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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。 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。 其他参数 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 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。 计算内容 定义或计算公式 有关说明 压制坯面积Fp(cm2) 压制坯在垂直于压制方向的平面的投影面积 - 压制坯体积Vp(cm3) Vp＝(1+ξ/100)Ve 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) Hp＝H-lp+ε+Δm H—粉末零件尺寸， Δm—机加工余量， lp，ε的意义见上 装粉高度H0(mm) H0＝KρHp Kρ—粉末压实系数， Kρ＝ρp/ρ0 表1金属粉末压制成形坯料计算 二 、凹模与芯棒的工作尺寸 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。 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) 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 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； 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) 芯棒工作尺寸(mm) 尺寸名称 计算公式与说明 尺寸名称 计算公式与说明 压制模具 型腔名义尺寸 Dn＝Dmin-lp±ε±ηrpDmin—零件最小允许尺寸ηrp—后续精压余量 芯棒名义 尺寸 dn＝dmax-lp±ε±ηrp±lrpdmax—芯棒最大尺寸 型腔最大 允许尺寸 Dn′＝Dmax-lp±ε±ηrpDmax—零件最大允许尺寸 芯棒最大 允许尺寸 dn′＝dmin-lp±ε±ηrp±lrpdmin＝d+δl—芯棒最小允许尺寸d—零件孔径；δ1—孔径下偏差 型腔磨损余量 ΔD＝Dn′-Dn-δAδA—型腔尺寸实际偏差量 芯棒磨损余量 Δd＝dn′-dn-δaδa—芯棒尺寸实际偏差量