【正文】 (3) 生成過渡裝配體 這是一個裝配。 （ 2）生成模具基體 這也是一個實體模型，相當(dāng)于模具制造的材料，其大小必須可以容納設(shè)計零件，因為是由它生成模具零件的。而基準(zhǔn)特征只是用于構(gòu)建實體特征時的參照特征，如基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點等，屬于虛擬特征。 一般 形狀的 零件建模常用兩類特征：實體特征和基礎(chǔ)特征。最后得到要求的零件圖。加工零件時，首先準(zhǔn)備毛坯， 再經(jīng)過一系列的切削加工工序，得到成品零件，而零件建模時首先創(chuàng)建一個實體特征，相當(dāng)于毛坯，所創(chuàng)建的第一個實體特征稱為基礎(chǔ)特征。特征是構(gòu)成模型的基本單位，每一個模型都是由一連串特征構(gòu)成的。 材料成分是 C占 %，其余均為 Fe。 模套：有較好的韌性和拉伸強度，可采用中碳鋼 45 號鋼（ 2832HRC） ； 材料成分是C占 %，其余均為 Fe。 上、下模沖：耐沖擊性好，有一定的耐磨性。因此，上模沖內(nèi)徑取 ??? mm,同樣，下模沖內(nèi)徑也取 ??? mm. 成形模結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具 裝配 結(jié)構(gòu)簡圖如圖 32： 圖 32（ a） 壓制前裝粉狀態(tài) 圖 32(b)裝粉后壓制前狀態(tài) 模沖 圖 32(c)壓制后狀態(tài) 模具材料的選擇 陰模 ：要求硬度高，耐磨性好，選用合金工具鋼 GCr 15(6062HRC)； 材料成分是 C占 ， Si占 ， Mn占 ， Cr占 （ %）。 模具相關(guān)軸向的尺寸如下： （ 1） 產(chǎn)品高度 h=, 取下模沖配合高度為 h下 =15mm, 取上模沖配合高度為h上 =7mm h臺坯 =(1+%%)= h壁坯 =(1+%%)= h坯 =h(1+ce)= H粉 = ?? 坯h???/ H陰 = H粉 + h下 + h上 = （ 2）下半部分陰模深度為： H粉 + h下 =+15= 下模沖高度為 := 裝粉墊高度為： = (3) 芯桿長度 H陰 +=+= (4) 上模沖高度 H陰 == （ 5） 墊塊高度 墊塊高度等于上下模沖高度之和加上 壓坯高度減去陰模高度所得值 墊塊高度為： ++= 模沖和芯桿徑向相關(guān)尺寸 （ 1）上、下模沖外徑 上、下模沖與陰模之間的配合間隙分別按照 H8/f7和 H7/g6選取。 齒輪陰模設(shè)計的步驟為： 齒輪參數(shù) —— （燒結(jié)收縮率 c） —— 壓坯參數(shù) —— （壓制回彈率 +e） —— 成形陰模參數(shù) （ 1） 燒結(jié)坯尺寸 分度圓直徑 ds =dz =mz= 燒結(jié)坯模數(shù) ms = ds /z=m= 齒頂圓直徑 das =daz =m(z+2h*a +2x)= 齒根圓直徑 dfs =df =m(z2 h*a 2c* +2x)= 基圓直徑 dbz = ms zcos? = (cos? =) （ 2）壓坯尺寸 考慮到燒結(jié)收縮率 c，則壓坯脫模后尺寸為 ： 分度圓直徑 dy =ds /(1c)=mz/(1c)= 壓坯模數(shù) my = dy /z=mz/[(1c)z]= 齒頂圓直徑 day = das /(1c)=[m(z+2 h*a +2x)]/(1c)= 齒根圓直徑 dfy = dfs /(1c)=[m(z2 h*a 2c* +2x)]/(1c)= 基圓直徑 dby = my z cos? = （ 3）成形陰模尺寸 考慮到壓制回彈率 e，則成型陰模尺寸為： 分度圓直徑 dc = dy /(1+e)=mz/[(1c)(1+e)]= 成形陰模模數(shù) mc = dc /z=mz/[(1c)(1+e)z]= 齒頂圓直徑 dac = day /(1+e)=[m(z+2 h*a +2x)]/[(1c)(1+e)]= 齒根圓直徑 dfc = dfy /(1+e)=[m(z2 h*a 2c* +2x)]/[(1c)(1+e)]= 基圓直徑 dbc = mc z cos? = 由以上計算可看出，粉末冶金齒輪在壓制成型、燒結(jié)的處理過程中，分度圓、基圓、齒頂圓、齒根圓直徑都是變化的，模數(shù)也是變化的。影響齒輪成型陰模幾何尺寸的工序主要是壓制和燒結(jié)。變模數(shù)設(shè)計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、實用，值得推廣的粉末冶金齒輪陰模設(shè) 計法。 (a) (b) 圖 31 齒形曲線 根據(jù)試驗測定，變位 設(shè)計的齒輪壓坯齒廓曲線嚴(yán)重偏離預(yù)期齒輪壓坯齒廓曲線。 變位法設(shè)計成形模具存在較大的設(shè)計誤差，變模數(shù)法設(shè)計在理論上不存在設(shè)計誤差。對于一個齒輪如果齒數(shù)確定，則加工過程中分度圓的變化可以認(rèn)為是模數(shù)的變化。變位齒輪與未變位齒輪在分度圓上的壓力角和模數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)值，他們的齒廓漸開線均為同一基圓上發(fā)生的同一漸開線，具有相同的分度圓直徑和基圓直徑。根據(jù)齒輪的齒頂圓直徑，可以確定陰模內(nèi)齒輪齒頂圓直徑，求出變位系 數(shù)。 000002( ) ( 1 ) 22( 2 )c os [ ] 2 si nc os [ ] 2 si nckcasa b ac c akc c cW F W kd k e s dF F Fd d hd m z h xW m k zi nv x mW m k zi nv x m???? ? ? ?? ? ? ?? ? ???? ? ? ? ? ??? ????????? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ???（ ）（ ） (215) 式中： m —— 產(chǎn)品的齒輪模數(shù) ； cm —— 成形模齒輪模數(shù) ； cd —— 成形模齒頂圓直徑 ； bd —— 產(chǎn)品的分度圓直徑 ； ad —— 產(chǎn)品的齒頂圓直徑 ； cW —— 成形模公法線長度 ； kW —— 產(chǎn)品的公法線長度 ； F? ——法向上的整形余量 ； 0k —— 法向上的距離補償量 ； z —— 齒數(shù) ； k —— 跨齒數(shù) ； ah —— 齒頂高 ； x —— 變位系數(shù) ； 0F —— 齒形有效工作部位起始點的法向距離改變量 ； 0sF? —— 齒形有效工作部位起始點的法向工藝變化量 。 根據(jù)式 (215)可以得到成 形模齒輪模數(shù) cm 以及法向上的距離補償量 K0，然后再根據(jù)齒輪的齒面變異情況計算理想的成形模腔的壓力角修整值。 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是一個變量，變化范圍直接影響齒輪成品的精度。從而造成整形之后的齒形失真。 漸開線直齒輪成形模也是按照標(biāo)準(zhǔn)齒輪系列設(shè)計公式計算，但是其模數(shù)可以是任意實數(shù)。對于漸開線直齒輪，齒輪的齒廓一般由齒頂圓圓弧、漸開線齒形、齒根過渡曲線、齒根圓弧。設(shè)點 A極徑方向上有一個增量 AC，該點的壓力角為 ? ，則在法向上的增量與 AC的關(guān)系為： sinAB AC ??? sinF?? ?? ? ? (210) sinssF?? ?? ? ? (211) 式中： F? —— 法向上的整形余量 ； sF? —— 法向工藝變化量。 如圖 24所示一段曲線，設(shè)曲線處處可導(dǎo)，不可導(dǎo)點按照法向 與徑向一致時處理。假設(shè)一非圓曲線的極坐標(biāo)方程 [33]： )(?? f? (28) m in ( 1 )c c s ses ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (29) 式中 : min? —— 產(chǎn)品的曲線點的極徑 ； c? —— 成形模曲線點的極徑 ； ?? —— 曲線單邊徑向整形余量； s? —— 燒結(jié)品曲線點的極徑； s?? —— 單邊徑向工藝變化量。 由 (27)可知，圓柱形產(chǎn)品及其成形模的徑向尺 寸相比較，其徑向上即法向上相差一個相等的量，即法向等距量。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)。粉末在實際的壓制情況下由于受摩擦力的影響，粉末 各顆粒層之間的壓縮量以及同一層粉末不同直徑處的顆粒的位移量都不相等。 由式 (26)可知粉末在壓制過程中各顆粒層的位移平均速度是不等的。 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。 在理想均勻的壓縮情況下（粉末壓縮時不受摩擦力且粉末的各顆粒層之間壓縮量均相等）： dKndH n )11)(1( ??? (22) 式中： d —— 粉末顆粒的平均粒度 ,cm； ndH —— 第 n層粉末顆粒的位移量 ,cm； 式 (21)是在理想壓縮情況下等高制品粉末顆粒層的位移方程。在等高制品的壓制過程中粉末運動的最大特征是沿壓制方向作直線運動 ,即粉末運動具有單方向的壓縮特征。 壓制過程中粉末運動規(guī)律 本文所述的等高制品是沿壓制方向上的高度相等但截面形狀可以為任意形狀的產(chǎn)品。粉末內(nèi)部各個顆粒所處的受力狀就局部區(qū)域而言各異，因此壓制曲線的三階段并沒有明顯界 限。 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，在壓制過程中隨著壓力的增加，壓坯的相對密度出現(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，若進一步消除孔隙必須通過顆粒的變形充填至孔隙中去，但在顆粒變形的同時必然會引起顆粒的加工硬化，粉末顆粒難于進一步變形，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，這是因為顆粒加工硬化嚴(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一步消除孔隙提高密度。在這個過程中，不但存在外加壓制 壓力與粉體之間的作用力與反作用力，也存在粉末顆粒與粉末顆粒、粉末與模壁之間的相互作用力，包括正壓力和摩擦作用力。當(dāng)粉末顆粒之間的相互作用力超出它們的強度極限時，粉末顆粒自身便會引起塑性變形甚至脆性斷裂，從而使體積進一步減小，密度進一步提高，粉末顆粒間的接觸面積和結(jié)合強度也進一步增大，最后達到所要求的壓坯密度和強度。整個過程包括裝粉、壓制和脫模三個步驟。由于各模具部件之間配合好壞、直接影響模具的使用壽命、因此本工序是出廠 前最后的且非常重要的工序。自動拋光機的介質(zhì)中摻入金鋼石微粒、能夠均勻且高精度地對復(fù)雜的內(nèi)壁面進行研磨。數(shù)控坐標(biāo)磨床可進行高精度內(nèi)徑加工及外形輪廓等加工。 6） . 精密研磨 使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控坐標(biāo)磨床、數(shù)控仿形磨床進行復(fù)雜形狀的外形加工、以及高精度開孔。 5） . 線切割 使用數(shù)控線切割機床對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、沖頭外周形狀等進行加工。 42) . 電極制造 電火花加工中不可缺少的是電極，使用數(shù)控車床、數(shù)控銑床、多工序自動數(shù)控機床等小型機床將以銅材為主的電極加工出所需要的形狀。 41） .電火花加工 使用油槽電火花加工來加工模具的端面，可使鋼材的最外表的變質(zhì)層降至最低限度，有益于以 后的拋光工序。 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 行度以及工件長度、高度、圓形工件的內(nèi) ? 外徑精加工。雖然稱為粗加工、仍需將工件加工成與完成品極其接近的形狀、使熱處理之后的精加工－研磨、放電等的加工時間降低到最低限度。 粉末冶金模具制造 工藝 的一般步驟 1） . CAD/CAM 模具設(shè)計以及數(shù)控機床加工用程序的編制。 我們必須抓住粉末冶金技術(shù)發(fā)展的契機，投入到該方面新技術(shù)的開發(fā)中。除上述外，金屬注射成形 (MIM)和高溫?zé)Y(jié)工藝也都是值得重視的新工藝。)