粉末冶金模具设计毕业论文.docx
《粉末冶金模具设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粉末冶金模具设计毕业论文.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
粉末冶金模具设计毕业论文
摘要
随着经济的发展，粉末冶金技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有模具加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。
由于粉末冶金工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在汽车、轻工、电机电器、家用电器，航天航空，以及日常生活用品等行业应用越来越广泛。
随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，粉末冶金模具作为现代高速成型技术在工艺装备中起到越来越大的作用。
本次设计了一套压孔﹑落料的模具。
本课题首先要对压坯进行压制前工艺分析，经过工艺分析和对比，采用单向压制工序，通过对压坯密度、质量、高度与外径等的计算，初步确定芯棒、阴模与模冲的类型。
再分析对压坯加工的压机类型选择所需设计的模具。
得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来，画出模具各零件图和装配图。
本次设计阐述了粉末冶金模具单向压制结构设计及工作过程。
本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。
关键字：
粉末冶金；偏心轮；模具设计。
Withthedevelopmentofeconomy,powdermetallurgicaltechnologyiswidelyusedinnationaleconomicsectors,almostallmoldprocessingproduction,itisnotonlycloselyrelatedwiththemachineryindustry,butalsocloselyconnectedwithpeople'slife.Becauseofpowdermetallurgyprocesswithhighefficiency,stablequality,lowcostandcanbeprocessedwithcomplicatedshapesadvantages,suchascars,lightindustry,motorinelectricalappliances,householdappliances,aerospace,anddailynecessities,etc.Withthecontinuousdevelopmentofindustrialproducts,andconstantlyimprovethelevelofproductiontechnology,powdermetallurgymouldasmodernhigh-speedmoldingtechnologyintheprocessofequipmenthaveplayedmoreandmoreimportantrole.
Thedesignofahole,blankingmould.Afterdataaccess,firsttopressbeforesuppressedprocessanalysis,theprocessanalysisandcontrast,usingone-waypressingprocess,basedonthequality,density,presswithdiameterofsuchheight,preliminarydeterminationofrods,Yinmoldanddie.Toanalysisthepressprocessingmachinetypeselectionforthedesignofthemould.Thedesignthatwilldieaftereachtypeofworkwilldiepartsdesignprocess,drawthepartofassemblyanddie.
Inthispaperthedesignofpowdermetallurgymouldpressingstructuredesignandworkone.Themouldreliableperformance,stableoperation,improvethequalityofourproductsandproductionefficiencyandreducelaborintensityandproductioncost.
Keywords:
Powdermetallurgy,Eccentric,Moulddesign.
2.2.1压坯设计………………………………………………………5
2.2.2压坯密度分布于压制方式选择………………………………9
3.2补偿装粉………………………………………………………………15
3.3成型模结构基本方案…………………………………………………16
3.4成型模主要零件的连接………………………………………………17
3.5浮动结构………………………………………………………………20
3.5.1弹簧浮动………………………………………………………20
3.5.2摩擦浮动………………………………………………………23
3.5.3气压浮动………………………………………………………23
3.6脱模复位结构…………………………………………………………25
3.6.1带下顶缸压机的脱模装粉结构………………………………25
3.6.2无下顶缸压机的脱模装粉结构………………………………26
3.7调节装粉结构…………………………………………………………26
4.整形模结构设计………………………………………………………28
4.1整形方式的选择………………………………………………………28
4.2整形模结构基本方案示例……………………………………………30
4.3送料机构………………………………………………………………31
4.3.1装料机构………………………………………………………31
4.3.2料仓……………………………………………………………33
5偏心轮模具主要零件的尺寸计算…………………………………35
5.1尺寸计算方法…………………………………………………………35
5.1.1径向尺寸的计算………………………………………………35
5.1.2偏心轮模具径向尺寸计算……………………………………39
5.1.3配合精度………………………………………………………40
5.1.4轴向尺寸计算…………………………………………………41
5.1.5偏心轮轴向尺寸的计算………………………………………43
5.2工艺参数及其影响因素………………………………………………39
5.2.1金属粉末的松装密度的及其影响因素………………………39
5.2.2压坯的回弹率及其影响因素…………………………………40
5.2.3烧结收缩率及其影响因素……………………………………41
5.2.4整形余量和回弹量及其影响因素……………………………43
6偏心轮模具零件的设计………………………………………………50
6.1主要零件的设计………………………………………………………50
6.1.1模具主要零件的一般要求……………………………………50
6.1.2成型阴模的镶拼形式…………………………………………52
6.1.3主要零件的材料………………………………………………53
6.2辅助零件的设计………………………………………………………53
致谢…………………………………………………………………………58
附录
第1章绪论
1.1模具技术的发展
1.1.1模具在现代工业中的地位
在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。
由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。
据国际技术协会统计，2000年产品零件粗加工的75%，精加工的50%都由模具加工完成。
在世界上一些工业发达国家，模具工业的发展是很迅速的，据有关资料介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。
模具工业在这些国家已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业，是国民经济的基础工业之一。
模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一[1]。
1.1.2模具工业在国民经济中的地位
模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。
例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的：
金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。
由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。
据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60％～70％；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80％以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85％以上。
据国际生产技术协会预测，到2000年，机械零件粗加工的75％和精加工的50％都将由模具成形来完成。
模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。
1.2我国模具技术的现状发展
尽管我国的模具工业这些年来发展较快，模具制造的水平也在逐步提高，但和工业发达国家相比，仍存在较大差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短、生产周期长等方面。
为了促进我国冲压模具技术的发展,从计算机技术、先进加工技术及装备、其它新技术与冲压模具等方面分析了我国冲压模具的技术现状。
结果表明:
经过几十年的发展,我国的冲压模具总量位居世界第三位,加工技术装备基本已与世界先进水平同步。
以汽车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模,用CAD/CAM/CAE软件进行三维设计和模拟,靠高速、精密的加工设备生产,用新型研磨或抛光代替传统的手工研磨抛光,提高模具质量。
这些都代表了冲压模具发展的趋势[1]。
1.3粉末冶金模具的现状
80年代后，我国的一些主要粉末冶金机械零件生产企业，先后从日本、欧洲及美国引进了高压缩性雾化铁粉成套雾化装备，铁粉精还原炉，卧式雾化铜粉装置，机械式与液压式粉末冶金压机，网带式、推进式及步移梁式烧结炉，氮基气氛装置，水蒸汽处理炉，连续式双金属带材和CM（DU）带材生产线，喷撒法生产铜基摩擦片生产线，以及铁基结构零件、微型精密铜基含油轴承，电机车受电弓滑板，铜基过滤元件，铜基摩擦材料，双金属带材和CM（DU）带材等的制造技术。
通过消化、吸收这些引进技术与设备，有力地推动了我国粉末冶金机械零件工业的技术进步，使其生产技术水平有了明显提高。
例如:
1.hl含油轴承洗衣机、电机用含油轴承1983年以前全部从日本进口，1987年北京粉末冶金工业公司实验厂试制成这种轴承后，挡住了进口。
现在该厂年产量数以百万计，微型精密含油轴承是音像机器和微小型电机不可替代的关键零件。
我国生产这种含油轴承的能力已超过2亿件/年，材料有铜基、铁基及铁铜合金等。
80年代后期，我国家用电冰箱生产发展迅速。
电冰箱的心脏是压缩机，而压缩机的一些主要零件都是用粉末冶金制造的，诸如往复式压缩机中的连杆、活塞、轴套、阀板，旋转式压缩机中的缸体、缸盖、平衡块、叶片等。
现在宁波粉末冶金厂等一些厂家已能批量生产这些零件。
这些零件是由易切削铁粉制造的。
易切削铁粉的主要添加剂MnS，国内已研制成功，并开始小批量生产。
宁波粉末冶金厂经过4年研制，已试制成功大发车的曲轴正时齿轮、凸轮轴正时齿轮、平衡块、主动与从动链轮，止推板等，有的零件已进入批量生产阶段。
上海粉末冶金厂为上海桑塔纳轿车配套的粉末冶金零件17种33件，已有14件（包括二次配套件）先后投入批量生产。
飞速发展的粉末冶金制品，也给模具制造带来了飞速的发展。
有单一的整体式的模具到复杂的组合式的模具一应俱全，产品数量直线上升。
这就为现在的模具设计提出了新的要求：
高的寿命，高的强度，高的耐磨性，高的韧性，高的耐热性等。
这就给设计工作者提出了更高的要求。
这不仅要求对模具制造工艺了如指掌，而且要对材料的性能及特点非常熟悉。
国外在偏心轮模具制造方面已经实现自动化，我国也已向这方面迈进。
不久的将来我们可完全掌握全自动化加工工序。
[1]
2.粉末冶金模具设计原理与方法
2.1概述
粉末冶金主要工序之一是粉末成型，其模具设计是粉末成型的基础，粉末冶金模具又是综合了冶金和机械两方面知识形成的独立类型。
本章将着重从粉末冶金原理方面论述粉末冶金模具的设计。
为了发挥粉末冶金工艺具有的材料消耗低、少、无切削，生产效率高等特点，形成了众多的粉末成型的方法，其模具种类也多种多样，应用最广泛的是压模、精整模、锻模。
粉末冶金模具设计关系到制品生产的质量、成本、安全、生产率和自动化等问题，从而提出了对模具设计的基本原则：
（1）保证坯件达到几何形状、精度、和表面粗糙度、坯件密度及其分布等三项基本要求。
（2）合理设计模具结构和选择模具材料。
保证模具零件具有足够高的强度、刚度、硬度、高耐磨性和使用寿命，便于操作调节，安全可靠，尽可能实现模具自动化。
（3）注意模具结构和零件制造的可加工性和成本问题。
逐步实现模具的通用化、系列化、采用通用模架和通用零件，提高设计效率，实现部分模架零件的批量生产，提高模架质量，降低模具总成本。
粉末冶金模具设计的基本方法：
（1）掌握有关设计资料，作为模具设计依据。
包括制品图纸及技术要求，制品生产批量及工艺流程、工艺参数、压机类型及技术参数；模具加工设备及能力；了解模具在使用中曾出现的问题等。
（2）根据制品图纸进行压坯设计，选择压机和压制方式，设计模具结构图纸，分析是否适于用粉末冶金方法生产。
（3）模具材料选择及要求，由于压模、精整模、锻模、都是在较高压力下工作，模具工作表面要承受严重饿粉末摩擦，特别是锻模在较高温度下工作，承受冲击载荷。
因此，主要模具零件材料应具有高强度、高硬度和高耐磨性；高的刚度和小的热膨胀系数；优良的热处理性能和一定韧性；较好的机加工性能。
粉末冶金模具的主要零件为；阴模、芯模、模冲。
阴模材料一般用工具钢、低合金工具钢、高速钢和硬质合金。
芯杆材料可选择与阴模材料大致相同。
只是热处理硬度低于阴模，特别对细长芯杆更具有较高韧性。
模冲的工作条件主要要求材料具有良好的韧性，一般选择低合金工具钢、碳素工具钢、青铜等。
辅助零件模套、压垫、模座、顶杆、控制杆、模板等选用45号、50号或40Cr、GCr15。
锻模材料要求高温强度高，热处理后硬度比压膜低。
一般采用3Cr2W8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV等模具钢。
（4）模具主要零件尺寸的计算方法，关键在于正确选择设计参数（如弹性后效、烧结收缩率、精整余量、机加工余量）。
由于粉末成分和性能、工艺条件和设备不同，实际生产中会引起设计参数的一定变化，要求在选择是留有可调节的余地才能保证模具零件尺寸计算准确。
（5）绘制模具装配图和零件图，合理提出模具加工技术要求。
[1]
2．2模具设计原理
2.2.1压坯设计
压坯设计定着一种零件能否采用粉末冶金方法压制成型。
它是粉末冶金模具结构设计的主要依据之一，而且是推广粉末冶金制品的重要环节。
压坯设计主要包括压坯形状设计。
压坯精度设计和密度设计。
1压坯形状设计
采用粉末冶金零件代替普通机加工零件时，除了技术上满足原零件的设计和使用要求外，还要考虑零件外形能否由粉末压制成形，这就需要把零件设计成适于压制的粉末压坯。
粉末压坯形状设计，一般是从以下五个方面考虑进行设计的。
从粉末均匀充填；
粉末压制有无困难；
脱模有无困难；
压模结构和强度耐用；
简化压模结构和制造。
在压模形状设计中，一方面要充分发挥少，无切削的工艺特点，在压制条件许可，尽可能设计出与零件相同或相似的压坯，以减少补充机加工和粉末的浪费；另一方面从零件质量要求压制过程特点和压模结构使用寿命等方面分析，避免出现难压和不可压形状。
从而达到简化压模结构，减少模具费用，提高压模使用寿命和压坯质量的设计目的。
2．压坯精度设计
压坯精度设计主要是尺寸精度和位置精度的确定。
由于粉末压制成形特点，在尺寸精度确定时，我们把粉末冶金零件不同位置尺寸分为ａ、ｂ两个尺寸级别如图2-1所示；这两个不同尺寸级别的零件在通过不同最终工序处理后所获得的精度极限值分别如表2-2-1所示。
表2—1按图2—1所确定的尺寸级别a和b的精度（尺寸为18～30mm）
最终工序
按图2—1的尺寸精度
通常获得精度等级极限值（um）
高精度
中等精度
较低精度
精整、整形和某些沉淀硬化处理
a
13
52
-----
b
-----
33
130
烧
结
a
-----
52
210
b
-----
84
520
淬
火
a
-----
52
520
b
-----
130
520
应该指出，粉末冶金零件的径向尺寸精度是比较容易达到高精度要求的，而轴向尺寸精度比较难控制，这与材料成分、粉末性能、压制烧结条件、精整方式以及模具结构设计参数、模具材料等因素有关。
复压复烧态零件，径向尺寸精度9-10级；经自动全精整或复压的小零件，轴向尺寸偏差约为0.03-0.05ｍｍ；在自动压制压坯的轴向高度偏差约为±0.10-0.15ｍｍ.压坯上依赖模具尺寸的a级尺寸精度，一般必须在模具设计尺寸精度高一级条件下才能达到。
总之，采用粉末冶金的压制-烧结-精整工艺制取的高精度零件比采用普通机加工方法来支取是很经济的。
常见的粉末冶金零件的位置精度，有同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等。
自动压制时，轴套类压坯的同轴度偏差可控制在0.02～0.03mm内，相当于7～8级精度。
采用全精整时，在平行于压制方向的压坯侧面，其平行度可达7～8级，在垂直于压制方向的压坯上下端面，其平行度精度只能达9～10级。
一般条件下，压坯垂直精度为9～10级。
压坯的表面粗糙度主要取决于模具工作表面的粗糙度，也与粉末性能和工艺条件有关。
平行于压制方向压坯侧面的粗糙度较低，不精整时可达Ra0.4～1.6，精整后可达Ra0.1～0.4；压坯的端面和锥形、球形侧面，由于精整时它们与模壁之间玩明显的相对移动，所以粗糙度仍为Ra0.4～1.6。
3.压坯密度设计
压坯密度设计关系到零件的物理和机械性能及使用性能，而且对压坯形状、精度设计产生很大影响，压坯密度主要根据零件使用条件和物理、机械性能来确定。
粉末冶金铁基零件密度可分为下列四类：
分类
密度（g/cm3）
孔隙度（%）
单位压力（Mpa）
低密度零件
<6.3
>20
<45
中密度零件
6.3—7.1
9--20
450---825
较高密度零件
7.1—7.6
2---9
>825
高密度零件
>7.6
<2
液相烧结和浸透工艺制作
由此可知，粉末冶金方法可以满足多种使用性能零件的要求。
它可以制作多孔材料，也可以制作接近理论密度的高致密度零件，满足高负荷下使用零件对强度、韧性的要求。
应该指出，制作高密度零件，往往还需采用合金化热处理和热锻等工艺措施，这样不仅增加制造成本，而且使零件形状和精度受到限制。
一般来说，三者之间关系为：
低密度零件，形状可以复杂些，精度也可以高些；高密度零件，形状和精度都要相对降低。
同时，在设计各种坯件时，应注意压力中心问题。
应当使压坯的压力中心与阴模外形的中心]模冲承压垫板的中心以及压机的压力中心重合。
否则，会产生额外的弯距，使压机活动横梁台面歪斜，加剧导柱的磨损；并使上、下模冲承受额外弯距，轻则使配合间隙分配不对称，划伤模壁，重则使模冲弯断。
对于几何形状对称的截面，其压力中心即为几何中心；对几何形状非对称截面，其压力中心应是截面的重心。
2.2.2压坯密度分布与压制方式选择
压坯密度的均匀性，是大压模设计要解决的主要压制质量指标。
在压制过程中，影响压坯密度分布均匀性的因素较多，除了粉末成份、性能及模具表面质量外，主要有两个方面：
一是由于与模壁之间的摩擦所引起的压坯密度不均匀分布，它与压制方式有关。
另一是当模腔中的粉末同时受到压缩时，粉末体产生柱式流动，几乎不产生明显的横向流动，所以压坯密度分布的均匀性还与模腔内各部分粉末装填高度、压缩比、压缩速率或最后压缩速度有关，这些都可以通过压制工艺参数来控制。
由于粉末与模壁之间的摩擦，所引起压坯密度无论是在高度还是横截面的分布都是不均匀的，特别是随着压坯高径比的增大引起的压坯密度沿高度方向的不均匀越来越大。
但是压制方式不同，压坯密度分布有很大差别。
单向压制时，压坯密度分布很不均匀，如果采用双向压制中的非同时双向压制或摩擦芯杆压制，可以显著改善压坯密度分布的不均匀性。
明确了压坯密度分布与压制方式之间的关系后，要解决压模设计中压坯密度分布的均匀性，必须根据压坯的形状、高径比、生产批量和压机选择压制方式和压模结构类型。
（1）当圆柱体压坯的高径比H/D≤1时，圆筒形压坯的高壁厚比H/T≤3时，可采用单向压制和单向压模；
（2）当H/D＞1或H/T＞3时，则通常采用双向压制和双向压模；
（3）当H/T＞4时，最好采用压制时芯杆和阴模能相对移动的压模；
（4）当H/T＞6～10时，可采用摩擦芯杆压模或压制时阴模、芯杆和上模能相对下模冲移动的压模结构。
一般浮动芯杆的移动速度约等于阴模移动速度二分之一。
但上模冲的移动速度要比阴模和芯杆大，才能保证压坯密度分布均匀。
如图所示偏心轮压坯的高经比H/D＝8/45＜1可采用单向压制和单向压模。
3成型模结构设计
成型模结构设计的原始依据可按如下几点确定：
（1）压坯形状、精度和粗糙度由压坯工艺确定。
（2）生产方式是机动还是手动，由生产批量和产条件确定。
（3）压制方式采用哪一种，由压坯形状和密度均匀性要求，以及模具结构的复杂程度确定。
（4）采用何种压机由压制压力，脱模力和压制行程，工作台面积，以及模具特殊的动作需要等因素来确定。
成型模设计结构时，按如下顺序进行：
（1）压制上面的选择压坯在压制时那个面向上，这需综合各方面的因素比较来确定。
这些因素诸如侧正面积弊、密度的均匀性、压制压力、压坯精度、装粉模具以及磨具加工等。
（2）补偿装粉的考虑对于压制方向变横截面的压坯，为了使压坯的不同部分压制密度均匀，应该采用何种组合结构（选择合理的分形面）达到补偿装粉的目的，以便待到基本相同的压缩比。
（3）脱模方式对无台阶的压坯，是考虑采用顶出式（下模冲将压坯订出阴模）还是拉下式（下冲模不动，将阴模拉下，脱出压坯）。
对于带台阶件，球面件、螺旋面件，以及多平行孔件，需要从模具结构上来解决问题。
（4）构方案的确定根据压坯的形状、压制方式、脱模方式、补偿装粉的要求和轧
升级会员 