粉末压制成形模具设计
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。
金属或陶瓷粉末注塑成型工艺
来源于：注塑塑胶网金属或陶瓷粉末注塑成型工艺使用金属或陶瓷粉末通过注塑成型工艺生产复杂零件如今，使用粉末材料的注塑成型技术主要用于制造工业用复杂组件。
粉末注塑成型是除了其它成型工艺（精密铸造和轴向或均衡压制）外的另一种可供选择的工艺。
近年来，用陶瓷或金属粉末来制造注塑成型零件的应用领域主要包括汽车工业、刀具工业、磁体生产、纺织工业、钟表工业、家居用品、精密工程、医疗和牙科技术以及陶瓷工业。
在 ARBURG PIM 实验室，客户可以通过实际观看样品生产来了解粉末注塑的优点。
表1: 金属和陶瓷组件的典型公差粉末注塑成型技术使组件的批量生产成为可能，因为采用机械加工或压制技术进行批量生产已经不再是一种经济有效的方式。
注塑成型技术使组件的设计和制造过程具有几乎无限的自由度。
粉末注塑成型制造过程包括成型零件的初始注塑成型、脱脂和烧结。
组件公差由以下重要因素确定：● 粘合剂含量● 粉末特性● 混合过程● 注塑成型参数● 重力变形● 在烧结托盘上的滑动性能可用材料范围广泛原则上，所有细颗粒、可烧结的粉末都可以和相应的粘合剂混合并在注塑机上加工。
包括氧化陶瓷、金属、碳化物及氮化物。
由于混合和注塑设备在处理粉末材料的过程中会受到较强磨损，因此建议选择粒度尽可能小的粉末。
较细的粉末可降低表面粗糙度，从而在加工过程中降低磨损并提高生坯强度。
各种粉末材料的性能范围如表3中所示。
表2: 在严格的公差范围内的高重复性粘合剂使粉末可用来注塑对粘合剂最重要的要求是：脱脂过程中的尺寸稳定性、良好的保存特性、不与粉末材料发生反应、很高的零件强度、良好的脱模特性、热稳定性和在脱脂过程中易于去除并可完全去除。
粘合剂与粉末颗粒之间的粘附力还应尽可能高，以便在注塑过程中增高压力不会使两个组份分离，而导致填充的零件不均匀。
为了获得良好的注塑成型特性并以低收缩率获得均匀的烧结质量，建议采用球形粉末。
具有最佳配比的粘合剂与粉末在混合过程中，粘合剂和粉末混合成一种匀质的混合物，即原料。
粉末冶金整形模具间隙
粉末冶金整形模具间隙粉末冶金整形模具间隙是指在粉末冶金成型过程中，模具内部所需要的空隙。
粉末冶金是一种通过将金属粉末压制成型，并通过烧结、热处理等工艺形成坚固的金属零件的制造方法。
整形模具是在该工艺中不可或缺的工具，它的设计和间隙的设置直接影响到成型件的质量和性能。
粉末冶金整形模具间隙的设置对成型件的尺寸和形状有着重要的影响。
一方面，如果模具间隙过大，会导致成型件的尺寸过大，甚至无法满足设计要求；另一方面，如果模具间隙过小，会导致成型件的尺寸过小或形状变形，同样无法满足设计要求。
因此，合理设置模具间隙是粉末冶金成型的关键之一。
模具间隙的设置要根据成型件的形状和尺寸要求来确定。
一般来说，成型件的形状越复杂，尺寸要求越高，模具间隙就需要设置得更加精确。
同时，不同材料的粉末冶金成型也需要设置不同的模具间隙。
例如，对于易烧结的金属粉末，模具间隙要相对较大，以便在成型过程中保持足够的压实度；而对于难烧结的金属粉末，模具间隙可以设置得相对较小。
模具间隙的设置要考虑到粉末的流动性和压实性。
粉末的流动性是指粉末在模具中的流动能力，而压实性是指粉末在受到压力时的压实能力。
模具间隙的大小会直接影响到粉末的流动性和压实性。
如果模具间隙过大，粉末在成型过程中容易出现堆积和不均匀的现象，从而影响成型件的质量。
如果模具间隙过小，会增加成型过程中的摩擦力和压力，导致成型件的形状变形或尺寸不准确。
模具间隙的设置还要考虑到模具的磨损和使用寿命。
在粉末冶金成型过程中，模具会不可避免地受到磨损，特别是在长时间、高频次的使用下更为明显。
因此，模具间隙的设置要考虑到模具的磨损程度，以保证成型件的质量和尺寸稳定性。
一般来说，可以适当增大模具间隙来弥补模具的磨损，延长模具的使用寿命。
粉末冶金整形模具间隙的设置是粉末冶金成型过程中的关键因素之一。
合理设置模具间隙可以保证成型件的尺寸和形状满足设计要求，同时还要考虑到粉末的流动性、压实性、模具的磨损和使用寿命等因素。
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：钢压模具设计
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
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。
第二章粉末压制成形原理
模压成形 是将金属粉末或粉末混合料装入 钢制压模（阴模）中，通过模冲对粉末加压，卸 压后，压坯从阴模内脱出，完成成形过程。
▪ Loose powder is compacted and densified into a shape, known as green compact
▪ Most compacting is done with mechanical presses and rigid tools ▪ Hydraulic and pneumatic presses are also used
x
推导
zP y
压坯受力示意图
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p侧
1
p p
p侧 — 单位侧压力（MPa）；p — 单位压制压力（MPa）； ξ = γ /（1-γ ）—侧压系数；γ—泊桑比
（二）侧压系数
● 定义： ξ = γ /（1-γ ）= p侧 /p ：单位侧压力与单位正压力之比 ● 影响因素
▪ 颗粒间可用于相互填充的空间（孔隙） ▪ 粉末颗粒间摩擦 ▪ 颗粒表面粗糙度 ▪ 润滑条件 ▪ 颗粒的显微硬度 ▪ 颗粒形状 ▪ 加压速度
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2. 粉末颗粒的变形
● 弹性变形 颗粒所受实际应力超过其弹性极限，发生弹性变形。 ● 塑性变形
● 净压力（有效压力）：p，，P1
● 压力损失：∆p，P2—克服内外摩擦力，
单向压制各种力的示意图
P = P1 + P2 ∆p = p-p，
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金属粉末件钢模压制成形模具设计计算方法
金属粉末件钢模压制成形模具设计计算方法摘要：金属粉末件是一种新型的金属材料，其优良的力学性能和物理化学性能使得其在工业领域得到广泛应用。
而金属粉末件的制造过程中，钢模压制成形技术是其中重要的一种方法。
本文将介绍钢模压制成形模具设计计算方法，包括模具材料选取、结构设计、尺寸计算等方面，以期为实际应用提供一定的参考。
一、引言近年来，金属粉末件作为一种新型的金属材料，因其具有高强度、高塑性、高耐磨等特性，得到了越来越广泛的应用。
而钢模压制成形技术是制造金属粉末件的重要工艺之一。
模具的设计和制造质量直接影响到金属粉末件的成形品质和经济效益。
因此，本文将介绍一种较为成熟的钢模压制成形模具设计计算方法，以供相关从业人员参考。
二、钢模压制成形模具设计计算方法1. 模具材料的选取模具主要由工作面、边框、支撑和薄板等零件组成。
在模具材料的选取上，需要考虑到其物理力学性能及其抗疲劳性能。
一般来说，模具的材料要求具有高强度、高硬度、高韧性和较好的耐蚀性，因此，常用的材料有优质合金钢、高速钢、硬质合金等。
在具体选材时，还需考虑到材料的可加工性、价格、耐磨性等因素。
2. 结构设计模具的结构设计是保证成形精度和产品品质的关键之一。
设计应遵循简单、可靠、易于制造及操作的原则。
首先，在设计过程中应根据成形件的几何尺寸、形状和材料性能，确定模具的结构类型。
其次，要根据成形件的形状特征和成形加工过程中的应力状态，确定模具界面的斜度、圆角半径等参数，以此来保证成形品的外观及尺寸精度。
3. 尺寸计算模具尺寸计算是保证模具具有良好成形效果的重要环节。
在计算过程中，应考虑到模具的热膨胀系数以及材料的伸缩性等因素。
具体的计算方法如下：(1) 模具的等温膨胀系数K模：K模=1/(1-η(Tc-Ts))其中Tc是压制过程中的最高温度，Ts是开始加热时的温度，η是模具的线膨胀系数。
一般来说，等温膨胀系数的取值范围为5x10^-5~12x10^-5/℃。
粉末材料的主要成型方法
粉末材料的主要成型方法引言粉末材料是一种常见的材料形式，具有独特的性质和广泛的应用领域。
成型是将粉末材料转变为所需形状和尺寸的关键步骤之一。
本文将介绍粉末材料的主要成型方法，包括压制成型、注塑成型、烧结成型和3D打印等。
压制成型压制成型是最常见的粉末材料成型方法之一。
它通过将粉末材料放入模具中，施加高压使其变形并形成所需形状。
压制成型可以分为冷压成型和热压成型两种方式。
冷压成型冷压成型是将粉末材料在常温下进行成型的方法。
它适用于一些易于压制的材料，如金属粉末和陶瓷粉末。
冷压成型的步骤包括：1.将粉末材料放入模具中。
2.施加压力使粉末材料变形。
3.移除模具并得到成型件。
冷压成型的优点是成本低、工艺简单，但其成型密度较低，需要进一步处理以提高密度和强度。
热压成型热压成型是将粉末材料在高温下进行成型的方法。
它适用于一些高熔点材料和复杂形状的零件。
热压成型的步骤包括：1.将粉末材料放入模具中。
2.加热模具使粉末材料熔化或软化。
3.施加压力使粉末材料变形。
4.冷却模具并得到成型件。
热压成型的优点是成型密度高、强度好，但其成本较高，工艺复杂。
注塑成型注塑成型是将粉末材料通过注塑机进行成型的方法。
它适用于一些塑料粉末和橡胶粉末等可熔融的材料。
注塑成型的步骤包括：1.将粉末材料放入注塑机的料斗中。
2.通过螺杆将粉末材料加热熔化。
3.将熔化的材料注入模具中。
4.冷却模具并得到成型件。
注塑成型的优点是成型速度快、成型精度高，但其设备和模具成本较高。
烧结成型烧结成型是将粉末材料通过烧结过程进行成型的方法。
烧结是指将粉末材料加热至接近熔点的温度，使其颗粒之间发生结合，形成固体材料的过程。
烧结成型的步骤包括：1.将粉末材料放入模具中。
2.加热模具使粉末材料烧结。
3.冷却模具并得到成型件。
烧结成型的优点是成型密度高、强度好，适用于一些难以通过其他成型方法获得高密度材料的情况。
3D打印3D打印是一种近年来发展迅速的粉末材料成型方法。
粉末冶金模具设计说明书
粉末冶金模具设计说明书粉末冶金模具设计说明书一、设计任务生产一批两个台阶面的钢制模坯，如图所示，数据要求：A=10mm，B=30mm，C=20mm，D=20mm，E=10 mm，F=10mm。
二、压坯设计1.产品零件分析该产品采用Fe-0.05C（50钢），属于铁基制品，其制品密度依靠其较高的压坯密度来达到，因此在压制成型时需要采用较高的单位压力（一般在300~800MPa）。
由于该产品零件形状比较简单，采用简单的上下模冲压制成型。
2.松装密度和压坯密度的确定采用水雾化铁粉压制，松装密度范围2.5~3.2,取常用值2.8，即松装密度：ρ松=2.8g/cm3压坯密度：γ压=6.6g/cm3压缩比：C=γ/ρ=2.36三、压制成形与压力机确定1.压制压力的选择采用500MPa 的单位压力，由已知可得压坯截面积22222S=(B (3010)62844mm ππ-=-A )= 则其压制力F=p×S=500MPa×628mm 2=314kN脱模压力F 脱=ƒ´p 侧余S 侧=0.2×100×1570=31.4kNƒ´——粉末对阴模壁的静摩擦系数，此处ƒ´=0.2p 侧余——残余侧压力，此处p 侧余=0.2p=0.2×500MPa=100MPa S 侧——侧面积， S 侧=πEB+πFC=3.14(10×30+10×20)=1570mm 2侧压力p 侧 =ξp=p ν/(1-ν)=0.38×500MPa=190MPa2.装粉高度确定带台阶面压坯成形模具的设计原则 1）粉末充填系数相同或相近 2）压缩比相同或相近 压缩比 C=γ/ρ=2.36装粉台阶高度 E 0=CE=2.36×10mm=23.6mm装粉总高度D 0=C(E+F)=2.36×20mm=47.2mm2.1压坯高度验算 max max 2.8(10)(18510)74.26.6H F mm ργ=-=⨯-= ——F max =185mm (设计手册表4-20TPA50/2压力机的最大装料高度)H=D 0=47.2mm<H max 可行 3.压制方式的选择c31406286628S S K S++===侧f 侧S 侧f =πD(B+C)=3140mm 2 S 侧c =πDA =628mm 2 K>单向K max =5(ƒ=0.1,表3-5)，压坯有台阶面，选择双向压制。
粉末压制成形模具设计
(b)选取冲头的抗弯安全系数：
对于淬硬钢冲头，一般可取 P/Pcr≤n＝2～3 (c)确定冲头最大允许长度： L≤(2∏EJmin/nP)1/2 (17) (18)
坯料
压制坯外 尺寸
_ 三 、压制力与凹模预应力圈尺寸 p:金属粉末平均单位流动压力，由压制 实验曲线或实际经验确定 F:压制坯截面积 1.压制力、顶出力和设备吨位 n:压制模中型腔数量(对一次多件压制)
P＝nF
PT＝CpP Pout＝μFcpc
(6)
(7)
Cp—压力机吨位裕度系数，Cp＝1.25～1.30 压制后制件的顶出力由侧压力pc、粉体侧表 面面积Fc和粉体与模壁的摩擦系数μ(＝0.1～ 0.2)确定
H0—总装料高度
hh—上冲头导入长度hl—下冲头导入长度 对于固定式结构，由于凹模本身沿高度方向具有分 配粉料的作用，因此可以不考虑上、下冲头的导入部分 (见图1b)，则 Hd＝H0 (5)
2.凹模型腔与芯棒工作尺寸
凹模型腔的工作尺寸主要决定于粉末零件 的外尺寸，同时必需考虑粉末体在压制、烧结、 后续精压等工序这些外尺寸变化，以及凹模最 大允许磨损量；
冲头调节；
(3)固定式：专用压力机上大批量金属粉末件压制成 形所采用的结构型式。
2.模具封闭高度
如图3所示，当采用固定式模具 结构时，上冲头既可采用固定 式，也可采用浮动式。 其总高度可确定为： Lh＝hht+h1+h2。 (12) 式中： hht,hlt—上、下冲头固定板的厚度 h1,h4—分别为上冲头压制和下冲 头顶出行程 h2—压力机在下死点时凹模上端面 与上冲头固定板下端面之间的距离 h3—下冲头导入凹模筒部分的长度
粉末压制成形模具设计
表1金属粉末压制成形坯料计算
计算内容
定义或计算公式
有关说明
压制坯在垂直于压制
压制坯面积Fp(cm2) 方向的平面的投影面
-
积
压制坯体积Vp(cm3)
Vp＝(1+ξ/100)Ve
芯棒磨损余 量
Δd＝dn′-dn-δa δa—芯棒尺寸实际偏差量
后续精压芯
＝dmax±lrp
棒直径(孔 “+”—精压后回弹使孔径减小时
件) “-”—精压后回弹使孔径增大时
烧结坯内尺 寸
压制坯内尺 寸
ds＝drp±ηrp “+”—为负偏差精压时
“-”—为正偏差精压时
dp＝ds±ε “+”—烧结后内尺寸减小时 “-”—烧结后内尺寸增大时
2.凹模预应力圈尺寸
为了提高压制成形模具的寿命，并
保证压制件的尺寸精度，凹模常采用预
应力圈结构，如图2所示。其尺寸取决于
压制时凹模内壁所承受的侧压力大小。
对于铁粉末压制，其侧压力可按经验公
式估算：
pc＝Ccρmp
(9)
式中Cc＝0.00725，m＝6.8
而预应力圈的尺寸，必须保证凹模具有最大刚度，设凹模筒内半径为r1， 则有：
其他参数
而在进行压制成形模具设计时，还需知道以下 参数：
(1)预先给定的粉末压制坯的密度ρp； (2)压制(和后续塑性加工)后制件线回弹量，用相 对值αp(αrp)或绝对量lp(lrp)表示； (3)制件烧结后的线收缩量，用相对值β或绝对量 ε表示； (4)烧结氧化或其他原因引起的质量损耗量，用 相对值ζ表示； (5)后续塑性加工引起的制件密度增加量，用相 对值τ表示。
粉末冶金制品结构工艺性
粉末冶金制品的结构工艺性在设计采用压制方法生产的粉末冶金制品时，应该在满足使用要求的前提下，尽量符合模具压制成形的要求，以便高效、高质量地制作出符合使用要求的粉末冶金制品。
对于用户提出的粉末冶金制品零件的形状，有些可不经修改就可以适应压制工艺。
但在有些情况下，制品按照液态成形或切削加工成形并不困难，而改用粉末冶金压制工艺后却不能满足成形要求时，则需要对粉末冶金制品的形状结构进行适当改动，改动后若不能达到使用要求，再在烧结之后进行机械加工。
1．避免模具出现脆弱的尖角。
见表1。
表1 避免模具出现脆弱尖角
不当设计推荐形状。
壁厚应不小于1.5mm，见表2。
表2 避免模具和压坯出现局部薄壁
表3 锥面和斜面需有一小段平直带
表4 需要有脱模锥角或圆角
R=H
表5 改变退刀槽方向
表6 适应压制方向的需要
表7 压制工艺对结构设计的要求
8、粉末冶金成形件的缺陷分析
如果粉末冶金制品结构设计不合理，或成形工艺不当等原因，成形件产生的各种各样的缺陷,见表8。
表8 成形件的缺陷分析。
粉体成形模具设计课件
粉体成形模具设计课件1. 引言粉体成形工艺是一种使用粉末材料通过压力、温度等外力条件将粉末材料塑造成所需形状的工艺。
在粉体成形过程中，模具的设计起到关键作用，直接影响成品的质量和制造效率。
本课件将介绍粉体成形模具设计的基本原理和注意事项。
2. 粉体成形模具的分类根据粉体成形工艺的特点和要求，粉体成形模具可以分为压制模具、注射模具、挤压模具等。
各种模具在设计上有一些共性，但也有一些独特的要求。
2.1 压制模具设计要点压制模具用于将粉末材料在一定温度和压力下压制成形。
其设计要点包括： - 模具结构设计：模具应具有足够的刚性和稳定性，以承受高压下的冲击力和变形力，并保证成品的形状和尺寸精度。
- 凸模和凹模设计：凸模应具有充分的刚性和耐磨性，凹模则需考虑排料和顶出等因素。
- 压头设计：压头应根据成品形状的复杂程度和压制力的大小进行合理设计。
2.2 注射模具设计要点注射模具用于将粉末材料注入到模腔中，通过压力和温度使其固化成形。
其设计要点包括： - 模具结构设计：注射模具应具有较高的刚性和耐磨性，以承受注射时的压力和冲击力。
- 模腔设计：模腔应根据产品的形状和尺寸合理设计，以确保成品的几何形状和尺寸精度。
- 引导系统设计：引导系统用于将粉末材料引导到模腔中，其设计要考虑粉末流动性和材料浇注的均匀性等因素。
2.3 挤压模具设计要点挤压模具用于将粉末材料在挤压机内通过挤压头挤出，并在模具中固化成形。
其设计要点包括：- 模具结构设计：挤压模具要求具有足够的刚性和稳定性，以承受挤压时的冲击力和变形力。
- 模腔设计：模腔应根据挤压头和产品的形状合理设计，以确保挤压成品的形状和尺寸精度。
- 冷却系统设计：冷却系统用于快速降低模具温度，以便加快成品的固化速度和提高生产效率。
3. 粉体成形模具设计步骤粉体成形模具设计一般包括以下几个步骤：3.1 确定产品形状和尺寸根据产品的要求和实际应用，确定所需的形状和尺寸。
粉末压制成形模具设计.ppt
式估算：
pc＝Ccρmp
(9)
式中Cc＝0.00725，m＝6.8
而预应力圈的尺寸，必须保证凹模具有最大刚度，设凹模筒内半径为r1， 则有：
当pc≤200MPa时， r2＝2r1,r3＝4r1 当pc＞200MPa时： r3＝(pc/140+0.67)r1,
r2＝(r1 r3) ½
(10a) (10b)
3.模具受力件的强度校核
(1)冲头一般处于压应力状 态，其强度校核式为：
σ＝P/Fmin≤［σ］ (14) 式中:P—金属粉末压制力 Fmin—冲头最小截面积 ［σ］—淬硬钢许用压应力
(2)对支承模座和固定板也需
进行抗压强度校核：
σ＝P/F≤［σ］
(15)
通常，与冲头模座投影面积
相当的中间固定板其厚度可
压制坯的计算，其实质就是根据所加工的粉 末零件，决定压制坯的体积、质量和相关尺寸， 以确定压制凹模型腔的尺寸和检验压制坯的尺寸 精度。
表1金属粉末压制成形坯料计算
计算内容
定义或计算公式
有关说明
压制坯在垂直于压制
压制坯面积Fp(cm2) 方向的平面的投影面
-
积
压制坯体积Vp(cm3)
Vp＝(1+ξ/100)Ve
取5～8mm。
(3)当细长型冲头(多为下冲头)和芯棒的长径比L/d≥3时，还需进行抗弯
强度校核
(a)计算纵向弯曲失稳临界载荷
的长度，等于从冲头固定板到冲头导入凹模部分中间
位置和距离 ;
Jmin—冲头最小截面矩 ;
E—工具钢材料的弹性模量，一般可取E＝2.15×105MPa ;
Pcr—产生纵向失稳的临界载荷 . (b)选取冲头的抗弯安全系数：
金属粉末压制成型中的模具设计优化
金属粉末压制成型中的模具设计优化金属粉末压制成型是一种常见的制造工艺，广泛应用于汽车、航空航天、医疗器械等领域。
而模具设计是金属粉末压制成型中至关重要的环节，模具的设计优化可以提高产品的质量和生产效率。
本文将从材料选择、模具结构设计和工艺参数优化三个方面探讨金属粉末压制成型中的模具设计优化。
一、材料选择在金属粉末压制成型中，模具材料的选择直接影响到产品的质量和寿命。
常见的模具材料有工具钢、硬质合金和陶瓷等。
在选择模具材料时，需要考虑金属粉末的成分、粒度和压制工艺的要求。
一般而言，工具钢具有较高的强度和耐磨性，适用于大批量生产；硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，适用于高强度和高温环境；陶瓷具有较高的硬度和耐磨性，适用于高温和腐蚀环境。
因此，在模具设计中，需要根据具体情况选择合适的模具材料，以满足产品的要求。
二、模具结构设计模具结构设计是金属粉末压制成型中的关键环节。
合理的模具结构设计可以提高产品的质量和生产效率。
首先，模具的结构应尽量简化，减少零件数量和制造难度，提高模具的可靠性和稳定性。
其次，模具的结构应考虑到工艺要求，如注料口、排气口和冷却系统等。
注料口的设计应合理，以保证金属粉末的均匀填充和充实度；排气口的设计应合理，以避免气泡和缺陷的产生；冷却系统的设计应合理，以提高模具的散热效果。
最后，模具的结构应考虑到产品的形状和尺寸要求，以确保产品的精度和表面质量。
三、工艺参数优化工艺参数优化是金属粉末压制成型中的重要环节。
合理的工艺参数可以提高产品的密实度和力学性能。
首先，压制力是影响产品密实度的关键参数。
压制力过大会导致金属粉末的破碎和变形，压制力过小会导致产品的孔隙率增加。
因此，在模具设计中，需要根据金属粉末的特性和产品的要求确定合适的压制力。
其次，压制速度是影响产品力学性能的关键参数。
压制速度过快会导致金属粉末的流动不均匀，压制速度过慢会导致产品的变形和裂纹。
因此，在模具设计中，需要根据金属粉末的流动性和产品的要求确定合适的压制速度。
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。
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法，并选好压制方向。
3.压制坯的计算 压制坯的计算，其实质就是根据所加工的粉 末零件，决定压制坯的体积、质量和相关尺寸， 以确定压制凹模型腔的尺寸和检验压制坯的尺寸 精度。
表1金属粉末压制成形坯料计算
计算内容 定义或计算公式 有关说明
ξ—相对质量损耗量； Ve—零件体积 ρp—压制件平均密度 系数Cm＝1.02～1.05，考虑 了装粉及压制时的质量损失 H—粉末零件尺寸， Δm—机加工余量， lp，ε的意义见上
r2＝2r1,r3＝4r1
当pc＞200MPa时： r3＝(pc/140+0.67)r1, r2＝(r1 r3) ½
(10a)
(10b)
此时，凹模与预应力圈的过盈量为：
△=2pcr2/E
(11)
四 、压制模具的结构设计及其强度校核
1.模具结构形式
(1)组合式：适用于批量不大的金属粉末件压制成形 ，凹模内各段的装粉高度由相应的冲头垫块来调节； (2)固定式：适用于在通用压力机上小批量金属粉末 件压制成形，凹模内各段的装粉高度由浮动模座上的
其他参数
而在进行压制成形模具设计时，还需知道以下 参数： (1)预先给定的粉末压制坯的密度ρp； (2)压制(和后续塑性加工)后制件线回弹量，用相 对值αp(αrp)或绝对量lp(lrp)表示； (3)制件烧结后的线收缩量，用相对值β或绝对量 ε表示； (4)烧结氧化或其他原因引起的质量损耗量，用 相对值ζ表示； (5)后续塑性加工引起的制件密度增加量，用相 对值τ表示。
芯棒工作尺寸(mm) 计算公式与说明
表凹 2模 金型 属腔 粉与 末芯 压棒 制的 成工 形作 模尺 具寸
型腔名义 尺寸Biblioteka 芯棒名义 尺寸芯棒最大 允许尺寸
dn＝dmax-lp±ε±ηrp±lrp dmax—芯棒最大尺寸
dn′＝dmin-lp±ε±ηrp±lrp dmin＝d+δl—芯棒最小允许尺寸 d—零件孔径；δ1—孔径下偏差
坯料
压制坯外 尺寸
_ 三 、压制力与凹模预应力圈尺寸 p:金属粉末平均单位流动压力，由压制 实验曲线或实际经验确定 F:压制坯截面积 1.压制力、顶出力和设备吨位 n:压制模中型腔数量(对一次多件压制)
P＝nF
PT＝CpP Pout＝μFcpc
(6)
(7) (8)
Cp—压力机吨位裕度系数，Cp＝1.25～1.30 压制后制件的顶出力由侧压力pc、粉体侧表 面面积Fc和粉体与模壁的摩擦系数μ(＝0.1～ 0.2)确定
H0—总装料高度
hh—上冲头导入长度hl—下冲头导入长度 对于固定式结构，由于凹模本身沿高度方向具有分 配粉料的作用，因此可以不考虑上、下冲头的导入部分 (见图1b)，则 Hd＝H0 (5)
2.凹模型腔与芯棒工作尺寸
凹模型腔的工作尺寸主要决定于粉末零件 的外尺寸，同时必需考虑粉末体在压制、烧结、 后续精压等工序这些外尺寸变化，以及凹模最 大允许磨损量；
二 、凹模与芯棒的工作尺寸
1、凹模总高度
所确定的尺寸包括凹模总高度、 凹模型腔及芯棒的工作尺寸
凹模各段的装料高度应与制件中相对应的各段高度成比例，以保证压 制坯密度分布均匀化。而凹模的总高度则主要取决于其装料高度，同时还要 考虑上、下冲头进入凹模的导向部分，如图1a所示。
Hd＝H0+hh+hl 式中Hd—凹模总高度 (4)
芯棒磨损余 量
Δd＝dn′-dn-δa δa—芯棒尺寸实际偏差量
后续精压芯 drp＝dmax±lrp 棒直径(孔 “+”—精压后回弹使孔径减小时 件) “-”—精压后回弹使孔径增大时 烧结坯内尺 寸 压制坯内尺 寸 ds＝drp±ηrp “+”—为负偏差精压时 “-”—为正偏差精压时 dp＝ds±ε “+”—烧结后内尺寸减小时 “-”—烧结后内尺寸增大时
粉末压制成形模具设计 李文虎
一 、金属粉末的工艺特性和材料性能参数 与压制坯计算
1.金属粉末的工艺特性和材料性能参数
在制定金属粉末压制成形工艺时，其基本特性参数有:
(1)粉末松装(或摇实)密度，即压制前金属粉末在凹模
内的平均密度ρ0； (2)粉末的可压缩性，按实验数据或有关标准确定； (3)粉末的可变形程度，按实验数据或有关标准确定； (4)粉末流动应力。
压制坯在垂直于压制 压制坯面积Fp(cm2) 方向的平面的投影面 积 压制坯体积Vp(cm3) 压制坯质量Gp(kg) 装粉质量G0(kg) 压制坯高度Hp(mm) Vp＝(1+ξ/100)Ve Gp＝ρpVp G0＝CmGp Hp＝H-lp+ε+Δm
装粉高度H0(mm)
H0＝KρHp
Kρ—粉末压实系数， Kρ＝ρp/ρ0
而芯棒的工作尺寸则主要取决于零件的内
尺寸，同样也要考虑其内尺寸在各工序的变化， 并按零件的上极限偏差确定，以保证芯棒留有 最大的磨损余量。具体计算如表2所示。
凹模型腔工作尺寸(mm) 尺寸名称 计算公式与说明 Dn＝Dmin-lp±ε±ηrp Dmin—零件最小允许尺寸 ηrp—后续精压余量 Dn′＝Dmax-lp±ε±ηrp Dmax—零件最大允许尺寸 尺寸名称
上述回弹与收缩量等的相对值可按下式换 算成绝对值：
lp=αp· b /100;
lrp=αrp· b/100;
(1)
(2)
ε = β· b/100
式中：b—制件的线尺寸
(3)
αp，αrp，β值预先给出。
2.确定压制成形方法
具备了上述技术资料和数据后，可根据实际
生产条件，选择压制设备型式以及相应的压制方
pc＝Ccρmp
2.凹模预应力圈尺寸
为了提高压制成形模具的寿命，并 保证压制件的尺寸精度，凹模常采用预 应力圈结构，如图2所示。其尺寸取决于 压制时凹模内壁所承受的侧压力大小。 对于铁粉末压制，其侧压力可按经验公 式估算： pc＝Ccρmp (9) 式中Cc＝0.00725，m＝6.8
而预应力圈的尺寸，必须保证凹模具有最大刚度，设凹模筒内半径为r1， 则有： 当pc≤200MPa时，
压制 模具
型腔最大 允许尺寸
后续 精压
型腔磨损 余量 型腔名义 尺寸
型腔最大 允许尺寸 烧结坯外 尺寸
ΔD＝Dn′-Dn-δA δA—型腔尺寸实际偏差量 Drpmin＝Dmin-lrp
Drpmax＝Dmax-lrp Ds＝Dmin±ηrp “+”—为正偏差精压时 “-”—为负偏差精压时 Dp＝Ds±ε “+”—粉体烧结后收缩时 “-”—粉体烧结后膨胀时