粉末壓制成形模具設(shè)計課件

粉末壓制成形模具設(shè)計李文虎 粉末壓制成形模具設(shè)計李文虎一、金屬粉末的工藝特性和材料性能參數(shù)與壓制坯計算

1.金屬粉末的工藝特性和材料性能參數(shù)在制定金屬粉末壓制成形工藝時，其基本特性參數(shù)有:(1)粉末松裝(或搖實)密度，即壓制前金屬粉末在凹模內(nèi)的平均密度ρ0；(2)粉末的可壓縮性，按實驗數(shù)據(jù)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定；(3)粉末的可變形程度，按實驗數(shù)據(jù)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定；(4)粉末流動應(yīng)力。一、金屬粉末的工藝特性和材料性能參數(shù)與壓制坯計算而在進(jìn)行壓制成形模具設(shè)計時，還需知道以下參數(shù)：(1)預(yù)先給定的粉末壓制坯的密度ρp；(2)壓制(和后續(xù)塑性加工)后制件線回彈量，用相對值αp(αrp)或絕對量lp(lrp)表示；(3)制件燒結(jié)后的線收縮量，用相對值β或絕對量ε表示；(4)燒結(jié)氧化或其他原因引起的質(zhì)量損耗量，用相對值ζ表示；(5)后續(xù)塑性加工引起的制件密度增加量，用相對值τ表示。其他參數(shù)而在進(jìn)行壓制成形模具設(shè)計時，還需知道以下參數(shù)：其他參數(shù)上述回彈與收縮量等的相對值可按下式換算成絕對值：

lp=αp·b/100;(1)

lrp=αrp·b/100;(2)

ε

=β·b/100(3)式中：b—制件的線尺寸

αp，αrp，β值預(yù)先給出。

上述回彈與收縮量等的相對值可按下式換算成絕對值：2.確定壓制成形方法

具備了上述技術(shù)資料和數(shù)據(jù)后，可根據(jù)實際生產(chǎn)條件，選擇壓制設(shè)備型式以及相應(yīng)的壓制方法，并選好壓制方向。3.壓制坯的計算

壓制坯的計算，其實質(zhì)就是根據(jù)所加工的粉末零件，決定壓制坯的體積、質(zhì)量和相關(guān)尺寸，以確定壓制凹模型腔的尺寸和檢驗壓制坯的尺寸精度。2.確定壓制成形方法3.壓制坯的計算計算內(nèi)容定義或計算公式有關(guān)說明壓制坯面積Fp(cm2)壓制坯在垂直于壓制方向的平面的投影面積-壓制坯體積Vp(cm3)Vp＝(1+ξ/100)Veξ—相對質(zhì)量損耗量；Ve—零件體積壓制坯質(zhì)量Gp(kg)Gp＝ρpVpρp—壓制件平均密度裝粉質(zhì)量G0(kg)G0＝CmGp系數(shù)Cm＝1.02～1.05，考慮了裝粉及壓制時的質(zhì)量損失壓制坯高度Hp(mm)Hp＝H-lp+ε+ΔmH—粉末零件尺寸，Δm—機(jī)加工余量，lp，ε的意義見上裝粉高度H0(mm)H0＝KρHpKρ—粉末壓實系數(shù)，Kρ＝ρp/ρ0表1金屬粉末壓制成形坯料計算計算內(nèi)容定義或計算公式有關(guān)說明壓制坯面積Fp(cm2)壓制坯二、凹模與芯棒的工作尺寸

1、凹模總高度

凹模各段的裝料高度應(yīng)與制件中相對應(yīng)的各段高度成比例，以保證壓制坯密度分布均勻化。而凹模的總高度則主要取決于其裝料高度，同時還要考慮上、下沖頭進(jìn)入凹模的導(dǎo)向部分，如圖1a所示。

Hd＝H0+hh+hl(4)式中Hd—凹?？偢叨菻0—總裝料高度hh—上沖頭導(dǎo)入長度hl—下沖頭導(dǎo)入長度對于固定式結(jié)構(gòu)，由于凹模本身沿高度方向具有分配粉料的作用，因此可以不考慮上、下沖頭的導(dǎo)入部分(見圖1b)，則Hd＝H0(5)所確定的尺寸包括凹?？偢叨?、凹模型腔及芯棒的工作尺寸二、凹模與芯棒的工作尺寸1、凹模總高度Hd＝H0+h2.凹模型腔與芯棒工作尺寸

凹模型腔的工作尺寸主要決定于粉末零件的外尺寸，同時必需考慮粉末體在壓制、燒結(jié)、后續(xù)精壓等工序這些外尺寸變化，以及凹模最大允許磨損量；

而芯棒的工作尺寸則主要取決于零件的內(nèi)尺寸，同樣也要考慮其內(nèi)尺寸在各工序的變化，并按零件的上極限偏差確定，以保證芯棒留有最大的磨損余量。具體計算如表2所示。2.凹模型腔與芯棒工作尺寸-凹模型腔工作尺寸(mm)芯棒工作尺寸(mm)尺寸名稱計算公式與說明尺寸名稱計算公式與說明壓制模具型腔名義尺寸Dn＝Dmin-lp±ε±ηrp

Dmin—零件最小允許尺寸

ηrp—后續(xù)精壓余量芯棒名義尺寸dn＝dmax-lp±ε±ηrp±lrp

dmax—芯棒最大尺寸型腔最大允許尺寸Dn′＝Dmax-lp±ε±ηrp

Dmax—零件最大允許尺寸芯棒最大允許尺寸dn′＝dmin-lp±ε±ηrp±lrp

dmin＝d+δl—芯棒最小允許尺寸

d—零件孔徑；δ1—孔徑下偏差型腔磨損余量ΔD＝Dn′-Dn-δA

δA—型腔尺寸實際偏差量芯棒磨損余量Δd＝dn′-dn-δa

δa—芯棒尺寸實際偏差量后續(xù)精壓型腔名義尺寸Drpmin＝Dmin-lrp后續(xù)精壓芯棒直徑(孔件)drp＝dmax±lrp

“+”—精壓后回彈使孔徑減小時

“-”—精壓后回彈使孔徑增大時型腔最大允許尺寸Drpmax＝Dmax-lrp坯料燒結(jié)坯外尺寸Ds＝Dmin±ηrp

“+”—為正偏差精壓時

“-”—為負(fù)偏差精壓時燒結(jié)坯內(nèi)尺寸ds＝drp±ηrp

“+”—為負(fù)偏差精壓時

“-”—為正偏差精壓時壓制坯外尺寸Dp＝Ds±ε

“+”—粉體燒結(jié)后收縮時

“-”—粉體燒結(jié)后膨脹時壓制坯內(nèi)尺寸dp＝ds±ε

“+”—燒結(jié)后內(nèi)尺寸減小時

“-”—燒結(jié)后內(nèi)尺寸增大時凹模型腔與芯棒的工作尺寸表2金屬粉末壓制成形模具-凹模型腔工作尺寸(mm)芯棒工作尺寸(mm)尺寸名稱計算公三、壓制力與凹模預(yù)應(yīng)力圈尺寸

1.壓制力、頂出力和設(shè)備噸位

P＝nFPT＝CpPCp—壓力機(jī)噸位裕度系數(shù)，Cp＝1.25～1.30Pout＝μFcpc

_

p:金屬粉末平均單位流動壓力，由壓制實驗曲線或?qū)嶋H經(jīng)驗確定

F:壓制坯截面積

n:壓制模中型腔數(shù)量(對一次多件壓制)壓制后制件的頂出力由側(cè)壓力pc、粉體側(cè)表面面積Fc和粉體與模壁的摩擦系數(shù)μ(＝0.1～0.2)確定pc＝Ccρmp(6)(7)(8)三、壓制力與凹模預(yù)應(yīng)力圈尺寸P＝nFPT＝CpPCp—2.凹模預(yù)應(yīng)力圈尺寸為了提高壓制成形模具的壽命，并保證壓制件的尺寸精度，凹模常采用預(yù)應(yīng)力圈結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其尺寸取決于壓制時凹模內(nèi)壁所承受的側(cè)壓力大小。對于鐵粉末壓制，其側(cè)壓力可按經(jīng)驗公式估算：pc＝Ccρmp(9)式中Cc＝0.00725，m＝6.82.凹模預(yù)應(yīng)力圈尺寸為了提高壓制成形模具的壽命，并保而預(yù)應(yīng)力圈的尺寸，必須保證凹模具有最大剛度，設(shè)凹模筒內(nèi)半徑為r1，則有：當(dāng)pc≤200MPa時，

r2＝2r1,r3＝4r1(10a)

當(dāng)pc＞200MPa時：

r3＝(pc/140+0.67)r1,r2＝(r1r3)?(10b)此時，凹模與預(yù)應(yīng)力圈的過盈量為：△=2pcr2/E(11)而預(yù)應(yīng)力圈的尺寸，必須保證凹模具有最大剛度，設(shè)凹模筒內(nèi)半徑為四、壓制模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其強(qiáng)度校核

1.模具結(jié)構(gòu)形式(1)組合式：適用于批量不大的金屬粉末件壓制成形，凹模內(nèi)各段的裝粉高度由相應(yīng)的沖頭墊塊來調(diào)節(jié)；(2)固定式：適用于在通用壓力機(jī)上小批量金屬粉末件壓制成形，凹模內(nèi)各段的裝粉高度由浮動模座上的沖頭調(diào)節(jié)；(3)固定式：專用壓力機(jī)上大批量金屬粉末件壓制成形所采用的結(jié)構(gòu)型式。四、壓制模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其強(qiáng)度校核(1)組合式：適用于批2.模具封閉高度

如圖3所示，當(dāng)采用固定式模具結(jié)構(gòu)時，上沖頭既可采用固定式，也可采用浮動式。

其總高度可確定為：

Lh＝hht+h1+h2。(12)同樣，下沖頭的總高度為：Ll＝hlt+h3+h4(13)式中：hht,hlt—上、下沖頭固定板的厚度h1,h4—分別為上沖頭壓制和下沖頭頂出行程h2—壓力機(jī)在下死點時凹模上端面與上沖頭固定板下端面之間的距離h3—下沖頭導(dǎo)入凹模筒部分的長度2.模具封閉高度式中：粉末壓制成形模具設(shè)計課件3.模具受力件的強(qiáng)度校核(1)沖頭一般處于壓應(yīng)力狀態(tài)，其強(qiáng)度校核式為：σ＝P/Fmin≤［σ］(14)式中:P—金屬粉末壓制力Fmin—沖頭最小截面積［σ］—淬硬鋼許用壓應(yīng)力(2)對支承模座和固定板也需進(jìn)行抗壓強(qiáng)度校核：σ＝P/F≤［σ］

(15)通常，與沖頭模座投影面積相當(dāng)?shù)闹虚g固定板其厚度可取5～8mm。3.模具受力件的強(qiáng)度校核(1)沖頭一般處于壓應(yīng)力狀態(tài)，其強(qiáng)(3)當(dāng)細(xì)長型沖頭(多為下沖頭)和芯棒的長徑比L/d≥3時，還需進(jìn)行抗彎強(qiáng)度校核(a)計算縱向彎曲失穩(wěn)臨界載荷

Pcr=2∏EJmin/L2

(16)L—沖頭自由部分的長度，等于從沖頭固定板到?jīng)_頭導(dǎo)入凹模部分