粉末冶金材料模具設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書1、工藝流程本產(chǎn)品屬于亞共析鋼合金(Fe-0.6C/60鋼)，其具體生產(chǎn)工藝流程如下：Fe礦石還原熔化（去脈石、雜質(zhì)和氧）氧化精煉（脫C、Si、P等）球磨鐵粉+C粉+適量硬脂酸鋅2、壓坯設(shè)計(jì)2.1產(chǎn)品零件分析該產(chǎn)品采用Fe-0.6C（60鋼），屬于鐵基制品，其制品密度依靠較高的壓坯密度來(lái)達(dá)到，因此，在壓制成形時(shí)需要采用較高的單位壓力（一般在400-500MPa）。由于該產(chǎn)品零件形狀比較簡(jiǎn)單，帶一個(gè)外臺(tái)階，采用簡(jiǎn)單的單上雙下模沖即可成形，并使其密度分布均勻。有配合、定位、相對(duì)運(yùn)動(dòng)要求的零部件，產(chǎn)品尺寸精度和形位精度及表面粗糙度要求較高，因此，該產(chǎn)品的的尺寸精度定義為IT8、形位精度如圖

2、所示為7級(jí)，表面粗糙度精度要求為7級(jí)。2.2壓坯精度設(shè)計(jì)由模具設(shè)計(jì)任務(wù)書的零件成品圖可得知該產(chǎn)品壓坯同軸度需控制在0.08mm，相當(dāng)于IT10級(jí)；壓坯垂直度控制為0.1mm，相當(dāng)于IT11級(jí)；壓坯側(cè)面平行度為0.15mm，相當(dāng)于IT12級(jí)。2.3壓坯密度和單重的確定由于已知壓坯密度 =6.6g/cm3，因此壓坯單重W=× V ，由成品圖給數(shù)據(jù)計(jì)算其壓坯體V=h×S,算的V=166.8cm3 ，所以求的壓坯單重W=6.6×166.8=1100.8g。3、壓機(jī)與壓制方式選擇3.1壓機(jī)壓力選擇鐵基制品一般采用固相燒結(jié)，其制品密度除了依靠燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間之外，在一定程度

3、上還依靠較高的壓坯密度來(lái)達(dá)到，因此該產(chǎn)品采用500MPa的單位壓力。根據(jù)任務(wù)書要求，截面積S=74.0cm2 ，所以F=P×S=5×74=370t脫模壓力，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鐵基壓坯的脫模壓力P脫模0.13P=0.13×500MPa=65MPa3.2壓制類型的選擇年生產(chǎn)量為50萬(wàn)件，假設(shè)每年的工作時(shí)間為300天，每天工作時(shí)間為8小時(shí)，則p=500000/300/8/60=3.47=4件/min，所以選擇自動(dòng)壓制。3.3壓制方式的選擇該產(chǎn)品可看做軸套類壓坯，由于d>T,即內(nèi)孔大，壁厚薄，因此采用摩擦芯桿壓制為宜。3.4裝粉高度、壓縮比的確定由任務(wù)書所給數(shù)據(jù)，粉

4、末的壓縮比K=d坯/d粉=6.6/2.6=2.54壓坯的軸向彈性后效取1.5%，軸向燒結(jié)收縮率取2.0%，徑向燒結(jié)收縮率取1.0%，兩端面各留0.5mm的加工余量，高度方向上精度余量可不考慮，所以H坯=h產(chǎn)品×（1-1.5%+2.0%+1.0%）+2×0.5=33.5mm；H粉=H坯×K=33.5×2.54=85mm。4、成形設(shè)備與壓制工具系統(tǒng)4.1 裝粉方式的選擇該產(chǎn)品壓坯高度一致，粉料組元之間密度差別不大，模腔形狀簡(jiǎn)單不易產(chǎn)生成分偏析，粉末易于填充，因此采用落下式方法正常裝粉。4.2模架的選擇由于產(chǎn)品帶臺(tái)階，成形這類壓坯的模架相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，采用“

5、一上二下”式的B型模架即可。4.3壓機(jī)類型的選擇由于產(chǎn)品尺寸較大、質(zhì)量較重、形狀簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率要求比較低；因此采用液壓式壓機(jī)。h受力=h坯×（K-1）h受力=0.15Smax得出Smax=（K-1）×h坯/0.15=344mm因此根據(jù)最大壓制壓力和最大裝粉高度要求從書本表4-7中選擇Dorstt TPA-250H 液壓式全自動(dòng)CNC粉末壓機(jī)。5、壓模主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸計(jì)算和加工5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)陰模：因?yàn)閴褐茐毫艽螅也捎玫淖詣?dòng)模壓，所以選擇能承受較高壓力的組合筒陰模。陰模和模套組成，模套一般使用韌性好、強(qiáng)度高的材料，模套和陰模之間采用過(guò)盈組合。模沖：采用自動(dòng)上下模

6、沖，保證模沖的定位、導(dǎo)向距離前提下，將模沖分為配合段和非配合段，其中非配合段的內(nèi)外徑尺寸做成退讓尺寸。芯桿：自動(dòng)模芯桿要求與其他零件連接，通常由成形芯桿和接桿兩部分組成。5.2 尺寸計(jì)算 考慮到產(chǎn)品表面光潔度和機(jī)械強(qiáng)度要求不高，只需根據(jù)粉末壓縮、壓坯彈性后效及燒結(jié)收縮系數(shù)來(lái)考慮壓坯、模具尺寸。由前文所確定數(shù)據(jù)可知壓坯的軸向彈性后效取1.5%，徑向彈性后效取0.3%，軸向燒結(jié)收縮率取2.0%，徑向燒結(jié)收縮率取1.0%，粉末壓縮系數(shù)為K=2.54。陰模高度應(yīng)滿足裝粉和模沖定位需要。因此，陰模高度一般包括松裝粉末的高度、下模沖定位高度和上模沖壓縮粉末前進(jìn)入陰模的深度，即H陰=H粉+h下+h上選取下模

7、沖定位高度為h下=15mm，上模沖定位高度為h上=0mm 所以計(jì)算H陰=85+15+0=100mm。陰模內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)壓坯外徑要求確定，常規(guī)壓制燒結(jié)工藝時(shí)，只要求壓坯的外徑比產(chǎn)品的外徑減少一個(gè)徑向彈性膨脹量，增加一個(gè)徑向燒結(jié)收縮量，因此D陰內(nèi)=D0-D0t徑+D0S徑所以D陰內(nèi)=105（1-0.3%+1.0%）=105.7mm。陰模外徑應(yīng)根據(jù)陰模所承受的最大應(yīng)力不得大于模具材料的許用應(yīng)力建立強(qiáng)度條件和卸壓時(shí)陰模彈性變形恢復(fù)而作用在壓坯上得剩余測(cè)壓不得大于壓坯所允許側(cè)向抗壓應(yīng)力建立剛度條件，陰模外徑應(yīng)當(dāng)滿足上面兩個(gè)條件。壓坯密度為6.6g/cm，相對(duì)密度d=80%=0.8，單位壓制壓力為50kgf/

8、mm，側(cè)壓系數(shù)取0.38，則側(cè)壓力P側(cè)=0.38×0.8×50=15.2kgf/mm內(nèi)=b/nb=100/2.7=37外=s/ns=45/1.5=30223=外/內(nèi)=30/37=0.8=內(nèi)/P側(cè)=37/15.2=2.4E=2.1×10kgf/mm，=0.3所以根據(jù)以前數(shù)據(jù)可以計(jì)算出42D陰外=mD陰內(nèi)=1.5×105.7=159mm。內(nèi)下模沖高度應(yīng)當(dāng)大于或等于陰?？偢叨?，以方便與頂出式脫模，即85+5=90mm外下模沖配套內(nèi)下模沖使用，其高度應(yīng)該比內(nèi)下模沖高一個(gè)臺(tái)階的距離，即90+20=110mm芯桿長(zhǎng)度應(yīng)該等于或者稍大于陰模的總高度，即85+7=92mm。5.3模具材料選擇和加工因?yàn)殛幠：托緱U都要承受高壓和粉末的反復(fù)摩擦，要求高硬度和高耐