【正文】 到鋼材的性能指標(biāo)。無論作哪一項(xiàng)研磨，大多成為后工序的加工基準(zhǔn)，所以必須慎重且高精度加工 經(jīng)過熱處理的鋼材、以及超硬合金，由于硬度高、切削變得困難，因此采用電火花加工。此外、也采用此加工方法進(jìn)行倒角及外形輪廓加工。由于電極的質(zhì)量直接決定放電加工的質(zhì)量及精度，因此電極加工對(duì)于模具廠商來說是非常重要的工序。由于是電火花加工、只要是導(dǎo)電材料、無論硬度如何均可對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜形狀以及錐度加工。數(shù)控成形磨床、首先將砂輪加工成所需要的形狀、 然后用其研磨工件。 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。此外、整套模具由多數(shù)模具部件組成、各部件之間的組裝配合作業(yè)也在此工序中進(jìn)行。 模壓成形原理及過程 粉體模壓成形是將一定質(zhì)量體積的金屬粉末或金屬粉末與無機(jī)非金屬粉末及一定成型劑的混合物裝入剛性模腔，然后通過上 、下模沖沿單一軸向方向?qū)Ψ勰┦┘右欢ù笮〉膲毫?，使松散的粉料在封閉的模腔中壓縮成具有一定尺寸、形狀、密度與強(qiáng)度的壓坯，再將壓坯從模中脫出的工藝過程。 由于松裝狀態(tài)下，模腔中的粉末顆粒之間的機(jī)械搭架而存在大量的孔隙（“拱橋”現(xiàn)象），當(dāng)模沖對(duì)粉末施加外力作用 時(shí)，這些粉末顆粒不但要發(fā) 生宏觀位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，使這些“拱橋”現(xiàn)象破壞，裝粉時(shí)形成的“拱橋”紛紛倒塌，其中大量孔隙也為粉末顆粒所填充，顆粒之間相互靠攏，接觸面積增加，整個(gè)體積（高度）明顯減小，密度明顯增加，而且隨著壓制過程的進(jìn)行，當(dāng)密度增加到一定程度時(shí)，粉末顆粒發(fā)生位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力也隨之增加，從而引起粉末顆粒的變形。因此，模壓成形的過程就是粉末體在外力的作用下的一種密實(shí)化過程。這些作用力的綜合體現(xiàn)只是在宏觀上是粉末體產(chǎn)生了孔隙體積減小，密度增加的密實(shí)化效果，粉末顆粒之間并沒有發(fā)生冶金上的結(jié)合，壓坯內(nèi)部不但還存在一定數(shù)量的孔隙，而且還產(chǎn)生了潛在的內(nèi)應(yīng)力，甚至是微裂紋，壓坯的強(qiáng)度仍較低。 圖 21 金屬粉末壓制曲線 1— 100 目銀粉 2— 100 目電解銅粉 3， 4— 電解細(xì)銅粉 5— 325 目噴霧錫粉， 6— 電解鐵粉 7— 氫還原鐵粉 8— 純鐵粉 9— 100退火鋼粉 圖 22 各種粉末壓制曲線圖 上述三種階段是為了討論問題而假設(shè)的理想狀態(tài)。各種粉末的壓制曲線如圖 22所示。壓制過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。 圖 23 等高制品壓制粉末運(yùn)動(dòng)特征 粉末的壓縮比是粉末壓縮前的高度與壓縮后的高度的比值： 0HdK hd?? (21) 式中： K —— 粉末的壓縮比； ,Hh —— 分別為粉末與壓坯的高度 ,cm。 把任意層的代號(hào) n用直角坐標(biāo)系中 y軸變量表示，即： dydHn ?? (23) 代入式 (22)得： dKdydHdy )11)(1( ????????? (24) 式中：yddH??????—— 第 dyn? 層粉末顆粒的位移量， cm； y —— 粉末顆粒在壓模內(nèi)，松裝時(shí)的任意高度坐標(biāo)， cm； 式（ 24）就是粉末在壓縮過程中顆粒的位移量與粉末壓縮比之間的關(guān)系。 任一顆粒層的位移平均速度公式為： ? ? ? ? tdKdytdHV dydy ???????1)11)(1( (26) 式中： t? —— 壓制時(shí)間， s； ? ?ydV—— 任一顆粒層的位移平均速度， m/s。最上層的粉末顆粒的速度最大，其次各層的速度依次下降。 漸開線直齒輪模具設(shè)計(jì) 分析 粉末冶金工藝一般都有壓制、燒結(jié)、整形三道主要工序 ， 因此粉末冶金成形模設(shè)計(jì)過程中必須考慮壓制粉末的彈性后效、燒結(jié)收縮率以及整形余量。 對(duì)于圓柱形產(chǎn)品 ，其徑向尺寸與成形模尺寸的一般有以下關(guān)系： m in ( 1 )c c s sd d e s d d? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (27) 式中： e —— 燒結(jié)收縮率（ %）； s —— 壓坯壓制回彈率 （ %）； ? —— 整形余量 ； s??? —— 法向等距量 ； s? —— 徑向工藝變化量； cd —— 成形品徑向尺寸； mind —— 產(chǎn)品的徑向最小尺寸； sd —— 燒結(jié)品徑向尺寸。非圓曲線上的每一點(diǎn)徑向上變化，由于非圓曲線徑向與法向的不一致，必然引起法向的不一致。 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，以下就此作簡要分析。壓力角是該點(diǎn)切線與極徑相交的銳角（不可導(dǎo)點(diǎn)夾角為 90度）。 圖 24 極坐標(biāo)曲線 現(xiàn)在漸開線直齒輪生產(chǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列及基準(zhǔn)齒形，保證齒輪系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。其中漸開線齒形是齒輪連續(xù)穩(wěn)定嚙合的關(guān)鍵，保證恒定的傳動(dòng)比，其嚙合線為配對(duì)齒輪的齒廓公法線上。漸開線是非圓曲線，徑向 上的工藝變化量不一致，必然會(huì)造成法向工藝變化量也不一致，最終影響法向整形余量不均勻。 成形模漸開線的參數(shù)方程是 ： s e cta nc c kk k kRin v??? ? ? ?????? ? ?? (212) 式中： c? —— 成形模曲線點(diǎn)的極徑； k? —— 成形模曲線點(diǎn)的壓力角； ? —— 成形模曲線點(diǎn)的漸開角； cR —— 成形模曲線點(diǎn)的基圓半徑。 線切割加工軟件可以實(shí)現(xiàn)任意模數(shù)的成形 模齒形加工，為了得到齒輪成品的漸開線齒形，保證齒輪連續(xù)穩(wěn)定嚙合，應(yīng)建立表征成形模齒形參數(shù)與產(chǎn)品齒形參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，見式 (215)。特別注明：非圓曲線包括漸開線成形模的設(shè)計(jì)公式是基于制品內(nèi)孔為圓或沒有內(nèi)孔的情況下推理得到。 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)為齒輪在壓制過程中的工藝參數(shù)的變化類似齒輪加工中的變位。加工變位電極，由齒輪電極加工出齒輪陰模。 （ 2) 變模數(shù)設(shè)計(jì) 變模數(shù)設(shè)計(jì)原理認(rèn)為在齒輪各加工過程中，基圓直徑、分度圓直徑同齒根圓、齒頂圓直徑一樣都是按照一定的比率變化，等同于簡單套筒類零件的徑向尺寸變化。 （ 3) 變模數(shù)與壓力角設(shè)計(jì) 根據(jù)試驗(yàn)證明成品齒輪齒形與模具齒形的變化情形可知實(shí)際加工過程中的齒 廓曲線變化如圖 31所示，圖 31 (b)中齒形線段 I表示模具齒形，齒形變化可以理解為線段 I先等向膨脹至曲線 II，然后曲線 II再以節(jié)圓位置為固定而改變壓力角，最終燒結(jié)齒輪齒形如曲線 III所示。但是相對(duì)于模具齒形，燒結(jié)齒輪實(shí)際齒形變化情況表明變位設(shè)計(jì)與變模數(shù)設(shè)計(jì)法都不 能準(zhǔn)確地進(jìn)行粉末冶金漸開線模具設(shè)計(jì)，因此我們得進(jìn)一步深入研究其設(shè)計(jì)原理與方法。這樣，用變位設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)齒輪壓坯的實(shí)際齒形不能與預(yù)期的漸開線吻合，齒面易發(fā)生斷裂，嚴(yán)重影響了制品質(zhì)量。 根據(jù)齒輪精度要求，可選用不同的工序來達(dá)到要求。因此在成型陰模設(shè)計(jì)過程中必須考慮壓制的回彈率 e 和燒結(jié)收縮率 c這兩個(gè)工藝參數(shù)。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，只能借助CAD/CAM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。因此，上模沖的外徑取 ??? mm,下模沖的外徑取 ??? mm. (2) 芯桿外徑 壓坯的徑向彈性后效、燒結(jié)收縮率同前，芯桿外徑取(14+ES)(1+ce)=(1+%%)=14mm. (3) 上、下模沖內(nèi)徑 上、下模沖與芯桿之間的配合間隙按照 G7/h6 選取。 芯桿：耐磨性好，工作段熱處理硬度達(dá)到 6063HRC，非工作部分 4550HRC，選用Cr 12M? V(6263HRC)； 材料成分是 C占 ， Si占 ? ， Cr占 ， V占 ，Mo占 ， S占 ? ， P占 ? ， Mn 占 ? （ %）。工作部分熱處理 硬度 5660HRC，非工作部分的硬度可以適當(dāng)降低，選用 GCr 15； 材料成分是 C占 ， Si占 ， Mn占 ， Cr占 （ %）。 墊塊，裝粉墊：只需要到達(dá)一般強(qiáng)度和剛度，可采用 45號(hào)鋼。 4. 基于 pro/e 的齒輪模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 產(chǎn) 品零件的 pro/e 建模 在 pro/e 中，模型是指三維實(shí)體，包括零件模型和裝配模型。 零件的建模過程類似于零件的加工過程。以此特征為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)建多個(gè)切材或加材特征，相當(dāng)于一道道加工工序。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。所謂實(shí)體特征是可以直接構(gòu)建實(shí)體模型，形成實(shí)體表面的特征，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、孔、倒角、倒圓角、抽殼等。 在 pro/e環(huán)境下建立鐵 基齒輪零件模型如下 圖 41 圖 41(a) 圖 41（ b） 產(chǎn)品零件的 pro/e 模具成形及 生成 工程圖 使用 pro/e軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的一般 分為下面 五個(gè) 步驟 : (1) 導(dǎo)入產(chǎn)品零件 在 pro/engineer tool design 模塊環(huán)境下，導(dǎo)入在建模狀態(tài)下已生成的零件模型，為模具設(shè)計(jì)提供素材。可以模具圖號(hào)命名此零件，如