powder metallurgy is in the industry of importance andit inhibit a step。
2,in the powder metallurgy the craft,according to the metals powder of the request choice or nonmetal powder of product for original material to inhibit。
3,at the molding tool design of the powder metallurgy principle,this text point around Jing's whole molding tool design carry on research and induce,summary and put forward Jing the whole key with three molding tool zero partses(Xin stick,mold blunt,Yin mold)new of classification method。
粉末冶金模具设计课件
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•压制方式的选择依据
压制方式和方法不同，上、下模冲、芯杆和阴 模相对于粉末压坯的相对运动方向及速度也不 同，从而使外摩擦对压坯密度的均匀分布产生 有害或者有利的影响。
单向压制
S侧max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K
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选择原则
•(S侧阴+S侧芯)/S<K或者圆筒形压坯h/T<K/2时， 可采用单向压制；
•(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2< (S侧阴-S侧 芯)，或者圆筒形压坯D内<T，可采用双向压制；
•(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2> (S侧阴-S侧 芯)，或者圆筒形压坯D内>T，可采用摩擦芯杆压 制
当柱状压坯S侧/S<K或者圆柱体压坯高径比 H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密 度分布均匀性的要求
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双向压制
S侧max/S=[1-(ρ中/ρ上)m]/μξ=2K
当柱状压坯K<S侧/S<2K，或者圆柱体 K/4<H/D<K/2时，采用双向压制、非同时双 向压制、浮动阴模双向压制或者下拉式压制 可以满足压坯密度分布均匀性要求
b>(a-b)时，采用带斜面的整体下模冲压制；
b<(a-b)时，需要采用组合下模冲来压制。
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粉末冶金模具设计说明书样板
粉末冶金模具设计说明书样板粉末冶金模具设计说明书1、引言本文档旨在提供粉末冶金模具设计的详细说明，包括设计目的、设计原则、设计流程以及设计结果等内容。
2、设计目的本次设计旨在开发一种可用于粉末冶金工艺的模具，以满足客户对于产品质量、生产效率和成本控制等方面的要求。
3、设计原则在模具设计过程中，应遵循以下原则：3.1 精确度和稳定性原则：模具应具备高度的精确度和稳定性，以确保产品的质量和尺寸的一致性。
3.2 工艺可行性原则：模具设计应基于现有的粉末冶金工艺和设备，确保设计方案的可行性和实施的可行性。
3.3 成本效益原则：模具设计应考虑材料成本、制造成本和维护成本，以降低总体生产成本。
4、设计流程4.1 产品需求分析：了解客户对于产品性能、尺寸和表面质量等方面的要求，获得设计的基础数据。
4.2 材料选择：根据产品需求和工艺要求，选择适合的材料，包括模具材料和涂层材料等。
4.3 模具结构设计：设计模具的整体结构和零部件结构，考虑模具的可装卸性、易维护性和生产效率等。
4.4 模具零部件设计：设计模具的各个零部件，包括模具芯和模具腔等，确保其几何形状和尺寸的准确性。
4.5 涂层选择和设计：根据模具的使用环境和工艺要求，选择合适的涂层材料，并设计涂层的厚度和结构等。
4.6 模具制造和调试：根据设计图纸和规范，制造和组装模具，并进行调试和试产，以确保模具的正常使用。
4.7 模具维护和管理：建立模具维护和管理体系，包括清洗、保养和修复等工作，延长模具的使用寿命。
5、设计结果基于以上设计流程和原则，我们提供了粉末冶金模具的设计方案。
设计方案包括模具结构图纸、材料选择和涂层设计等内容，请参阅附件1：附件：1、粉末冶金模具设计图纸本文涉及的法律名词及注释：1、粉末冶金：一种通过将金属粉末压制成形并经过烧结过程得到制品的金属加工工艺。
2、模具：用于塑料、金属等物质加工中的一种工具，用于赋予材料所需的形状和尺寸。
粉末冶金模具设计说明书
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》、《金属物理与力学性能》、《粉末冶金原理》、《硬质合金生产原理》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。
1设计任务本课程设计的任务是生产一批有色金属扁材拉制模坯，其形状和尺寸如下图：1.1产品分析由产品图可知H/D<3,因此，该产品适合单向压制。
产品的斜边角度不大，因此，装粉比较容易，可用单从头压制。
产品内部的斜角可直接做在芯杆上。
菱角的倒角不长，可适合用上冲头压制。
1.2材质的选择该模具生产的产品用于拉制模坯，对产品的强度及耐磨性能要求很高，再根据客户所提供的要求，综合考虑选用硬质合金材料YG8作为材质。
粉末冶金材料模具设计
设计说明书1、工艺流程本产品属于亚共析钢合金(Fe-0.6C/60钢)，其具体生产工艺流程如下：Fe矿石→还原熔化（去脉石、杂质和氧）→氧化精炼（脱C、Si、P等）→球磨→铁粉+C粉+适量硬脂酸锌2、压坯设计2.1产品零件分析该产品采用Fe-0.6C（60钢），属于铁基制品，其制品密度依靠较高的压坯密度来达到，因此，在压制成形时需要采用较高的单位压力（一般在400-500MPa）。
由于该产品零件形状比较简单，带一个外台阶，采用简单的单上双下模冲即可成形，并使其密度分布均匀。
有配合、定位、相对运动要求的零部件，产品尺寸精度和形位精度及表面粗糙度要求较高，因此，该产品的的尺寸精度定义为IT8、形位精度如图所示为7级，表面粗糙度精度要求为7级。
2.2压坯精度设计由模具设计任务书的零件成品图可得知该产品压坯同轴度需控制在0.08mm，相当于IT10级；压坯垂直度控制为0.1mm，相当于IT11级；压坯侧面平行度为0.15mm，相当于IT12级。
2.3压坯密度和单重的确定由于已知压坯密度ρ=6.6g/cm3，因此压坯单重W=ρ×V ，由成品图给数据计算其压坯体V=h×S,算的V=166.8cm3 ，所以求的压坯单重W=6.6×166.8=1100.8g。
3、压机与压制方式选择3.1压机压力选择铁基制品一般采用固相烧结，其制品密度除了依靠烧结温度、保温时间之外，在一定程度上还依靠较高的压坯密度来达到，因此该产品采用500MPa的单位压力。
根据任务书要求，截面积S=74.0cm2 ，所以F=P×S=5×74=370t脱模压力，根据实际生产经验，铁基压坯的脱模压力P脱模≈0.13P=0.13×500MPa=65MPa3.2压制类型的选择年生产量为50万件，假设每年的工作时间为300天，每天工作时间为8小时，则p=500000/300/8/60=3.47=4件/min，所以选择自动压制。
粉末冶金模具设计
3
在低速高单位压制压力条件下，塑性金属粉 末易发生“模瘤”；模具表面质量差、润滑 不良和模温过高，加重模瘤现象。
严重时脱模压力超过压制压力，使得模具拉 伤。
无润滑塑性金属粉末应当避免高压压制
F脱＝μ静P侧剩S侧 P侧剩＝E∑R剩(m2-1)/2R
P侧剩=jξ0ρP
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其中：
∑R剩：卸压后阴模半径上剩余的变形量； j： 剩余侧压强与侧压强之比，决定于模具的刚度；
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摩擦芯杆压制
上模冲强迫芯杆一起向下移动，且芯杆下 移的速度大于粉末下移的速度，因而靠芯 杆与粉末之间的摩擦力带动粉末向下移动。
[(S侧阴-S侧芯)/S]max=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K 对于圆筒形压坯的高与壁厚之比：
h/T=K(1+D内/T)/2 摩擦芯杆压制特别适合于大孔薄壁压坯
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•压制方式的选择依据
压制方式和方法不同，上、下模冲、芯杆和阴 模相对于粉末压坯的相对运动方向及速度也不 同，从而使外摩擦对压坯密度的均匀分布产生 有害或者有利的影响。
单向压制
S侧max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K
当柱状压坯S侧/S<K或者圆柱体压坯高径比 H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密度 分布均匀性的要求
整形区的单位精整压力为
Pc=σ/[1+(S+μQ)/2S2]
在此： σ为单向压缩条件下材料塑性变形的抗 力
通常内胀外精整方式的精整压力几乎只有外箍 内精整方式的十分之一
材料塑性变形抗力与材质、组织和孔隙率密切
粉末冶金及模具设计
粉末冶金及模具设计粉末冶金简介粉末冶金是一种用金属粉末作为原料，通过成型和烧结等工艺制备金属材料的技术。
粉末冶金工艺具有高效能、可消除某些金属的自然缺陷、能使机构、材料等在物理及机械性能改善等优点，具有许多其他工艺无法比拟的特点。
粉末冶金广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造、电子通讯等领域。
粉末冶金工艺步骤粉末冶金工艺可大致分为粉末的制备、成型、烧结和后处理等步骤。
粉末制备粉末冶金的首要步骤是粉末的制备。
粉末可采用物理方法（如雾化法、机械球磨法等）或化学方法（如溶胶凝胶法、羟基磷灰石法等）进行制备。
制备出的粉末应具有一定的粒度和化学成分，以满足后续成型、烧结工艺的要求。
成型成型是将粉末冶金原料粉末按照设计要求形成所需形状的工艺。
成型方法包括压制法、注塑法、挤压法等。
其中，压制法是最常用的成型方法之一，通过将粉末与模具施加压力，使粉末颗粒间相互结合，形成所需形状。
烧结在成型之后，粉末会经过烧结工艺。
烧结是将成型的粉末在高温条件下进行加热，使粉末颗粒之间相互结合，形成致密的材料。
通过烧结，可以消除粉末冶金材料中的毛孔及气孔等缺陷，提高材料的密度和力学性能。
后处理粉末冶金材料在烧结后可能还需要进行后处理，包括表面处理（如涂层、抛光等）和热处理（如退火、淬火等）。
后处理的目的是进一步改善材料的性能，满足特定的应用要求。
模具设计模具在粉末冶金工艺中起到至关重要的作用。
模具设计的好坏直接影响到成品的质量和生产效率。
模具类型根据成型方式的不同，模具可分为压制模具、注塑模具、挤压模具等。
不同的模具用于不同的成型工艺，具有不同的结构和特点。
模具设计要点模具设计需要考虑的要点主要包括模具结构设计、材料选择、表面处理、冷却系统和顶针结构等。
模具结构设计应保证成型质量和生产效率。
不同形状的工件可能需要不同类型的模具结构，需要考虑工件的形状、大小、复杂度等因素。
材料选择是模具设计中的关键因素之一。
模具材料需要具有足够的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，以满足长时间的生产需求。
第8教学单元粉末冶金模具尺寸设计原则.doc
第8教学单元课 题：粉木冶金模具尺寸设计原则教 学 n 标知识目标 1.掌握粉末冶金模具尺寸设计原则和方法能力目标 能进行简单模具尺寸的设计 职业素质目标 爱岗敬业诚实守信技能过硬自土创新 教学重点 模具尺寸设计 教学难点 模具尺寸设计辅助教学手段 采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段 教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教 学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期月 日月 日 月 日月 日月 日 教学进程教学方法及 时间分配 复习提问：压坯密度分布与压制方式的关系？ 采用任务教 学法、案例 教学法、引 导文教学 法、现场教 学法，通过 教师讲解、 示范,引导 学生学习。
2学时导 言： 教学内容：一、决定模具尺寸的步骤粉末冶金制品的生产过程一般为：混料一成形一烧结一精整 （或复压），而模具设计的步骤则依次为：（1） 选定精整方式及精整模具尺寸；根据精整余量确定烧结件 尺寸；（2） 根据所选定的烧结材料和制造工艺的烧结收缩（或膨胀） 量，确定压坯尺寸；（3） 根据压坯尺寸确定成形模具尺寸。
这主要是由于造成压坯尺寸变化的因素来自成形、烧结和精整。
下面逐一加以说明。
先假设粉末冶金制品的形状如图所示，当粉末在模具中成形时，加压(300-800MPa)后，将会使阴模与第一下模冲产生径向应变。
待压坯由模具中脱出之际，内应力得以释放，这时在径向产生胀大，表现为压制回弹。
为减小压制回弹，提高阴模刚性，一般采用将阴模红装以保护套，以及使用杨氏模量高于合金工具钢与高速钢的硬质合金制作阴模。
成形后的压坯的C部分比 B部分的同弹要大，主要是由于在阴模与第一下模冲之间留有适当间隙，成形时，被撑大的第一下模冲便变为挤住阴模的状态。
模冲因受形状的制约，无法用提高阴模刚性的办法来提高模冲的刚性。
下模冲与阴模的间隙一般为径向尺寸的0. 03%-0. 1%,间隙过大则易造成模冲破损。
压坯经过烧结后，一般会产生尺寸变化，或收缩或膨胀，统称为烧结收缩量，用百分数来表示。
粉末冶金模具设计作业
中南大学粉末冶金研究院模具设计说明书班级：姓名：学号：指导老师：模具设计说明书一、工艺流程设计采用的零件材质为Fe-0.6C，压坯密度为6.4g/cm3，原料粉末的松装密度为2.5g/cm3，年产量为50万件。
用一般粉末冶金方法即可实现生产，其具体生产工艺流程如下：说明：由于零件为薄壁件，因此不予精整。
表面光洁度以及倒角要求由后续磨削加工达到。
二、压坯设计1.产品零件分析1）材质为铁基材料，非等高压坯，带一个外台阶和一个内台阶，共有3个螺栓孔。
2）为了简化模具结构，保证产品压坯顺利脱模，同时又由于螺栓孔不易在压制中成型，所以压坯设计中，该处设计为整体台阶，把螺栓孔除去，留在后续机加工中成形。
那么，该压坯大致为带一个外台阶和一个内台阶的压坯。
3）从零件精度分析，所给零件粗糙度要求为6.3及25较低，也无平行度、径向跳动、同轴度等形状精度的要求。
2. 压坯形状的设计：基本原则：尽可能使压坯形状与产品零件形状相同或相近——近净成形，同时考虑产品质量要求、压制成形过程要求及压模结构、零件强度等。
1）从裝粉和压制密度均匀性考虑：所给零件比较规则，无装粉困难。
2）从压坯脱模角度考虑：成品中没有不利于脱模的结构和因素。
3.压坯尺寸计算1）烧结压制中各参数选取如下：径向弹性后效：0.2%，轴向弹性后效：1.4%径向烧结收缩：0.5%，轴向烧结收缩：2%为满足表面粗糙度要求，在粗糙度要求为6.3的面预留0.05mm磨削加工余量2）压缩比：k=d压/d粉=6.4/2.5=2.563）压坯相对密度：d Fe=7.874g/cm3d C=2.25g/cm3则压坯理论密度dm=100/（99.4/7.874+0.6/2.25）=7.76g/cm3相对密度ρ=d压/dm=6.4/7.76=0.8254）轴向尺寸：压坯主体总高H1=10*（1-1.4%+2%）+0.05=10.11mm压坯台阶高度H2=5*（1-1.4%+2%）+0.05=5.08mm5）径向尺寸：长径D1=54*（1-0.2%+0.5%）=54.16mm短径D2=518（1-0.2%+0.5%）=51.15mm壁内径D3=28*（1-0.2%+0.5%）=28.08mm壁外径D4=35*（1-0.2%+0.5%）+2*0.05=35.21mm所设计压坯如图所示：三、压制方式1）零件高径比：H/D=10.11/54.162=0.187，零件总高径比很小，可考虑采用单向压制和非同时双向压制结合的压制方式。
粉末冶金模具设计(1)
当压坯斜面与垂直方向的夹角超过25°~30°，且 斜面很长时，应该设计组合模冲来成形斜面部分。
2020/11/29
粉末冶金模具设计(1)
•带曲面的第五类压坯
要根据曲面变化分界线设计组合下模冲；装粉高度 等于这部分曲面的压坯平均密度与粉末填装系数之 积。
2020/11/29
粉末冶金模具设计(1)
•精整压力的计算
外箍内的精整： 精整压力Fc=F1+F2+F3
其中：F1为实现轴套纯变形所需要的力；
F2为克服整形区外摩擦所需的力；
F3克服内摩擦所需的力。
精整压力计算公式Fc=Pc (S+μQ)+0.58σαS2
其中：Pc 为精整区的平均单位压力；Q为阴模精 整区的工作面积；σ为精整件的塑性变形抗力
d粉H粉=d1(h+x) ∴x=(d粉H粉-d1h)/d1 第二次压制后：d粉H粉=dh
d粉=d ·h/H粉 x=(d-d1)h/d1; k=H粉/h=(l+h)/h ∴x=(d-d1)l/d1(k-1); y=x/l ·100%
粉末冶金模具设计(1)
压力相等时双向压制与非同时双向压制的效 果相同
2020/11/29
粉末冶金模具设计(1)
•压制方式的选择依据
压制方式和方法不同，上、下模冲、芯杆和阴 模相对于粉末压坯的相对运动方向及速度也不 同，从而使外摩擦对压坯密度的均匀分布产生 有害或者有利的影响。
单向压制
S侧max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K
当柱状压坯S侧/S<K或者圆柱体压坯高径比 H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密度 分布均匀性的要求
粉末冶金模具设计说明书
粉末冶金模具设计说明书姓名：学号：班级：粉末冶金模具设计说明书一、产品分析生产一批圆环状钢制模坯，内径40mm，外径80mm，高度40mm二、压坯设计1.产品分析该产品采用Fe-0.6C（60钢），属于铁基制品，在压制成型时需要采用较高的单位压力（一般在400~500MPa）。
该产品零件形状比较简单，采用上下模冲压制成型。
2.松装密度和压坯密度的确定采用水雾化铁粉压制，松装密度为：ρ松=2.8g/cm3压坯密度为：ρ压=6.6g/cm3三、压机与压制方式选择1.压制压力选择采用400MPa的单位压力，且压坯截面积为：S=12.56cm2则压制压力为：F=P×S=400MPa×12.56cm2=502KN2.压制类型选择因为采用大批量生产，故使用自动压制。
3.压制方式选择采用双向压制。
4.装粉高度、压缩比的确定查表B-2，可得压缩比K=2.35，又压坯高度H坯=40mm，则装粉高度为：H粉=H坯×K=40×2.35=94mm四、成型设备与压制工具系统1.装粉方式选择该产品压坯高度一致，粉料组元之间密度差别不大，模腔形状简单不易产生成分偏析，粉末易于填充，因此采用落下式方法正常装粉。
2.模架选择查表4-26，模架选用上-下一式A型模架。
3.压机类型选择H受力=H坯（K-1）H受力=0.15SmaxSmax =（K-1）H坯/0.15=360mm根据最大压制压力和最大装粉高度要求选择液压式压机。
五、压模主要零件结构设计1.结构组成模具由阴模、上冲模、芯棒、下冲模组成。
2.尺寸计算①阴模高度：由松装粉末高度、下模冲定位高度、上模冲压缩粉末进入阴模前的高度确定：H阴=H粉+H下+H上=94+20+20=134mm。
②阴模内径：D阴内=80mm③阴模外径：查表知当压坯密度为6.6g/cm3时，m=D/d≈2.5～2.8，因此D阴外=200mm。
④上模冲高度：94-40=54mm。
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好的材料 ➢ 高密度、高精度件用耐磨性好的材料 ➢ 整形模用耐磨性好的材料
绘制模具装配图和零件图
➢ 绘制模具装配图和零件图 ➢ 标注尺寸偏差和形位公差 ➢ 标注其他加工要求
绘制模具装配图和零件图
模具示例
模具示例
设计模具结构
根据制品图纸设计坯件，选择压机和压制方式，设计 模具结构草图 ➢ 从生产工艺、压制成形和经济成本方面分析制品图纸 及技术要求，看是否适于用粉末冶金方法生产 ➢ 根据制品图纸及技术要求和粉末冶金生产工艺的特点， 设计坯件的几何形状、精度和密度 ➢ 为了使制品适于压制成形，或为了简化模具结构，常 对制品形状进行修改，设计出适合于压制的压坯 ➢ 在设计坯件形状的同时要确定压制方向，然后根据压 坯的形状、高径比、生产批量和压机来选择压制方式、 压模结构类型
粉末成形模具分类
➢ 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
➢ 钢模、硬质合金模、石墨模、塑料橡皮 模和石膏模
钢压模具结构
钢压模具一般由 阴模、模冲、芯棒 组成
钢压模具结构
１—模柄 ２,９—法兰圈 ３—上模冲 ４—模套 ５—阴模 ６—模座 ７—弹簧 ８—下模冲 10—下模冲座 11—压垫 12—下模板 13—顶杆 14—顶板
➢ 制品生产工艺流程及工艺参数：粉末混合料成分、杜 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：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的问题
选择模具材料
➢ 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
选择模具材料
➢ 阴模工作条件最苛刻，一般选用硬质合金、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性
钢压模具结构
钢压模具结构
通用标准模架
模具设计不合理造成的问题
➢ 坯件开裂、分层、掉边、掉角 ➢ 坯件精度、粗糙度不合要求 ➢ 密度分布不均匀 ➢ 坯件脱模困难 ➢ 模具难于加工，容易损坏和炸裂 ➢ 操作繁杂，劳动强度大 ➢ 模具费用过高
设计原则
➢ 充分发挥粉末冶金少、无切削的工艺特点，保 证坯体达到几何形状、尺寸精度和表面粗糙度、 坯体密度及其分布等三项基本要求
➢ 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， 一般选用低合金工具钢、船用工具钢和青铜等
➢ 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
选择模具材料
➢ 大批量生产用耐磨性好的材料，小大批量生产 用廉价材料
计算模具零件尺寸
模具零件尺寸计算的关键在于正确地选择设计 参数 ➢ 压缩比K ➢ 弹性后效t ➢ 烧结收缩率s ➢ 精整余量△Z ➢ 机加工余量△ J ➢ 复压装模间隙△ b ➢ 复压压下率f
计算模具零件尺寸
要求不高产品 ➢ 压缩比K ➢ 弹性后效t ➢ 烧结收缩率s
高要求产品 ➢精整余量△Z ➢机加工余量△ J ➢复压装模间隙△ b ➢复压压下率f
模具示例
模具示例
模具示例
模具示例
➢ 浮动式模具 ➢ 拉下式模具
1-上内冲压垫 2-上内冲 3-上外冲压垫 4-上外冲 5-模腔 6-下一冲 7-下一冲压垫 8-下二冲 9-下二冲压垫 10-芯棒 11-芯棒接杆
１—轭形板；２—提升杆；３—装 粉调整螺母；４—第二下模冲支座； ５—导体；６—第二下模冲托板； ７—第二下模冲；８—第一下模冲 支座；９—第一下模冲托板；１ ０—第一下模冲压板；１１—第一 下模冲；１２—阴模板；１３—阴 模；１４—阴模压板；１５—芯棒； １６—上模冲；１７—上模冲底板； １８—上模冲板；１９—导柱；２ ０—上模冲压板；２１—阴模座； ２２—拔出调整螺栓；２３—楔形 块；２４—第二下模冲压板；２ ５—滑块；２６—滚轮；２７—滚 轮销；２８—耐磨板；２９—底板； ３０—导柱；３１—芯棒压板；３ ２—芯棒底板
时阴模、芯杆和上模冲能相对于下模冲移动的压 模结构
设计模具结构草图
等高制品成形模设计
根据高径比确定压制方式
不等高制品成形模设计
➢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ粉末装填系数相同或相近 ➢ 压缩比相同或相近 ➢ 压制速率相同
计算模具零件尺寸
满足以下基本要求 ➢ 产品对压坯形状、尺寸、密度和强度的
要求 ➢ 压制过程（装粉、压制、脱模）的要求 ➢ 模具强度和刚度的要求
➢ 合理设计模具结构和选择模具材料，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
➢ 注意模具结构的可加工性和模具制造成本问题
掌握有关设计资料
➢ 制品图纸及技术要求：制品性能、形状、尺寸、精度 和表面粗糙度等制品生产批量
钢压模具设计
➢粉末成形模具分类 ➢钢压模具结构 ➢模具设计原则 ➢模具结构设计 ➢模具零件尺寸计算 ➢模具材料选择 ➢装配图和零件图绘制
粉末成形模具的作用
➢ 模具是粉末成形的主要工艺装备之一，对产品 质量、成本、安全、生产率、自动化产生重要 影响，模具技术发展水平反映一个国家的工艺 水平
➢ 掌握粉末冶金模具设计方法，设计高质量自动 化模具，是粉末冶金工业发展的需要
设计模具结构
一般可按制品的高径比(H/D)或高度与壁厚之比(H/δ) 来选择压制方式和压模结构类型
➢ H/D＜1或H/δ≤3时，采用单向压制和单向压模 ➢ H/D＞l或H/δ＞3时，采用双向压制和双向压模 ➢ H/D＞4时，采用压制时芯杆和阴模能相对移动的
压模结构 ➢ H/D＞6—10时，采用摩擦芯杆压模，或采用压制