硬质合金C4形刀片模具设计Word格式文档下载.docx

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指导教师：

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助理指导教师：

摘要

根据需要使用粉末冶金工艺生产C4形刀片。

通过对压坯形状的设计和对C4形刀片零件图的形状和尺寸分析，通过对其零件图进行部分尺寸的微小改动。

通过对压坯进行正确、合理地选择工艺参数（如材料成分、松装密度、压缩比、压坯回弹率及烧结收缩率等）。

利用这些参数来进行如：

计算模具、压坯及烧结件的径向和轴向尺寸、上模冲、下模冲的定位高度、阴模高度的设计。

然后将这些工艺尺寸结合C4形刀片的基础知识和粉末冶金压制和烧结理论确定了所需要设计压制模具阴模的型腔以及上﹑下模冲的高度和尺寸，简要介绍了模具主要零件的结构及特点如阴模及模冲等，并绘制这些主要零件。

并且简单介绍如何选择模具材料及其应该满足的技术要求。

通过对本设计的结果进行了讨论与分析，得出结论：

模具设计合理、材料利用率高、能耗低、产品质量可靠，生产效率高，其成本比机加工低，效果好，适合大批量生产。

关键词粉末冶金，C4形刀片，工艺设计，模具设计，参数计算

ABSTRACT

AccordingtotheneedstousepowdermetallurgyprocessproductionC4formtheblade.Throughtothepressure,thedesignofbilletshapeofdrawingthebladeofC4shapeanddimensionanalysis,Throughitspartsdrawingpartofthesizeofthechanges.Throughtothepressurebilletiscorrectandreasonabledensitytochooseprocessparameters（Likethematerialcomposition,loosetheapparentdensity,compression,suppressreboundrateandburnashrinkagerate,etc）.Theuseoftheseparameterssuchascalculatingthediecasting,pressureandsinteringinradialandaxialdimensions,theupperdiedown,thelowerdierushedthepositioningoftheheight,Yinmodeoftheheightofthedesign.ThenwilltheprocesswithC4typesizethebasicknowledgeofthebladeandpowdersuppressesandsinteringtheorydeterminedsuppressionofmoldcavitydesign,AndbrieflyintroducesthemainpartsofthemouldstructureandthecharacteristicsuchasYinmoldanddieblunt,etc.Andthemainpartsdrawing,Simpleintroductionhowtochoosematerialandshouldmeetthetechnicalrequirements.Thisistheresultofdesignwasdiscussedandanalyzed,drawtheconclusion:

Themoulddesignisreasonable,materialutilizationrate,lowenergyconsumption,theproductqualityisreliable,highproductionefficiency,itscoststhanmechanicalprocessinglow,theeffectisgood,suitableformassproduction.

Keywordspowdermetallurgy，C4-shapedblade，Processdesign，Molddesign，Parametercalculation

1绪论

1.1课题背景

尖端技术的不断进步使得一些高新科技领域，如航空航天﹑核能﹑新式武器制备﹑汽车工业﹑计算机等，对零部件提出了更高的要求，给传统的粉末冶金模压成形带来了巨大挑战：

（1）零部件尺寸向极小和极大方向发展：

零件尺寸可以达0.55mm或更小，如光纤连接器所用的陶瓷插针（外径1.25mm，内孔125um，长10mm），尺寸极大的制品有一维尺寸超过1m的各种板材﹑带材﹑棒材﹑管材以及二维尺寸很大的各种板材或三维尺寸很大的零部件，如飞机发动机涡轮叶片，大型涡轮增压器转子等。

（2）零部件形状趋向于复杂化：

如飞机发动机涡轮盘﹑调速控制器的执行元件﹑植入牙陶瓷螺杆及阀门等；

（3）零部件具有更高的服役性能：

如核聚变反应堆中的面向等离子元件（PFC），分流电阻器及燃气轮发动机中的关键部件等[1,2]。

传统模压成形由于其自身的局限性在精密的小零件不见及大型的结构件制备上不具有优势，同时无法满足这些领域对制品形状复杂性，高精度，高性能的要求。

在本次设计中，通过了解一些新的粉末冶金成形技术，来进一步对所要设计的模压成形技术进行深入的研究。

图1.1列出了传统粉末冶金机械零件制造工艺的基本流程[3]。

图1.1传统粉末冶金机械零件制造基本工艺流程

本节主要介绍几种粉末冶金成形技术的基本原理及其技术优势，如粉末注射成形技术，粉末挤压成形，热等静压技术等。

通过对这些技术的介绍来了解一下这些粉末冶金新技术的发展状况以及它们的技术优势。

1.2粉末注射成形技术

1.2.1粉末注射成形原理

粉末注射成形（PIM）是一种将粉末冶金技术与塑料注射成形技术相结合的增塑净成形技术。

它利用高分子有机物作为粘结剂，充分利用其在加热到一定温度下的熔融和流动特性，类似注射塑料一样将粉末和粘结剂的混合物成形为各种所要的后续加工工序得到最终产品。

1.2.2粉末注射成形技术优势

PIM工艺的主要优势是可以以低成本制备非常复杂形状的零件。

与传统粉末冶金和精密铸造相比，PIM工艺的优势具体表现在[4]：

（1）产品形状可以非常复杂和非常细小，并且具有形成任何几何形状的能力，如可以制成制品内部的螺纹及外部的螺纹，从而使得产品的机加工程度降至最低。

（2）材料利用率高。

由于喂料可以重复使用，因此材料利用率可达到95%以上，这一特点对于一些贵重的金属材料的生产尤为重要，如高密度钨合金，硬质合金，特种陶瓷以及贵金属等。

（3）PIM所得零件表面精整程度较高，形状保持较好，无需进行磨削或机加工等二次加工亦可保持其形状上的精准性。

（4）自动化程度较高，因而该工艺适合用于批量生产。

对于大批量生产，生产速率可达每天200000件制品的规模。

（5）可以通过采用塑料工艺中已有的计算机方法进行计算机模拟，得到最佳的零件和模具设计。

（6）采用共注射成型还可以制备由不同成分材料组成的零部件。

1.3粉末挤压成形

1.3.1粉末挤压成形原理

粉末挤压成形技术是在金属与塑料加工的挤压工艺基础上演化而来的一种粉末冶金净成形新技术[5]。

将塑料挤压工艺技术和粉末冶金相结合便产生了当今的粉末挤压成形技术。

粉末挤压成形发展至今已成为制取硬质合金，高密度以及其他多种金属与合金的管﹑棒﹑条及其他异形产品的最重要方法之一。

挤压过程是将经过增塑混合料放入挤压筒中，在挤压筒的一端安防模子，模子上有所需挤压制品端面的模孔，在挤压筒的另一端插入挤压冲头，挤压机的压力通过挤压冲头传给混合料，使之通过模孔而成为具有一定形状的制品。

1.3.2粉末挤压成形技术的优点

（1）产品形状几乎不受限制，能挤出常规粉末冶金工艺无法得到的形状复杂，物理力学性能优良的异形件。

（2）成品密度均匀。

常规粉末冶金工艺由于成形过程受粉末内外摩擦力的影响各处受压不均，从而造成坯块密度的不均匀；

增塑粉末挤压成形用喂料经高温剪切混合，成形过程又处在均衡受力剪切流变状态，挤出毛坯其横向与纵向密度相当均匀。

（3）适用性广。

由于成形剂的加入，一些成形性不好的粉末也能用粉末挤压成形工艺生产。

（4）烧结过程收缩一致，能较好地控制制品的尺寸公差。

（5）挤压不同形状的异形制品有较大的灵活性，可以方便地更换挤压嘴。

（6）生产过程具有高度的连续性，挤压制品长度几乎不受挤压设备的限制，挤出返料可以反复继续使用。

1.4热等静压技术

1.4.1热等静压技术的基本原理

在热等静压过程中，一般采用惰性气体作为压力传递介质，也可采用液体金属或固体颗粒作为热等静压的压力传递介质。

粉末体包套或玻璃制备。

热等静压工作原理首先将粉末装入包套，再放入密闭的缸体中，通过压缩机往缸体中打入高压氩气或氦气，同时将缸体内的加热体通电加热，于是高温和高压的气体从各方向均匀的压缩包套，从而使粉末零件同时进行压制和烧结。

由于材料各方面均匀受力，材料显微组织非常均匀，并很好地消除内部空隙，致密度可达100%，因此，材料能获得优良的综合力学性能[6]。

1.4.2热等静压的优点

热等静压技术与常规的成形技术相比，压制时粉末各个方面能均匀受压，避免了粉末与模壁的摩擦，因而能够实现均匀成形。

由于热等静压压制品在尺寸，形状和性能方面显示出很大的优越性，并且近几年在生产中经济效果和安全方面取得不断改进，使得热等静压工艺在许多领域中取代了常规的成形—烧结技术。

热等静压技术的优点主要有以下几点[7]：

（1）热等静压粉末制件密度高。

一般粉末冶金件的相对密度只有95%左右，而热等静压制品的相对密度可达99.80%—99.99%。

（2）热等静压粉末冶金制品密度分布均匀，能够制造出长经比很大的制件。

（3）能够生产形状复杂和近净成形的零件。

热等静压技术在制备各种形状产品时具有很大的灵活性。

它不仅能够制作各种外形复杂的产品，还能制作具有复杂形状内腔的产品。

（4）产品性能优异。

热等静压制品比一般热压制品致密度高，其显微孔隙几乎为零。

用热等静压工艺生产的硬质合金模具，其使用寿命比用一般方法生产的高四倍以上。

（5）使用热等静压技术生产有毒粉末或放射性材料时，可以大大减少对操作人员的危害，改善劳动条件。

（6）热等静压技术不仅可以生产各种金属，陶瓷，硬质合金与复合材料等粉末冶金制品，而且可以用来消除铸件，锻件的内部疏松，孔洞和裂纹等缺陷，也可将使用中产生内部缺陷的旧铸，锻件进行热静压修复。

1.5硬质合金C4形刀片模具设计的主要工作步骤

在本设计需要解决以下几个问题：

（1）了解硬质合金C4形刀片模具设计的基本原理和读懂图纸；

（2）确定大概的工艺流程，选择压制方式，选择压机；

（3）计算装粉重量，装粉体积，最终烧结件重量，选择合适的模冲，阴模的材料和装配精度；

（4）绘制上模冲，下模冲，阴模零件图和最终的总装配图，选择合适的尺寸精度、形位公差及表面粗糙度；

（5）进行后续加工，热处理和车加工；

（6）讨论本设计的优缺点，提出自己的建议和改进措施。

2硬质合金C4形刀片模具设计基本原理

2.1