第三章 压模结构设计

材料科学与工程学院粉体成形技术何美凤Tel:55271708Email:[e-mail]第三部分压模结构设计•压坯：不同尺寸形状—不同压制成形过程•相同尺寸形状—压机结构、功能不同•相同尺寸形状—产品批量不同，自动化程度要求不同•压模结构不同•压模结构的特点主要从压制方式、脱模方式、阴模浮动方式、自动化程度、适合压制的压坯类型和压机等方面来判别3.1压模结构的分类压模设计•（1）按压制方式分–单向压模–双向压模–带芯杆摩擦或阴模摩擦的压模–几种压制方式的组合压模•（2）按脱模方式分–顶出式压模–引下（拉下）式压模–可拆式压模•（3）按阴模动作方式分–阴模固定形式–阴模浮动形式3.1压模结构的分类1压模设计•（4）按阴模浮动方式分–弹簧浮动压模（包括旁撑式弹簧楔浮动阴模）–液压浮动压模–气压浮动压模•（5）按自动化程度分–手动模、自动模、半自动模•（6）按模腔数目和一模压制成形压坯的数量分–单腔（单工位）模（包括单腔单件、单腔多件）–多腔（多工位）模3.1压模结构的分类2压模设计•（7）按成形压坯的类型分–成形只含上下两台面（等高、等截面）实心或带通孔的Ⅰ类简单形状压坯的压模（图3-1所示）–成形带一个上台面、两个下台面（带一个外台阶或内台阶）的Ⅱ类压坯的压模（图3-2中1、3、4所示）–成形带一个上台面、三个下台面（带两个下台阶包括内台阶）的Ⅲ类压坯的压模（图3-2中2、5所示）–成形带2个上台面、2个下台面（带一个上台阶、一个下台阶即中间台阶或上下各一个内台阶）的Ⅳ类压坯的压模（图3-2中6所示）–成形带2个或2个以上（上端带1个或以上上台面）、3个或3个以上下台面（下端带两个或两个以上下台阶）的Ⅴ类压坯的压模（图3-2中7、9、10所示）–成形特殊形状（带球面、斜面、斜齿、弧齿、锥齿等）压坯的压模3.1压模结构的分类3压模设计•图3-1等截面（等高）件形状示意压坯分类压模设计根据压机的构造、模架和模具的结构分为六类1压模设计2压模设计3压模设计4压模设计5压模设计6压模设计•压模结构：动作原理、结构特点和适用范围分析，为压模结构设计建立基础。•注意：（1）典型压模结构图的习惯看法：•主视图的左半个视图表示装粉状态•右半个视图为压制到位状态•另一个视图表示脱模状态（2）简要或省略画法：为突出压模的主要结构，简要反映压模结构情况，以便更好的反映压模的动作原理，对一些次要部位或不影响表征压模结构特点的部位往往采取一些简要或省略画法3.2典型压模结构分析压模设计1-垫板,2-装料斗，3-高度限制块，4-阴模，5-阴模套，6-上模冲，7-下模冲、8-脱模座•双层组合阴模结构，提高模具的承载能力，节省阴模材料，过盈配合给阴模施加预加应力单向手动压模1压模设计3.3压模结构设计3.3.1压模结构设计的基本原则压模设计（1）从压坯尺寸、形状、密度与精度要求考虑压模结构设计方案（2）要根据产品批量大小及其对压制过程自动化要求来考虑压模结构方案（3）要从现有压机装备情况来考虑压模结构方案（4）要从模具加工的经济性、安装调试、操作与维护的安全和方便上考虑压模结构方案压模结构，应力求简单、体积小、质量轻以减轻操作时的劳动强度。对需要镶嵌件的压模，一定要使嵌件便于安放，并且在嵌件的周围要有足够的厚度，以使嵌件固牢，一般厚度可在2~4mm。为了使嵌件嵌镶牢固，对于嵌件较多时,最好选用传递模结构。在设计型腔时，若塑件有特殊的侧孔和凸台，型腔设计采用嵌镶结构，并应设计抽芯机构，以便于出模。为便于压制后易于出模，型腔应设有脱模斜度。压模的顶件系统，要设计为均匀分布，使顶件时坯件受力均匀，不产生变形。压模的零件，如模套、凹模、凸模等要有一定强度和刚度。3.3.1压模结构设计的基本原则1压模设计3.3.2成形模具结构设计步骤压模设计成形模具结构设计步骤压模设计3.3.3成形模具的主要零件设计•（1）阴模设计•阴模满足的要求压模设计（1）阴模设计-技术要求压模设计阴模的设计不仅要满足形状结构的要求，为保证正常使用，还需满足以下技术要求：3.3.3成形模具的主要零件设计-（2）芯棒（杆）设计•（2）芯棒设计•满足的要求压模设计（2）芯棒设计-技术要求压模设计3.3.3成形模具的主要零件设计-（3）模冲设计•（3）模冲设计•满足的要求压模设计（3）模冲设计-技术要求压模设计技术要求3.3.4成形模具设计—模具零件的尺寸计算压模设计1）设计计算需满足：•压坯的形状、尺寸、密度和强度的要求；•压制过程中，装粉、压制和脱模的要求；•压制过程中具有足够的强度和刚度2）设计计算步骤：①根据制品尺寸和精度要求，首先选定精整方式及精整模具尺寸；②根据精整余量确定烧结件尺寸；③根据所选定的烧结材料和制造工艺的烧结收缩量（或膨胀）量，确定压坯尺寸；④根据压坯尺寸确定成形模具尺寸。3）模具参数的选择1压模设计•在粉末成形过程中，从松装粉体的最终成品，经历了粉体压缩、压坯的弹性、烧结的收缩、精整或复压时的弹塑性变形等一系列的尺寸和形状的变化。---直接关系模具尺寸设计计算。•举例：a)尺寸精度IT9以下、Ra1.6um以下、机械强度不高（及密度要求在6.5g/cm3以下）的产品，一般只需采用常规的压制、烧结工艺。只需考虑粉体的压缩、压坯的回弹及烧结收缩等尺寸和形状的变化。3）模具参数的选择2压模设计•举例：b）对于精度要求高，尺寸精度IT8以上，如机油泵齿轮类产品，齿面Ra0.8um以上、及密度要求在6.2-6.6g/cm3。常规的压制、烧结工艺满足不了要求，压坯烧结后还要进行精整或少量机加。设计计算时，除考虑粉体的压缩、压坯的回弹及烧结收缩等尺寸和形状的变化外，还需要考虑留有精整余量或机加工余量。c）对于强度、硬度或其他性能要求较高（密度要求在6.8g/cm3以上）的结构零件，可能需要复压、复烧及热处理等工艺。设计计算时，还需要考虑装模间隙与复压压下量及热处理变形量甚至机加量。3）模具参数的选择3压模设计•（1）粉体松装密度•影响模腔的高度，会造成粉料装不下、粉料装太多的现象。3）模具参数的选择4压模设计•（1）粉体松装密度•影响因素：粉料的成分、颗粒形状、粒度组成及流动性等。•调节松装密度的措施：•成分相同、松装密度不同的粉体按比例混合以获得所需松装密度；•改变粒度组成，一般粗、中、细粉体按比例相配，可增大松装密度；•改变混料工艺。如延长混料时间可提高松装密度；•增加润滑剂。如硬脂酸锌或少量机油，看降低松装密度。3）模具参数的选择5压模设计•（2）压坯的回弹率•脱模时由于弹性内应力的松弛作用，压坯发生弹性膨胀，在脱模瞬间最为强烈（约90%），之后减缓。•回弹率用压坯径向或轴向的膨胀量占膨胀前压坯的径向或轴向理论尺寸的百分数来表示：3）模具参数的选择6压模设计•（2）压坯的回弹率3）模具参数的选择7压模设计•（3）烧结收缩率•烧结过程中的线收缩量同烧结前压坯的尺寸的百分比。•影响因素：①沿压坯各方向不同，径向收缩率往往小于轴向收缩率。例如：铁基的径向收缩率一般为0.05-0.5%，轴向收缩率1.0-2.5%。②化学成分的影响。如，铁基材料中，添加碳、磷、钼、锡、硼等元素可使收缩率增大；添加铜可阻碍收缩，甚至胀大。铜基材料中添加锡、磷、镍可增大收缩率；添加锌有阻碍作用。③提高压坯密度可使收缩减小。④烧结工艺的影响。提高烧结温度收缩率增大；延长保温时间收缩率增大；真空或良好的还原气氛可增大收缩率；采用活化烧结的措施可增大收缩率。3）模具参数的选择8压模设计•（3）烧结收缩率（4）精整余量和回弹量压模设计①过小的精整余量工艺上较难控制，压坯尺寸形状波动较大时某些部位精整不到，不能达到很好的精整目的；②过大的精整余量会造成模具磨损加剧；烧结件表面过硬对磨合性不利；使减摩类烧结件表面孔隙封闭，不利于润滑；甚至产生表面裂纹；③回弹量的影响因素：a)精整余量大，回弹量增大；b)烧结件的硬度高，塑性差，回弹量大；c)烧结件密度高，回弹量大；d)精整模刚性差，回弹量大；e)全精整时，适当的压下率，塑性变形大而使回弹量减小；过大的压下率使回弹量增大；f)单精整某个面（如内径或外径），因塑性变形小，弹性变形大，因而回弹量增大。（4）精整余量和回弹量压模设计That’sallfortoday,thanks!