粉末冶金模具设计

粉末冶金模具设计•第一章绪论•第二章压坯设计和压机选择•第三章模具设计原理•第四章压模主要零件尺寸计算•第五章模具主要零件结构设计及加工技术要求•第六章齿轮模与热锻模设计•第七章压模结构分析与设计•第八章计算机辅助设计第一章绪论•第一节模具技术在粉末冶金工业中的作用•第二节模具技术的现状与发展趋势•第三节模具设计与生产工艺的关系•第四节模具设计的基本要求•思考题•性质–重点•专业知识与机械知识的结合及应用。•压坯设计、成形模设计原理、模具模架结构设计以及相关的计算。–难点•模具设计原理、结构设计及动作原理分析；弹簧设计及选择；阴模强度的计算。•任务–对成形模设计应全面掌握；能将各类机械结构件设计适合粉末冶金工艺的成形；对常用的生产用成形模的结构、工作原理进行分析；熟练地掌握常用模具的设计方法；了解模具的常规加工方法；合理地选择模具材料并提出模具加工技术要求。•教学方法•要求–复习•机械制图中公差与配合、配合种类的选择、表面粗糙度的表示方法以及公差标注方法。•AutoCAD(近版，兼容，对齐比例尺)–笔记–作业–考核–设计第一节模具技术在粉末冶金工业中的作用1.模具：模具是以特定的形状，通过一定的方式,使原料粉末成形；是生产各种机械零件和获得各种新的材料的重要工艺装备。2.模具技术模具技术水平，关系到粉末冶金制品的质量、生产成本、安全、生产率、自动化程度以及粉末新制品的开发；是衡量一个国家制造水平的重要标志之一。第二节模具技术的现状与发展趋势1.与国外相比，模具技术的差距：1.模具品种少、精度低且寿命短2.加工手段落后，先进设备应用推广不够3.专业模具厂少，不能形成行业2.为振兴粉末冶金工业，模具技术应从以下几方面着手：1.标准化、专业化生产2.发展高精度、高效率和高寿命的模具3.开发新型模具钢种；发展各种高效精密数控机床；开发应用计算机辅助设计和辅助制造技术。4.提高模具的设计质量和效率；提高制造精度、缩短制造周期。第三节模具设计与生产工艺的关系1.传统粉末冶金工艺2.现代粉末冶金成形工艺1.预成形坯的加工2.喷射成形3.注射成形4.挤压成形5.热压6.冷、热等静压7.温压成形第四节模具设计的基本要求1.正确设计，充分发挥粉末冶金“少、无切削”的工艺特点1.成形后获得与零件相同或相近的几何形状2.保证压坯的尺寸精度和表面粗糙度3.保证压坯密度分布均匀2.合理设计模具结构，优选模具材料1.便于安装、调整和维修2.安全可靠，加工方便3.大批量生产用模具尽可能自动化、标准化4.模具零件有足够的强度、刚度、硬度和高的使用寿命3.降低模具成本思考题1.说明模具技术在粉末冶金工业生产中的地位与作用。为什么说提高模具技术是发展粉末冶金工业的当务之急？2.模具设计的基本要求？正确设计的含义？第二章压坯设计和压机选择•第一节压坯设计•第二节压机选择第一节压坯设计1.压坯设计的意义和要求2.压坯分类3.压坯设计1.压坯设计的意义和要求1.意义：一种零件能否成形，主要取决于零件形状的复杂程度。；涉及到制品的质量、生产率、生产成本等问题。2.要求：1.充分发挥粉末冶金少、无切削的工艺特点。在压制允许的条件下，尽可能设计成与最终零件形状接近或相同的压坯，减少机加工、节约原料。2.在满足零件使用要求的前提下，把零件设计成适合金属粉末成形的压坯。2，压坯分类1，柱状实体压坯2，柱状带孔压坯3，带内外法兰4，轴向不等高5，斜面与曲面3，压坯设计3.1，压坯形状（结构）设计1，保证可压和易压2，保证粉末均匀充填使压坯密度分布均匀3，保证成形后压坯有一定的强度利于脱模4，避免模具出现脆弱部分5，简化模具结构便于加工制造6，组合成形7，Olivetti法3.2，压坯表面粗糙度及精度设计1，压坯表面粗糙度2，压坯尺寸精度–与生产工艺的关系–与精整方式的关系3，位置精度与形状公差4，形位公差的标注方式3.3，压坯密度设计1，密度设计的依据–零件的使用条件–零件的物理机械性能2，压坯密度分类3.4，压坯形状、精度与密度的关系•矛盾统一思考题1.压坯设计的重要意义?2.压坯设计的原则?3.压坯精度设计的内容及影响因素?第二节压机选择1.压机种类2.常用压机选用原则3.压制工具系统的发展趋势•压机种类–机械压机•结构简单,价格较便宜–液压机•吨位大,工作平稳,造价高–机-液混合式压机•保留机械式压机的快速压制,效率高;吸取液压机适应压制成形曲线的特点;工作平稳,上冲可以延时回程杠杆式机械压力机(“设备”/60面/图4-9)TPA机械式压力机液压驱动MA多模板模架示意图(“设备”/67面/图4-18)•德国Dorst公司TPA型140吨机械式压机•常用压机选用原则–压制压力的选择–脱模压力的选择–压机工作台面和压机行程•压机行程–汽缸上下平面的距离–曲轴上下死点的距离•压制行程和脱模行程–其它因素•压制方式•脱模方式•装粉方式•生产率压制压力的选择总压制压力的计算公式:FPSKFPKS压机的公称压力压坯所需单位压制压力安全系数压坯受压的横截面积脱模压力的选择PP顶脱压机工作台面和压机行程HH松装脱模123412341234()--------:()(1),,dudHhhhhhHHHhhhhhhhHhhkhhkkhh松装封闭高度上滑块到工作台面的距离压坯高度上模冲下端面到阴模上端面的距离上模冲压缩粉末的行程阴模垫板厚度上模冲垫板厚度阴模的高度上模冲行程高度的确定满足压坯脱模及安装辅助零件送粉器压缩比视零件大小受力大小而定视零件大小受力122():13uHhhHhhHkhhH松装脱模脱模大小而定上模冲压制行程脱模行程机械压机如果按……，受力行程为：•压坯高度为：maxmaxmaxmaxcos450.1522----oHHhHH受力冲床的最大行程11hhkk受力粉末压缩比•压制工具系统的发展趋势–高速度,高精度,高吨位,高安全,高自动化思考题1.选择压机的原则?为什么压制压力只能在压机公称压力的60~85%范围内选用?2.若冲床的最大行程为400㎜,压坯的最大尺寸应在什么范围内控制(K=2.2~3),此时的脱模行程应是多少?3.YA79-125粉末专用压机,下缸行程为200㎜,试求出在该压机上能压制零件的最大高度?(K=2.2~3)•若冲床的最大行程为400㎜,压坯的最大尺寸是多少(K=2.5)?此时的脱模行程应是多少?maxmaxmaxmaxmaxcos450.15224010.1514002.5100HHhHhhmmkHkhkHHkHmmkHmm受力受力压坯压坯脱模脱模脱模又；；•YA79-125粉末专用压机,下缸行程为200㎜,试求出在该压机上能压制零件的最大高度(K=2.5)?200mm;k=2.5=80HHHkhHHhmmk坯粉下缸脱模下缸下缸坯又第三章模具设计原理•第一节压制过程中力的计算•第二节压坯密度分布与压制方式的关系•第三节选择压制方式的依据•第四节不等高压坯压模设计原理•第五节不等高压坯组合模冲设计原则第一节压制过程中力的计算•压制压力的计算–净压力–外摩擦力–总压制压力–单位压制压力与压坯密度的关系•脱模压力的计算–脱模压力–剩余侧压强度的计算•精整压力的计算净压力（F1netpressure）：粉末体本身变形和致密所需要的力•压坯内部各处压力和密度分布均匀–不考虑粉末与模壁间的摩擦力和模具变形阻力外摩擦力（F2outfrictionpressure）：克服粉末体与模壁间摩擦所消耗的力总压制压力（totalpressure）12FFFFPS总总单单位压制压力（specificpressure）与压坯密度的关系：反映了压制过程中粉末体变形和致密的规律。如，巴尔申理论公式：maxmaxmax11mmmmmPPPPPm单单：压坯相对体积：压坯相对密度：系数，在相当大的压力范围内近常数脱模压力（computeofejectionpressure）:把压坯从阴模中脱出所需要的压力=FPSPS脱静侧剩侧静侧剩侧：粉末与模壁间的静摩擦系数：剩余侧压强；卸压后阴模弹性收缩时作用于压坯的强度：压坯与阴模壁接触的侧面积剩余侧压强度的计算：测定阴模外壁的变形量假设：阴模内壁沿整个阴模高度上各处均匀受到压坯的横向侧压力的作用，高度方向的应力不计。在阴模外径处2222222trtrrPRrrPRr侧侧：切向应力：径向应力•阴模外半径处应变为：222=1()12()trRRErPERr侧•卸压后压坯存在剩余侧压强度，阴模存在剩余变形2,2()1RmrRRPEm侧令：则222()112RRPEmERmPR剩剩剩剩（）•计算法00=PjPjPPjP侧剩侧剩侧：压坯侧压系数：致密材料的侧压系数ζ（zeta）精整压力的计算123123:ccFFFFFFFF精整压力：实现轴套纯变形所需的力：克服精整区外摩擦所需的力：克服内摩擦所需的力•外箍内•内胀外第二节压坯密度分布与压制方式的关系•压坯密度均匀分布的重要意义•模压成形过程中影响压坯密度均匀分布的主要因素•压制方式(类型)•压制方式对压坯密度影响的实验观察•压坯密度均匀分布的重要意义–密度不均匀，弹性后效不一致，发生断裂；–密度不均匀，引起烧结收缩不均匀，发生变形；–性能不一致，硬度、强度等偏差大；–影响最终产品的精度。•压制过程质量控制的主要指标是压坯密度分布均匀；也是模具设计要解决的关键问题。•模压成形过程中影响压坯密度均匀分布的主要因素–粉末与模壁之间的摩擦力使压坯密度沿压制方向上分布不均匀（外摩擦导致压力损失）–粉末的装填高度、压缩比、压缩速率、压制速度。•前者可通过不同的压制方式改变摩擦力的影响；•合理设计模具，保证各部分装填系数和压缩程度相同。•压制方式(类型)（pressingway）–单向压制（single-actionpressing）•阴模模腔中的粉末体在模冲作用下，在一个方向受压缩。（只有一个模冲相对阴模运动）–双向压制（double-actionpressing）–将粉末从两个相对方向加压成形的压制方式。•同时双向压制–阴模中粉末体同时受到大小相等方向相反压力的相对压缩。•非同时双向压制：–粉末体非同时受到大小相等（或不等）的两个相对压力的压缩。–摩擦压制（frictionpressing）•浮动压制（pressingwithfloatingdie）•双向摩擦压制（double-actioncompactingwithfriction）•阴模拉下式压制（compactingwithwithdrawaldie）•压制方式对压坯密度影响的实验观察–单向压制时压坯密度分布规律–双向压制时压坯密度分布规律–非同时压制时后压距离的确定–摩擦压制压坯密度分布规律–三种压制方式比较•模冲移动的总距离:•压坯粉重为G;压坯面积为S•后压距离•后压距离相应于模冲总移动距离L的百分比：Llx下上（后压）'1212'12::GShdShdddhdhd第一次压制平均密度；第二次压制平均密度'211()hhxhddxd2111=()()100%100%(1)HKLHhHHKKddxyLdk松松松松•例题：–设：d2=6.5克/立方厘米;d1=6.0克/立方厘米;K=2.5;h=20毫米–求：后压距离及其相对于模冲总移动距离L的百分比。•d1和d2的影响因素–粉末的工艺性–单位压制压力–模壁的粗糙度及粉末的润滑性–压坯的高径比•非同时双向压制原理，为模具结构设计提供压坯密度均匀分布的理论基础；也为粉末压机设计提供了重要基础。摩擦压制压坯密度分布规律：•浮动压制–阴模、芯杆自由浮动；下模冲不动–阴模浮动；芯杆、下模冲不动–芯杆浮动；阴模、下模冲不动–阴模浮动；芯杆、上模冲同步压下；下模冲不动•双向摩擦压制–阴