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1、第七章 粉末冶金成形模具与模架(),第一节 成形模具结构设计第二节 成形模具结构方案第三节 压模自动化机构的设计,成形模具结构分类,表7-1成形模具结构分类,1 .成形模具结构设计,成形模具结构设计原则,在压模设计 制造和使用过程中，常常会出现以下一些问题。压件密度不均匀，压件几何形状和尺寸精度达不到要求。压件不易脱模，压制时操作烦琐，劳动强度大。模具零件不易加工，模具制造费用高。压模使用寿命短，且容易发生安全事故等。,为避免出现上述问题，压模设计应遵循以下一些原则。充分发挥粉末冶金少、无切削的工艺特点。尽可能实现自动化设计合理的模具结构、选择模具材料和制作工艺,成形模具结构设计步骤,压坯压制
2、上端面的选择,是否需要移送装粉,压制方式的确定,脱模方式的确定,模架类型及模具结构方案的确定,计算装粉高度和模具轴向尺寸,计算阴模、芯棒和模冲的径向尺寸,绘制结构装配总图及零件图,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 单向压制压模结构方案,(a),b,c,图7-2 无台阶面实体双向压制压模结构方案(长细比1 h/d 3),图7-3 无台阶面带孔类双向压制压模结构方案(长壁厚比3 h/T 6),长细比h/d=11.5,长壁厚比h/T 3,型压坯,型压坯,图7-4 摩擦压制压模结构方案,(a)长壁厚比h/Tmin 6,(b),(c),长壁厚比h/T 7.5，且d T的带孔类
3、压坯,类、类、类、类多台阶压坯,图7-5 型压坯压模结构方案,(a),(b),(c),图7-9 多台阶压坯压模结构方案,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：结合现有压机和压模的情况，以及压形上端面的确定，尽量减少分形，以简化模具结构；固定模冲及浮动模冲的确定，通常装粉最高的模冲作为固定模冲，并且浮动模冲(上或下)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 液压得浮动结构决定；采用拉下式脱模，或拉、顶结合的脱模方式，与压机及模架的结构有关。,特殊成形模结构基本方案示例,台阶压模结构方案,图7-10 带台阶的压模结构方案,(a)阴模带台阶,(b)芯
4、棒带台阶,组合阴模压模结构,图7-11 组合阴模压模结构方案,(a)装粉,(d)脱压坯下半部,(c)脱压坯上部,(b)压形,旋转压模结构方案,图7-13 旋转压模结构方案,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、芯棒和上、下模冲(包括压套)都可浮动。浮动的作用为：减少压制时压坯与模具间的摩擦力，形成双向压制、双向摩擦压制及后压等，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，借以改善原始装粉状态，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于均匀。可通过调节浮动量，达到调节装粉的目的。,提供浮动力的装置有弹簧、辅助气缸和
5、液压缸。,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。,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F，那么浮动力P浮至少等于W+F。P浮过小，阴模和芯棒不能复位P浮过大，超过了压坯对模壁所产生的摩擦力，压制过程中阴模和芯棒不能浮动，压坯沿高度方向的密度分布不均匀，达不到双向压制的效果。浮动力大小的设计直接影响压坯的质量。,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。当P浮过小，即P压+F上+WP浮+
6、F下， 模冲下行速度过快，粉料将横向移动，影响压缩比；当P浮较大，即P压+F上+WP浮+F下 压制过程中可动模冲难以浮动当P浮过大时， P压+F上+W P浮+F下 在压制终了时，已成形的台阶被强制移到成形位置，台阶被剪切，而无法成形。,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，动能和变形能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。,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，设计弹簧的预紧力(P1) 工作压力(P2)。根据弹簧受力情况，选择弹簧参数(丝径d 、工作圈数n 、外径D 、节距t等)。根据粉末的松装高度和脱模高度要求，设计弹簧的自
7、由状态高度H，预压状态高度H1，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支承浮动机构，也可以设计为弹簧旁楔式浮动机构，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，所以浮动机构应设计成可调，可根据实际状况来调节高度或浮动力的大小。,弹簧浮动机构示例,气压浮动机构,原理及特点用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，但不需要弹簧那样大的轴向空间。浮动力可通过改变气压来调节，且比弹簧
8、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改变气路，可完成较复杂的动作。与液压浮动力相比，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。气压浮动不足的地方：与弹簧相比，汽缸 活塞加工精度要求高，并且有密封要求。与液压相比，运动速度控制精度和抗负载影响要差。,气压浮动机构的设计步骤(要求)首先应根据模具所需要的浮动力大小，作为设计汽缸所需的气压力。由压缩空气的压力约0.60.8MPa，设计汽缸径向尺寸。根据粉末的松装高度和脱模高度要求，设计汽缸的高度、活塞的移动距离(即浮动量)。汽缸和活塞之间的密封。对于异形压
9、坯，模具不能转动，设计的气压浮动机构应有防转动机构。汽缸和活塞应采用IT56级精度的56级配合，表面粗糙度一般要研磨到Ra0.16,一般情况下，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，在适当位置开排气孔。在气路上安装切阀 压力调节阀和压力计等部件，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。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，且应保证模具的受力中心与汽缸浮动机构的发力中心相一致，即气压浮动机构与弹簧机构一样应对称设计,气压浮动机构示例,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
10、般有下缸，因而可用下缸的顶出或回退的力作为脱模动力。,图7-24可调节式脱模复位机构，空程距离按下式确定：,适用于要高度较大，复位阻力较大，采用弹簧复位不可靠的情况。,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，此种机构宜于压制较小尺寸的压坯。,凸轮脱模复位机构,凸轮机构具有运动平稳、动作准确可靠、结构简单紧凑、调整模具方便等特点，适合各种冲床，但凸轮的磨损较快。,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A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，需要在A型模架上增加一些机构。(1)组合上模冲的脱模复位机构对于无上辅助缸的压机，根据脱模
11、作用力的形式有：汽缸浮动脱模复位机构、弹簧浮动横梁脱模复位机构和弹簧浮动汽缸脱模复位机构。(2)组合下模冲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：移动一定的距离，垫实后承载；拉下或顶出脱模；复位，形成一定的装粉容积。结构方案很多，如：斜楔式脱模复位机构和拉杆式脱模复位机构。,组合上模冲的脱模复位机构,组合下模冲的脱模复位机构,3.3 自动装粉机构,自动装粉的机构应由装粉斗、送粉器和驱动送粉器的机械装置、液压装置或气压装置等组成。为获得均匀一致的装粉，装粉机构应保证：、自动装粉机构要严格遵守压制周期的运动规律；装粉速度能控制；装粉应均匀和精确。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。,往复式送粉机构,回转式送粉机构,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现装粉动作的一类机械结构。对于普通液压机的装粉机构，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，送粉机构主要零件的材料及技术要求见表：,
