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第七章第七章 粉末冶金成形模具与模粉末冶金成形模具与模架架()第一节第一节 成形模具结构设计成形模具结构设计第二节第二节 成形模具结构方案成形模具结构方案第三节第三节 压模自动化机构的设计压模自动化机构的设计第七章 粉末冶金成形模具与模架()第一节 成形模具结构设计1成成形模具结构分类形模具结构分类分类方法分类方法成形模具类别成形模具类别产品复杂程度产品复杂程度类（柱状），类（柱状），类、类、类、类、类、类、类（多台阶组合）类（多台阶组合）及特殊类压坯（曲面压坯组合、旋转）压模及特殊类压坯（曲面压坯组合、旋转）压模压制方式压制方式单向、双向、浮动、摩擦芯杆及拉下阴模压模单向、双向、浮动、摩擦芯杆及拉下阴模压模阴模固定方式阴模固定方式固定阴模、浮动阴模固定阴模、浮动阴模脱模方式脱模方式顶出式、拉下式、可拆缷式顶出式、拉下式、可拆缷式自动化程度自动化程度手动、半自动和全自动压模手动、半自动和全自动压模同时压制压坯数量同时压制压坯数量单槽、多槽单槽、多槽表表7-17-1成形模具结构分类成形模具结构分类1.成形模具结构设计成形模具结构设计成形模具结构分类分类方法成形模具类别产品复杂程度类（柱状）2成形模具结构设计原则成形模具结构设计原则在压模设计在压模设计 制造和使用过程中，常常会出现以下一些问题。制造和使用过程中，常常会出现以下一些问题。压件压件密度不均匀密度不均匀，压件，压件几何形状和尺寸精度几何形状和尺寸精度达不到要求。达不到要求。压件压件不易脱模不易脱模，压制时，压制时操作烦琐，劳动强度大操作烦琐，劳动强度大。模具零件模具零件不易加工不易加工，模具制造费用高。，模具制造费用高。压模压模使用寿命短使用寿命短，且容易发生安全事故等。，且容易发生安全事故等。成形模具结构设计原则在压模设计 制造和使用过程中，常常会出现3为避免出现上述问题，压模设计应遵循以下一些原则。为避免出现上述问题，压模设计应遵循以下一些原则。充分发挥粉末冶金充分发挥粉末冶金少、无切削少、无切削的工艺特点。的工艺特点。尽可能实现尽可能实现自动化自动化设计合理的设计合理的模具结构、选择模具材料和制作工艺模具结构、选择模具材料和制作工艺为避免出现上述问题，压模设计应遵循以下一些原则。4成成形模具结构设计步骤形模具结构设计步骤压坯压坯压制上端面压制上端面的选择的选择 是否需要是否需要移送装粉移送装粉压制方式压制方式的确定的确定 脱模方式脱模方式的确定的确定 模架类型及模具结构方案模架类型及模具结构方案的确定的确定 计算计算装粉高度和模具轴向尺寸装粉高度和模具轴向尺寸 计算计算阴模、芯棒和模冲阴模、芯棒和模冲的径向尺寸的径向尺寸 绘制结构装配总图及零件图绘制结构装配总图及零件图 成形模具结构设计步骤压坯压制上端面的选择 是否需要移送装粉压52.成形模具结构方案成形模具结构方案普通成形模结构基本方案示例普通成形模结构基本方案示例普通成形模结构基本方案示例普通成形模结构基本方案示例 图图7-1 单向压制压模结构方案单向压制压模结构方案(a)bc图图7-2 无台阶面实体双向压无台阶面实体双向压制压模结构方案制压模结构方案(长细比长细比1 h/d 3)图图7-3 无台阶面带孔类双向无台阶面带孔类双向压制压模结构方案压制压模结构方案(长壁厚长壁厚比比3 h/T 6)长细比长细比h/d=11.5长壁厚比长壁厚比h/T 3型压坯型压坯2.成形模具结构方案普通成形模结构基本方案示例 图7-1 6型压坯型压坯图图7-4 摩擦压制压模结构方案摩擦压制压模结构方案(a)长壁厚比长壁厚比h/Tmin 6(b)(c)长壁厚比长壁厚比h/T 7.5，且，且d T的带孔类压坯的带孔类压坯型压坯图7-4 摩擦压制压模结构方案(a)长壁厚比h/Tm7类、类、类、类、类、类、类多台阶压坯类多台阶压坯图图7-5 型压坯压模结构方案型压坯压模结构方案(a)(b)(c)类、类、类、类多台阶压坯图7-5 型压坯压模结构方8图图7-9 多台阶压坯压模结多台阶压坯压模结构方案构方案图7-9 多台阶压坯压模结构方案9综上所述，对于多台阶和凹槽的压坯，在考虑压模方案时，综上所述，对于多台阶和凹槽的压坯，在考虑压模方案时，应注意以下几点：应注意以下几点：结合现有压机和压模的情况，以及压形结合现有压机和压模的情况，以及压形上端面的确定上端面的确定，尽量尽量减少分形减少分形，以，以简化模具结构简化模具结构；固定模冲及浮动模冲固定模冲及浮动模冲的确定，通常装粉最高的模冲作为的确定，通常装粉最高的模冲作为固定模冲，并且浮动模冲固定模冲，并且浮动模冲(上或下上或下)相对于固定模冲都是相对于固定模冲都是与成形方向相反的方向作相对运动，由弹簧或气与成形方向相反的方向作相对运动，由弹簧或气 液压得液压得浮动结构决定；浮动结构决定；采用采用拉下式脱模，或拉、顶结合的脱模方式拉下式脱模，或拉、顶结合的脱模方式，与压机及，与压机及模架的结构有关。模架的结构有关。综上所述，对于多台阶和凹槽的压坯，在考虑压模方案时，应注意以10特殊成特殊成特殊成特殊成形模结构基本方案示例形模结构基本方案示例形模结构基本方案示例形模结构基本方案示例 台阶压模结构方案台阶压模结构方案图图7-10 带台阶的压模结构方案带台阶的压模结构方案(a)阴模带台阶阴模带台阶(b)芯棒带台阶芯棒带台阶特殊成形模结构基本方案示例 台阶压模结构方案图7-10 带台11组合阴模压模结构组合阴模压模结构图图7-11 组合阴模压模结构方案组合阴模压模结构方案(a)装粉装粉(d)脱压坯下半部脱压坯下半部(c)脱压坯上部脱压坯上部(b)压形压形组合阴模压模结构图7-11 组合阴模压模结构方案(a)装粉(12旋转压模结构方案旋转压模结构方案图图7-13 旋转压模结构方案旋转压模结构方案(a)(b)(c)旋转压模结构方案图7-13 旋转压模结构方案(a)(b)(c133.压模自动化机构的设计压模自动化机构的设计3.1浮动机构浮动机构模具的主要零件模具的主要零件阴模、芯棒和上、下模冲阴模、芯棒和上、下模冲(包括压套包括压套)都可浮动。浮动的作都可浮动。浮动的作用为：用为：减少压制时压坯与模具间的摩擦力，形成减少压制时压坯与模具间的摩擦力，形成双向压制双向压制、双向摩擦压制双向摩擦压制及及后后压压等，以改善压坯密度的均匀性，减少压制压力。等，以改善压坯密度的均匀性，减少压制压力。通过组合模冲的浮动，借以通过组合模冲的浮动，借以改善原始装粉状态改善原始装粉状态，获得与移送装粉相当的，获得与移送装粉相当的效果。虽然不同部位的粉末受压有先后，仍可使压坯不同部位的密度趋效果。虽然不同部位的粉末受压有先后，仍可使压坯不同部位的密度趋于均匀。于均匀。可通过调节浮动量，达到可通过调节浮动量，达到调节装粉的调节装粉的目的。目的。提供浮动力的装置有提供浮动力的装置有弹簧、辅助气缸和液压缸弹簧、辅助气缸和液压缸。3.压模自动化机构的设计3.1浮动机构模具的主要零件阴模14阴模和芯棒浮动时的受力分析阴模和芯棒浮动时的受力分析 通过控制阴模和芯棒的浮动量，改变压坯与通过控制阴模和芯棒的浮动量，改变压坯与模具间的摩擦力，从而改善压坯的密度分布，模具间的摩擦力，从而改善压坯的密度分布，浮动量的多少是由浮动力决定的。浮动量的多少是由浮动力决定的。阴模和芯棒浮动时的受力分析 15只有只有浮动力浮动力P浮浮等于阴模的重量时等于阴模的重量时，才能达到上下模冲压力相等，才能达到上下模冲压力相等，上下模冲移动的距离相等，为完全双向压制。如果考虑回升时，上下模冲移动的距离相等，为完全双向压制。如果考虑回升时，阴模所受的摩擦阻力阴模所受的摩擦阻力F，那么浮动力，那么浮动力P浮浮至少等于至少等于W+F。P浮浮过小，阴模和芯棒过小，阴模和芯棒不能复位不能复位P浮浮过大，超过了压坯对模壁所产生的摩擦力，压制过程中阴模过大，超过了压坯对模壁所产生的摩擦力，压制过程中阴模和芯棒不能浮动，压坯沿高度方向的和芯棒不能浮动，压坯沿高度方向的密度分布不均匀密度分布不均匀，达不到双，达不到双向压制的效果。向压制的效果。浮动力大小的设计直接影响压坯的质量。浮动力大小的设计直接影响压坯的质量。只有浮动力P浮等于阴模的重量时，才能达到上下模冲压力相等，上16可动模冲的受力分析可动模冲的受力分析可动模冲的动作要求，必须用浮动机构来实现。可动模冲的动作要求，必须用浮动机构来实现。当当P浮浮过小，即过小，即P压压+F上上+WP浮浮+F下下，模冲下行速度过快，粉料将模冲下行速度过快，粉料将横向移动横向移动，影响，影响压缩比；压缩比；当当P浮浮较大，即较大，即P压压+F上上+WP浮浮+F下下 压制过程中压制过程中可动模冲难以浮动可动模冲难以浮动当当P浮浮过大时，过大时，P压压+F上上+W P浮浮+F下下 在压制终了时，已成形的台阶被强制移到成在压制终了时，已成形的台阶被强制移到成形位置，形位置，台阶被剪切台阶被剪切，而无法成形。，而无法成形。可动模冲的受力分析17弹簧浮动机构弹簧浮动机构原理及特点原理及特点：利用产生变形或在恢复变形过程中，利用产生变形或在恢复变形过程中，动能和变形动能和变形能能之间的互换来控制运动并提供机构动力的。之间的互换来控制运动并提供机构动力的。利用弹簧作为模具零件的浮动动力。利用弹簧作为模具零件的浮动动力。弹簧浮动机构原理及特点：利用产生变形或在恢复变形过程中，动能18弹簧浮动机构的设计步骤弹簧浮动机构的设计步骤首先应根据模具所需的浮动力大小，设计首先应根据模具所需的浮动力大小，设计弹簧的预紧力弹簧的预紧力(P1)工作压力工作压力(P2)。根据弹簧受力情况，选择根据弹簧受力情况，选择弹簧参数弹簧参数(丝径丝径d、工作圈数、工作圈数n、外径、外径D、节距、节距t等等)。根据粉末的松装高度和脱模高度要求，设计根据粉末的松装高度和脱模高度要求，设计弹簧的自由状态高度弹簧的自由状态高度H，预压预压状态高度状态高度H1，最低工作状态最低工作状态H2。根据浮动力的大小及模具开档情况，可以设计为单根或多根弹簧的根据浮动力的大小及模具开档情况，可以设计为单根或多根弹簧的支承浮支承浮动机构动机构，也可以设计为弹簧，也可以设计为弹簧旁楔式浮动机构旁楔式浮动机构，但是不论采用何种结构，为，但是不论采用何种结构，为保证模具的受力中心与弹簧浮动机构的发力中心相一致，弹簧浮动机构应保证模具的受力中心与弹簧浮动机构的发力中心相一致，弹簧浮动机构应对称设计。对称设计。由于压制过程中影响其受力状态的可变因素很多，所以浮动机构应由于压制过程中影响其受力状态的可变因素很多，所以浮动机构应设计成设计成可调可调，可根据实际状况来调节高度或浮动力的大小。，可根据实际状况来调节高度或浮动力的大小。弹簧浮动机构的设计步骤19弹簧浮动机构示例弹簧浮动机构示例弹簧浮动机构示例20气压浮动机构气压浮动机构原理及特点原理及特点用用压缩空气压缩空气作为工作介质制作气动装置，使压缩空气的能量转化为机作为工作介质制作气动装置，使压缩空气的能量转化为机械能，从而实现自动化运行。其主要特点如下：械能，从而实现自动化运行。其主要特点如下：空气的作用相当于风动弹簧，但空气的作用相当于风动弹簧，但不需要不需要弹簧那样弹簧那样大的轴向空间大的轴向空间。浮动力浮动力可通过改变气压来可通过改变气压来调节调节，且比弹簧稳定。，且比弹簧稳定。可实现弹簧做不到的双向动作。设计两个气室根据需要可实现弹簧做不到的双向动作。设计两个气室根据需要改变气路改变气路，可完成可完成较复杂的动作较复杂的动作。与与液压浮动力液压浮动力相比，运动速度快，工作压力低，在一定的场合下更相比，运动速度快，工作压力低，在一定的场合下更适合于粉末冶金压模的浮动要求；正常工作的环境温度范围较宽；适合于粉末冶金压模的浮动要求；正常工作的环境温度范围较宽；清洁并且密封要求简单清洁并且密封要求简单。气压浮动不足的地方：气压浮动不足的地方：与弹簧相比，汽缸与弹簧相比，汽缸 活塞加工活塞加工精度要求高精度要求高，并且有，并且有密封要求密封要求。与液压相比，运动速度与液压相比，运动速度控制精度控制精度和和抗负载影响要差抗负载影响要差。气压浮动机构原理及特点21气压浮动机构的设计步骤气压浮动机构的设计步骤(要求要求)首先应根据模具所需要的首先应根据模具所需要的浮动力大小浮动力大小，作为设计汽缸所需的气压力。，作为设计汽缸所需的气压力。由压缩空气的压力约由压缩空气的压力约0.60.8MPa，设计汽缸，设计汽缸径向尺寸径向尺寸。根据粉末的松装高度和脱模高度要求，设计汽缸的根据粉末的松装高度和脱模高度要求，设计汽缸的高度、活塞的移动高度、活塞的移动距离距离(即浮动量即浮动量)。汽缸和活塞之间的汽缸和活塞之间的密封密封。对于异形压坯，模具不能转动，设计的气压浮动机构应有对于异形压坯，模具不能转动，设计的气压浮动机构应有防转动机构防转动机构。汽缸和活塞应采用汽缸和活塞应采用IT56级级精度精度的的56级配合，表级配合，表面粗糙度面粗糙度一般要研磨一般要研磨到到Ra0.16气压浮动机构的设计步骤(要求)22一般情况下，汽缸的气室只有一个进气口，而不需要排气口。在一般情况下，汽缸的气室只有一个进气口，而不需要排气口。在汽缸气室外部的空间，要考虑模具动作时的排气问题，在适当位汽缸气室外部的空间，要考虑模具动作时的排气问题，在适当位置开排气孔。置开排气孔。在气路上安装在气路上安装切阀切阀 压力调节阀和压力计压力调节阀和压力计等部件，以便操作和调节等部件，以便操作和调节时用，管路上的管接头处用铜管，移动处用橡皮管。时用，管路上的管接头处用铜管，移动处用橡皮管。根据浮动力的大小及模具开档情况，可以设计为单个或多个气压根据浮动力的大小及模具开档情况，可以设计为单个或多个气压浮动机构，且应保证模具的浮动机构，且应保证模具的受力中心受力中心与汽缸浮动机构的与汽缸浮动机构的发力中心发力中心相相一致一致，即气压浮动机构与弹簧机构一样应对称设计，即气压浮动机构与弹簧机构一样应对称设计最新-粉末冶金成形模具与模架机械零件实用技术课件23气压浮动机构示例气压浮动机构示例气压浮动机构示例24最新-粉末冶金成形模具与模架机械零件实用技术课件253.2 脱模复位机构脱模复位机构带下缸通用液压机的脱模复位带下缸通用液压机的脱模复位机构机构液压机一般有下缸，因而可用下缸的顶出或液压机一般有下缸，因而可用下缸的顶出或回退的力作为脱模动力。回退的力作为脱模动力。3.2 脱模复位机构带下缸通用液压机的脱模复位机构液压机一般26图图7-24可调节式脱模复位机构，空程距离按下可调节式脱模复位机构，空程距离按下式确定：式确定：适用于要高度较大，复位阻力较大，采用弹簧适用于要高度较大，复位阻力较大，采用弹簧复位不可靠的情况。复位不可靠的情况。图7-24可调节式脱模复位机构，空程距离按下式确定：适用于要27无下缸通用压机的脱模复位机构无下缸通用压机的脱模复位机构图图7-25为拉钩式脱模复位为拉钩式脱模复位机构，此种机构宜于机构，此种机构宜于压制压制较小尺寸的压坯较小尺寸的压坯。无下缸通用压机的脱模复位机构图7-25为拉钩式脱模复位机构，28最新-粉末冶金成形模具与模架机械零件实用技术课件29凸轮脱模复位机构凸轮脱模复位机构凸轮机构具有凸轮机构具有运动平稳、动作准运动平稳、动作准确可靠、结构简单紧凑、调整模确可靠、结构简单紧凑、调整模具方便具方便等特点，适合各种冲床，等特点，适合各种冲床，但凸轮的磨损较快。但凸轮的磨损较快。凸轮脱模复位机构凸轮机构具有运动平稳、动作准确可靠、结构简单30专用粉末成形压机的脱模复位机构专用粉末成形压机的脱模复位机构国内大多数粉末冶金厂的专用压机仍以国内大多数粉末冶金厂的专用压机仍以A型模架为主，为满足多台阶复杂型模架为主，为满足多台阶复杂形状压坯成形时的脱模和复位，需要形状压坯成形时的脱模和复位，需要在在A型模架上增加一些机构型模架上增加一些机构。(1)组合上模冲组合上模冲的脱模复位机构的脱模复位机构对于无上辅助缸的压机，根据脱模作用力的形式有：对于无上辅助缸的压机，根据脱模作用力的形式有：汽缸浮动脱模汽缸浮动脱模复位机复位机构、构、弹簧浮动横梁脱模弹簧浮动横梁脱模复位机构和复位机构和弹簧浮动汽缸脱模弹簧浮动汽缸脱模复位机构。复位机构。(2)组合下模冲组合下模冲的脱模复位机构的脱模复位机构用组合下模冲成形多台阶压坯，浮动模冲需完成：用组合下模冲成形多台阶压坯，浮动模冲需完成：移动一定的距离移动一定的距离，垫实，垫实后后承载承载；拉下或顶出；拉下或顶出脱模脱模；复位复位，形成一定的，形成一定的装粉容积装粉容积。结构方案很多，。结构方案很多，如：如：斜楔式斜楔式脱模复位机构和脱模复位机构和拉杆式拉杆式脱模复位机构。脱模复位机构。专用粉末成形压机的脱模复位机构国内大多数粉末冶金厂的专用压机31组合上模冲的脱模复位机构组合上模冲的脱模复位机构组合上模冲的脱模复位机构32组合下模冲的脱模复位机构组合下模冲的脱模复位机构组合下模冲的脱模复位机构333.3 自动装粉机构自动装粉机构自动装粉的机构应由自动装粉的机构应由装粉斗、装粉斗、送粉器送粉器和和驱动送粉器驱动送粉器的机械的机械装置、液压装置或气压装置等组成。为获得均匀一致的装装置、液压装置或气压装置等组成。为获得均匀一致的装粉，装粉机构应保证：、粉，装粉机构应保证：、自动装粉机构要严格遵守自动装粉机构要严格遵守压制周期的运动规律压制周期的运动规律；装粉装粉速度能控制速度能控制；装粉应装粉应均匀和精确均匀和精确。送粉器的运动方式根据驱动装置可设计成送粉器的运动方式根据驱动装置可设计成往复式或回转式往复式或回转式。3.3 自动装粉机构自动装粉的机构应由装粉斗、送粉器和驱动送34往复式送粉机构往复式送粉机构往复式送粉机构35最新-粉末冶金成形模具与模架机械零件实用技术课件36回转式送粉机构回转式送粉机构回转式送粉机构37上述上述两种装粉机构均在冲床两种装粉机构均在冲床上，是依据冲床自身运动部件的动力来上，是依据冲床自身运动部件的动力来实现装粉动作的一类机械结构。对于实现装粉动作的一类机械结构。对于普通液压机普通液压机的装粉机构，通常的装粉机构，通常用辅助液压缸或汽缸推动料斗作往复运动，实现装粉。其结构相对用辅助液压缸或汽缸推动料斗作往复运动，实现装粉。其结构相对简单，简单，只要将料斗安装在压力缸的活塞上，并由压板导向即可只要将料斗安装在压力缸的活塞上，并由压板导向即可，送，送粉机构主要零件的材料及技术要求见表：粉机构主要零件的材料及技术要求见表：名称名称材料材料热处理要求理要求凸凸轮20钢20钢渗碳渗火渗碳渗火5560HRC工作面工作面Ra1.25滚轮45钢4550HRC工作面工作面Ra1.252.5导板板45钢4550HRC工作面工作面Ra1.25料斗料斗HT18-36，黄，黄铜_工作面工作面Ra0.631.25导料管料管塑料管塑料管 蛇皮管蛇皮管_上述两种装粉机构均在冲床上，是依据冲床自身运动部件的动力来实38