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簡析補償裝料法粉末冶金模具設計
2018-03-27
作者：
admin
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磁性材料器件以及電機、汽車、航空工業中用到的一些鐵基或銅基耐磨和自潤滑零件大量采用粉末冶金來制造。近幾年，隨著汽車工業的蓬勃發展，鐵基粉末冶金零件隨之快速增長。
這類零件坯件的形狀一般比較復雜，有的帶有內臺階，有的帶有外臺階，有的則是內外臺階都有，如圖1所示。這類零件之所以用粉末冶金法制造，主要原因是：①機械加工方法不易加工其復雜的形狀;②粉末冶金能很好地保證復雜型面的形狀和尺寸的一致性;③粉末冶金法制造遠比機械加工的成本低廉;④粉末冶金法制造可根據不同的性能需要而加入相應的元素起到耐磨和自潤滑的作用。因此，粉末冶金的未來領域非常廣闊。這類坯件有一個共同特點：沿壓制方向坯件的橫截面有變化，軸向不等高。對這些坯件的粉冶成型簡單地采用一個裝料高是無法成型的，而是要根據不同截面的高度相應地設計不同的多個裝料高。要在一個模腔里實現不同的多個裝料高就要采用“補償裝料法”，它是使坯件不同截面、不同高度處的密度一致的常用而重要的方法。
1、補償裝料的原理及作用
以圖2所示坯件為例，它有一個內臺階H2，一個外臺階 gs1 組成。各臺階的橫截面積沿壓制方向不相等。
各截面對應的高度也不相等。在成型詼坯件的內外臺階時就不能簡單地采用如圖3的整體下凸模來成型，這樣會儀各截面的密度相差很大。為此，就必須采用將下凸模分解成多件組合式，如圖4所示。使各組臺下凸模分別對應坯件不同的截面。
裝料時可浮動的下凸4上浮一定的距離，使坯件對應的環形裝料腔H1的裝料量得到一定的補償，使各截面對應的高度上的松裝比相等(H1/H1= H2/H2)，這種裝料法就是補償裝料法。
用一句話來概括即：為了使產品坯件不同高度處的松裝比相等或相近，對高度大的部分就相應地按同比例多裝料。
粉末冶金產品壞件的黿要質量指標之一就是坯件密度的一致性。密度不均勻的坯件會出現裂紋、燒結變形、機械物理性能不一致等嚴重缺陷。凡是帶臺階、凸臺、凸沿或罐形坯件必須州補償裝料法的原理來設計模具才能壓出合格的產品。因此，補償裝料法廣泛應用于粉末冶金模具的設計中，也是設計該類模具的核心技術之一。
2、補償裝料法模具結構設計
(1) 設計的原則
補償裝料法模具結構設計必須遵循以下3個原則。
a 松裝比相同或相近。所謂松裝比就是粉料在模腔中末匝制前的松裝高度H與壓制后坯件相應高度h的比值。H1/H1= H2/H2=松裝比由于模腔中粉料的流動性很差，不會象液體一桿在壓力的作用下流向所有空間，這就要求坯件高度人的地方按照高度屜低處裝料星的同等比例多裝料才能為達到坯件密度一致建立物質基礎，也是先決條件。
b 壓縮比相等或相近。為了保證坯件的密度分布均勻，就要求坯件各截面處的密度 ρ坯件與相應處的粉末松裝密度 ρ松裝之比相等或相近，這一比值就是壓縮比。因為各處的裝料高不等，又要求壓縮比相等，就必須使不同截面對應的上、下模沖在壓制過程中的移動距離各不相同，這也正是為什么要將上、下凸模分解成多個浮動的組合凸模的原因。
c 壓制速率相等。雖然在壓制時各組合上、下凸模的移動距離和移動速度各不相同，但在單位時間內各組合凸模所對應的截面上的粉料被壓縮減少的體積 ΔV(ΔV=V粉-V坯)與未壓制前粉料充填體積V’粉 的比值相等或相近。只有這樣，才能保證粉料在壓制過程中不產生橫向移動，不在截面分界處形成滑移層而產生裂紋或應力集中。
凡是帶臺階或罐形坯件用整體上、下凸模但不能保證成型，就必需依據以上3個原則采用組合上、下凸模的結構保證復雜坯件的成型。
(2) 組合上、下凸模的設計要點
a 組合界限系數C
坯件不等高處的高度差與坯件最小高度的比值稱為組合界限系數C，如圖2中的 C=( H1- H2)/ H2一般情況下，這一比值C≤O.15-O.2時，可采用整體上、下凸模，如果大于此比值則要依據補償裝料法采用組合上、下凸模。其中當粉料的橫向流動性較好，C可取大些，反之則取小些。
b 組合凸模的個數N
采用組合凸模的日的就是為子滿足補償裝料的三相等或三相近原則，因此組合凸模的個數N應按坯件不等高的截面數分解成相應個數。即組合凸模個數等于坯件不等高截面數。如圖2巾的N=2。
c 組合凸模靜止、浮動的確定
為了模具結構的簡化，在壓制過程中讓組合凸模中的一個靜止不動，其余幾個在壓制過程中主動浮動或在壓力作用下被動浮動。通常，坯件最大高度對應截面下的凸模宜設計成靜止的,其余應全部浮動。如圖3中的外下凸模應該設計成在壓制過程中固定不動而內下凸模浮動。這樣便于簡化設計，井能借助上凸模向下的壓力使浮動凸模向下浮動。
3、結束語
以上的一些設計方法是自己十多年的工作實踐總結，實踐證明合理而有效。本文中儀以一個簡單的坯件為例，著重從理論方面對補償裝料沾做了詳細闡述。實際中可能會遇到各種復雜的坯件，但是只要依據上述理論和設計方法都會設計出合格的模具。