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圖2 凹模預(yù)應(yīng)力圈尺寸關(guān)系

而預(yù)應(yīng)力圈的尺寸，必須保證凹模具有最大剛度，設(shè)凹模筒內(nèi)半徑為r1，則有：

當(dāng)pc≤200MPa時，r2＝2r1,r3＝4r1(8a)

當(dāng)pc＞200MPa時： (8b)

此時，凹模與預(yù)應(yīng)力圈的過盈量為：

式中E—模具材料的彈性模量

根據(jù)上述一、二、三節(jié)的計(jì)算結(jié)果，便可繪制壓制坯圖、燒結(jié)坯圖、后續(xù)精壓坯圖、壓制凹模型腔圖、后續(xù)精壓凹模型腔圖。

四、壓制模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核

1.模具結(jié)構(gòu)形式

在確定了凹模、沖頭和芯棒的基本尺寸，以及選擇了壓力機(jī)型號規(guī)格后，就可按生產(chǎn)計(jì)劃設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)。通常有3種模具結(jié)構(gòu)型式：

(1)組合式適用于批量不大的金屬粉末件壓制成形，凹模內(nèi)各段的裝粉高度由相應(yīng)的沖頭墊塊來調(diào)節(jié)；
(2)固定式適用于在通用壓力機(jī)上小批量金屬粉末件壓制成形，凹模內(nèi)各段的裝粉高度由浮動模座上的沖頭調(diào)節(jié)；
(3)固定式專用壓力機(jī)上大批量金屬粉末件壓制成形所采用的結(jié)構(gòu)型式。

2.模具封閉高度

如圖3所示，當(dāng)采用固定式模具結(jié)構(gòu)時，上沖頭既可采用固定式，也可采用浮動式，而其總高度可確定為：

L_h＝h_ht+h₁+h₂ (10)

圖3 確定模具封閉高度示意圖

同樣，下沖頭的總高度為：

L_l＝h_lt+h₃+h₄ (11)

式中hht,hlt—上、下沖頭固定板的厚度
h1,h4—分別為上沖頭壓制和下沖頭頂出行程
h2—壓力機(jī)在下死點(diǎn)時凹模上端面與上沖頭固定板下端面之間的距離
h3—下沖頭導(dǎo)入凹模筒部分的長度

3.模具受力件的強(qiáng)度校核

由于壓制成形模具在周期高載荷下工作，因此，必須對主要受力件進(jìn)行強(qiáng)度校核。

(1)沖頭一般處于壓應(yīng)力狀態(tài)，其強(qiáng)度校核式為：

σ＝P/F_min≤［σ］(12)

式中P—金屬粉末壓制力
Fmin—沖頭最小截面積
［σ］—淬硬鋼許用壓應(yīng)力

(2)當(dāng)細(xì)長型沖頭(多為下沖頭)和芯棒的長徑比L/d≥3時，還需進(jìn)行抗彎強(qiáng)度校核，具體步驟如下：

(a)計(jì)算縱向彎曲失穩(wěn)臨界載荷

(13)

式中L—沖頭自由部分的長度，等于從沖頭固定板到?jīng)_頭導(dǎo)入凹模部分中間位置和距離
Jmin—沖頭最小截面矩
E—工具鋼材料的彈性模量，一般可取E＝2.15×105MPa
Pcr—產(chǎn)生縱向失穩(wěn)的臨界載荷

(b)選取沖頭的抗彎安全系數(shù)：對于淬硬鋼沖頭，一般可取

P/Pcr≤n＝2～3(14)

(c)確定沖頭最大允許長度：

(15)

(3)對支承模座和固定板也需進(jìn)行抗壓強(qiáng)度校核：

σ＝P/F≤［σ］(16)

通常，與沖頭模座投影面積相當(dāng)?shù)闹虚g固定板其厚度可取5～8mm。

(4)彈簧校核：在金屬粉末件壓制成形模具中，主要采用圓柱壓縮螺旋彈簧。其選擇和校核可按有關(guān)手冊進(jìn)行。

五、設(shè)計(jì)實(shí)例簡述

圖4鐵粉末零件圖

對于圖4所示的有內(nèi)外凸緣的鐵粉末零件，要求其最終平均體積密度達(dá)到6.25g/cm3，年產(chǎn)50萬件。具體設(shè)計(jì)計(jì)算簡述如下：

1.制件加工工藝流程

此制件的加工工藝流程為：裝料(Fe+0.8%硬脂酸鋅：ρ0＝2.54g*cm-3)→壓制→燒結(jié)(1110℃，2h)→精壓→成品。

2.確定壓制成形方法

如文獻(xiàn)［1］所示，對此制件，可采用浮動壓制與彈性沖頭壓制相組合的壓制成形方法。

3.坯料計(jì)算

按本文表2方法進(jìn)行坯料計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出壓制和燒結(jié)坯圖、壓制和精壓凹模筒圖，如圖5所示。

圖5計(jì)算坯料與凹模筒圖
(a)壓制坯圖(b)燒結(jié)坯圖
(c)壓制凹模筒圖(d)精壓凹模筒圖

4.模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如該粉末件是在帶頂出裝置的普通油壓機(jī)或機(jī)械壓機(jī)上壓制成形，則可采用圖6所示的模具結(jié)構(gòu)：由喂料裝置1將粉料裝入凹模筒4內(nèi)，此時置于頂桿上的彈性沖頭7應(yīng)處在最上位，以保證粉體底面為平面；壓制行程時，滑塊向下運(yùn)動使沖頭2下移到楔形固定塊處停止，而沖頭3通過粉體迫使沖頭7同步向下運(yùn)動到定位塊，以實(shí)現(xiàn)粉料沿高度分配；當(dāng)滑塊繼續(xù)下行，楔形固定塊被擠到一邊，沖頭2、3開始對凹模模腔內(nèi)的粉體進(jìn)行壓制成形，而壓制時，凹模4、沖頭6和凹模固定板5均可浮動，其浮動行程可由擋塊調(diào)節(jié)；壓制完后，由沖頭7頂出制件。

圖6壓制成形模結(jié)構(gòu)簡圖
1.喂料裝置2.上外沖頭3.上內(nèi)沖頭4.凹模筒
5.凹模固定板6.下外沖頭7.下內(nèi)沖頭

圖7精壓模結(jié)構(gòu)簡圖
1.凹模2.預(yù)應(yīng)力圈3.上沖頭4.下沖頭5、10.墊板
6.下模座7.墊板8、9.模具固定板11.上模座12.頂桿
13.燒結(jié)坯14、19.螺栓15.制件16.螺釘17.螺母18.墊圈

燒結(jié)坯的精壓模結(jié)構(gòu)如圖7所示。燒結(jié)坯由其外凸緣定位，靠其內(nèi)孔負(fù)偏差的余量體積轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)體積精壓，由下沖頭將制件頂出。生產(chǎn)實(shí)際表明，采用上述的壓制與精壓成形工藝以及相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)，完全能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求。

參考文獻(xiàn)
1，余智勇，康永林，李亞軍.金屬粉末件鋼模壓制成形與質(zhì)量控制方法，鍛壓技術(shù)，2000(1).
2，國家自然科學(xué)基金委.自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報告：冶金與礦業(yè)科學(xué).北京：科學(xué)出版社，1997.
3，任學(xué)平，康永林.粉末塑性加工原理及其應(yīng)用.北京：冶金工業(yè)出版社，1998.
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5，ЛАПозняк.Инструментальныестали.КИЕВ： НАУКОВАДУМКА，1996. (end)

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文章地址：http://www.yangfine.cn/Article/mjjs/200809/255.html