1、粉末成形模具設計仲洪海材料科學與工程學院無機非金屬材料工程系緒論-模具設計的意義1 粉末成形是粉末冶金的主要工序之一。粉末成形是粉末冶金的主要工序之一。2 粉末冶金模具設計是粉末成形的重要環節，它關粉末冶金模具設計是粉末成形的重要環節，它關系到粉末冶金制品生產的質量、成本、安全、生系到粉末冶金制品生產的質量、成本、安全、生產率和自動化等問題。產率和自動化等問題。3 由于粉末冶金具有少、無切削的工藝特點，所以由于粉末冶金具有少、無切削的工藝特點，所以模具設計對粉末冶金工藝和零件有極重要的影響。模具設計對粉末冶金工藝和零件有極重要的影響。4 模具設計是生產和科研中的重要工作內容，也是模具設計是生產

2、和科研中的重要工作內容，也是培養學生分析問題和解決問題能力的重要方面。培養學生分析問題和解決問題能力的重要方面。5 掌握粉末冶金模具設計方法，精心設計高質量自掌握粉末冶金模具設計方法，精心設計高質量自動化模具，是迅速發展粉末冶金的需要。動化模具，是迅速發展粉末冶金的需要。課程主要內容 第一章 粉末冶金模具設計的基本原則和方法 第二章 壓坯設計和壓機選擇 第三章 模具設計原理 第四章 壓模結構設計 第五章 精整模結構設計 第六章 熱鍛模結構設計 第七章 模具零件的尺寸計算 第八章 模具主要零件的結構設計與制造課程教材及參考書 粉末冶金模具設計，姚德超主編，冶金工業出版社，1982。 粉末冶金模具

3、設計，吳成義主編，學苑出版社，1996。 粉末冶金模具設計手冊（第二版），編寫組，機械工業出版社，2003。 粉末冶金模具模架實用手冊，韓鳳麟主編，冶金工業出版社，1998。 陶瓷制品造型設計與成型模具，楊裕國，化學工業出版社，2006。成型方法和模具的分類1按成形方法：壓模，精整模，復壓模，鍛模，擠壓模，熱壓模，等靜壓模，粉漿澆注模，松裝燒結模。2按材料分類：鋼模，硬質合金模，石墨模，塑料橡皮模，石膏模。第一章 粉末冶金模具設計的基本原則和方法 在壓模、精整摸、復壓模、鍛模的設計、 制造和使用過程中，如果模具設計不合理常常會引起產品缺陷、模具制造困難和安全事故。例如：坯件的開裂，分層，掉邊，

4、掉角，坯件精度，光潔度不合要求，密度分布不均勻，坯件脫模困難，模具難于加工，模具容易損壞和炸裂，使用時操作繁雜，勞動強度大，模具費用過高，等等。生產實踐中所出現的這些問題，提出了對粉末冶金模具設計的基本要求，從而逐步形成了粉末冶金摸具設計的原則。 充分發揮粉末冶金少、無切削的充分發揮粉末冶金少、無切削的工藝特點，保證坯體達到幾何形工藝特點，保證坯體達到幾何形狀、精度和表面光潔度、坯體密狀、精度和表面光潔度、坯體密度及其分布等三項基本要求。度及其分布等三項基本要求。 第一節 粉末冶金模具設計的基本原則（1）粉末冶金模具設計的基本原則（2） 合理設計模具結構和選擇模具合理設計模具結構和選擇模具材料

5、材料 合理設計模具結構和選擇模具材料使模具零件具有足夠高的強度、剛度和硬度，具有高耐磨性和使用壽命；便于操作、調節，保證安全可靠，盡可能實現模具自動化和機械手操作；對于鍛模而言，還要滿足上沖頭導向、預成形坯定位和鍛件快速脫模等要求。粉末冶金模具設計的基本原則（3） 注意模具結構的可加工性和模具制注意模具結構的可加工性和模具制造成本問題造成本問題 從模具設計要求和模具加工條件出發，合理地提出模具加工的技術要求(如：公差配合、精度、表面粗糙度和熱處理硬度等)，既要保證坯體質量，又要便于加工制造，并逐步實現模具零、部件的通用化，采用通用模架和通用模具零件，以便提高設計效率，實現部分模具零件的批量生產

6、，提高模具壽命，降低模具費用，以降低產品的總成本。第二節 粉末冶金模具設計的基本方法（步驟1） 設計前需要了解和掌握有關資料，作設計前需要了解和掌握有關資料，作為模具設計的重要依據為模具設計的重要依據 主要包括：制品圖紙及技術要求，如：制品性能、形狀、尺寸、精度和表面粗糙度等。制品生產批量，制品生產工藝流程及工藝參數，如：粉末混合料成分、松裝密度、流動性、壓制性、單位壓制壓力、壓坯密度、壓縮比、彈性后效、燒結收縮率、精整余量、機加工余量、復壓裝模間隙和壓下率等。壓機類型及主要技術參數，如：公稱壓力、脫模壓力、壓機行程、每分鐘壓制次數、工作臺面積、壓機自動化程度和安全保險裝置等。模具加工設備及能

7、力；典型模具圖冊及模具使用過程中曾出現的問題，等等。粉末冶金模具設計的基本步驟2 根掘制品圖紙設計坯件，選擇壓機根掘制品圖紙設計坯件，選擇壓機和壓制方式，設計模具結構草圖和壓制方式，設計模具結構草圖 粉末冶金模具設計的基本步驟粉末冶金模具設計的基本步驟2 一般要求壓模裝配草圖能表示裝粉、壓制和脫模階段，或表示壓制過程其他階段的相對位置。最好將模具設計草圖沿中心線分為兩部分，以一半表示裝粉狀態，另一半表示壓制狀態或脫模狀態。草圖繪制后，還要根據模具設計原則，仔細分析壓模結構。粉末冶金模具設計的基本步驟粉末冶金模具設計的基本步驟2 對于需要采用粉末冶金鍛造生產的制品，首先要根據制品圖紙及技術要求，

8、設計粉末鍛件的幾何形狀、精度、表面光潔度和密度；再按鍛造時多孔預成形坯致密變形的規律和斷裂極限，設計預成形坯的幾何形狀、密度和重量；然后根據預成形坯和鍛件的要求設計壓模結構草圖和鍛模結構草圖。粉末冶金模具設計的基本步驟粉末冶金模具設計的基本步驟3 模具材料的選擇及要求 由于壓模、精整模、復壓模和鍛模都是在較高壓力下工作的，模具工作表面要經受嚴重的粉末摩擦，因而對模具材料應提出嚴格的要求。模具材料的選擇關系到坯件質量(如：密度分布、精度、表面光潔度等)和模具的壽命以及生產安全、產品或本、生產率等問題。因此，主要模具零件材料應滿足下列要求：高強度、高硬度和高耐磨性，高的剛度和小的熱膨脹系數，優良的

9、熱處理性能和一定的韌性，較好的機加工性能，等等。為了提高模具壽命、節約優質合金鋼材、降低模具加工成本，對于不同用途的模具，和不同制品形狀、密度以及粉末原料，應選用不同的模具材料；同時，對于不同的模具零件，也常常由于工作要求不同，而選用不同的模具材料及熱處理工藝。模具材料的選擇及要求 陰模是模具中最主要的零件，其工作條件最苛刻，加工制造較困難，對材料的主要要求是高強度、高硬度、高耐磨性和抗疲勞、抗振動性能，一船選用硬質合金、高速鋼、高合金工具鋼、低合金工具鋼和碳素工具鋼來制造。 芯桿和陰模具有大致相同的工作要求，常用與陰模相同的材料來制造，但要求有較好的抗彎強度和一定的韌性；芯桿的熱處理硬度稍低

10、于陰模，特別是細長芯桿，要求比粗短芯桿具有較好的韌性。 模沖的工作條件與陰模不同，要求有良好的韌性，同時也要求耐磨、抗疲勞和抗振動，硬度可以降低些，一般選用與陰模不同的材料，例如：低合金工具鋼、碳素工具鋼和青銅等。 模套、壓墊、模座、頂桿、控制桿、導柱、模板等輔助零件，常選用碳素鋼(如：45號、50號鋼)和低合金鋼(如：40Cr、GCrl5)來制造。 鍛模材料的選擇與精密模鍛材料相同，要求在工作溫度下具有高強度、高韌性和高耐磨性，其熱處理硬度比壓模低得多，常用的有3Cr2w8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV等模具鋼。粉末冶金模具設計的基本步驟粉末冶金模具設計的基本步驟4 主要模具零件

11、尺寸的計算方法模具徑向尺寸的計算 坯件尺寸主要由模腔尺寸決定，一般先計算與模腔直接相關的尺寸(如：陰模內徑、芯桿外徑、陰模高度等)，然后按照裝配關系計算其他模具零件的尺寸。模具徑向尺寸的計算，以坯件內外徑為基本依據，考慮到工藝過程中尺寸的變化，先確定陰模內徑和芯桿外徑，其他模具零件的徑向尺寸由模具裝配關系確定。模具高度方向尺寸的計算 ，以坯件高度為基本依據，考慮到工藝過程尺寸的變化，先確定陰模高度，其他模具零件的高度方向尺寸均由模具裝配關系確定。模具的強度和剛度 采用不同的生產工藝，模具零件尺寸的計算方法也不同。模具的強度和剛度，不僅關系到操作安全，而且影響坯件的精度和生產成本。不同用途的模具

12、和模腔形狀不同的模具，應采用不同的強度計算方法。合理選擇設計參數 模具零件尺寸計算的關鍵在于正確地選擇設計參數(如：彈性后效、燒結收縮率、精整余量、機加工余量、復壓裝模間隙和壓下率等)。在生產實踐中，由于粉末成分和性能、工藝條件和設備不同；有關模具設計參數的數值差別較大。 因此，耍根據實際情況進行綜合分析，合理選擇設計參數；同時，在不降低坯件性能要求的前提下，留有可調節的余地，以便適應模具設計參數的可能變化。粉末冶金模具設計的基本步驟粉末冶金模具設計的基本步驟5 繪制模具裝配圖和零件圖，標注尺繪制模具裝配圖和零件圖，標注尺寸偏差和形位公差及其他加工要求寸偏差和形位公差及其他加工要求 在確定模具

13、零件尺寸的基礎上， 根據制品圖紙、坯件設計圖紙和模具結構草圖，考慮模具零件在工作過程中的運動狀況，以及機加工能力，合理提出模具加工的技術要求，包括模具配合間隙、尺寸偏差，形位公差、表面光潔度、熱處現硬度及其他要求。陰模、芯桿與模沖之間的動配合，其配合間隙大小將直接影響制品的精度、生產率和模具壽命。在選擇模具配合間隙大小時，既要考慮機加工要求，又要考慮粉末冶金工藝特點。配合間隙 例如，壓制時不讓粉末嵌入模具間隙之中，以免引起模具卡住和劇烈磨損；所以，必須根據粉末粒度、 壓模自動化程度、壓坯尺寸、制品精度和機加工要求來選擇壓模的配合間隙。據資料介紹，在某些情況下，用于壓制軸套類制品的模具配合間隙為

14、0.0050.010毫米；但對于壓制不同直徑的壓坯取不同的配合間隙：當直徑為1025毫米時，取0.0120.020毫米，當直徑為2540亳米時，取0.0150.025亳米。如果壓制粗粉末，或者壓制寬度或直徑大于51毫米的壓坯時，可取較大的配合間隙，通常將配合間隙定為直徑的0.05%。國內用于壓制鐵基軸套模的配合間隙取0.0080.025毫米；用于壓制鐵基齒輪模的配合間隙一般為0.015毫米左右，但上模沖與陰模之間公法線及齒根圓的間隙可取0.030.05毫米；用于硬質合金刀片模的配合間隙取0.030.05毫米，粉末熱鍛模的配合間隙，一般可定為鍛模預熱時膨脹量的1.21.5倍，在摩擦壓力機上鍛制中等鍛件 (直徑80毫米)時，可取0.080.10毫米。但間隙太小，難以產生飛邊，達不到保護模具的目的；間隙太大，飛邊過多，鍛件密度難以保證；所以取0.100.15毫米較好。精度 為了保證制品精度，模具精