粉末冶金机械零件设计技术课件.ppt

第五章第五章 粉末冶金零件设计粉末冶金零件设计第一节粉末压坯第一节粉末压坯形状形状设计设计第二节粉末压坯第二节粉末压坯密度密度设计设计第三节压坯第三节压坯尺寸及精度尺寸及精度设计设计1 、粉末压坯形状设计、粉末压坯形状设计根据现有粉末成形根据现有粉末成形压机的构造和模架压机的构造和模架 模具的结构模具的结构，一般将，一般将能成形的粉末压坯归纳为能成形的粉末压坯归纳为6种种基本类型，如下图：基本类型，如下图：压坯形状的分类压坯形状的分类几种压坯形状汇总几种压坯形状汇总压坯分压坯分类类阴模阴模上模冲上模冲下模冲下模冲芯棒芯棒111有有/无无112有有/无无122有有/无无113有有/无无123有有/无无球面、斜面、螺旋齿等球面、斜面、螺旋齿等有有/无无粉末冶金的压坯形状设计粉末冶金的压坯形状设计：制制品压坯形状设计是在保证产品使用要求的情况下，从品压坯形状设计是在保证产品使用要求的情况下，从压制压制过程过程（装粉装粉、压制压制、脱模脱模）、）、模具寿命模具寿命、压坯质量压坯质量等方面来等方面来考虑1)、应满足装粉均匀性要求：应满足装粉均匀性要求：最最小壁厚小壁厚不能小于不能小于1mm，齿厚需要在，齿厚需要在1mm以上，齿根及顶以上，齿根及顶部要有部要有R0.3以上以上的过渡圆弧的过渡圆弧，这样才能是粉末，这样才能是粉末易于流动和均易于流动和均匀充填匀充填。

1mm以上以上R0.3mm以上以上1mm以上以上如下图的零件，在压制时，如下图的零件，在压制时，尖角处尖角处往往不能成型，应将尖角往往不能成型，应将尖角处设计有处设计有R0.3的圆角的圆角图C所示的所示的带台阶零件带台阶零件，为了便于，为了便于粉粉末流动和充填末流动和充填，避免尖角处，避免尖角处应力集中和开裂应力集中和开裂，台阶处应设，台阶处应设R0.25以上以上的圆角的圆角R0.25mm以上以上R0.3mm以上以上(2)、应满足压坯成型及脱模的需要：应满足压坯成型及脱模的需要：一般压坯成型都是一般压坯成型都是沿压坯的轴向沿压坯的轴向进行的，制品是进行的，制品是径向径向的的孔孔、槽槽、螺纹螺纹和和倒锥倒锥，通常是不能压制成型，通常是不能压制成型的设计时必须将其计时必须将其设计成能压制成型和脱模的形设计成能压制成型和脱模的形状横向沟槽和退刀槽制品设计示例横向沟槽和退刀槽制品设计示例这样的零件能不能成型和脱模？这样的零件能不能成型和脱模？粉末冶金模具示意图粉末冶金模具示意图图中所示，外形有图中所示，外形有滚花网纹滚花网纹的制品应设计为与的制品应设计为与压制方向平行压制方向平行的直纹的直纹才能成形和脱模。

才能成形和脱模3)、应保证模具寿命：应保证模具寿命：由于铁基烧结结构零件的成型压力一般由于铁基烧结结构零件的成型压力一般为为600MPa左右左右，设，设计压计压坯时应避免在压模结构中出现坯时应避免在压模结构中出现不坚固不坚固部位，同时应力求模具部位，同时应力求模具结结构简单易于制构简单易于制造a）小孔压坯小孔压坯：压制极小孔（直径小于：压制极小孔（直径小于2mm或长或长度较长、度较长、直径直径小于小于3mm）压坯时，）压坯时，芯棒芯棒压制时可能弯曲或脱模时被拉压制时可能弯曲或脱模时被拉长，芯长，芯棒可能会断棒可能会断裂b）薄壁压坯薄壁压坯：压制薄壁、长零件的模具十分易坏，且：压制薄壁、长零件的模具十分易坏，且模具模具寿寿命很短，一般要求命很短，一般要求压坯壁厚不小于压坯壁厚不小于1.5mmc）相切圆压坯，台阶圆相切）相切圆压坯，台阶圆相切类制品类制品单边不得小单边不得小于于1.5mm60Rd）曲面和斜面压坯）曲面和斜面压坯具有具有球形表面球形表面的压坯，其中间部位应的压坯，其中间部位应有一直带有一直带（宽度不得小（宽度不得小于于1mm)对于于有拔梢或斜度的压有拔梢或斜度的压坯坯,阴阴模和模冲或芯棒移动模和模冲或芯棒移动时斜坡相接处时斜坡相接处塞粉塞粉，需要在压，需要在压制方向制方向上上有一长为有一长为1mm的的平行平行面。

面e）带尖角或细窄部分的压坯）带尖角或细窄部分的压坯模具细窄处强度低，易于在模具细窄处强度低，易于在应力集中应力集中处断裂，必须将压坯的处断裂，必须将压坯的尖角处尖角处设计成设计成圆角圆角，细窄部位细窄部位应尽量设计成应尽量设计成宽度在宽度在1mm以上，以上，在在拐角处拐角处应有应有圆角圆角过过渡f）圆角和倒角）圆角和倒角为了避免模冲出现尖薄边缘，为了避免模冲出现尖薄边缘，倒角应设计成倒角应设计成45以上，或同时以圆弧过渡，以上，或同时以圆弧过渡，并有并有0.2mm的平台的平台，这使得模具具有足够的强度，模冲倒角凸出部的破，这使得模具具有足够的强度，模冲倒角凸出部的破裂降低到最低程度裂降低到最低程度30特殊压坯形状设计：特殊压坯形状设计：a）凸凹台）凸凹台高度高度压坯总高度压坯总高度15%15%的单一凸台和其斜度足够大时，往往可用的单一凸台和其斜度足够大时，往往可用具有相具有相应凹形面的整冲成型应凹形面的整冲成型用这种成型方法压坯凸台与其余部分用这种成型方法压坯凸台与其余部分密度差较大密度差较大，但模具简单，模具与零件费用较低，且轴向尺寸公差较但模具简单，模具与零件费用较低，且轴向尺寸公差较小。

小a a）设计）设计改为（改为（b b）设计可以使用此法）设计可以使用此法b）沟槽）沟槽在在中低密度的零件中低密度的零件上任一端都可以压出沟上任一端都可以压出沟槽槽需需要符合以下条要符合以下条件：件：半半圆形或弧形圆形或弧形沟槽深沟槽深压坯总高度的压坯总高度的3030% %；矩矩形沟槽形沟槽平行于压制方向深度平行于压制方向深度压坯总高度的压坯总高度的20%20%c）孔）孔零件中位于压制方向，不论多复杂的零件中位于压制方向，不论多复杂的通孔通孔，都，都可以单轴向压制可以单轴向压制，并容易，并容易成型，而对于成型，而对于盲孔盲孔，则需要注意：，则需要注意：、应避、应避免图（免图（a a）所示的）所示的底面面向凸缘底面面向凸缘的盲孔形的盲孔形式；式；、图（图（b b）所示的上端）所示的上端盲孔需要较浅盲孔需要较浅，且有，且有脱模斜脱模斜度度，可用带凸起构，可用带凸起构型的模冲；型的模冲；、图（图（b b）、（）、（c c）所示的下端孔可以使用）所示的下端孔可以使用活动芯棒或下模冲活动芯棒或下模冲成型成型、图（图（d d）的）的异形异形孔虽然孔虽然可可以成型以成型，但改，但改为为圆孔圆孔会对模具寿命，芯棒会对模具寿命，芯棒制造、模具精度等有较大提制造、模具精度等有较大提高；高；d）字母、数字标志）字母、数字标志不同压坯形状压制面的选择：不同压坯形状压制面的选择：压制面是指压制面是指成型时压坯的方向成型时压坯的方向，其对零件的影响至关重要，其对零件的影响至关重要1、从压制成型过程来看、从压制成型过程来看a）多台阶压坯：多台阶压坯：考虑到多台阶的考虑到多台阶的补偿装粉补偿装粉，如下图所示，如下图所示，需要注意：需要注意：外台阶朝上、内台阶朝下、平端面朝上、小头朝外台阶朝上、内台阶朝下、平端面朝上、小头朝下下的原则的原则b）带有孔槽的压坯带有孔槽的压坯：为了便于压坯脱模，应使：为了便于压坯脱模，应使孔槽平行孔槽平行于于压制方向；压制方向；c）带有特殊形状的压坯带有特殊形状的压坯：一般将：一般将难加工或异形的面放在压难加工或异形的面放在压制成型的方向制成型的方向，将易加工的结构后续通过机加工实现；，将易加工的结构后续通过机加工实现；2、从保证压坯质量的角度来考虑、从保证压坯质量的角度来考虑a）压坯密度均匀性：）压坯密度均匀性：如下图（如下图（a）可以提高压坯的）可以提高压坯的密度均匀性密度均匀性；图（；图（b）采用）采用凹坑凹坑向下向下的方向压制，可以部分地的方向压制，可以部分地减少凹坑的装粉减少凹坑的装粉，有助于，有助于改善改善密度分布密度分布，凹坑越深改善越明显；图（，凹坑越深改善越明显；图（c）凸脐上凸脐上，因上模，因上模冲下行，压坯上部密度提高以免因凸脐部分少装粉所带来的冲下行，压坯上部密度提高以免因凸脐部分少装粉所带来的密度偏低的密度偏低的不足。

不足b）提高压坯局部密度提高压坯局部密度：将有：将有螺旋齿的面螺旋齿的面作为上表面，可以作为上表面，可以提提高齿部密度高齿部密度；将；将内圆弧及锥齿面向上内圆弧及锥齿面向上也有助于也有助于提高局部的密度提高局部的密度；c）高精度面应在侧面高精度面应在侧面d）避免锥面压制皱纹）避免锥面压制皱纹：外锥大头朝上，内锥小头朝上外锥大头朝上，内锥小头朝上；如；如图（图（c）所示，外形用）所示，外形用补偿装粉法补偿装粉法，内形是用，内形是用粉末侧向移动粉末侧向移动成型法成型法3、考虑生产条件、考虑生产条件简化模具结构：图（简化模具结构：图（a1）方式需要）方式需要上二下二上二下二的模具压制，图的模具压制，图（a2）则可以使用）则可以使用上一下二的上一下二的方式压制；对于图（方式压制；对于图（b），在），在两个台阶相接处有一斜坡，很难解决密度差的问题，如果用两个台阶相接处有一斜坡，很难解决密度差的问题，如果用仿形装粉法仿形装粉法可以大大降低密度差，且模具结构简单，生产效可以大大降低密度差，且模具结构简单，生产效率高，报废少率高，报废少粉末冶金零件设计粉末冶金零件设计粉末压坯的密度设计粉末压坯的密度设计粉末压坯密度大小设计：粉末压坯密度大小设计：一般来说，材料的一般来说，材料的密度越大密度越大，其物理力学性能越高，故常用，其物理力学性能越高，故常用密度作为密度作为粉末冶金材料的粉末冶金材料的分类标准分类标准：小知识：小知识：温压：温压：在传统的粉末冶金设备上采用特制的温压专用粉末加热系统、粉在传统的粉末冶金设备上采用特制的温压专用粉末加热系统、粉末输送系统和模具加热系统，将温压专用粉加热末输送系统和模具加热系统，将温压专用粉加热到到130-150后压制成坯，后压制成坯，再经过后续烧结等处理，制取粉末零件。

其密度可达再经过后续烧结等处理，制取粉末零件其密度可达7.25-7.5g/cm3，其其中以中以7.3g/cm3密度较易实现密度较易实现液相烧结：液相烧结：通过加入适量的合金元素，提高烧结温度，在烧结过程中产通过加入适量的合金元素，提高烧结温度，在烧结过程中产生生一定量的液相一定量的液相，强化烧结，通过液相来填充孔隙，并使烧结产生很大，强化烧结，通过液相来填充孔隙，并使烧结产生很大的收缩，以获得密度的收缩，以获得密度大于大于7.4g/cm3的粉末冶金零件的粉末冶金零件熔渗：熔渗：将金属将金属熔体靠毛细管力渗入熔体靠毛细管力渗入到多空系统中，从而可以获得密度大到多空系统中，从而可以获得密度大于于7.4g/cm3的粉末冶金零件的粉末冶金零件热锻热锻：将原料粉末用刚性模具或冷静压成型技术预成型，预烧结或经烧：将原料粉末用刚性模具或冷静压成型技术预成型，预烧结或经烧结，在结，在热状态下锻造烧结坯热状态下锻造烧结坯，实现高密度（，实现高密度（ 7.4g/cm3 ）的粉末冶金制）的粉末冶金制品的方法品的方法粉末压坯密度均匀设计：粉末压坯密度均匀设计：1、等高压坯密度均匀设计、等高压坯密度均匀设计a）细长类零件：如图所示的衬套类零件压坯，在采用单）细长类零件：如图所示的衬套类零件压坯，在采用单向向压制时，其上下密度差达压制时，其上下密度差达0.46g/cm3，硬度差达，硬度差达25HB；如如采采用双向压制，其上、下与中间的密度差小于用双向压制，其上、下与中间的密度差小于0.13g/cm3，硬度硬度差可以控制在差可以控制在5HB范围范围内。

内b）薄壁类零件：）薄壁类零件：如下图所示，可以看出如下图所示，可以看出壁厚越小，整体密度越低壁厚越小，整体密度越低，上、中、，上、中、下下密度差也越大密度差也越大，这是，这是阴模内壁与芯棒表面阴模内壁与芯棒表面对粉末的摩擦阻对粉末的摩擦阻力增大所致力增大所致c）高精度齿轮零件）高精度齿轮零件：对于对于侧正比大侧正比大的齿轮类压坯，在的齿轮。