粉末成形压机及模架

4粉末成形压机及模架4.1成形压机的基本要求与选择依据4.2模架的功能及分类4.3模具与模架的构成关系及其基本动作4.4常见粉末冶金成形模架4.1成形压机送料系统1.压机的基本要求粉末成形过程：装粉——压形——脱模——复位一般由储存料仓、输送软管、送料靴及驱动与振动装置组成。通过控制模具的动作实现多种装料方式。4.1成形压机1.压机的基本要求粉末成形过程：装粉——压形——脱模——复位压制力随上缸动作的上模冲装置对粉体加压、压力均衡（保压）、后压、泄压、上冲微抬及排气要求。单模冲动作时，直接由上工作台传递压机额定压力，根据成形需要应有调整加压、成形、后压、保压等动作；多模冲动作时，通过增设的气缸或油缸或机械式部件，驱动多个上模冲，以达到不同形状压坯成形要求。压机技术参数中有复合模冲的调整行程及承受能力数据。4.1成形压机1.压机的基本要求压制方式芯棒动作装置：（装粉、）向下浮动、调节阻力、（后脱）模腔装置：预压装置保持装置调节加压装置可动模冲装置：浮动、运行、强拉、限位、脱模、保持4.1成形压机1.压机的基本要求脱出力单冲用拉下阴模或上冲上顶脱出多冲拉下阴模并依次打开侧缸或斜楔机构脱出芯棒后脱上冲压紧脱出或微抬行程及装料深度0maxmax(10)HFH≤Hmax例：压制某一压坯，其高度(H)为50mm，压制密度(ρ)为6.5g／cm3；所用原料粉末的松装密度（ρ0)为2.8g／cm3；压机最大装料深度Fmax=185mm．验算其能否压制？4.1成形压机1.压机的基本要求行程及装料深度压制行程：液压机：压缩行程(约1．5倍于压坯高度)+足够的空间来安装有关辅助零件并满足操作上的需要。冲床：压坯高度h与压机行程S最大的关系为：S最大≥h／(0．12～0．10)=(8～l0)h脱模行程：顶出(或拉下)的S脱必须大于装粉高度ho装粉高度：ho(mm)与压坯高度h关系：ho=Ch∵C（压缩比），一般为2．2～2．5，高密度时可达3。∴S脱≥(2．5～3)h(mm)或者h为下缸工作行程(即脱模行程)的1／3左右。4.1成形压机1.压机的基本要求其它因素1）生产效率5）模架快速更换装置2）安全装置3）压坯质量监控装置——电子监控与压坯重量控制4）压坯传送装置——自动拣起码放装置4.1成形压机2.压机的选择依据压机主要技术参数压机结构压制压力装粉容积压制和脱出行程脱模压力最大图4-1压机行程示意图He≥h0=Ch=（2.2~3.0）hHmax≥（8~10）h4.1成形压机2.压机的选择依据压机主要技术参数一产品如图所示，若装粉比为2.2。求：压制行程，脱模行程和所需压机的最大开档，并按所要求的尺寸排列大致的模具装粉状态图。图4-2衬套4.1成形压机2.压机的选择依据不同类型压机的特点粉末成形压机的驱动装置有两类：机械式和液压式。生产速率压坯高度尺寸及其精度压坯密度的一致性设备价格及设备运转费用机械过载保护保养检修总之，机械式压机主要特点是刚度好、压制速度快及能耗小。而粉末制品液压机，由于具有高压力、多动作、压制方向行程长及使压坯密度均匀的特点，更适合于粉末压制工艺的要求。4.1成形压机2.压机的选择依据根据具体产品的实际情况（1）压制方式：压制方式要根据压坯形状，再结合压机的特点来选择并设计模具。（2）脱模方式：分为顶出式和拉下式。并可选择“压坯有压脱模”或是无压脱模。（3）装粉方法：根据压坯形状、粉末流动性、压机类型和自动压制时对装粉速度的要求等因素来考虑。为了消除装粉时的拱桥效应，保证粉末均匀充填模腔，对于薄壁深腔压坯和芯杆细小的深孔压坯，最好采用多余装粉法。一般压坯，以吸入法或零腔装粉法较好。对于有特殊要求的压坯，应选用有相应特点的压机。4.1成形压机3.压机技术进展机械式压机1）带比例阀的液压系统，以增加辅助动作，使模冲能分别单独成形各个台面。电子系统开环控制，辅助动作相互间的程序与压制压力进行监控，机械式多层板模架系统。2）辅助动作要准确按照预定的压力与工作曲线动作，且对每一台面单独压制的操作步骤有反馈系统（监控功能）。这可利用诸如压力传感器、接近开关或计量装置来完成。3）通过利用密度与压制压力间的相互关系来进行连续压制质量控制。用电子监控系统对测定的值和程序设定的点进行比较。对测定结果评价，不合格品压坯报废或用于装粉深度的闭环控制自动调整。4）可根据零件压坯重量来进行质量控制。对数据的评价和密度跟踪监控类似于压力控制。5）装粉动作（容积计量）采用包括计量系统在内的带比例阀和伺服阀的液压系统，可以精确实现闭环控制与完全重现。这些改进相互配合，已经能够对于压制过程进行连续监控、数据储存及记录。从而大大改变了压制过程和质量的可靠性。4.1成形压机3.压机技术进展液压式压机比例阀与伺服阀和电子控制系统的开发为制造液压式压机开创了全新的可能性。1）液压闭环和高精密度测量系统相结合，在零件压坯的高度公差方面达到和机械压机同样的精度。2）利用现代电子控制技术和带伺服阀的液压系统，借助于专门开发的闭环控制程序，已能达到高压制速度。如：装粉深度为50mm，一台5000KN的液压机生产速度为8个压坯/min，零件的高度重复精度为±0.02mm。再如：200~500KN的闭环控制的液压机，速度为15~20件/min，高度方向重复精度达±0.01mm。3）闭环控制的多层板，带电子控制系统，通过编程，适应压制工艺过程，且所有数据传送到外部储存器中，很容易重复，可进行精确的闭环控制。保证每一个PM零件具有相同的质量。由于模具磨损或模具与材料间摩擦作用的变化导致的工况改变，都可在一定的范围内通过闭环控制予以补偿。4）该压机通过对压制力的监控也可进行质量控制。对于形状复杂的零件，证明连续重量控制是比较好的。借助于趋向评定可使装粉深度实现闭环控制自动调整。4.1成形压机3.压机技术进展CNC压机计算机数控(CNC-ComputerNumericalControl)SX一40压机：将机械驱动的上压头，电气伺服马达驱动的下压头(阴模)及完全不受上、下压头控制的装粉动作结合了起来，开发出的新一代CNC粉末成形压机。上模冲受控于偏心齿轮和曲轴驱动装置。是一修正的正弦曲线。阴模的所有动作都是由一伺服马达驱动和控制的。装粉靴是用一伺服马达驱动。4.1成形压机3.压机技术进展CNC压机KPP全自动机械一液压式粉末成形压机上模冲和机械式压机一样，是利用蜗轮、蜗杆机构，通过双偏心曲轴按正弦曲线进行运行。阴模（使阴模动作的液压力是由偏心曲轴驱动的活塞产生的）和装粉靴由液压驱动，且始终都是通过闭环控制的轴进行的，能与机械驱动的上模冲同步进行，能像全液压式CNC压机一样可自由编程。辅助上、下模冲也都是用液压驱动的，既可以是开环，也可以是闭环控制。使用闭环控制的模架中的辅助轴控制粉末移送使形状复杂结构零件的压制可行的，而不需要进行任何预压。4.1成形压机3.压机技术进展CNC压机KPP全自动机械一液压式粉末成形压机1-上模冲动作曲线2-阴模动作曲线2.1-过量装粉2.2一轮廓装粉2.3一欠量装粉2.4-拉下动作3-装粉靴动作曲线机械式压机的冲程速度总是比液压式压机高。液压式压机的压制周期内，可以改变单一工序的时段，而不会使其他工序的时段成比例地延长。—比液压机快50~100%—比机械式压机快20~50%—比液压机节能30~50%图4-3机械-液压式的典型动作曲线4.1成形压机3.压机技术进展CNC压机KPP全自动机械一液压式粉末成形压机图4-4多层板模架模冲的动作1一装粉位置2一粉末开始移送3一粉末移送4一压制位置5一减压动作4.1成形压机3.压机技术进展CNC压机KPP全自动机械一液压式粉末成形压机轮廓装粉图4-5轮廓装粉原理图4-6同步器毂的应用4.1成形压机3.压机技术进展温压用粉末压机温压可利用传统的压制／成形压机和大部分粉末／材料系统，但是需要将原料粉末和一些模具部件加热到温度100～150范围。图4-7槽式加热器示意图4.1成形压机3.压机技术进展温压用粉末压机图4-8温压用装粉靴4.1成形压机3.压机技术进展温压用粉末压机温压用Densmix粉的温压作业温度设定是，粉末为130℃和模具为150℃。图4-9温压用模架的加热、冷却与绝缘A+C=130~150℃，B=125~130℃4.1成形压机3.压机技术进展温压用粉末压机图4-10简易模架的冷却系统图4-11简易模架的加热系统4.1成形压机3.压机技术进展温压用粉末压机l一水冷却或一油冷却系统集成必须用实际试验确定；2一水冷却或一油冷却系统是需要的；3一绝缘垫图4-12多层模架的冷却系统图4-13多层板模架的加热系统4.2成形模架1.模架的功能模架是用于安装粉末冶金模具的机架。由阴模支承板、模冲支承板和芯棒支承板等模板，加上导柱、导套、拉杆、斜楔机构、调节杆等组成。根据模板的多少分为上一下一、上一下二、上一下三、上二下二、上二下三等。根据零件的情况，选择相应的模架。实际生产中，模架不需要更换。模具随需要更换。与压机连接、传递压力及各动作（进行粉末移送、控制可动模冲的压制速度及使阴模、模冲与芯棒分别保持在适当的相关位置），并使模具主要零件完成粉末成形（精整）要求。4.2成形模架2.模架的特点（１）上模冲板及下缸连接板要有可与压机快速联接的机构，便于模架的快速装卸，减少压机停机时间，提高工效。（２）为提高定位精度，上模板与阴模板之间有导柱导向。（３）为确保各模冲之间、模冲与阴模、模冲与芯棒之间在工作时能顺畅运行，各层安装模板均应有导柱导向。在成形时，各模板承受压制载荷作用，模板应有刚度与强度要求。（４）为满足模架整体工作精度要求，模板与导柱的配合间隙不得大于H7/g6，各模板之间的平行度不得大于0.02mm。（５）根据模架的功能，在模架的相关部位设置有气缸、液压缸及弹簧，以便实现粉末移送和可动模冲的速度控制；还应具备各可动模具零件的调节和限位机构。（６）模架设计应标准化、系列化，有利于模具设计的标准化和系列化，减少模具设计的工作量。4.2成形模架3.构成关系图4-14带台阶衬套压坯成形模架4.基本动作4.2成形模架5.分类图4-15粉末冶金成形模架分类4.2成形模架6.常见模架冲床图4-16封闭式模架图4-17开放式模架4.2成形模架图4-18拉杆式模架图4-19顶杆式模架普通四柱压机4.2成形模架专用液压机图4-20等高类压坯的模架图4-21台阶类坯的模架4.2成形模架机械压机图4-22拉下式模架图4-23顶出式模架4.2成形模架7.模架中的粉末移送机构和模冲速度控制系统图4-24拉下式压机模架的粉末移送系统4.2成形模架3.模架中的粉末移送机构和模冲速度控制系统图4-25模冲速度控制系统4.2成形模架4.多层板模架机械压机图4-36机械式压机（低中吨位）用液压控制的多层板模架示意图4.2成形模架4.多层板模架液压机图4-37液压式压机用液压闭环控制系统的多层板模架示意图4.2成形模架4.多层板模架机械压机图4-384500KN机械式压力机的带液压系统的多层板模架示意图l一第一上模冲(机械的)2、3一第二、第三上模冲(液压的)4一阴模台板(机械的)5一装第一下模冲的可进行模冲回弹补偿的板(机械的或液压的)6一装第二下模冲的可下拉的板(可机械拉下，也可通过液压缸上升至装粉位置)7一装第三下模冲的板(机械的或液压的)8一液压芯棒4.2成形模架4.多层板模架机械压机图4-394500KN机械式压力机的带液压系统的多层板模架示意图l一第一上模冲(机械的)2、3一第二、第三上模冲(比例液压装置)4一阴模台板(机械的)5一装第一下模冲的可进行液压模冲回弹补偿的板6一装第二下模冲的板(比例液压装置)7一装第三下模冲的板(比例液压装置)8一液压芯棒4粉末成形压机及模架•1.粉末成形压机有哪些基本要求？其选用原则是什么？•2.比较油压机和机械压机各有何优缺点？•3.什么是模架？其作用是什么？可分为哪几类？各自特点是什么？南京理工大学工程训练中心