粉末冶金模具設計說明書

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前言 材料是中國四大產業(yè)之一，它包括有機高分子材料、復合材料、金屬材料及無機非金屬材料。粉末冶金技術作為金屬材料制造的一種，以其不可替代的獨特優(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來說具有：成本低；加工余量少；原料利用率高；能生產多孔材料等其它方法不能生產或著很難生產的材料等優(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來制取粉末冶金材料或粉末冶金制品的技術。粉體成形是粉體材料制備工藝的基本工序。模具是實現(xiàn)粉體材料成形的關鍵工藝裝備。模具的設計要盡可能的接近產品的形狀，機構設計合理表面光滑，減少應力集中，避免壓坯分層、開裂。模具本身要有一定的強度保證壓制的次數(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。模具設計首先要廠家提供產品圖，再確定成型的方式，收集壓坯設計的基本參數(shù)（包括：松裝密度、壓坯密度、粉體的流動性、及燒結收縮系數(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計出成型模具尺寸，校核模具強度。最后在用模具試壓，若壓坯合格，則此模具復合要求。 本次課程設計之前，我們已經學習了《熱處理原理與工藝》、《金屬物理與力學性能》、《粉末冶金原理》、《硬質合金生產原理》等相關課程的知識。 這次在老師的指導下，和同學的相互討論，自己查閱資料，基本上懂得了模具設計的步驟和方法。相信經過這次設計后，對以后的工作會有很大的幫助。 1 設計任務 本課程設計的任務是生產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 產品分析 由產品圖可知H/D<3，因此，該產品適合單向壓制。產品的斜邊角度不大，因此，裝粉比較容易，可用單從頭壓制。產品內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 材質的選擇 該模具生產的產品用于拉制模坯，對產品的強度及耐磨性能要求很高，再根據(jù)客戶所提供的要求，綜合考慮選用硬質合金材料YG8作為材質。 2 壓坯設計 2.1 壓坯形狀設計 壓坯形狀應盡可能與產品零件相同或相近（近凈成形），滿足產品的功能要求。同時，還應考慮壓制成形過程（裝粉、壓制、脫模）的要求及壓模結構和剛度等對壓坯形狀、尺寸、質量的影響。 應從幾個方面綜合考慮：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、簡化模具結構考慮；從模具零件強度和使用壽命考慮等。 燒結收縮率與混合料成分、粒度、壓坯密度、燒結工藝有關。它通常以不出現(xiàn)分層的最大密度（或壓制壓力）確定燒結收縮率。硬質合金生產時，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，長條產品的長度比寬度大；外徑比內孔大；手動壓制比自動壓制大。 鐵基制品燒結收縮率一般為0.5～2.0％，當添加銅后可抵消收縮，使收縮為零；硬質合金制品收縮率一般為17～20％。硬質合金收縮系數(shù)可見教科書P162表6-4，查表取外徑和高燒結收縮系數(shù)為1.2，內經燒結收縮系數(shù)為1.18。 綜合考慮壓坯形狀如下圖： 2.2 壓坯密度設計 硬質合金壓坯的密度通常設計為8.5～8.8 g/㎝3 (35%左右孔隙度)，單位成形壓力約200～300MPa；鐵基產品有低中高的強度要求之分，壓坯密度通常設計為5.6～7.1 g/㎝3 (15%左右孔隙度)。成形壓力達到700MPa。本產品的壓坯密度取8.7g/㎝3 。 3 壓模結構設計 粉體模壓成形模具主要零件包括：陰模、芯桿、模沖。 在進行模具零件結構設計時，應考慮壓制成形過程要求、安全（人身、設備、模具）要求、與模架連接要求、裝配要求、制造要求等。 陰模：結構特征有整體模、拼模、可拆模。注意應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向作用；配合與非配合段；不能倒角部位。 芯桿：自動壓力機用芯桿應有自動調心作用。 根據(jù)產品的形狀，采用單向壓制，頂出式脫模。 4 壓模零件尺寸計算 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。手動模的定位高度要比自動模大些。這里取H下=10mm。 對于手動模，應該考慮在陰模上加一個高度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。芯桿的長度應不超過陰模上端面或略短一點，以便與自動送粉，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)，是保證模具質量和提高模具壽命的關鍵序， 落料 鍛造 車削等 熱處理 與模套壓配 磨兩平面 電加工內型面 研磨內型面 退磁 檢驗 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 編號入庫 與接桿配合（釬焊、壓配等） 磨削基準面 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 電加工內腔 磨削外型面 退磁 檢驗 編號入庫 退火 研磨內外型面 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 模具零件的技術要求 7.1陰模要求 ①陰模高度應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在工作壓力下應具有足夠的強度和剛性； ⑥根據(jù)產品的批量和復雜程度，選擇合適的陰模材料 ⑦結構上應便于制造和維修，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與上下模沖應有良好的配合、定位和導向 ④工作段應有高的硬度 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考慮有適當?shù)捻g性； 2）上、下模沖對陰模和芯棒應有良好的配合、定位和導向，并有合理的配合間隙，復合的模沖（即有壓套時）應能脫出壓坯 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縮小，內徑可適當放大，減少精加工量和陰模、芯棒之間的摩擦 4）有關部位應能保證垂直度、平行度和同軸度等技術要求 5）平磨后需退磁 生產的主要設備：車床、銑床、磨床、鉆床、線切割、電火花等 參考文獻 [1] 熊春林.粉體材料成形設備與模具設計.北京：化學工業(yè)出版社，2007 [2] 周盛安.硬質合金制造工藝學.自貢硬質合金有限公司，2006 [3] 機械設計實用手冊編委員.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2008 [4] 周書助.粉末冶金材料.湖南冶金職業(yè)技術學院，2002 [5] 陳楚軒.硬質合金質量控制原理.自貢硬質合金有限公司，2007