粉末压制成形模具设计 ppt课件
粉体成形模具设计课件
第一章 粉体成形工艺
粉体成形工艺有如下特点：
1.可制取多组元材料: 采用混料方法，材料成分均匀，烧结温度低于熔炼温度，集体金属 不融化，防止了密度偏析。
2.可制取多孔材料: 通过控制粉末粒度和颗粒形状、成形压力及烧结工艺，可获得预定 的孔隙大小及孔隙度的多孔材料。
3.是一种精密的少、无切削加工方法:
课程设计目的: 通过《粉体成形模具课程设计》初步掌握 粉体压制工艺设计和模具结构设计的方法和步骤。把已学 的各门专业课程基础理论综合的应用在模具的计算过程中 去。培养分析问题、解决问题的能力。
设计内容、技术条件和要求: 设计完成制件冲压工序中老师指定的某套模具；确定模具 结构方案，工作部分零件设计，卸料零件设计，推（顶） 件零件的设计，定位零件的设计，连接零件的设计；画模 具总装图， 画模具零件图；编制模具设计说明书。
油缸推动下模冲，把制件推出阴模。
序号 压制方式 脱模方式
装粉方式
使用范围
3 浮动压制 推出式 落入法或吸入法 h / ＞43；h / D 2
拉动中间带弹簧的拉杆，阴模向下运动，制件被架在垫 板上的下模冲推出。
序号 压制方式 脱模方式 4 浮动压制 拉下式
装粉方式 零腔装粉法
使用范围
h / ＞43；h / D 2
常见的粉体成形模压制和脱模方式有如下几种，可根据制品 外径D、高度h和壁厚 的比例，结合生产时间条件进行选择。
序号 压制方式 脱模方式
装粉方式
使用范围
1 单向压制 推出式 落入法或吸入法 h / 3；h / D 1
序号 压制方式 脱模方式
装粉方式
使用范围
2 双向压制 推出式 落入法或吸入法 h / ＞ 3；h / D＞ 11
粉末冶金模具设计的基本原则和方法幻灯片
第一节 粉末冶金模具设计的根本原那么〔1〕
• 充分发挥粉末冶金少、无切削的 工艺特点，保证坯体到达几何形 状、精度和外表光洁度、坯体密 度及其分布等三项根本要求。
•
粉末冶金模具设计的根本原那么〔2〕
• 合理设计模具构造和选择模具 材料
• 合理设计模具构造和选择 模具材料使模具零件具有足够 高的强度、刚度和硬度，具有 高耐磨性和使用寿命；便于操 作、调节，保证平安可靠，尽 可能实现模具自动化和机械手
粉末冶金模具设计的基本 原则和方法幻灯片
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绪论----模具设计的意义
1 粉末成形是粉末冶金的主要工序之一。
2 粉末冶金模具设计是粉末成形的重要环节，它关 系到粉末冶金制品生产的质量、本钱、平安、生 产率和自动化等问题。
粉末冶金模具设计的根本原那么〔3〕
• 注意模具构造的可加工性和模具制 造本钱问题
• 从模具设计要求和模具加工条件出 发，合理地提出模具加工的技术要 求(如：公差配合、精度、外表粗 糙度和热处理硬度等)，既要保证 坯体质量，又要便于加工制造，并 逐步实现模具零、部件的通用化， 采用通用模架和通用模具零件，以 便提高设计效率，实现局部模具零
粉末冶金模具设计的根本步骤2
• 对于需要采用粉末冶金锻造生产的制品，首先要 根据制品图纸及技术要求，设计粉末锻件的几何 形状、精度、外表光洁度和密度；再按锻造时多 孔预成形坯致密—变形的规律和断裂极限，设计 预成形坯的几何形状、密度和重量；然后根据预 成形坯和锻件的要求设计压模构造草图和锻模构 造草图。
• 锻模材料的选择与精细模锻材料一样，要求在工作温度下 具有高强度、高韧性和高耐磨性，其热处理硬度比压模低 得多，常用的有3Cr2w8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV 等模具钢。
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•压制方式的选择依据
压制方式和方法不同，上、下模冲、芯杆和阴 模相对于粉末压坯的相对运动方向及速度也不 同，从而使外摩擦对压坯密度的均匀分布产生 有害或者有利的影响。
单向压制
S侧max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K
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选择原则
•(S侧阴+S侧芯)/S<K或者圆筒形压坯h/T<K/2时， 可采用单向压制；
•(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2< (S侧阴-S侧 芯)，或者圆筒形压坯D内<T，可采用双向压制；
•(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2> (S侧阴-S侧 芯)，或者圆筒形压坯D内>T，可采用摩擦芯杆压 制
当柱状压坯S侧/S<K或者圆柱体压坯高径比 H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密 度分布均匀性的要求
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双向压制
S侧max/S=[1-(ρ中/ρ上)m]/μξ=2K
当柱状压坯K<S侧/S<2K，或者圆柱体 K/4<H/D<K/2时，采用双向压制、非同时双 向压制、浮动阴模双向压制或者下拉式压制 可以满足压坯密度分布均匀性要求
b>(a-b)时，采用带斜面的整体下模冲压制；
b<(a-b)时，需要采用组合下模冲来压制。
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高等粉末冶金原理课件：粉末模压成形原理(合肥工业大学研究生课件)
本讲内容§3.1 粉末模压成形原理§3.2 成形技术-1§3.3 成形技术-2程继贵材料科学与工程学院本讲内容-成形技术部分一、成形前的粉末冶金二、模压成形技术三、等静压成形四、粉末连续成形五、浆料成形专题-粉末注射成形四、粉末连续成形定义：粉末在压力作用下由松散状态经过连续变化而成 为具有一定密度、强度以及所需尺寸形状压坯或 制品的过程。
主要包括：粉末轧制、挤压、喷射成形、楔形压制等基本特征：● 是模压成形方法的重要补充，可以生产 普通模压成形无法生产的多孔或致密的 板、带、棒、及管材等；● 比钢模压制需要较少的设备、容器。
（一）金属粉末轧制（Powder rolling）概述1.1. 概述粉末轧制的概念：粉末在一对轧棍之间在轧辊力的作用下压实成具有一定强度的连续带坯的过程。
粉末轧制的特点：● 与熔铸轧制相比：11）基本原理相同，要实现轧制：μ+ξ>α2）可轧制出熔铸轧制无法生产或难以生产的板、带材等（尤多层复合板、带）33）工艺流程短、节能、成本较低44）压坯或产品成分精确可控、轧制产品各向同性55）成材率较高● 与模压成形相比：1）轧制能耗比压制低22）可以生产模压成形无法生产的板、带材3）压坯密度更均匀，压坯长度原则上不限44）板带材宽度、厚度有限：δ=（1/100 ~1/300）D，一般≤10mm 粉末轧制适用于生产宽度几百mm，厚度10mm 以下，长度原则不限的板带材，或D/D/δδ很大的衬套等粉末轧制的分类：● 粉末直接轧制（direct powder rolling ）应用较广泛：对塑性好的粉末 ● 粉末粘结轧制 (bonded powder rolling)加入粘结剂改善粉末体的成形性● 包套粉末热轧（canned powder hot rolling ） 对活性粉末以及要求高致密度的材料粉末冷轧粉末热轧按进料方式分为：水平、垂直和倾斜轧制轧制过程的定量关系（轧制带坯厚度、密度与粉末特性及轧辊尺寸之间的定量关系）基本概念及符号： 咬入层、咬入角α（α1） H α— 咬入宽度δR — 轧制带坯厚度D 、r r —— 轧辊直径、半径 ρ松、ρ压—粉末松装密度及轧坯密度V 进、V 轧— 粉末进料速度和轧制速度粉末料柱宽度 B ≈轧坯宽度 b H α图4-26 粉末轧制时的咬入区和变形区H αδ几何关系：质量关系：1cos 1cos 11−−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−+=z D D R R ηαδδαηρρ）（）（松压进轧v v /=η松压ρρ/=z ——延伸系数————压紧系数 定量关系式：影响轧制过程的因素1）粉末性能● 松装密度： ρ松↑，ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 流动性： 流动性↑，V进↑，η↓， ρ压↑，δ↑（保证轧制条件下）● 粉末硬度：低的粉末硬度便于变形和形成高的机械啮 合，↑成形性，↑压坯强度2）轧辊直径↑D, ρ（δR固定）；δR ↑（ρ一定）3）给料方式水平与垂直：垂直 V V进↑，ρ↑、δR↑4）轧制速度↑ω,ρ、δR↓（m不变）5）辊缝t↑t，轧制压力降低，ρ↓，δR↑粉末轧制工艺：粉末准备→ 喂料（水平、垂直方式）→轧制（冷轧、热轧） → 轧坯→烧结（直接烧结、成卷烧结）粉末冷轧工艺● 室温下轧制● 轧制速度较低：0.6-30m/s● 轧坯可卷成卷后烧结，也可烧结后卷成卷，还可烧结后再热轧冷轧冷轧+ 热轧粉末热轧工艺● 可以对粉末、预成形坯等进行轧制● 防氧化—包套（真空）轧制或气氛保护粉末轧制的应用�多孔板材，如过滤板、催化剂板材�层状复合材料带、板材�多层钢背支撑轴承�纤维增强复合材料粉末、粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下，通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法（二）粉末挤压1. 概述●粉末挤压的定义Powder Extrusion挤● 挤压的分类�粉末直接挤压（冷挤压）：适应于塑性好的金属粉末�粉末增塑挤压：粉末加入一定量的成形剂或粘结剂后挤压，适应于硬质粉末如硬质合金粉末�粉末包套热挤：适应于弥散强化合金等�烧结坯或粉末压坯的热挤压：适应于塑性较好的有色金属材料。
粉末冶金模具设计-PPT精品文档
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其中：
∑R ：卸压后阴模半径上剩余的变形量； j： 剩余侧压强与侧压强之比，决定于模具的刚度；
剩
m：阴模外径与内径之比；
ρ：压坯的相对密度
当相对密度为：0.80~0.85时，m=2~4，可粗略 估算： 对于铁基：P侧剩=0.18~0.20P
对于铜基： P侧剩=0.20~0.22P
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•(S +S )/S>K时，如果(S +S )/2> (S -S )， 或者圆筒形压坯D >T，可采用摩擦芯杆压制
侧阴 侧芯 侧阴 侧芯 侧阴 侧芯 内
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3.4 组合模具的设计原理
3.5
压制过程的图示
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•压制压力的计算
模压过程的总压制力等于净压力与外摩擦力 之和 单位压制压力与压坯密度定量关系的研究， 是近60年来粉末成形理论研究的主要内容 •脱模力的计算 压制压力去掉后，侧压力因为高度方向的弹 性后效，侧压力会下降35~77%
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当柱状压坯S /S<K或者圆柱体压坯高径比 H/D<K/4时，采用单向压制可以满足压坯密度 分布均匀性的要求
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双向压制
S
侧max
/S=[1-(ρ /ρ )m]/μξ=2K
中 上 侧
当柱状压坯K<S /S<2K，或者圆柱体 K/4<H/D<K/2时，采用双向压制、非同时双 向压制、浮动阴模双向压制或者下拉式压制 可以满足压坯密度分布均匀性要求
压力相等时双向压制与非同时双向压制的效 果相同
粉体成形模具设计课件
粉体成形模具设计课件1. 引言粉体成形工艺是一种使用粉末材料通过压力、温度等外力条件将粉末材料塑造成所需形状的工艺。
在粉体成形过程中，模具的设计起到关键作用，直接影响成品的质量和制造效率。
本课件将介绍粉体成形模具设计的基本原理和注意事项。
2. 粉体成形模具的分类根据粉体成形工艺的特点和要求，粉体成形模具可以分为压制模具、注射模具、挤压模具等。
各种模具在设计上有一些共性，但也有一些独特的要求。
2.1 压制模具设计要点压制模具用于将粉末材料在一定温度和压力下压制成形。
其设计要点包括： - 模具结构设计：模具应具有足够的刚性和稳定性，以承受高压下的冲击力和变形力，并保证成品的形状和尺寸精度。
- 凸模和凹模设计：凸模应具有充分的刚性和耐磨性，凹模则需考虑排料和顶出等因素。
- 压头设计：压头应根据成品形状的复杂程度和压制力的大小进行合理设计。
2.2 注射模具设计要点注射模具用于将粉末材料注入到模腔中，通过压力和温度使其固化成形。
其设计要点包括： - 模具结构设计：注射模具应具有较高的刚性和耐磨性，以承受注射时的压力和冲击力。
- 模腔设计：模腔应根据产品的形状和尺寸合理设计，以确保成品的几何形状和尺寸精度。
- 引导系统设计：引导系统用于将粉末材料引导到模腔中，其设计要考虑粉末流动性和材料浇注的均匀性等因素。
2.3 挤压模具设计要点挤压模具用于将粉末材料在挤压机内通过挤压头挤出，并在模具中固化成形。
其设计要点包括：- 模具结构设计：挤压模具要求具有足够的刚性和稳定性，以承受挤压时的冲击力和变形力。
- 模腔设计：模腔应根据挤压头和产品的形状合理设计，以确保挤压成品的形状和尺寸精度。
- 冷却系统设计：冷却系统用于快速降低模具温度，以便加快成品的固化速度和提高生产效率。
3. 粉体成形模具设计步骤粉体成形模具设计一般包括以下几个步骤：3.1 确定产品形状和尺寸根据产品的要求和实际应用，确定所需的形状和尺寸。
粉末压制成形模具设计.ppt
式估算：
pc＝Ccρmp
(9)
式中Cc＝0.00725，m＝6.8
而预应力圈的尺寸，必须保证凹模具有最大刚度，设凹模筒内半径为r1， 则有：
当pc≤200MPa时， r2＝2r1,r3＝4r1 当pc＞200MPa时： r3＝(pc/140+0.67)r1,
r2＝(r1 r3) ½
(10a) (10b)
3.模具受力件的强度校核
(1)冲头一般处于压应力状 态，其强度校核式为：
σ＝P/Fmin≤［σ］ (14) 式中:P—金属粉末压制力 Fmin—冲头最小截面积 ［σ］—淬硬钢许用压应力
(2)对支承模座和固定板也需
进行抗压强度校核：
σ＝P/F≤［σ］
(15)
通常，与冲头模座投影面积
相当的中间固定板其厚度可
压制坯的计算，其实质就是根据所加工的粉 末零件，决定压制坯的体积、质量和相关尺寸， 以确定压制凹模型腔的尺寸和检验压制坯的尺寸 精度。
表1金属粉末压制成形坯料计算
计算内容
定义或计算公式
有关说明
压制坯在垂直于压制
压制坯面积Fp(cm2) 方向的平面的投影面
-
积
压制坯体积Vp(cm3)
Vp＝(1+ξ/100)Ve
取5～8mm。
(3)当细长型冲头(多为下冲头)和芯棒的长径比L/d≥3时，还需进行抗弯
强度校核
(a)计算纵向弯曲失稳临界载荷
的长度，等于从冲头固定板到冲头导入凹模部分中间
位置和距离 ;
Jmin—冲头最小截面矩 ;
E—工具钢材料的弹性模量，一般可取E＝2.15×105MPa ;
Pcr—产生纵向失稳的临界载荷 . (b)选取冲头的抗弯安全系数：
粉末冶金及其成型PPT课件
第五章 粉末冶金及其成型
粉末冶金技术的主要应用：
汽车动力系统：
第五章 粉末冶金及其成型
汽车发动机用粉末烧结钢零件
第五章 粉末冶金及其成型
汽车变速器系统用粉末烧结钢件:
第五章 粉末冶金及其成型
surface conditions， components
(a) 装配图
(b) 流速漏斗
(c) 量杯
松装密度测定装置一
a、粒度: 粒度小，松装密度小
还原铁粉 d(um) 6
51
g/cm 30.9
72.1
电解铁粉 d(um) 53
63
g/cm 32.0
52.5
68 93.03 78 63.32
b、颗粒形状 形状复杂 松装密度小 粉末形状影响松装密度，从大到小排列 球形粉＞类球形＞不规则形＞树枝形
5.2.1 金属粉末压制成型
压坯密度与影响因素的关系
a.随压制压力的增高而增大； b.随粉末的粒度或松装密度的增大而增大； c.颗粒的强度和硬度降低，有利于提高压坯密度； d.降低压制速度，提高压坯密度。
5.2.1 金属粉末压制成型
（3）脱模
➢ 脱模力 ➢ 弹性后效
5.2.2 烧结
定义：压坯置于基体金属熔点以下温度（约0.7~0.8T， 单位K）加热保温，粉末颗粒之间产生原子扩散、固溶、 化合和熔接，致使压坯收缩并强化，这一过程称为烧 结。
－325
20
40
d松
4.5
4.9
5.2
60
40
20
60
80
100
4.8 4.6
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Drpmax＝Dmax-lrp
Ds＝Dmin±ηrp “+”—为正偏差精压时 “-”—为负偏差精压时
Dp＝Ds±ε “+”—粉体烧结后收缩时 “-”—粉体烧结后膨胀时
芯棒名义 尺寸
dn＝dmax-lp±ε±ηrp±lrp dmax—芯棒最大尺寸
芯棒最大 允许尺寸
dn′＝dmin-lp±ε±ηrp±lrp dmin＝d+δl—芯棒最小允许尺寸 d—零件孔径；δ1—孔径下偏差
芯棒磨损余 量
Δd＝dn′-dn-δa δa—芯棒尺寸实际偏差量
后续精压芯
drp＝dmax±lrp
棒直径(孔 “+”—精压后回弹使孔径减小时
件) “-”—精压后回弹使孔径增大时
烧结坯内尺 寸
压制坯内尺 寸
ds＝drp±ηrp “+”—为负偏差精压时 “-”—为正偏差精压时
dp＝ds±ε “+”—烧结后内尺寸减小时
Kρ—粉末压实系数， Kρ＝ρp/ρ0
二 、凹模与芯棒的工作尺寸 所确定的尺寸包括凹模总高度、凹模型腔 及芯棒的工作尺寸
1、凹模总高度
凹模各段的装料高度应与制件中相对应的各段高度成比例，以保证压
制坯密度分布均匀化。而凹模的总高度则主要取决于其装料高度，同时还要 考虑上、下冲头进入凹模的导向部分，如图1a所示。
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
其他参数
“-”—烧结后内尺寸增大时
三 、压制力与_p:凹金属模粉预末平应均单力位圈流动尺压寸力，由压制
实验曲线或实际经验确定
1.压制力、顶出F力:压和制坯设截备面吨积 位
n:压制模中型腔数量(对一次多件压制)
P＝nF
(6)
PT＝CpP Pout＝μFcpc
(7) Cp—压力机吨位裕度系数，Cp＝1.25～1.30
式估算：
pc＝Ccρmp
(9)
式中Cc＝0.00725，m＝6.8
而预应力圈的尺寸，必须保证凹模具有最大刚度，设凹模筒内半径为r1， 则有：
当pc≤200MPa时， r2＝2r1,r3＝4r1 当pc＞200MPa时： r3＝(pc/140+0.67)r1,
r2＝(r1 r3) ½
(10a) (10b)
上述回弹与收缩量等的相对值可按下式换
算成绝对值：
lp=αp·b /100;
(1)
lrp=αrp·b/100;
(2)
ε = β·b/100
(3)
式中：b—制件的线尺寸
αp，αrp，β值预先给出。
2.确定压制成形方法 具备了上述技术资料和数据后，可根据实际
生产条件，选择压制设备型式以及相应的压制方 法，并选好压制方向。 3.压制坯的计算
(8)
压制后制件的顶出力由侧压力pc、粉体侧表面 面积Fc和粉体与模壁的摩擦系数μ(＝0.1～0.2)确
定
pc＝Ccρmp
2.凹模预应力圈尺寸
为了提高压制成形模具的寿命，并
保证压制件的尺寸精度，凹模常采用预
应力圈结构，如图2所示。其尺寸取决于
压制时凹模内壁所承受的侧压力大小。
对于铁粉末压制，其侧压力可按经验公
粉末压制成形模具设计 李文虎
一 、金属粉末的工艺特性和材料性能参数 与压制坯计算
1.金属粉末的工艺特性和材料性能参数
在制定金属粉末压制成形工艺时，其基本特性参数有: (1)粉末松装(或摇实)密度，即压制前金属粉末在凹模 内的平均密度ρ0； (2)粉末的可压缩性，按实验数据或有关标准确定； (3)粉末的可变形程度，按实验数据或有关标准确定； (4)粉末流动应力。
寸
型腔名义 尺寸
压制 模具
型腔最大 允许尺寸
型腔磨损 余量
型腔名义
后续 尺寸 精压 型腔最大
允许尺寸
烧结坯外 尺寸
坯料
压制坯外 尺寸
Dn＝Dmin-lp±ε±ηrp Dmin—零件最小允许尺寸
ηrp—后续精压余量
Dn′＝Dmax-lp±ε±ηrp Dmax—零件最大允许尺寸
ΔD＝Dn′-Dn-δA δA—型腔尺寸实际偏差量
而在进行压制成形模具设计时，还需知道以下 参数：
(1)预先给定的粉末压制坯的密度ρp； (2)压制(和后续塑性加工)后制件线回弹量，用相 对值αp(αrp)或绝对量lp(lrp)表示； (3)制件烧结后的线收缩量，用相对值β或绝对量 ε表示； (4)烧结氧化或其他原因引起的质量损耗量，用 相对值ζ表示； (5)后续塑性加工引起的制件密度增加量，用相 对值τ表示。
ξ—相对质量损耗量； Ve—零件体积
压制坯质量Gp(kg)
Gp＝ρpVp
ρp—压制件平均密度
装粉质量G0(kg)
G0＝CmGp
系数Cm＝1.02～1.05，考虑 了装粉及压制时的质量损失
压制坯高度Hp(mm) 装粉高度H0(mm)
Hp＝H-lp+ε+Δm H0＝KρHp
H—粉末零件尺寸， Δm—机加工余量， lp，ε的意义见上
而芯棒的工作尺寸则主要取决于零件的 内尺寸，同样也要考虑其内尺寸在各工序的变 化，并按零件的上极限偏差确定，以保证芯棒 留有最大的磨损余量。具体计算如表2所示。
凹模型腔工作尺寸(mm)
- 尺寸名称
计算公式与说明
芯棒工作尺寸(mm)
尺寸名称
计算公式与说明
2
表凹 金模 属型 粉腔 末与 压芯 制棒 成的 形工 模作 具尺
Hd＝H0+hh+hl
(4)
式中Hd—凹模总高度
H0—总装料高度
hh—上冲头导入长度hl—下冲头导入长度
对于固定式结构，由于凹模本身沿高度方向具有分
配粉料的作用，因此可以不考虑上、下冲头的导入部分
(见图1b)，则
Hd＝H0
(5)
2.凹模型腔与芯棒工作尺寸 凹模型腔的工作尺寸主要决定于粉末零
件的外尺寸，同时必需考虑粉末体在压制、烧 结、后续精压等工序这些外尺寸变化，以及凹 模最大允许磨损量；
压制坯的计算，其实质就是根据所加工的粉 末零件，决定压制坯的体积、质量和相关尺寸， 以确定压制凹模型腔的尺寸和检验压制坯的尺寸 精度。
表1金属粉末压制成形坯料计算
计算内容
定义或计算公式
有关说明
压制坯在垂直于压制
压制坯面积Fp(cm2) 方向的平面的投影面
-
积
压制坯体积Vp(cm3)
Vp＝(1+ξ/100)Ve