粉末冶金模具設(shè)計(jì)說明書

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前言 材料是中國四大產(chǎn)業(yè)之一，它包括有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料、金屬材料及無機(jī)非金屬材料。粉末冶金技術(shù)作為金屬材料制造的一種，以其不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢與其它制造方法共同發(fā)展。粉末冶金相對其它冶金技術(shù)來說具有：成本低；加工余量少；原料利用率高；能生產(chǎn)多孔材料等其它方法不能生產(chǎn)或著很難生產(chǎn)的材料等優(yōu)勢。 粉末冶金是制取金屬粉末以及將金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末混合料成型和燒結(jié)來制取粉末冶金材料或粉末冶金制品的技術(shù)。粉體成形是粉體材料制備工藝的基本工序。模具是實(shí)現(xiàn)粉體材料成形的關(guān)鍵工藝裝備。模具的設(shè)計(jì)要盡可能的接近產(chǎn)品的形狀，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理表面光滑，減少應(yīng)力集中，避免壓坯分層、開裂。模具本身要有一定的強(qiáng)度保證壓制的次數(shù)，不易變形。 粉體模壓成形模具主要零件包括：陰模、芯桿、模沖。模具設(shè)計(jì)首先要廠家提供產(chǎn)品圖，再確定成型的方式，收集壓坯設(shè)計(jì)的基本參數(shù)（包括：松裝密度、壓坯密度、粉體的流動(dòng)性、及燒結(jié)收縮系數(shù)等。）來算得壓坯的尺寸。根據(jù)壓坯形狀尺寸以及服役條件和要求來設(shè)計(jì)出成型模具尺寸，校核模具強(qiáng)度。最后在用模具試壓，若壓坯合格，則此模具復(fù)合要求。 本次課程設(shè)計(jì)之前，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了《熱處理原理與工藝》、《金屬物理與力學(xué)性能》、《粉末冶金原理》、《硬質(zhì)合金生產(chǎn)原理》等相關(guān)課程的知識。 這次在老師的指導(dǎo)下，和同學(xué)的相互討論，自己查閱資料，基本上懂得了模具設(shè)計(jì)的步驟和方法。相信經(jīng)過這次設(shè)計(jì)后，對以后的工作會(huì)有很大的幫助。 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是生產(chǎn)一批有色金屬扁材拉制模坯，其形狀和尺寸如下圖： 型號 D H a b h h1 h2 R r e 42-145.9 45 20 14.6 5.9 3 3 6 4 1 1.5 1.1 產(chǎn)品分析 由產(chǎn)品圖可知H/D<3，因此，該產(chǎn)品適合單向壓制。產(chǎn)品的斜邊角度不大，因此，裝粉比較容易，可用單從頭壓制。產(chǎn)品內(nèi)部的斜角可直接做在芯桿上。菱角的倒角不長，可適合用上沖頭壓制。 1.2 材質(zhì)的選擇 該模具生產(chǎn)的產(chǎn)品用于拉制模坯，對產(chǎn)品的強(qiáng)度及耐磨性能要求很高，再根據(jù)客戶所提供的要求，綜合考慮選用硬質(zhì)合金材料YG8作為材質(zhì)。 2 壓坯設(shè)計(jì) 2.1 壓坯形狀設(shè)計(jì) 壓坯形狀應(yīng)盡可能與產(chǎn)品零件相同或相近（近凈成形），滿足產(chǎn)品的功能要求。同時(shí)，還應(yīng)考慮壓制成形過程（裝粉、壓制、脫模）的要求及壓模結(jié)構(gòu)和剛度等對壓坯形狀、尺寸、質(zhì)量的影響。 應(yīng)從幾個(gè)方面綜合考慮：從裝粉和壓坯密度的均勻性考慮；從壓坯脫模的角度考慮；從減小模壓成形難度、簡化模具結(jié)構(gòu)考慮；從模具零件強(qiáng)度和使用壽命考慮等。 燒結(jié)收縮率與混合料成分、粒度、壓坯密度、燒結(jié)工藝有關(guān)。它通常以不出現(xiàn)分層的最大密度（或壓制壓力）確定燒結(jié)收縮率。硬質(zhì)合金生產(chǎn)時(shí)，常常采用收縮系數(shù)。一般粉末料比顆粒料的收縮系數(shù)大；石蠟料比橡膠料收縮系數(shù)大；縱向（軸向）比橫向（徑向）的收縮系數(shù)稍大。在收縮系數(shù)的選取時(shí)，長條產(chǎn)品的長度比寬度大；外徑比內(nèi)孔大；手動(dòng)壓制比自動(dòng)壓制大。 鐵基制品燒結(jié)收縮率一般為0.5～2.0％，當(dāng)添加銅后可抵消收縮，使收縮為零；硬質(zhì)合金制品收縮率一般為17～20％。硬質(zhì)合金收縮系數(shù)可見教科書P162表6-4，查表取外徑和高燒結(jié)收縮系數(shù)為1.2，內(nèi)經(jīng)燒結(jié)收縮系數(shù)為1.18。 綜合考慮壓坯形狀如下圖： 2.2 壓坯密度設(shè)計(jì) 硬質(zhì)合金壓坯的密度通常設(shè)計(jì)為8.5～8.8 g/㎝3 (35%左右孔隙度)，單位成形壓力約200～300MPa；鐵基產(chǎn)品有低中高的強(qiáng)度要求之分，壓坯密度通常設(shè)計(jì)為5.6～7.1 g/㎝3 (15%左右孔隙度)。成形壓力達(dá)到700MPa。本產(chǎn)品的壓坯密度取8.7g/㎝3 。 3 壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 粉體模壓成形模具主要零件包括：陰模、芯桿、模沖。 在進(jìn)行模具零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮壓制成形過程要求、安全（人身、設(shè)備、模具）要求、與模架連接要求、裝配要求、制造要求等。 陰模：結(jié)構(gòu)特征有整體模、拼模、可拆模。注意應(yīng)力集中部位和入口倒角、脫模錐度。 模沖：注意與陰模和芯桿的定位和導(dǎo)向作用；配合與非配合段；不能倒角部位。 芯桿：自動(dòng)壓力機(jī)用芯桿應(yīng)有自動(dòng)調(diào)心作用。 根據(jù)產(chǎn)品的形狀，采用單向壓制，頂出式脫模。 4 壓模零件尺寸計(jì)算 粉末的松裝密度為=3.2 g/,壓坯的密度為=8.7 g/，沖頭與陰模之間的配合間隙為0.02mm～0.05mm，取0.04mm。壓縮比為K=/=3。因此，裝粉高為=K=72mm。 4.1 陰模尺寸 陰模的計(jì)算公式為： H＝H 粉 + H上 + H下 H上 上模沖定位高度 H下 下模沖定位高度 H粉 粉體松裝高度 下模沖的定位高度H下是根據(jù)下模沖與陰模之間的裝配需要而選定的。一般取10～30mm。手動(dòng)模的定位高度要比自動(dòng)模大些。這里取H下=10mm。 對于手動(dòng)模，應(yīng)該考慮在陰模上加一個(gè)高度H上，這里取H上=4mm。因此，H＝H 粉 + H上 + H下=72+4+10=86mm。 陰模內(nèi)徑等于壓坯外徑為54mm，陰模壁厚一般為10～30mm,取15mm。 4.2 下模沖、芯桿尺寸 下模沖高度取10mm。芯桿的長度應(yīng)不超過陰模上端面或略短一點(diǎn)，以便與自動(dòng)送粉，但不宜過低，以免引起夾粉，磨損芯桿。取下模沖芯桿總長度為86mm 下沖頭的內(nèi)徑為54mm,芯桿的直徑為17.37mm。 4.3 上模沖尺寸 上沖頭長度和陰模一樣長，即為86mm。上沖頭的內(nèi)徑為17.37mm,外徑為54mm。 4.4 限位器尺寸 限位器高度為24+10=34mm。內(nèi)徑為54mm，外徑84mm。 5 壓模零件材料的選擇 查表得陰模，下模沖、芯桿，材料都選用GCr15。 6 壓模零件熱處 模具熱處理是模具加工的重要環(huán)節(jié)，是保證模具質(zhì)量和提高模具壽命的關(guān)鍵序， 落料 鍛造 車削等 熱處理 與模套壓配 磨兩平面 電加工內(nèi)型面 研磨內(nèi)型面 退磁 檢驗(yàn) 編號入庫 退火 因此必須根據(jù)所選定的材料制定合理的熱處理工藝。 6.1 陰模加工工藝流程： 落料 車削等 熱處理 磨削外型面 研磨外型面 退磁 檢驗(yàn) 編號入庫 與接桿配合（釬焊、壓配等） 磨削基準(zhǔn)面 6.2 芯棒加工工藝流程 6.3 模沖加工工藝流程 落料 鍛造 車削等 熱處理 磨削兩端面 磨削外圓 電加工內(nèi)腔 磨削外型面 退磁 檢驗(yàn) 編號入庫 退火 研磨內(nèi)外型面 6.4 熱處理工藝 鍛造工藝： 始鍛溫度1050～1100℃ 終鍛溫度 850～880℃ 退火工藝： 790～810℃保溫2～6h，以20～30℃／h，冷卻到550℃后爐冷或空冷，退火態(tài)硬度170～207HB 淬火工藝： 緩慢預(yù)熱至600℃，快速加熱至830℃，油冷 回火工藝： 150～400℃ 硬度59～64HRC 工藝曲線： 7 模具零件的技術(shù)要求 7.1陰模要求 ①陰模高度應(yīng)能容納壓制所需的松散粉末，并使上、下模沖有良好的定位和導(dǎo)向； ②能保證壓坯外形的幾何形狀和尺寸精度； ③工作面的粗糙度Ra≤0.8um； ④工作表面要有高的硬度和良好的耐磨性；； ⑤在工作壓力下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛性； ⑥根據(jù)產(chǎn)品的批量和復(fù)雜程度，選擇合適的陰模材料 ⑦結(jié)構(gòu)上應(yīng)便于制造和維修，使用安全，操作方便 ⑧能使壓坯完好的脫出 ⑨平磨后需退磁 7.2 芯棒要求 ①保證壓坯內(nèi)腔的幾何形狀和尺寸精度 ②工作面的粗糙度Ra≤0.8um； ③與上下模沖應(yīng)有良好的配合、定位和導(dǎo)向 ④工作段應(yīng)有高的硬度 ⑤平磨后需退磁 7.3模沖要求 1）工作表面要有足夠高的硬度和良好的耐磨性，材料的選擇與處理應(yīng)考慮有適當(dāng)?shù)捻g性； 2）上、下模沖對陰模和芯棒應(yīng)有良好的配合、定位和導(dǎo)向，并有合理的配合間隙，復(fù)合的模沖（即有壓套時(shí)）應(yīng)能脫出壓坯 3）上下模沖的工作面和配合面的粗糙度Ra≤0.8um，非工作段的外徑可適當(dāng)縮小，內(nèi)徑可適當(dāng)放大，減少精加工量和陰模、芯棒之間的摩擦 4）有關(guān)部位應(yīng)能保證垂直度、平行度和同軸度等技術(shù)要求 5）平磨后需退磁 生產(chǎn)的主要設(shè)備：車床、銑床、磨床、鉆床、線切割、電火花等 參考文獻(xiàn) [1] 熊春林.粉體材料成形設(shè)備與模具設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007 [2] 周盛安.硬質(zhì)合金制造工藝學(xué).自貢硬質(zhì)合金有限公司，2006 [3] 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊編委員.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008 [4] 周書助.粉末冶金材料.湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2002 [5] 陳楚軒.硬質(zhì)合金質(zhì)量控制原理.自貢硬質(zhì)合金有限公司，2007