中南大学模具设计设计说明

粉末冶金模具设计说明书学院：粉末冶金研究院班级：材料化学姓名：学号：前言材料是中国四大产业之一，它包括有机高分子材料、复合材料、金属材料及无机非金属材料。粉末冶金技术作为金属材料制造的一种，以其不可替代的独特优势与其它制造方法共同发展。粉末冶金相对其它冶金技术来说具有：成本低；加工余量少；原料利用率高；能生产多孔材料等其它方法不能生产或着很难生产的材料等优势。粉末冶金是制取金属粉末以及将金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合料成型和烧结来制取粉末冶金材料或粉末冶金制品的技术。粉体成形是粉体材料制备工艺的基本工序。模具是实现粉体材料成形的关键工艺装备。模具的设计要尽可能的接近产品的形状，机构设计合理表面光滑，减少应力集中，避免压坯分层、开裂。模具本身要有一定的强度保证压制的次数，不易变形。粉体模压成形模具主要零件包括：阴模、芯杆、模冲。模具设计首先要厂家提供产品图，再确定成型的方式，收集压坯设计的基本参数（包括：松装密度、压坯密度、粉体的流动性、及烧结收缩系数等。）来算得压坯的尺寸。根据压坯形状尺寸以及服役条件和要求来设计出成型模具尺寸，校核模具强度。最后在用模具试压，若压坯合格，则此模具复合要求。本次课程设计之前，我们已经学习了《热处理原理与工艺》、《粉末冶金原理》等相关课程的知识。这次在老师的指导下，和同学的相互讨论，自己查阅资料，基本上懂得了模具设计的步骤和方法。相信经过这次设计后，对以后的工作会有很大的帮助。一，设计任务已知：零件材质为Fe-0.6C，压坯密度为6.72g/cm3，原料粉末的松装密度为2.58g/cm3，年产量为50万件。二，压坯设计1，产品零件分析由于兰高度较小，且宽度较窄，可以采用带台阶的阴模，因上下两端面都带有台阶，所以用组合模冲。考虑到产品的高度和厚度比较大，为防止压坯密度不均，采用摩擦芯杆压模结构。2，压缩比的确定我们已知：压坯密度γ压=6.72g/cm3原料粉末的松装密度ρ松=2.58g/cm3由此我们可知压缩比(填装系数)K=γ压/ρ松=2.60三，压制成型与压力机选择1，压制压力的确定取单位压制正压力为500Mpa。压坯受压横截面积：S正=π×(15×15-5×5)=628.3mm2总的压制压力F=P×S=500Mpa×628.3mm2=314.15kN2，压制方式选择S侧芯=π×10×30=942.5mm2S侧阴=π×20×25+π×30×5=2042.0mm2S侧/S正=（S侧芯+S侧阴）/S正=（942.5+2042.0）/628.3=4.757.80摩擦芯杆压制就可以满足压坯密度分布均匀性的要求，因此压制方式采用摩擦芯杆压制。3，压制类型选择因为采用的是大批量生产，因此选择自动压制。四，工艺参数1，装粉高度确定由以上可以知道压缩比K=2.60，又压坯高度为30mm，轴向上压坯弹性后效取1.0%，烧结收缩率取1.5%。两端面各留0.5mm的机加工量。高度方向上的精整余量可不考虑。于是有：压坯总高度h坯=h0(1-t轴+S轴）=30（1-1.0%+1.5%）+2×0.5=31.15mm高度方向装粉H粉=h坯*k=2.7×31.15=84.11mm，取84mm压坯法兰高度h法=5（1-1.0%+1.5%）+0.5=5.53mm法兰部分装粉高度为H粉2=2.6×5.53=13.27mm2，脱模后压坯尺寸变化h坯1=h坯×t轴+h坯=31.46mmh法1=h法+h法×t轴=5.53+5.53×1.0%=5.58mm压坯径向弹性后效取0.2%，径向烧结收缩率取0.8%。由于压坯外带台阶，不留机加工余量和精整余量，内孔精整余量为0.08mm。内孔直径D内=10.02（1-0.2%+0.8%）-0.08=10.00mm脱模后D内1=D内+D内×0.2%=10.02mm法兰部位外径D外法=29.90（1-0.2%+0.8%）=30.08mm脱模后D外法1=D外法+D外法×0.2%=30.14mm下部外径D外下=19.97（1-0.2%+0.8%）=20.09mm脱模后D外下1=D外下+D外下×0.2%=20.13mm3,烧结后尺寸的变化高度方向烧结收缩率为1.5%，则压坯总高h坯2=h坯1-h坯1×1.5%=30.99mm法兰高度h法2=h法1-h法1×1.5%=5.50mm径向收缩率为0.8%，则内孔直径D内2=D内1-D内1×0.8%=9.94mm法兰部位外径D外法2=D外法1-D外法1×0.8%=29.90mm下部外径D外下2=D外下1-D外下1×0.8%=19.97mm4，精整内精整余量为0.08mm，其他部位无精整精整后D内=D内2+0.08=10.02mm5，机加工根据零件尺寸确定机加工量机加工后，压坯总高h坯3=h坯2-0.99=30.00mm法兰压坯总高度h法=h法2-0.50=5.00mm轴向尺寸，最终加工来保证长度公差，比整形更经济。四，成型设备与压制工具系统1，装粉方式的选择因法兰高度较小，宽度窄，用容量法装粉，调节模腔粉末高度均匀性。2，模架选择由于压坯上下两端都带有台阶，故要求使用组合上模冲来满足压坯装粉高度、粉末移动成形和压缩比、压制速率一致等要求。查表4—9知B型模架满足此要求。3，压机类型的选择S正=628.3mm2总压制压力F=P×S=500Mpa×628.3mm2=314.15kN装粉高度为H粉=84mm查表4-8可知，液压式压机可以满足要求。可以选用TPA250/3HP型号的压机。五、压模主要零件结构设计1，结构组成模具由阴模、上冲模1、上模冲2、芯棒、下冲模1、下模冲2、装粉垫、垫块、脱模座组成。2，尺寸计算（1）阴模尺寸阴模高度由粉末的松装高度决定H阴=H粉因此H阴=84mm,取85mm.阴模内径依前计算结果阴模台阶上端内经D外下=20.09mm阴模台阶下端内径D外上=30.08mm阴模内台阶（端面至台阶的高度）根据法兰所需要的装粉高度和上模冲伸进粉末的深度决定H=5.53+7=12.53mm，取13mm。阴模外台阶取45mm.阴模外径阴模上部外径取40+0.015+0.010mm，下部外径取60+0.015+0.010mm。模套内径模套内径取40-0.010-0.015mm。（2）模冲尺寸取H下=15mm，H上=7mm。下模冲尺寸应保持压坯法兰高度尺寸,下模冲高度应等于阴模高度减去内台阶深度下模冲高度H下=85-13=72mm。下冲头的内径为10+0.020+0.005mm,外径为20.09-0.020-0.041mm。装粉垫高度等于法兰松装高度与压坯法兰高度之差13.27-5.53=7.74mm，取8mm芯杆尺寸分为上芯杆和下芯杆上芯杆高度应稍小于或等于内上模冲与压坯高度和100+33.15=133.15mm取（133±0.5）mm下芯杆高度稍大于松装粉高度84mm,取90mm取（89±0.5）mm芯杆外径=D内=10.00mm芯杆外径为100-0.011mm。外上模冲尺寸外上模冲的端面至台阶高度应为H外台=7mm，台阶高度为H外台’=15mmH上215+7+15+5=42mm，取42mm。上冲头2的内径为20.09-0.020-0.041mm,外径为30.08-0.009-0.025mm。内上模冲尺寸內上模冲的高度应大于松装粉末的高度减去压坯的高度加上外模冲的高度H上184-30+42=96mm，取100mm。上冲头1的内径为10+0.020+0.005mm,外径为20.09-0.020-0.041mm。六、压模零件加工1.压模零件材料的选择查表得阴模材料选用GCr15，上下模冲材料选用T10A，芯棒材料选用T10A。2.压模零件热处理模具热处理是模具加工的重要环节，是保证模具质量和提高模具寿命的关键序，因此必须根据所选定的材料制定合理的热处理工艺。①阴模加工工艺流程：②芯棒加工工艺流程：③模冲加工工艺流程：④热处理工艺锻造工艺：始锻温度1050～1100℃终锻温度850～880℃退火工艺：790～810℃保温2～6h，以20～30℃／h，冷却到550℃后炉冷或空冷，退火态硬度170～207HB淬火工艺：缓慢预热至600℃，快速加热至830℃，油冷回火工艺：150～400℃硬度59～64HRC七、模具零件的技术要求1.阴模要求①阴模高度应能容纳压制所需的松散粉末，并使上、下模冲有良好的定位和导向；②能保证压坯外形的几何形状和尺寸精度；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在工作压力下应具有足够的强度和刚性；⑥根据产品的批量和复杂程度，选择合适的阴模材料⑦结构上应便于制造和维修，使用安全，操作方便⑧能使压坯完好的脱出⑨平磨后需退磁2.芯棒要求①保证压坯内腔的几何形状和尺寸精度②工作面的粗糙度Ra≤0.8um；③与上下模冲应有良好的配合、定位和导向④工作段应有高的硬度⑤平磨后需退磁3.模冲要求①工作表面要有足够高的硬度和良好的耐磨性，材料的选择与处理应考虑有适当的韧性；②上、下模冲对阴模和芯棒应有良好的配合、定位和导向，并有合理的配合间隙，复合的模冲（即有压套时）应能脱出压坯③上下模冲的工作面和配合面的粗糙度Ra≤0.8um，非工作段的外径可适当缩小，内径可适当放大，减少精加工量和阴模、芯棒之间的摩擦④有关部位应能保证垂直度、平行度和同轴度等技术要求⑤平磨后需退磁生产的主要设备：车床、铣床、磨床、钻床、线切割、电火花等八：压模工作图如下