【正文】 兩者最大的區(qū)別在于零件的切削加工必須不斷地去除材料，而零件建模時(shí)還可以根據(jù)需要增加材料。由于模數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)齒輪發(fā)生了 變化，不再是標(biāo)準(zhǔn)值，用變模數(shù)法設(shè)計(jì)的齒輪成型陰模用傳統(tǒng)機(jī)加工方法不可能加工出來(lái)，只能借助CAD/CAM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3． 模具 設(shè)計(jì) 及計(jì)算 產(chǎn)品參數(shù)化建模與工況分析 產(chǎn)品參數(shù)化建模與工況分析 齒輪參數(shù) 齒輪參數(shù) 齒輪參數(shù) 模數(shù) m 6 齒根圓直徑 dg (mm) ?? 齒數(shù) Z 20 公法線長(zhǎng)度 ln (mm) ? 法向 壓力角 ? ? 跨齒數(shù) n 4 變位系數(shù) ? 0 傳動(dòng) 比 i 齒頂圓直徑 dK (mm) ?? 齒頂圓角 分度圓直徑 df (mm) 齒根圓角 傳動(dòng)齒輪的工況調(diào)查及材料的選擇 名 稱 內(nèi) 容 備 注 齒輪工作狀況 （ 1） 用于汽車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳遞速度 （ 2）齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒形誤差（公法線變動(dòng)量）將影響傳動(dòng)精度 （ 3）強(qiáng)度要求： b? 240? MPa 齒部硬度： 660HV 材料選擇 （ 1）根據(jù)使用工況，查表選用 Fe CCu Ni ,牌號(hào)： SMF5040 (2) 材料成分： Fe C(%) Cu (2%) Ni (3%) (3) 密度： （ g/cm3 ） 產(chǎn)品的精度分析與工藝確定 項(xiàng) 目 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 依 據(jù) 材料壓坯密度 材料成分： Fe C(%) Cu (2%) Ni (3%) 密度： g/cm3 使用工況 產(chǎn)品工藝 壓制 燒結(jié) 水蒸汽處理 使用工況 工藝參數(shù) 部位 工序 外徑 D 高度 A 內(nèi)徑 d D=? ?? A=? d=? 14 ?? 燒結(jié)收縮率 c(%) 燒結(jié)溫度和 壓坯密度 壓制回彈率 e(%) 壓坯密度 粉末冶金壓制設(shè)備的選擇 粉末冶金壓制設(shè)備的選擇 項(xiàng) 目 計(jì) 算 公 式 計(jì) 算 數(shù) 據(jù) 及 依 據(jù) 結(jié) 果 壓制力 P P=pS S= ? /4 （ D 2 d 2 ）=? /4( 142 ) S= p=6? 102 MPa P= 脫模力 P脫 =f? P側(cè)余 S側(cè) f? = P側(cè)余 = S側(cè) =m()H P側(cè)余 =? 102 MPa S側(cè) = mm2 P脫 = 壓坯高度驗(yàn)算 Hmax = )10(/ m ax ?F??? H? Hmax ?? = g/cm3 ?? g/cm3 F max =150mm(根據(jù)日本玉川S200壓機(jī)最大裝粉高度 ) H=19 Hmax = H=19mm H Hmax 可行 壓制成形壓機(jī)確定 1） .S 2） .P和 P脫 3） .裝粉高度 4） .壓制方式 S= mm2 P= KN P脫 = KN H? = ??H???/ 雙向壓制 （一上三 下） 選用日本玉川 S 系列S200壓機(jī) (附注：日本玉川壓機(jī)主要用于各種中等尺寸范圍的鐵基，有色金屬，鐵氧體，陶瓷和硬質(zhì)合金等產(chǎn)品零件的成形 ) 成形 模 具 參數(shù)設(shè)計(jì) 成形陰模參數(shù)設(shè)計(jì) 的方法有： （ 1) 變位設(shè)計(jì) 變位設(shè)計(jì)認(rèn)為齒輪在壓制過(guò)程中的工藝參數(shù)的變化類似齒輪加工中的變位。 由 (29)上可知，整形的余量是法向上的整形的余量，曲線單邊徑向整形余量不同于整 形的余量，因此必須計(jì)算兩者的關(guān)系，同理單邊徑向工藝變化量同法向工藝變化量也存在一定的關(guān)系，以下就此作簡(jiǎn)要分析。壓制過(guò)程中粉末的受力為三向應(yīng)力狀態(tài)，但是如圖 23所示，造成粉末運(yùn)動(dòng)的不平衡力只有垂直于模沖表面的壓制力 P，側(cè)壓力 P 側(cè) 的方向因垂直于粉末運(yùn)動(dòng)方向且相互平衡，故對(duì)粉末運(yùn)動(dòng)不起作用，摩擦力 F與粉末運(yùn)動(dòng)方向相反起阻礙作用，但只對(duì)運(yùn)動(dòng)速度起作用而不影響運(yùn)動(dòng)粉末運(yùn)動(dòng)方向。 7） . 最終完成工序 該工序主要是手工研磨拋光操作、但陰模的內(nèi)表面是用自動(dòng)拋光機(jī)進(jìn)行拋光處理。 粉末冶金技術(shù)的發(fā)展必將大大有益于我國(guó)的制造行業(yè)，讓我國(guó)的工業(yè)產(chǎn)品在世界市場(chǎng)占有一席之地。 QMP的 ATOMET4701粉就是為燒結(jié)硬化工藝而開(kāi)發(fā)的。 表 1 ： 1996年全球溫壓的動(dòng)態(tài) 美 國(guó) 歐 洲 遠(yuǎn) 東 生產(chǎn)線 10 6 4 在生產(chǎn)的零件 20 3 15 在試驗(yàn)的公司 一些 10 10 表 2 ：溫壓的可能用途 應(yīng) 用 優(yōu) 點(diǎn) 螺旋齒輸（電動(dòng)工具） 泵輪 連桿 凸輪 鏈輪 同步器轂 螺旋齒輪（變速箱） 軟磁零件 增高強(qiáng)度 增高強(qiáng)度 增 高疲勞強(qiáng)度 減少磨損 增高切削加工強(qiáng)度 增高強(qiáng)度 增高彎曲疲勞強(qiáng)度 較高密度 粉末鍛造興起于七十年代初。當(dāng)應(yīng)用銑床、磨床制造模具時(shí)，則模具已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的初始階段。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均在文中以明確方式表明。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。未來(lái)粉末冶金模具制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在： (1)全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù) 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。 巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。 中國(guó)模具工業(yè)的技術(shù)水平近年來(lái)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由金屬基粉體材料制備的零部件如齒輪、鏈輪、軸套等，在工業(yè)上需求量日益增加，這也使金屬基粉體材料成形的模具設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視，國(guó)家也加強(qiáng)了對(duì)這方面模具研究的投入與開(kāi)發(fā)。應(yīng)用粉末冶金工藝制造齒輪制品可以大幅度地降低生產(chǎn)成本，并保證齒輪的形位公差與尺寸公差的一致性。 研究的目標(biāo)： 1. 根據(jù)產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)產(chǎn)品的若干副模具，并完成模具總裝。 積累豐富的模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為 以后從事機(jī)械行業(yè)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在汽車模具方面，現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。 這就推動(dòng)了粉末冶金模具技術(shù)的發(fā)展。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫(kù)；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要介紹粉末冶金模具設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，是針對(duì)鐵基齒輪這個(gè)具體產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。從 1975年開(kāi)始，由于計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化機(jī)床工業(yè)化的發(fā)展，逐步形成以模具標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)的，模具設(shè)計(jì)與制造一體化的現(xiàn)代模具生產(chǎn)體制，普及了模具 CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。他們認(rèn)為 “ 未來(lái)是屬于一次燒結(jié)連桿的 ” 。 表 3 ：燒結(jié)硬化鋼的硬度與馬氏體百分含量的關(guān)系 硬 度（ HRC） 馬氏體（％） 珠光體＋孔隙（％） 10 15 20 25 30 35 40 10 18 40 55 75 85 95 90 82 60 45 25 15 5 這種材料是由顆粒表面涂覆有一層樹脂類材料的鐵粉，用溫壓壓制成形的。 3） . 普通研磨 使用外圓磨床、內(nèi)圓磨床以及平面磨床定出后工序的加工基準(zhǔn)面、兩端面的平 行度以及工件長(zhǎng)度、高度、圓形工件的內(nèi) ? 外徑精加工。整個(gè)過(guò)程包括裝粉、壓制和脫模三個(gè)步驟。 由式 (21)和式 (24)得： ? ? 0( 1 ) (1 )yd dyd H ddd? ? ? (25) 式 (25)表示任意高度處的粉末位移量與壓坯密度的關(guān)系。對(duì)于漸開(kāi)線直齒輪，齒輪的齒廓一般由齒頂圓圓弧、漸開(kāi)線齒形、齒根過(guò)渡曲線、齒根圓弧。對(duì)于一個(gè)齒輪如果齒數(shù)確定，則加工過(guò)程中分度圓的變化可以認(rèn)為是模數(shù)的變化。 上、下模沖：耐沖擊性好，有一定的耐磨性。 （ 2）生成模具基體 這也是一個(gè)實(shí)體模型，相當(dāng)于模具制造的材料，其大小必須可以容納設(shè)計(jì)零件，因?yàn)槭怯伤赡＞吡慵?。特征是?gòu)成模型的基本單位，每一個(gè)模型都是由一連串特征構(gòu)成的。變模數(shù)設(shè)計(jì)的齒輪壓坯齒形與預(yù)期基本重合，變模數(shù)法在理論上不存在 設(shè)計(jì)誤差，應(yīng)用這種方法，陰模的精度易于控制，制品質(zhì)量得到提高，是 一種先進(jìn)、實(shí)用，值得推廣的粉末冶金齒輪陰模設(shè) 計(jì)法。 由式 (29)， (210)， (211)， 與 (212)可得 : 22()s c cF e s R? ?? ? ? (213) ?? FFF s ?? (214) 由 (213)可知，成形模曲線與產(chǎn)品曲線法向距離改變量 F是一個(gè)變量，變化范圍直接影響齒輪成品的精度。其中彈性后效與燒結(jié)收縮率使燒結(jié)制品徑向尺寸發(fā)生線性變化，而整形余量是整形前預(yù)留在燒結(jié)形狀外側(cè)的余量，與整形方式有關(guān)。 壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系 粉末體受壓后發(fā)生位移和變形，在壓制過(guò)程中隨著壓力的增加，壓坯的相對(duì)密度出現(xiàn)有規(guī)律的 變化，如圖 21所示，通常將這種變化假設(shè)三個(gè)階段：第一階段，密度隨著壓力的增加而急速增加，在此階段內(nèi)，由于粉末顆粒發(fā)生位移并填充孔隙，壓坯的密度隨著壓力的增加而急速增加，故此階段粉末的致密化方式主要是以粉末充填為主；第二階段，壓坯的密度隨著壓力的增加而緩慢增加，這是由于第一階段后期充填結(jié)束后粉末顆粒仍有很大的孔隙，若進(jìn)一步消除孔隙必須通過(guò)顆粒的變形充填至孔隙中去，但在顆粒變形的同時(shí)必然會(huì)引起顆粒的加工硬化，粉末顆粒難于進(jìn)一步變形，此階段的致密化方式是以顆粒變形為主要特征；第三階段：壓坯密度幾乎不隨壓力的增加 而變化，這是因?yàn)轭w粒加工硬化嚴(yán)重，外力被剛性 接觸面支撐，故顆粒表面或內(nèi)部殘存的微小孔隙很難消除，唯一的方式是顆粒破碎以便進(jìn)一步消除孔隙提高密度。 5） . 線切割 使用數(shù)控線切割機(jī)床對(duì)超硬合金以及高硬度鋼材的復(fù)雜形狀如陰模內(nèi)表面、蕊桿、沖頭外周形狀等進(jìn)行加工。) 電陰率 (ohmcm) Bmax(KG) 最大磁導(dǎo)率 (G/Oe) 90 190 350 400 于 1500e和 50Hz下測(cè)量的數(shù)據(jù) 這 種材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用為汽車點(diǎn)火裝置、電燈振流器、變壓器鐵芯、低頻濾波器與扼流圈鐵芯，以及電動(dòng)機(jī)中的硅鋼片制品，找到了一種經(jīng)濟(jì)的替代產(chǎn)品。的范圍內(nèi)，模壁潤(rùn)滑者比將潤(rùn)滑劑摻加于粉末內(nèi)者，生坯強(qiáng)度可增高 128%－ 127%(對(duì)于 F－ 0000)和 66%－ 139%(對(duì)于 FN0205)，而兩者的燒結(jié)件強(qiáng)度相差很小，可認(rèn)為在試驗(yàn)的誤差范圍之內(nèi)。 對(duì)粉末冶金機(jī)械零件行業(yè)而言，進(jìn)入九十年代以來(lái) ,溫壓是最重要的技術(shù)進(jìn)展之一。 Abstract： Powder metallurgy is a technique, which uses metallic and nonmetallic powder (posite) to produce metallic material and parts through pction, sintering and post treatment, and which is used for forbricating high performance ferrous parts at a low cost. This graduation design primarily introducted the general process about the mould design of powder metallurgy, it carried on the design work to a concrete product what is the gear with iron base. In the course of design, some jobs which were launched included the choice of product material, the choice of repressive device, the choice of design parameter( for example, the shrinkage from the sinter and rebound proportion after paction ), mould dimension and precision calculation, the choice of mould material, the heat treatment analysis, the analysis and choice of the mould construction, the mould shape and assemble, the drawing. Among these, the mould shape and assemble were finishe