【《汽车变速器行星齿轮支架的粉末冶金模具设计》15000字】

汽车变速器行星齿轮支架的粉末冶金模具设计摘要汽车变速器发展至今已有130多年的历史，随着科技的发展，汽车变速器为了适应市场也在随之发展。我国连续多年汽车市场稳居世界第一，汽车零部件的创新也已经有了一定的积累，因此汽车零部件行业变成了我国构筑汽车行业竞争力的重要组成部分，有很大的发展机遇。由于环保和节能的需求，汽车的轻量化已经是世界汽车行业发展的潮流，汽车内零件的轻量化以及高品质的需求也越来越高，因此变速器作为汽车重要组成部分，其内部的零件的优化十分重要。随着粉末冶金技术发展的越加完善，越来越多的制造技术逐渐使用粉末冶金，粉末冶金工艺可以大大的减少后期的机械加工，降低金属的损耗，且在大量生产同一形状的物品时能降低很多的生产成本，同时生产出高品质产品。粉末冶金生产出的行星支架能够使变速器行星齿轮支架提高它对各行星轮间的载荷分配和传动装置提高承载能力、降低噪声以及振动。粉末成型模具的结构设计：压坯压制上端面的选取，补偿装分的考虑，脱模的结构及其方式的方案的确定，模具尺寸的设计，绘制模具结构总装图。这一次的设计采用的是单向压制的方式进行设计，通过对压坯密度、质量、高度及其外径等等的数据计算，大体确定需要设计的模具类型，然后使用AutoCAD二维设计软件画出模具的各个零件的零件图及总装配图。关键词：粉末冶金，行星支架，压制成型，模具设计目录251181绪论 1286631.1选题背景及意义 1167521.2国内外发展现状 1302011.3行星架 323802粉末冶金模具的研究 5278302.1粉末冶金工艺 592662.2粉末冶金的制备 52.3粉末冶金产品的制造流程 72.4粉末冶金模具的优点 823803压制成型模具结构设计 9278303.1成形模具结构设计步骤 992663.2压坯设计 9118413.3脱模力的计算 15157393.4压模结构设计 1527613.5模具使用寿命 16267173.6压模设计注意事项 171759747124压模主要零件设计 1817384.1AutoCAD软件 18143454.2阴模设计 1818844.3芯棒设计 209914.4模冲设计 21214564.5模具总装图 23 5总结和展望 2431781参考文献 251绪论由于中国汽车市场的快速发展，汽车行业的竞争不断提高，降低汽车价格成为各大汽车厂商用于提高市场竞争力的主要策略。以成本管理作为主要手段，随着整车成本的不断降低，零部件的价格也随之不断降低。为了确保产品质量，在传统生产方法上进行改进已不能满足产品的低价需求，必须以全新的生产方式制作效率更高、质量更轻、性能更好的产品。粉末冶金零件，尤其是结构零件，一直是围绕着汽车市场生产与研发的。而且，开发粉末冶金汽车零件需要从原料铁粉、压制成形-烧结设备到制造工艺与生产管理的改进密切配合。在汽车整车中使用的粉末冶金结构零件大部分集中在变速器与发动机。主要是形状复杂的、高强度、高密度、高使用性能的零件的应用在增加。这就导致粉末冶金技术向全密度生产工艺方向发展，力求消除高强度、高使用性能零件内残存的孔隙，以改进零件材料的断裂与疲劳性能[[]]。由于行星架属于承载型的零件，有工作强度和一定载荷的需求，密度要求较高，因此更多的使用粉末冶金技术来制造;粉末冶金制造行星架有多种方法，常用的还原粉压缩性差，无法达到密度要求，因此需要使用到雾化铁粉技术来满足要求。目前市场上的雾化铁粉生产厂家主要为国内的鞍钢、莱钢和国外的赫格纳斯、海格纳士等。国产铁粉与进口铁粉相比依旧有一定差距，同时，由于国外铁粉生产厂家基本都在国内成立公司，所以可以直接在国内采购。粉末冶金行星齿轮架的原材料铁粉中通常添加碳、铜和润滑剂等，采用常规混料方式进行混合制作，可以满足零件性能要求[[[][]1.1选题背景及意义粉末冶金技术是一项将材料制备与零件运用于一体，节能、节材、高效、最终成形少污染的先进制造技术，在材料和零件制造业具有不可替代的地位和作用，已经进入当代材料科学的发展前沿[[]]。它是一种近净成形工艺，具有95%以上的材料利用率，单位能耗低于铸造和锻造工艺，并且仅为机加工工艺的1/3左右[[]]。正是如此，美国金属粉末工业联合会已将粉末冶金技术认定为一项“绿色技术”[[]]。此外，由于粉末冶金产品的各向异性显著减弱，产品在经过热处理后的形变较小，比传统加工工艺产品尺寸精度更高。在制造齿轮这种对尺寸公差要求较高的零件时，粉末冶金工艺的应用可以降低传输误差，减少加工程序，并进一步提高传动效率[[]]。同时，因为不可再生能源的一直消耗，燃油价格也在一直上涨。在环境问题日益突出和资源日益短缺的情况下，汽车[][][][]1.2国内外发展现状在粉末冶金零件总销售量中，粉末冶金汽车零件在美国占71%（美国2002年粉末冶金零件销售量冶金零件总销售量为370596t，日本约为88%（2002年），西欧约为80%，韩国约79%（2002年），中国27%（2003年）[[]]。粉末冶金制造的金属零件还有节能的效果，大量的研究分析表明，如果汽车零件的重量相同，那么使用粉末冶金技术制造的零件能够节省最大的能源资源，原材料的利用率同时也是最高的，这样就会极大地降低浪费材料的现象出现，这就能让汽车企业在投入较低的生产成本的同时，制造出更加节能、性能好的汽车零件。并且在使用粉末冶金技术制造汽车零件的过程中也能减少向生态环境中排放的污染物，所以说这种制造工艺也是非常环保的，能够更好地保护生态环境。最终制造汽车零件使用压模成型工艺时要求零件具有较高性能，并且具有一致性，所以汽车内粉末冶金技术制造的零件可以随意进行更换。通过不断引进国外先进的技术与自主研发创新相结合，中国粉末冶金产业和技术都呈现出高速发展的势态，成为中国机械通用零部件行业中增长最快的行业之一，每年全国粉末冶金行业的产值以35%的速度递增[[][][]1.3行星架行星齿轮传动系统由于单位体积可传递的功率、转矩较大而广泛用于汽车、飞机、重型机械的变速箱以及各种其他工业设备，它在由大转矩质量比而产生大的减速度时，用来限制轴承负荷及减低振动和噪音[[]]。其中，行星齿轮架是整个行星齿轮系统中承受外力矩最大的零件[[]]。其结构设计和制造质量对各行星轮间的载荷分配以至传动装置的承载能力、噪声和振动有非常重要的作用[][][]1.3.1常用的行星架结构类型作为行星齿轮传动装置的主要构件之一的行星架，行星轮构件中承受外力扭矩最大的零件便是它。它主要分为以下几种类型（1）双壁整体式结构在行星轮较大，行星轮中可安装轴承时使用这种结构。它在承受载荷时变形较小，刚性好，这有利于行星轮上载荷沿着齿轮宽度方向均匀分布，噪声和减小震动。（2）焊接结构和铸造结构若是行星架采用完整的锻件来制造，锻件在加工的过程中不仅切削量大，并且大量的金属会成为切屑，导致材料上的浪费较高，因此行星架毛坯可以由焊接或铸造来制造，此时毛坯尺寸在很大程度上与行星架的实际尺寸相差不多。制造焊接或锻造结构的行星架的时候，必须要在工艺过程中确定有能够消除内应力的工序，不然，在机械加工的过程中，还有在传动运转过程当中，行星架有很大的几率发生较大的形变。（3）单壁式结构简单，装配方便有可拆卸式侧板，能最大限度添加行星轮数量。可是由于行星轮轴为悬臂状态，受力不良，刚性差。（4）组合式结构在重载行星齿轮传动中，这种结构的优点是从撑柱中间部分输入或输出扭矩，安转行星轮轴的构件的结构是对称的，这个时候如果行星架撑柱和侧板形变，也将会出现行星轮轴线相对于中心轮轴线偏斜，来确保载荷沿啮合齿宽的分布均匀。图1-1常用的行星架结构类型行星架的功能在很大程度上决定了结构，制造行星架的方法以及行星齿轮减速器的组装前提条件。合理的行星架结构应是体积小，重量轻，能确保行星轮间的载荷分配均匀以及载荷沿啮合齿宽分布均匀，同时拥有较好的组装工艺与加工工艺，让行星齿轮传动可以承受更高的载荷、发出较小的振动和噪音。本次设计选用的是GF6变速器的行星齿轮支架。图1-2GF6变速器的行星齿轮支架1.3.2行星架的结构应满足的要求（1）应有足够的强度：行星架承受通过齿轮传递的负载，并将所有的动力传输到输出轴。（2）应有较高的制造精度：尤其是行星轮轴(或支承)孔的位置精度，例如轴孔不平行度的误差、孔距的相对误差、孔轴线角度位置的误差等，这些对行星轮间载荷的分配均匀和对载荷沿啮合齿宽的分布均匀都有重要影响。（3）应有合适的刚度：当行星齿轮与太阳齿轮和环形齿轮啮合时，行星齿轮架刚度的选择必须适当，确保其能够与齿精确接触。由于行星架在负载下易变形，所以行星轮的轴线相对于中心轮的轴线偏斜，使得朝向啮合的齿宽度的端部的负载较大，这将会导致不均匀沿齿宽分布负载。发生这类情况应该在选择行星架结构时，经由加强结构刚度来解决，也可以通过加工工艺的改进来改良。如今高柔性行星架已经被采取，它有利于行星轮间载荷达到平均分配。2粉末冶金模具的研究2.1粉末冶金的概况粉末冶金是以金属粉末为基本原料，用成形一烧结制造金属制品的一种新型金属成形技术[[]]。粉末冶金零件材料的冶金化学组成几乎是变化无穷的，可为具体应用创制独特的合金，调整物理、化学及磁性性能，以使产品使用性能最大化[[]]。据统计资料，粉末冶金零件的主要市场是汽车产业，在日本接近90%，在西欧为80%，在北美为70%～75%。这表明粉末冶金零件产业和汽业产业一直是利益攸关、共存共荣。从1940年代到1990年代初，经过50年不断的发展，粉末冶金零件已成为汽车制造中不可缺少的基础零件,我国汽车零部件主要使用的冶金材料是铁基粉末冶金材料，它以铁元素为主，添加C、Cu、Ni、Mo、Cr、Mn等合金元素形成的一类钢铁材料[][][]图2-1中国粉末冶金零件应用零件占比图2-2全球粉末冶金市场区域粉末占比随着汽车工业的发展，人们对汽车动力性能的要求日益增加，汽车的功率也在不断增加，汽车的离合器与变速箱所收受到的转矩也不断提升，这使得汽车变速器的行星齿轮支架也有了更高的性能要求，并且要求其尺寸更小，成本更低。同时，人们又要求汽车的行驶更安静、更舒适，因此众多汽车零部件制造商都愈来愈重视性能更高、运行更安静的行星齿轮支架产品的开发[[][]2.2粉末冶金的制备粉末冶金技术最先是由埃及人在风箱中用碳还原氧化铁得到的海绵铁。将海绵铁经过高温锻造成致密块，然后再捶打成铁的器件，因此炼铁技术在远古时期对人类社会起到了重要作用。2.2.1粉末冶金的技术发展的研究粉末冶金技术在发展的过程中，先后制造了集电刷、青铜含有轴承和硬质合金等等。粉末冶金能够生产材料性能更优越，同时材料利用率高，材料比均匀的制品相比于普通的熔炼法。粉末冶金工艺灵活，可以制造价廉物美的零件，也可以生产新型的零件通过判别材料具有的性能。粉末冶金技术和各行各业相融合，研发出了许多新工艺，例如微波烧结、放电等离子烧结、等静压成形、温压成形和增材制造技术等等。在汽车行业快速发展的大背景下，新材料的使用是当下的主要方向。而粉末冶金技术作为制造新材料的工艺，我们对于粉末冶金技术的需求也会越来越高，粉末冶金技术也将走向更高的层次。总而言之，粉末冶金技术仍旧需要一个长期的发展和研究，并且已经得到了实践验证其实用性。粉末冶金在汽车制造业和信息技术领域都将会不断地朝着新的方向发展。2.2.2粉末冶金的技术特点的研究粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，并且这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种无切削工艺。（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。（5）可以实现近净形成和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。2.2.3粉末冶金的制备新工艺的研究粉末冶金的制备主要是采用雾化制粉技术，纳米粉末技术，机械合金制粉技术。雾化制粉技术是采用直接敲击液体金属或者合金的方式，让其快速冷凝，从而得到粉末材料。这种方式可以减少合金成分的偏析，从而得到成分均匀的材料。纳米粉末技术则是针对粒度在100nm以下的粉末颗粒，这种粉末和普通的颗粒材料有较不同的化学性和物理性。但是由于纳米粉末生产成本较高，因此并没有被大规模使用。机械合金制粉技术则是在高能球的磨机中，让粉末颗粒和磨球经过长时间的磨合，致使粉末被破坏，在其表面逐步互相冷焊从而合金化的技术。图2-3真空雾化制粉技术2.2.4粉末冶金烧结新工艺的研究粉末冶金烧结新工艺又分为微波烧结、放电等离子烧结两种。微波烧结是利用微波的波段和材料之间的结构产生热量。这种方式可以让材料整体在烧制温度适当的情况，从而实现致密化。放电等离子烧结，就是在加压情况下对粉末两端施加低电压，从而促使粉末产生大量的热，热量可以使粉末表面颗粒处于激活状态，减少扩散。2.3粉末冶金产品制造流程粉末冶金行星齿轮支架模具的设计是在传统的粉末冶金压制工艺上是将混合的金属粉料（金属粉末与非金属粉末的混合物）装填入阴模型腔中，通过模冲将压机施加的压力传递给粉末，使之成为所需要的具有一定形状和尺寸精度的压坯，卸压后，通过压机将成形的压坯脱出模具的工艺过程。传统的粉末冶金压制流程可以分为装粉、压制、脱模三个步骤构成。模具设计属于机械设计的范畴，早期的模具设计主要是利用手工绘图，因此制造出来的模具在装配、精度等方面均有较大的问题。随着计算机的发展，模具的设计方法已经由传统的手工绘图设计逐步向计算机辅助设计(CAD)方向发展，给模具设计带来了深刻的变革[[]]。粉末冶金加工通常采用几种金属粉末或金属粉末和非金属粉末，不用熔炼或铸造而制成的。通过配制、压制成型，烧结和后处理，加工成粉末冶金产品，压制是非常重要的一环。压制成型是指将松散的粉末体密实成具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯的工艺过程。压制成型的方法有很多，如模压、等静压成形、粉末连续成形、粉末注射成形和粉浆浇注成形等,而模压成形是最广泛使用的粉末成形技术。模压成形通常在机械式压机或油压机上,于室温及一定压力下进行的。粉末冶金的压制压力一般为140-840mpa[]图2-4粉末冶金产品制造流程2.4粉末冶金模具的优点高材料利用率。采用传统的切削方法制造机械零件时，材料利用率约为40％?50％，甚至更低：粉末冶金制备方法的材料利用率可达到95％以上。

（2）生产效率高。随着粉末冶金压机和烧结机的自动化程度的提高，一台专用的粉末冶金压机通常可以生产1,000至10,000个单位的产量。（3）节省有色金属。由于粉末冶金的几何形状与要求的实际产品基本一致，其后续处理非常少，甚至不需要处理（4）节省机床，节省切割机床及其地面空间。由于粉末冶金工艺是在比基体金属的熔点低的情况下举行的，因此可以获得熔点和密度范围广的各种金属，金属和陶瓷，金属和塑料等不均匀的复合材料和成品。采用特殊方法生产的微小金属或合金粉末凝结速度极快，晶粒平衡良好，保证了材料的平均结构，性能稳定，冷热加工性能优异，粉末颗粒不含合金元素，随着含量的限制，可以进一步提高强化相的含量，从而成长为新的材料体系。采用各种成型工艺，粉末原料可直接成型为坯料或者网状零件，毛利少，无毛利，加工量大大减少，提高人才的利用率，降低成本。事实上粉末粉末冶金工艺的重要的优势还是他一体成型的功能。大多数的金属都是能够循环使用的，并且粉末冶金用的粉末基本大多数都由在循环回收材料生产。在粉末冶金零件的生产制备过程中，每道工序所产生的废料损失也是十分少的，同时他材料的利用率不低于百分之九十五。综上粉末冶金工艺材料的可持续性发展是他最重要的优点。3压制成型模具结构设计3.1成形模具结构设计步骤（1）选择压坯的顶部表面。在生坯压实过程中上端面的选择要综合考虑侧面面积比，密度均匀性，压制压力，紧凑尺寸精度，粉末装载量，压制，脱模和模具加工等各种因素。（2）加载方式的选择。为了使加压后的不同截面的压制截面的密度均匀一致，冲压方向截面不同的压坯，组合冲模结构应考虑到传送粉末，获得大致相同的压缩比。在压制过程中，为避免粉末横向移动的发生，粉末填充物的结构可以实现调节的填充空腔深度，并且可以很容易地进行精细调整。（3）压制方式的确定。对于形状复杂制品，为使成型压坯的各部分密度符合要求，必须斟酌适合的压制过程，以及阴模、芯棒和上下模冲所运用的浮动结构。能经由调整浮动力的大小或强行推移某些模具零件，来控制他运行速率，来完成调节密度分布的目的。（4）脱模方式的确定。顶出式就是下模冲把压坯顶出阴模；拉下式就是下模冲不动，把阴模拉下从而脱出压坯。对于带台阶压坯、球面压坯、螺旋面压坯等而言，须要从模具结构上处理脱模问题。压坯脱模后，一定要复位才能进行下一个压制循环，脱模和复位大致是通过同一结构完成，也就是说，脱模复位机构要确保脱模时压坯完好，动作正确可靠，还应保证复位位置正确。（5）模架类型和模具结构方案的确定。根据压坯形状、压制方式、脱模方式、移送装粉要求以及压机具有的动作，面对大数量的自动生产的产品，要选用适合的模架，确定模具结构方案。（6）计算装粉高度及模具轴向尺寸。依靠压坯高度和密度要求，确定压缩比，计算出装粉高度，选定模具零件主要的连接方式。零件的连接要安全牢固，方便安装和拆卸，结构简易。依据模具零件连接，压制成形和脱模的需要，选择模具的轴向尺寸。（7）计算阴模，芯棒及模冲的径向尺寸。依据工艺参数，计算阴模内孔和芯棒外径尺寸，根据强度及刚度条件计算阴模壁厚。然后依据配合精度选择上下模冲的径向尺寸。3.2压坯设计压坯设计决定着一种零件能否采用粉末冶金压制成型，他是粉末冶金模具结构设计的重要环节之一。压坯设计主要包括压坯形状设计、密度设计和压坯精度设计。3.2.1压坯形状设计首先依据单轴向在刚性压模时压制成形的可能性，把制品压坯按形状进行分类。压坯形状须要尽量和产品零件相同或相近来达到产品的功能要求。同时，还须要考虑压制成形过程（装粉的方式压制成型、压制、脱模）的条件及压模结构与刚度等对压坯形状、质量、尺寸的影响。须要从各个方面综合考虑，比如脱模有无困难，粉末压制有无困难，压模强度和耐用，简化压模结构。依据粉末成形压机的构造、模架和模具的结构，可以将制品形状分为以下五种基本类型:（1）I类是指筒状、柱状、板状等一些形状最简单的制品。例如拖车的衬套和汽车的小隔套等，它们的压制成型的模具通常是由阴模、一个上模冲、一个下模冲和芯棒等组成。（2）II类是指端部有外凸缘或内凸缘的一些制品。它们的成形模具一般是由阴模、一个上模冲、两个下模冲和芯棒等组成。（3）III类是指上、下端面都有两个台阶而一类制品。它们的压制成形模具一般是由阴模、两个上模冲、两个下模冲和芯棒等组成。（4）IV类是指下端面有三个台阶面一些制品。它们的压制成形模具一般是由阴模、一个上模冲、三个下模冲和芯棒等组成。（5）V类是指上端面有两个台阶面，下端面有三个台阶面一些制品。它是用粉末冶金成形压机压制成形的，外形最复杂的零件。图3-1模压示意图3.2.2压制密度设计和压制方式的选择压坯密度的均匀性，是压模设计要解决的主要压制质量指标。在压制过程中，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，尤其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，若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。在明确了压坯密度分布与压制方式之间的关系后，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来解决压模设计中压坯密度分布的均匀性。压坯密度散步不均衡的地方，往往是压坯截面积产生改变的分界处；脱模时这种部位也极其容易出现裂纹，烧结时还可能出现变形。影响压坯密度散步均匀性的因素：粉末成分及性能、模具表面质量、摩擦力、压制时的粉体会柱式流动，基本不会出现显著的横向流动[9]。图3-2单向压制（a）和双向压制（b）所得压坯形状示意图压坯中中立层的位置可以观察压坯密度散布的均匀程度。通过压制方式和压模结构的合理选择使的中立层2边受一样的压缩，提高密度散布的均匀性。d粉—粉末松装密度；d1—第一次压制后压坯平均密度；第一次压制后：d粉H粉=d1h1x=h1-hd粉H粉=d1(h+x)∴x=(d粉H粉-d1h)/d1(3-1)第二次压制后：d粉H粉=dhd粉=d·h/H粉x=(d-d1)h/d1;k=H粉/h=(l+h)/h∴x=(d-d1)l/d1(k-1);y=x/l·100%(3-2)压力相等时双向压制与非同时双向压制的效果相同。非同时双向压制中第二次压制的模冲移动距离：x=(d2-d1)h/d1或者y=x/l=100(d2-d1)/d1(k-1)(3-3)其中：d2是要求的压坯平均密度；d1是单向压制的平均密度；h是压坯高度；k是压缩比；l是装粉高度与压坯高度之差。摩擦压制在压制过程中，阴模或芯棒与样品侧在相同方向上相对移动，即当运动更快时，依靠粉末和模具壁之间的摩擦从而驱动阴模或芯棒。接触的粉末层移动，从而增加沿着压块高度的密度分布均匀性。图3-3几种基本的压制原理图单向压制；（b）双向压制；（c）浮动阴模双向压制；（d）拉下式压制；（e）摩擦芯杆压制在室温下进行压制时，通常需要约1吨/cm以上的压力，最大压缩压力为12-15吨/cm，当压制压力过大时，压力工具可能受损;有时基体会产生层状裂纹，瑕疵和缺陷。超过强度上限后，粉末颗粒出现粉碎。常见的成型方法包括单向压制，双向压制和浮动成型。压制方式的确定依据压制方式和方法不同，上、下模冲、芯杆与阴模相对于粉末压坯的相对运动方向及速度的不同，使外摩擦对压坯密度的均匀散布出现有害或有利的影响。单向压制是将粉末固定在负模中并让它们在移动模具冲头和固定模具冲头之间按压的方法。图3-4单向手动压模可用单向压制最大值计算公式：S侧max/S=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K(3-4)当柱状压坯S侧/S<K或者圆柱体压坯高径比H/D<K/4时，可采用单向压制来满足压坯密度散布均匀性的要求。单向压制模具操作简单，容易，同时制成效率高，但在压制时受摩擦力的影响，产品密度不均匀，适用于高厚度或小厚度部件。双向压力是在相反的运动之间压入阴模中的粉末的方法。图3-5双向手动压模可用双向压制最大值计算公式：S侧max/S=[1-(ρ中/ρ上)m]/μξ=2K(3-5)当柱状压坯K<S侧/S<2K，或者圆柱体K/4<H/D<K/2时，采用双向压制、非同时双向压制、浮动阴模双向压制或者下拉式压制可以满足压坯密度分布均匀性要求。双向压制比较适合用于压制高度或厚度较大的零件。双向压制压坯的密度较单向压制均衡，不过在双向同时加压时，压坯厚度的中间部分密度比较小。摩擦芯棒压制是上模冲压，迫使芯棒一起向下移动，芯棒向下移动的速度低于粉末向下移动的速度，使得粉末由芯子之间的摩擦力向下驱动棒和粉末。浮动阴模中的粉末被压在动模冲头和定模冲头之间。弹簧支撑阴模并处于浮动状态。当加压开始时，粉末和模具壁之间的摩擦小于弹簧支撑。力，只有上模向下移动;随着压力的增加，当两者的摩擦力大于弹簧支撑力时，负模与上模一起冲压，冲头与模具之间发生相对运动，使单向压缩为转换成生坯的双向压缩，并且在两个方向上的不同时间压制生坯，这可以使生坯的密度更均匀。图3-6摩擦芯杆浮动压模可用单向压制最大值综合计算公式：[(S侧阴-S侧芯)/S]max=[1-(ρ下/ρ上)m]/μξ=K(3-6)对于圆筒形压坯的高与壁厚之比：h/T=K(1+D内/T)/2(3-7)摩擦芯杆压制特别适合于大孔薄壁压坯。选择原则：（1）(S侧阴+S侧芯)/S<K或者圆筒形压坯h/T<K/2时，可取用单向压制；（2）(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2<(S侧阴-S侧芯)，或者圆筒形压坯D内<T，可取用双向压制；（3）(S侧阴+S侧芯)/S>K时，如果(S侧阴+S侧芯)/2>(S侧阴-S侧芯)，或者圆筒形压坯D内>T，可取用摩擦芯杆压制[12]。组合压模：组合压模是这些压制方式（如单向压制、双向压制和摩擦芯杆压制等）还有他们的压模结构的综合运用。就是在设计压制模具时，结合各种压模的结构优点，设计成多种外形的组合模冲来完成复杂零件的压制成型工序，并采用几种压制形式综合运用来确保压坯质量；所以，组合压模是样式最多的且运用最为普遍的压膜结构。3.3脱模力的计算压制压力去除后，侧压力由于高度方向的弹性缩小，侧压力会下降以一半左右。在低速的高压制压力的条件下，塑性金属粉末容易产生“模瘤”；模具表面质量差、模温过高及润滑不良，会使模瘤现象变得更加严重。严重时脱模压力比压制压力高，将模具拉伤。脱模力计算公式：F脱=μ静P侧剩S侧P侧剩=E∑R剩(m2-1)/2RP侧剩=jξ0ρP（3-8）其中：∑R剩：卸压后阴模半径上剩余的变形量；j：剩余侧压强与侧压强之比，决定于模具的刚度；m：阴模外径与内径之比；ρ：压坯的相对密度当相对密度为：0.80~0.85时，m=2~4可粗略估算：对于铁基：P侧剩=0.18~0.20P(3-9)对于铜基：P侧剩=0.20~0.22P(3-10)外箍内的精整：精整压力Fc=F1+F2+F3(3-11)其中：F1是实现轴套纯变形所需要的力；F2是克服整形区外摩擦所需的力；F3是克服内摩擦所需的力。精整压力计算公式：Fc=Pc(S+μQ)+0.58σαS2(3-12)其中：Pc为精整区的平均单位压力；Q为阴模精整区的工作面积；σ为精整件的塑性变形抗力(三向压力)；α为阴模入口端的角度；S2为精整区轴套的横截面积。3.4压模结构设计粉体模压成形模具主要零件有：阴模、芯杆、模冲。在模具零件结构设计的过程中，应斟酌压制成形的过程标准、安全（人身、设备、模具）标准、与模架连接标准、装配标准、制造标准等。

（1）阴模要有足够的硬度，低的粗糙度；应与制品外部性状相似或完全一致；高度能容纳压制所需的松散粉末。（2）模冲起到给阴模和芯杆的定位和导向作用，有合理的配合间隙。

（3）芯杆保证压坯内腔的几何形状和尺寸精度，与上下模冲有良好的配合。

根据产品的形状，采用单向压制，顶出式脱模。阴模高度的计算公式为：H＝H粉+H下+H上(3-13)

H上：上模冲压缩粉末未进入阴模的深度；H下：下模冲定位高度；H粉：粉体松装高度；H下是按照下模冲和阴模之间的装配标准而选定的。一般取10～30mm。手动模的定位高度会比自动模更大一点。对于手动模，须要斟酌在阴模上增添一个高度H上。阴模壁厚一般为10～30mm。芯杆的长度一定不能高于阴模上端面或略微比他低一点，这样可以使自动送粉更加容易，不过最好也不要过低，避免出现夹粉现象，从而磨损芯杆。3.5模具使用寿命模具的损耗是提高粉体压模成型成本的主要因素之一。所以在考虑模具的使用寿命的时候，也要同时计算模具的成本按照生产零件的数量和模具的制作成本在确保预期的技术标准和使用寿命的前提下，尽可能的降低模具的成本。影响模具寿命的原因有许多，模具零件的制造精度和组装精度，模具材料的挑选和其热处理等等。模具寿命大部分都体现在依据磨损和根据破损体现。阴模和芯棒在使用中和粉末的摩擦场合居多。结果导致模冲和芯棒容易出现磨损。阴模因为粘着粉末而且倾向于变大，芯棒因为和粉末的磨损而倾向于变细。模具主要零件的精度一般不能够低于零件的精度，特别是精准模具的精度。模具主要零件的工作表面粗糙度数据应该要尽量地低。这样可以显着降低零件表面的粗糙度同时也能够增加模具的工作寿命。模具的工作寿命与模具主要零件表面的硬度也有关，表面的硬度越高，它的耐磨性就越好，使用寿命也就越长。阴模因为要在高应力状态下经受粉末的反复摩擦，所以要求工作表面的硬度尽可能的高。芯棒因其使用条件和阴模相似，所以硬度值和阴模的硬度相近。不过合适的硬度还是要综合芯棒尺寸的大小来斟酌。主要是根据芯棒的长度和直径的比值来考虑芯棒是否全部淬硬或分段热处理。模冲的硬度主要是考虑他的结构特点，由他最薄弱截面的强度和它的最大压制力决定。模具是各工业部门的重要工艺装备，它的使用性能，特别是使用寿命反映了一个国家的工业水平，并直接影响到产品的更新换代和在国际市场上的竞争能力。因此，各国都非常重视模具工业的发展和模具寿命的提高工作。目前，我国模具的使用寿命还不高，模具消耗量较高，所以，增加我国的模具使用寿命是一个十分紧迫的任务。由于模具热处理对使用寿命影响很大，现在我国的模具损坏多半是热处理不当而导致的。据统计，模具由于热处理不当而造成模具失效的占总失效率的50%以上，因此国外模具的热处理开始增加使用使用真空炉、半真空炉和无氧化保护气氛炉的方式。模具热处理工艺包括表面强化处理以及基体强韧化。基体强韧化在于提高基体的强度和韧性，减少断裂和变形，这就导致它的常规热处理必须严格按工艺进行。表面强化是为了提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能作为主要目的。表面强化处理方法很多，主要有渗碳、渗氮、渗硫、渗硼、氮碳共渗、渗金属等。3.6压模设计注意事项粉末冶金材料普遍的成形方法是在刚性封闭模具中把金属粉末压缩成形，但是模具的成本都比较高昂；因为粉末流动性较差，且又遭到摩擦力的影响，压坯密度普遍比较小而且散布不均衡，强度不高，薄壁、细长形及沿压制方向呈变截面的零件依旧很难成形。所以取用压制成形的零件结构的设计须要注意下面的问题：（1）尽量取用简单、对称的外形，避免截面变化太大以及出现窄槽、球面等，对制模和压实更加的有力。

（2）避免局部薄壁，以便装粉压实和防止出现裂纹。

（3）避免侧壁上的沟槽和凹孔，以利于压实或减少余块。

（4）避免按压制方向的截面积逐步增加，使得更容易压实。各壁的交接处应采用圆角或倒角过渡，避免出现尖角，以利于压实及防止模具或压坯产生应力集中。4压模主要零件设计4.1AutoCAD软件AutoCAD（AutodeskComputerAidedDesign）是Autodesk（欧特克）公司自主研发的由计算机辅助设计的软件。用来用于二维画图、具体绘制、设计文档以及基本的三维研发设计。可以说学过绘图的人士90%基本从AutoCAD入手，之后再以此为媒介去学习更多功能的。AutoCAD工具作为一款绘图软件，在各个领域都拥有着他的作用，譬如在机械、汽车、材料、室内装潢以及园林等等各种设计领域，均为当仁不让的领头者，而且目前越来越多其他不同领域也开始使用AutoCAD设计进行作业：地理、航海甚至气象方面都大大需要AutoCAD的辅助来完成。现已经成为了国际上使用量巨大的绘图工具。AutoCAD具备杰出的用户界面，经过由使用交互菜单或输入程序的方式就能够来实现各种操作。它能够使不是计算机行业的专业人员也能够迅速地学会使用基于他的多文档设计功能。在不断实践、使用的过程中使用者能够更好地学会他的各种功能及开发的技巧，从而不断的提高工作效率。AutoCAD拥有十分强大的适应性，它能够在各种操作系统支持的微型计算机及工作站上运行使用，拥有实现多种方式画出各种线条模型的图形对象的绘图辅助工具。AutoCAD的辅助工具也十分齐全。正交功能的使用是能够很迅速地画出水平、竖直的直线，并且对象捕捉能够帮助选取几何对象上的特殊点，而画斜线及沿不同方向定位点能够变得更加方便若是使用追踪功能。AutoCAD具有非常强大的编辑功能，可以移动，复制，旋转，定位，拉伸，放大，修剪和缩放对象。在软件中可以创建许多不同类型的主题，并且可以自己设置备注。可以在图形的任何位置和任何方向上编写字符，斜角图层管理功能的功能是在图形对象都处于特定级别时设计图层颜色，线型，线宽和其他属性。同时AutoCAD也在向智能化，多元化的方向发展，使得他对于用户更加的简便，易学易用，功能更加的全面，更加贴合用户的使用习惯。4.2阴模设计阴模的结构优点分为三种：整体模、可拆模和拼模。整体阴模又分为单层模及双层组合模两种。单层整体模是不能承受比较大的压力的结构最简单的一种阴模。由淬硬的阴模和坚韧的膜套组装成的双层组合筒模与他相比能承受比较高的压力。拼模及可拆模的组成成分是分别加工的若干块模。其中拼模不可拆卸，而可拆模在脱模时可以拆卸。\t"C:/Users/Administrator/Desktop/%E8%AE%BA%E6%96%87/%E6%8A%A5%E5%91%8A/PaperPass-%E6%97%97%E8%88%B0%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"阴模的选择通常使用高速钢，硬质合金，低合金工具钢和工具钢。（1）性能：阴模内孔是最重要的工作面，为确保能够正常的工作，阴模的表面应有较高的硬度，比较低的粗糙度以及良好的耐磨性，在工作压力下应有足够的强度和刚性。（2）形状：以内孔成型的压坯的外表面，它的形状一定要和零件的外部形状相似或着完全一致。如图4-1所示。图4-1压制阴模零件图（3）精度：一定要能满足压坯的尺寸精度和它的形位公差标准；与上、下模冲在压制时须要确保有精确的定位和导向。（4）为确保压坯成型，阴模的高度一定要可以装得下压制所须要的松散粉末。沿着脱模方向可以容许有小的脱模锥度。（5）结构上应便于制造和维修，使用安全，安装操作方便。（6）基准和形位公差：在阴模制作过程中应注意加工基准与安装基准的统一。如图4-2所示阴模结构，A面为安装基准面，其他各面的形位公差为：D和d的垂直度不大于0.01mm；C、E面对A的平行度要小于0.01mm；D与d两柱面要求同轴度不大于0.01mm；D面及d面的不直度要求都要均不大于0.01mm。图4-2阴模技术要求图例4.3芯棒设计芯棒的结构类型很多，其中最简单的结构是手动压膜芯棒，全长具有同样工作直径，两端带有0.5到0.1毫米半径的圆弧或一个45度的倒角，用来使操作更方便，并且不容易碰上阴模。芯杆材料可以和阴模的选材选取相同的材料。需要注意的是芯杆热处理的硬度需要低于阴模，尤其是对细长的芯杆更需要有更高的韧性。（1）性能：芯棒外表面是最重要的工作面，为确保正常工作，工作表面要有高的硬度，低的粗糙度及良好的耐磨性，机动模芯棒的连接或固定端需要有足够好的强度和刚性。（2）形状：芯棒的外表面是成型压坯的内表面，它的外形一定要和零件的内表面形状相似或完全一致。如图4-3所示。图4-3芯棒零件图（3）精度：芯棒须要满足压坯的尺寸精度和形位公差标准；与上、下模冲配合还要具有良好的定位和导向功能。（4）结构上须要在制造和维修是方便、容易，使用安全，安装操作简便。（5）基准和形位公差：在芯棒制作过程中，应注意加工基准与安装基准的统一。如图4-4所示安装基准面，B面为与模冲配合面。芯棒各面的形位公差为：d和d0的同心度对A的垂直度均不大于0.01mm。台阶面对A的平行度不大于0.01mm，且与d面垂直度不大于0.01mm;上端面应与A面平行和与B面垂直，其值均不大于0.02mm；安装螺纹孔应与A面垂直与B面平行且均不大于0.02mm；芯棒的成型段有直线度和圆度或圆柱度的要求，其数值大于0.005mm。图4-4芯棒技术要求图例4.4模冲设计设计模冲结构的时候一定要注意，不管是自动模模冲还是手动模模冲，在保证模冲和阴模，模冲和芯杆之间有足够的定位，导向距离前提下。可将模冲分为配合段和非配合段，配合段径向尺寸严格按压坯的精度选取。非配合段的内外径尺寸作城退让尺寸。这样既减少了不必要的精密加工又使压制和脱模更加的方便。模冲的工作条件\t"C:/Users/Administrator/Desktop/%E8%AE%BA%E6%96%87/%E6%8A%A5%E5%91%8A/PaperPass-%E6%97%97%E8%88%B0%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"冲裁工作条件相对稳定，要求所选材料具有良好的韧性。

顶杆、控制杆、模板等选用50号或45号或GCr15、40Cr。顶杆、控制杆、模板等选用50号或45号或GCr15、40Cr。（1）性能：模冲的端部标准要有不错的耐磨性，模冲承受载荷大同时一般模冲的结构外形复杂，为避免脆裂，要求有良好的韧性。（2）形状：模冲的端部是用来使压坯成型的，所以它的端部形状须要和制品形状相似或完全一样。如图4-5所示。图4-5压制内下模端面图（3）精度：模冲要与阴模和芯棒之间有较高的配合精度、拥有良好的定位和导向效果。（4）结构上模冲需要在制造和维修时更加的方便容易，使用保证安全，安装操作方便。（5）基准及形位公差：需要注意加工的基准和安装的基准的统一。如图4-6所示，A面为安装基准面（承载端面），B为模冲内表面的基准面。模冲各面的形位公差是：d和D的同轴度不大于0.01mm，对A面的垂直度不大于0.01mm；C面