毕业设计（论文）粉末冶金铁基锥齿轮模具设计.pdf

0毕业设计论文题目：粉末冶金铁基锥齿轮模具设计学 院：物理科学与工程技术学院专 业：机械设计制 造及其 自 动化年 级：05级姓 名:_指导教师：_职 称：助教（2009 年 5 月）宜春学院教务处制目录1、毕业设计任务书2、毕业设计开题报告3、资格审查表4、学士学位论文原创性申明5、论文版权使用授权书6、毕业设计说明书7、外文资料译文8、外文资料原文宜春学院毕业设计任务书题目：粉末冶金铁基锥齿轮模具设计学 院：物理科学与工程技术学院 教研室:机电工程专 业：机械设计制造及其 自 动化班 级：_05机制（1）_学 号：_0534232103_姓 名：_张丽_起止日期：2009.1.162009.5.30指导教师：陈鹏 职称:助教教研室主任：_陈敏_审核日期：_2009.1.15_说 明1.毕业论文任务书由指导教师填写，并经教研室审定，下达到学生。2.进度表分前、中、后三期由学生填写，每期填写后交指导教师签署审查 意见，并作为毕业论文工作检查的主要依据。3.学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，3周内提交给指导 教师批阅。4.本任务书在毕业论文完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和 毕业论文答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。、毕业论文的要求和内容根据以下零件图设计粉末冶金模具:粉末冶金是一门制造金属与非金属粉末和以其为原料，经过压制、烧结及各种后续处理工艺制取 金属材料和制品的科学技术，它是一项以较低的成本制造高性能粉末冶金制品的技术。应用粉末冶金 工艺制造齿轮制品可以大幅度地降低生产成本，并保证齿轮的形位公差与尺寸公差的一致性。模具的设计原理与方法进行铁基齿轮的模具设计。设计任务：完成铁基齿轮的模具设计，粉末冶金产品齿轮见产品零件图。设计要求：保证产品的尺寸精度和齿轮的精度要求。1二、研究方案、目标研究方案：1.粉末冶金模具总体方案设计2.粉末冶金模具总体结构的拟定3.各模具零件尺寸的设计计算。研究的目标：1.根据产品零件设计产品的若干副模具，并完成模具总装。2.通过课程设计，使学生树立正确的设计思想，掌握正确的设计方法，提高实际工作能力，并巩固已 学的理论知识。3.进一步提高学生运用CAD和三维软件（pro/e或UG）设计模具的能力。2三、读书目清单1.熊春林主编.2.胡城立主编.3.周曦亚主编.4.戴枝荣主编.3工程材料及机械制造基础（I）-工程材料M南京：东南大学.2006复合材料M.北京：化学工业.2007材料成形基础M.武汉：武汉理工大学.2001粉体材料成形设备与模具设计加.北京：化学工业.20076.印红羽主编.粉末冶金模具设计手册M.北京：机械工业.20025.徐激主编.机械设计手册（第5卷）M.北京：机械工业.2004四、毕业论文进度计划序号各阶段工作内容起止日期备注1开题报告2009.01.16-2009.01.22前期2学习相关知识，查阅 资料，翻译外文资料1 份（1000字以上，并附 资料原文）2009.01.23-2009.02.26中期3学习粉末冶金模具 设计原理与方法2009.02.27-2009.03.104进行粉末冶金冠齿 轮模具设计。2009.03.11-2009.05.085撰写论文初稿2009.05.09-2009.05.20后期6初稿送指导老师审阅，并修改定稿2009.05.21-2009.05.307准备答辩2009.06.01-2009.06.058答辩2009.06.06-2009.06.10交纸质论文3份，电子稿光盘 1份 46.印红羽主编.粉末冶金模具设计手册M.北京：机械工业.20025.徐激主编.机械设计手册（第5卷）M.北京：机械工业.20044.戴枝荣主编.工程材料及机械制造基础（I）-工程材料加南京：东南大学.20063.周曦亚主编.复合材料M.北京:化学工业.20072.胡城立主编.材料成形基础M.武汉：武汉理工大学.20011.熊春林主编.粉体材料成形设备与模具设计M.北京：化学工业.2007五、主要参考资料六、毕业论文进度表（本表由学生填写，每期分别交指导教师签署审查意见）前 期（01月16日至01月22日）学生主要工作：选择一个比较感觉有兴趣的设计题目，选定之后查找一些资料,随后理 出一个大致的思路并编写好开题报告。指导教师审查意见：年 月 日5学生主要工作：大量收集与论文相关的资料，包括中英文资料，随后对粉末冶金技术进 行了解，再深入学习粉末冶金模具设计原理与方法，在确定产品的模具设 计方案，选择最优设计方案进行设计。按照思路收集资料并绘制好自己设 计所有的图纸。中 期（01月23日至05月08日）指导教师审查意见：年 月 日6学生主要工作：开始编写毕业设计的初稿，在老师的指导和同学的帮助下对粉末冶金 模具进行设计计算和结构分析，在此期间就老师和同学提供的设计建议进 行改进设计，最后定稿后进行答辩。后 期（05月09日至05月30日）指导教师审查意见：年 月 日7七、其他（学生提交）1.开题报告1份2.外文资料译文1份（1000字以上，并附资料原文）3.论文1份（理科4000字以上，文科6000字以上）4.设计图纸一套指导教师：_教研室负责人：_学生开始执行任务书日期：_学生姓名：_送交毕业设计日期_8宜春学院毕业设计（论文）开题报告题 目：粉末冶金铁基锥齿轮模具设计学 院：物理科学与工程技术学院教研室:机电工程专 业：机械设计制造及其 自 动化班 级：_05机制（1）_学 号：_0534232103_姓 名：_张丽_指导教师：_me_填表日期：表09 年 01 月 22 日9一、选题的依据及意义：金属基复合材料的发展与现代科学技术和高新产业的发展密切相关。特别是航空、航天、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展，对材料提出了更高的性能要求。除了要求材料具有一些特殊性 能之外，还要求有良好的综合性能，如强度、刚度、耐磨、耐热、吸收振动、低摩擦等性能。由金 属基粉体材料制备的零部件如齿轮、链轮、轴套等，在工业上需求量日益增加，这也使金属基粉体 材料成形的模具设计越来越受到重视，国家也加强了对这方面模具研究的投入与开发。在金属与非金属材料成形加工工程中，模具逐渐成为一种必不可少的工艺装备。模具是实现粉 体材料成形的关键工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件是材料成形的重要方式之一，与切削加 工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。通过对粉体成形模具的设计，能够更深层次了解粉末冶金制备工业零件的过程。积累丰富的模 具设计经验，为以后从事机械行业工作打下坚实的基础。二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：1.我国模具发展现状80年代以来，中国模具工业发展十分迅速。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高 的要求，也为其发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具工业一直以15%左右的增长速度快速 发展。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其它各 类模具约占ll%o改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具 制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入 了对模具制造的投入，例如科龙、美的、康佳和威力等集团都建立了自己的模具制造中心。中外合 资和外商独资的模具企业多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。例如，江苏无锡的微研有限 公司为一日本独资企业，员工有200余人，拥有精密数控模具加工设备60余台，1998年其模具产 值超过2亿元。中国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。目前，国内已能生产精度达2微米的精 密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命12亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产 48英寸电视的塑壳模具、6.5kg大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大 型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车 模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝 合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍 有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，cad/cae/cam技术的普及率 不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存 在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。2.我国模具技术的进步和发展前景在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品 的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为 企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模 具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。其中，获 得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学cad国家工程研究 中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具cad/cae/cam技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技 术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了 贡献。巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上 的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。随着中国经济的高速发展，来自民用需求的快速增长带动了包括粉末冶金模具行业在内的相关 产业的高速发展；家电及相关产业配套的粉末冶金制品的配套量都有快速的增长，其中以冰箱与空 调压缩机配套量的增长更为突出。随着粉末冶金制品应用领域的不断拓展，其他与粉末冶金相关产 业如缝纫机、通信、电动工具等多个领域中粉末冶金配套量的增长也不可忽视。这就推动了粉末冶 金模具技术的发展。与发达国家相比，目前中国的轿车产量少、品牌杂，这使得中国的粉末冶金模 具行业产品结构与发达国家有所不同。目前，家电的冰箱和空调压缩机粉末冶金模具仍占有较大的 比例。今后随着粉末冶金模具技术水平的提高和主机用户对粉末冶金模具技术认知程度的提高，粉 末冶金模具使用范围将得到扩大，使用比例也将提高，国际汽车零部件厂家在中国采购力度的加大,市场对粉末冶金模具的需求量将更大。早在1989年，在国务院颂布的关于当前产业政策要点的决定中，模具被列为机械工业技术 改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的 产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从1997年开始对部分模具 企业实行了增值税返还70%的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提 供有力支持。3.未来粉末冶金模具制造技术的发展趋势随着家电工业、摩托车工业、汽车工业的相继兴起与发展，中国的粉末冶金模具制造行业开始 进入快速发展阶段。在世界范围内，粉末冶金模具制造技术及模压制品成形技术仍处于成长期；而 对中国来说，粉末冶金模具制造技术与模压制品成形技术处于导入期。通过不断引进国外先进技术 与自主开发创新相结合，中国粉末冶金模具产业和技术都呈现出高速发展的态势。未来粉末冶金模 具制造技术的发展趋势主要表现在：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进 一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)高速铳削加工国外近年来发展的高速铳削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外,还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铳削加工技术的发展，对汽车、家电 行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。(3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大 大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铳床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造 业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间 将发挥更大的作用。(4)电火花铳削加工电火花铳削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的 新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铳一样)，因此不再需要制 造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模 具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国 外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表 面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模 具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化 的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。(8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定 位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。三、本课题研究内容：本课题研究的是粉末冶金铁基齿轮模具设计，包括阴模、模冲、芯杆、模套的设计，并根据该 齿轮在实际应用的具体要求选用压制成形设备。四、本课题研究方法：1.利用图书资源和网络资源收集粉末冶金模具的相关资料；2.利用机械手册和相关书籍合理选用齿轮参数；3.结合产品的实际需求绘制齿轮产品零件图，确定产品的结构、相关尺寸和精度要求；4.模具强度验算，模具能完成压制的强度条件是其承受的最大压应力。不超过模具材料的许用应 力。，保证模具不会受压制力而破坏。5.根据以上条件用CAD绘制图纸，用pro/e进行齿轮模具的实体建模并装配。五、研究目标、主要特色及工作进度：1.研究的目标：了解粉末冶金模具设计；2.主要特色：铁基粉体材料模压成形齿轮已经被用于很多高精密工业领域。这种齿轮材料增强 体主要是无机物和其它金属。以这种材料压制成形的齿轮有如下优点：（1）高强度比、高模量比；（2）热胀系数小，尺寸稳定；（3）良好耐磨性和高温性能（4）良好抗断裂韧性和抗疲劳性（5）不 吸潮，不老化，气密性好。在设计模具时，主要考虑提高生产效率、降低产品成本，同时保证产品 质量。3.工作进度：在设计初期，大量的收集相关资料，并且大量参考文献中有关机械设计、粉末冶 金模具设计等方面的资料，完成复合模具结构设计；在设计中期，初步定下设计方案，并对所研究的内容的各个方面进行深入的分析，形成初步的设计构思、；最后开始设计，绘图，编写设计说明书。六、参考文献：1.熊春林主编.2.胡城立主编.3.周曦亚主编.4.戴枝荣主编.7.李建军主编.模具设计基础及模具CADM.北京：机械工业出版.2004 9.李云鹏主编.模具制造工艺学M,200310.行业机械频道.中国模具工业技术发展现在及其方向分析R北京.200711.孙桓主编.机械原理M.工程材料及机械制造基础（I）-工程材料M南京：东南大学.2006复合材料6.北京:化学工业.2007材料成形基础M.武汉：武汉理工大学.2001粉体材料成形设备与模具设计M.北京：化学工业.20076.印红羽主编.粉末冶金模具设计手册M.北京：机械工业.20025.徐激主编.机械设计手册（第5卷）M.北京：机械工业.20048.刘博主编.pro/e3.0模具设计典型案例详解M.北京：机械工业.2005北京：机械工业.西安：西北工业大学.200415.殷国富主编.UGNX4.0产品设计实例精解M.北京：机械工业.200714.韩凤麟等.铁基粉末冶金零件热处理R.上海：中国机械协会粉末冶金分会.200313.陈晨等.粉末冶金模具设计中的影响因素A.株洲：湖北化工职业技术学院.200012.杨宏亮等.粉末冶金模具设计原理及应用A.西安：陕西金山集团模具公司.2006宜春学院逊_届毕业设计答辩资格审表题目粉末冶金铁基锥齿轮模具设计学生姓名张丽专业 机制班级05 机制 1 学号 0534232103检查 内容设计（论文）完 成情况开题报告外文资料翻译中、英文摘要软硬件验收设计（论文）期间考勤 情况累计旷课 时间学生自查说明学生签名：年 月曰指导教师意见（说明是否进行答辩及评定成绩）指导教师签名：成绩_ 年 月曰宜春学院论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独 立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在 文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律责任，其后果由本人承担。作者签名:日期:论文版权使用授权书本论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权宜春学院可以 将本论文的全部或部分内容编入数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。作者签名:导师签名:日期:日期:宜春学院毕业设计说明书论文题目:粉末冶金铁基锥齿轮模具设计学 院:专 业：年 级：姓 名：指导教师:职 称：物理科学与工程技术学院机械设计制 造及其 自 动化05级张丽陈期鸟讲师（2009 年 5 月）宜春学院教务处制粉末冶金铁基锥齿轮模具设计宜春学院 物理科学与工程技术学院 计算机辅助设计与制造专业 张丽 指导老师：陈鹏摘要：粉末冶金是一门制造金属与非金属粉末和以其为原料(复合材料)，经过压制、烧结及各 种后续处理工艺制取金属材料和制品的科学技术，它是一项以较低的成本制造高性能粉末冶金制品 的技术。本次毕业设计主要介绍粉末冶金模具设计的一般过程，是针对铁基齿轮这个具体产品来进 行设计的。在设计中进行的一些工作有：产品材料选择，压制设备选择，设计参数选择(像烧结收 缩率、压制回弹率)，模具尺寸及精度计算，模具材料选择，热处理分析，模具结构分析及选用，模 具成形及装配，图纸的绘制。其中，模具成形及装配是借助于pro/e三维软件进行的，摆脱了复杂零 件模具设计的复杂，减轻了工作任务。再把三维模具零件图向二维工程图转化。在设计工作中，图 纸的绘制有很大一部分在二维Auto CAD软件中进行，像尺寸标注，标题栏创建，示意图绘制。关键词：粉末冶金、模具设计、结构分析、装配。Abstract：Po wder metallurgy is a technique,which uses metallic and no n-metallic po wder(co mpo site)to pro duce metallic material and parts thro ugh co mpctio n,sintering and po st treatment,and which is used fo r fo rbricating high perfo rmance ferro us parts at a lo w co st.This graduatio n design primarily intro ducted the general pro cess abo ut the mo uld design o f po wder metallurgy,it carried o n the design wo rk to a co ncrete pro duct what is the gear with iro n base.In the co urse o f design,so me jo bs which were launched included the cho ice o f pro duct material,the cho ice o f repressive device,the cho ice o f design parameter(fo r example,the shrinkage fro m the sinter and rebo und pro po rtio n after co mpactio n),mo uld dimensio n and precisio n calculatio n,the cho ice o f mo uld material,the heat treatment analysis,the analysis and cho ice o f the mo uld co nstructio n,the mo uld shape and assemble,the drawing.Amo ng these,the mo uld shape and assemble were finished by means o f pro/e so ftware.It unlo aded the co mplexity o f the mo uld design to the co mplex part,and relieve the assignment.Then,the pro/e so ftware translate the three-dimensio nal mo uld part into two-dimensio nal engineer drawing.In the co urse o f design wo rk,the drawing mo stly finished thro ugh the Auto CAD so ftware,fo r example,the label o f the part size,the creatio n o f title co lumn,the drawing o f the o ther schematics.Key wo rd:Po wder metallurgy,mo uld design,co nstructio n analysis,assemble.目录1.绪论.11.1 模具的发展历史.11.2粉末冶金技术的发展及前景.11.3粉末冶金模具制造工艺的一般步骤.32.粉体模压成形与压模设计概述.42.1 模压成形原理及过程.42.2 压制压力与压坯密度的关系.42.3 压制过程中粉末运动规律.52.4渐开线直齿轮模具设计分析.73.模具设计及计算.93.1 产品参数化建模与工况分析.93.2 产品精度分析与工艺确定.103.3 粉末冶金压制设备的选择.113.4 成形模具参数设计.123.5 成形模结构设计.143.6 模具材料的选择.154.基于pro/e的齿轮模具结构优化设计.164.1产品零件的pro/e建模.164.2产品零件的pro/e模具成形及生成工程图.174.3模具装配.245.粉末冶金模具的热处理.276.全文结论.27参考文献.29致谢.30外文资料译文.31外文资料原文.321.绪论1.1 模具的发展的历史模具是一种古老的成形工具。利用“型”或“模”的概念，以制造器件，它可追溯到陶 器、青铜器时代。形成“模具”的概念，即作为工业产品生产的成形工具，则是近100-150 年之间逐步形成的概念。形成模具工业化生产，大致有以下几个阶段，即：手工制造阶段，主要工具为锯、锂、凿和锤等；半机械化和机械化阶段。此时，车床、刨床已成为模具制造 的主要机床。当应用铳床、磨床制造模具时，则模具已经进入工业化生产的初始阶段。工业 化生产阶段，约上世纪30年代初，出现了专门为汽车制造冲模的模具厂。此后，研发成功 了多种模具成型件，所用材料为高速钢，CJ2,硬质合金等。同时，还研发成功了电火花加 工与成形磨削加工配套工艺。还制订了模具零部件标准，逐步形成了模具标准件专业化生产 体系。从1975年开始，由于计算机现代化机床工业化的发展，逐步形成以模具标准化为基 础的，模具设计与制造一体化的现代模具生产体制，普及了模具CAD/CAM/CAE系统。同时，在一个国家建立起了上万个模具厂或与之相关，相配的材料、标准件、机床等工业企业。从 而，在工业国家相继建成了模具工业体系。1.2 粉末冶金技术的发展及前景粉末冶金制品工业是一个高、新技术产业新材料、新工艺、新装备层出不穷，瞬息万变,当前正在致力于研究与开发将铁基粉末冶金零件的密度提高到7.6g/cm3的制造技术和粉 末原料，预计2010年以前这个目标可以实现。实际上，现在些粉未冶金零件的密度己达到 了 7.5g/cm3，例如法国Sintertech生产的同步器环。当前值得注意的一些技术发展动向是：温压、模壁润滑、高温烧结、金属注射成形、烧结硬化及软磁复合材料等。对粉末冶金机械零件行业而言，进入九十年代以来，温压是最重要的技术进展之一。据 瑞典赫格纳斯公司估计，全世界用温压生产的粉末冶金零件己有38种，生产线共有20条，还有20多家公司正在进行试验（见表1）。温压的可能用途见表2。实际上，现在用温压生产 的粉末冶金零件远比表1中所列者多。如上所述，台湾保来得公司就己用温压生产40多种 零件了。表1：1996年全球温压的动态美国欧洲远东生产线1064在生产的零件20315在试验的公司l些1010表2：温压的可能用途应用优点螺旋齿输（电动工具）增高强度泵轮增高强度连杆增高疲劳强度凸轮减少磨损链轮增高切削加工强度同步器毂增高强度螺旋齿轮（变速箱）增高弯曲疲劳强度软磁零件较高密度粉末锻造兴起于七十年代初。1981年日本丰田汽车公司宣布粉末锻造汽车发动机连杆 试制成功，并投入了生产。但是，真正投入大批量生产和使用的是美国的Mase。Tech Sintered Co mpo nents与福特汽车公司，预计到1998年年生产能力将达到约3000万根。到 1993年底，这家公司共生产了粉锻连杆2500万根。但是，1994年温压工艺出现后，福特汽 车公司认为粉锻连杆不久将达到应用的顶点，最终将为一次压制一次烧结的连杆所替代。他 们认为“未来是属于一次烧结连杆的”。在粉末冶金零件生产中，为了减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦，粉末混 合料中都添加有一定量的润滑剂，诸如硬脂酸锌等。要除去这些润滑剂始终是粉末冶金机械 零件生产中一个难题。能否将润滑剂混入粉末中改为喷涂于模壁上，是长期探索的一条途径。据文献报导,用铁粉（F0000）和钢粉（FN0205,Fe2.Ni0.45 CT.3Cu）进行的试验表明,在密度6.0g/em3-7.3g/cn?的范围内，模壁润滑者比将润滑剂掺加于粉末内者，生坯强度可 增高128%127%（对于F0000）和66%139%（对于FN0205）,而两者的烧结件强度相差很小，可认为在试验的误差范围之内。现在，美国Gasbarre Pro ducts己采用模壁润滑，其系统已 在市场出售。烧结硬化是将铁基粉末冶金零件的烧结过程和借助于通过炉子冷却带时进行淬火硬化 结合起来的一项新工艺。在美国MPIF1997年版“粉末冶金结构零件材料标准”中，己含有 这类材料的技术标准（见“粉末冶金工业”V01.8N0.3,1998,444）。这类材料是由预合金化 Ni-Mo钢粉混合以铜粉与石墨粉制成的。QMP的AT0MET4701粉就是为烧结硬化工艺而开发的。在烧结硬化过程中，可通过控制烧结炉冷却带的冷却速度来调整材料的显微组织，使之达到 所要求的马氏体含量和力学性能。表3显示由低合金Ni-Mo钢粉2%铜粉1%石墨粉制造的，密度6.75g/cm3的烧结硬化钢的硬度和马氏体百分含量的关系。很明显，这类材料的开发，对于需要进行后续热处理的高强度粉末冶金结构零件的发展具有重要实际意义。表3：烧结硬化钢的硬度与马氏体百分含量的关系硬度(HRC)马氏体（）珠光体+孔隙（）10109015188220406025554530752535851540955这种材料是由颗粒表面涂覆有一层树脂类材料的铁粉，用温压压制成形的。瑞典赫格纳 斯公司生产的这类粉末牌号为So malo y500.QMP的牌号为ATOMETEM-lo由这种SMC材料制 造的铁粉芯，在美国通用汽车公司的整体线圈与电子线路(ICE4)点火装置中己得到了应 用。在1997年SAE国际会议与博览会上，这个产品获得了汽车革新奖。这个产品是用温压 试制的第一产品，1990年开始在葡萄牙试生产，1992年样品开始投放欧洲与南美市场，1998 年这种产品将开始用于美国车辆中，现在这种SMC材料已发展到第三代，其性能改进的数据 见表4o表4：美国通用汽车公司用于AC用途的SMC材料的性能改进初期材料现在的材料第二代材料第三代材料密度(g/cm3)7.207.257.357.45电阴率(o hm-cm)0.150.200.201.50Bmax(KG)13.0013.514.515.75最大磁导率(G/0e)90190350400于1500e和50Hz下测量的数据这种材料的开发与应用为汽车点火装置、电灯振流器、变压器铁芯、低频滤波器与扼流 圈铁芯，以及电动机中的硅钢片制品，找到了一种经济的替代产品。因此，这可能是一类极 有发展前景，市场广阔的新材料。除上述外，金属注射成形(MIM)和高温烧结工艺也都是值 得重视的新工艺。未来粉末冶金行业很多值得我们去研究的技术，还有很大的提升空间。我们必须抓住粉 末冶金技术发展的契机，投入到该方面新技术的开发中。粉末冶金技术的发展必将大大有益 于我国的制造行业，让我国的工业产品在世界市场占有一席之地。1.3 粉末冶金模具制造工艺的一般步骤1).CAD/CAM模具设计以及数控机床加工用程序的编制。2).粗加工和热处理原材料购入后、利用数控车床、数控铳床、以及多工序自动换刀数控机床、进行热处理 前的切削加工。虽然称为粗加工、仍需将工件加工成与完成品极其接近的形状、使热处理之 后的精加工一研磨、放电等的加工时间降低到最低限度。热处理使用真空热处理炉、可实现 在淬火回火的同时、防止表面酸化、准确达到钢材的性能指标。3).普通研磨使用外圆磨床、内圆磨床以及平面磨床定出后工序的加工基准面、两端面的平行度以及 工件长度、高度、圆形工件的内,外径精加工。无论作哪一项研磨，大多成为后工序的加工 基准，所以必须慎重且高精度加工经过热处理的钢材、以及超硬合金，由于硬度高、切削变 得困难，因此采用电火花加工。4-1).电火花加工使用油槽电火花加工来加工模具的端面，可使钢材的最外表的变质层降至最低限度，有 益于以后的抛光工序。此外、也采用此加工方法进行倒角及外形轮廓加工。4-2).电极制造电火花加工中不可缺少的是电极，使用数控车床、数控铳床、多工序自动数控机床等小 型机床将以铜材为主的电极加工出所需要的形状。由于电极的质量直接决定放电加工的质量 及精度，因此电极加工对于模具厂商来说是非常重要的工序。5）.线切割使用数控线切割机床对超硬合金以及高硬度钢材的复杂形状如阴模内表面、蕊杆、冲头 外周形状等进行加工。由于是电火花加工、只要是导电材料、无论硬度如何均可对其进行复 杂形状以及锥度加工。6）.精密研磨使用数控成形磨床、数控坐标磨床、数控仿形磨床进行复杂形状的外形加工、以及高精 度开孔。数控成形磨床、首先将砂轮加工成所需要的形状、然后用其研磨工件。数控坐标磨 床可进行高精度内径加工及外形轮廓等加工。7）.最终完成工序该工序主要是手工研磨抛光操作、但阴模的内表面是用自动抛光机进行抛光处理。自动 抛光机的介质中掺入金钢石微粒、能够均匀且高精度地对复杂的内壁面进行研磨。此外、整 套模具由多数模具部件组成、各部件之间的组装配合作业也在此工序中进行。由于各模具部 件之间配合好坏、直接影响模具的使用寿命、因此本工序是出厂前最后的且非常重要的工序。2.粉体模压成形与压模设计概述2.1 模压成形原理及过程粉体模压成形是将一定质量体积的金属粉末或金属粉末与无机非金属粉末及一定成型 剂的混合物装入刚性模腔，然后通过上、下模冲沿单一轴向方向对粉末施加一定大小的压力，使松散的粉料在封闭的模腔中压缩成具有一定尺寸、形状、密度与强度的压坯，再将压坯从 模中脱出的工艺过程。整个过程包括装粉、压制和脱模三个步骤。由于松装状态下，模腔中的粉末颗粒之间的机械搭架而存在大量的孔隙（“拱桥”现象），当模冲对粉末施加外力作用时，这些粉末颗粒不但要发生宏观位移和转动，使这些“拱桥”现象破坏，装粉时形成的“拱桥”纷纷倒塌，其中大量孔隙也为粉末颗粒所填充，颗粒之间 相互靠拢，接触面积增加，整个体积（高度）明显减小，密度明显增加，而且随着压制过程 的进行，当密度增加到一定程度时，粉末颗粒发生位移和转动的阻力也随之增加，从而引起 粉末颗粒的变形。当粉末颗粒之间的相互作用力超出它们的强度极限时，粉末颗粒自身便会 引起塑性变形甚至脆性断裂，从而使体积进一步减小，密度进一步提高，粉末颗粒间的接触 面积和结合强度也进一步增大，最后达到所要求的压坏密度和强度。因此，模压成形的过程 就是粉末体在外力的作用下的一种密实化过程。在这个过程中，不但存在外加压制压力与粉 体之间的作用力与反作用力，也存在粉末颗粒与粉末颗粒、粉末与模壁之间的相互作用力，包括正压力和摩擦作用力。这些作用力的综合体现只是在宏观上是粉末体产生了孔隙体积减 小，密度增加的密实化效果，粉末颗粒之间并没有发生冶金上的结合，压坏内部不但还存在 一定数量的孔隙，而且还产生了潜在的内应力，甚至是微裂纹，压坯的强度仍较低。2.2 压制压力与压坯密度的关系粉末体受压后发生位移和变形，在压制过程中随着压力的增加，压坯的相对密度出现有 规律的变化，如图2-1所示，通常将这种变化假设三个阶段：第一阶段，密度随着压力的增 加而急速增加，在此阶段内，由于粉末颗粒发生位移并填充孔隙，压坯的密度随着压力的增 加而急速增加，故此阶段粉末的致密化方式主要是以粉末充填为主；第二阶段，压坯的密度 随着压力的增加而缓慢增加，这是由于第一阶段后期充填结束后粉末颗粒仍有很大的孔隙，若进一步消除孔隙必须通过颗粒的变形充填至孔隙中去，但在颗粒变形的同时必然会引起颗 粒的加工硬化，粉末颗粒难于进一步变形，此阶段的致密化方式是以颗粒变形为主要特征；第三阶段：压坯密度儿乎不随压力的增加而变化，这是因为颗粒加工硬化严重，外力被刚性 接触面支撑，故颗粒表面或内部残存的微小孔隙很难消除，唯一的方式是颗粒破碎以便进一 步消除孔隙提高密度。压力/MPa图2-1金属粉末压制曲线任XFH应力MPa1-100目银粉2-100目电解铜粉3,4电解细铜粉5-325目喷雾锡粉，6电解铁粉7一氢