压坯设计与压制压力的计算

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(一)压坯形状设计

设计压坯形状时应考虑：在压制的许可条件下，尽可能使压坯的形状与零件相同，以减少后续机加工和粉末的浪费；但在有些情况下，零件的形状不能适应压制要求，这时应对原零件形状作适量的修改，以改善压模受力条件，提高压坯质量、简化压模结构。

1．改善粉末充填模腔状况的压坯举例(表6．2－1)

表6．2－1 改善粉末充填模腔状况的压坯举例

2．改变不可压制部位的压坯举例(表6．2－2)

表6．2－2 改变不可压制部位的压坯举例

(二)压坯精度及表面粗糙度设计

1．压坯尺寸精度

(1)径向尺寸精度

粉末冶金压制件的径向尺寸是比较容易达到高精度要求的。当精度要求低时，烧结后不必整形，以减少后续工序。

常见的铁、铜基零件，烧结后的径向尺寸精度及公差见表6．2－3。

表6．2－3 烧结后的径向尺寸精度

常见的铁、铜基零件，整形后的径向尺寸精度及公差见表6．2－4。

表6．2－4 整形后的径向尺寸精度 (mm)

对于复压复烧态零件，其径向尺寸精度为IT 4～5级。

(2)轴向尺寸精度

压坯的轴向尺寸精度比径向尺寸精度难控制。在自动压制时，压坯的轴向高度偏差为±0．10～0．15mm，经自动全整形(或复压)的较小压制件，其轴向尺寸偏差为±0．03～0．05mm。

(3)齿轮公法线尺寸精度

一般烧结态齿轮公法线偏差控制在齿轮精度IT 9级，经整形后可提高到IT 8级。

2．压坯位置精度

压坯的位置精度，常见的有同轴度、平行度和垂直度等。

自动压制时，轴套类压坯的同轴度偏差带可控制在0．02～0．03mm内，相当于IT 7～8级精度。

压坯的平行度和垂直度偏差见表6．2－5。

表6．2－5 压坯的精度等级及平行度、垂直度偏差 (mm)

3．压坯的表面粗糙度

压坯的表面粗糙度值通常为R_a1．6～0．4μm，而平行于压制方向的压坯侧面，经整形后粗糙度值可达R_a0．4～0．1μm。

4．压坯密度设计(表6．2－6)

表6．2－6 铁基压坯密度

(三)压制压力的计算

压制压力F是选择压机的重要参数，其值按下式计算：

F=fS+F_摩

式中 f——单位压力(MPa)；

S——受压横截面积(mm²)；

F_摩——用来克服粉末与模壁间的摩擦所需的力。

其中单位压力f与压坯的密度有关。若忽略粉末与模壁间的摩擦力，对于大多数铁基和青铜基的压坯，可按公式计算：

式中 ——密度；

f——单位压力；

a——常数；

b——常数。

也可将上式用对数形式表示：

几种常见粉末的单位压力与压坯密度的关系见表6．2－7。

表6．2－7 单位压力与压坯密度的关系

注：①铁－铜－石墨粉成分为2．5%铜，0．8%石墨，其余为铁，另加硬脂酸锌0．8%。

②铁－硫－石墨成分为0．4%硫，2．2%石墨，其余为铁，另加硬脂酸锌0．8%。

③青铜－石墨粉成分为0．75%石墨，其余为ZCuSn5Pb5Zn5，另加硬脂酸锌1%。

(四)脱模压力的计算

脱模压力F_脱可按下式计算：

F_脱=μ_静·p_侧剩·S_侧

式中 μ静——粉末与模壁之间的静摩擦系数(表6．2－8)；

表6．2－8 粉末与模壁之间的静摩擦系数

p_侧剩——压制完卸压后，阴模弹性收缩时作用于压坯的压强，也称剩余侧压强(MPa)；

S_侧——压坯与阴模接触的侧面积(mm²)，一般S_侧=lh，对齿轮S_侧=10M(8Z－7．75)h；

l——压坯横截面周长(mm)；

h——压坯高度(mm)；

M——齿轮模数(mm)；

Z——齿数。

剩余侧压强p_侧剩可按下式计算：

式中 E——压模材料的弹性模量(MPa)；

△R_侧——卸压后阴模外半径上剩余的变形量(mm)；

m——阴模外径与内径之比；

R——阴模外半径(mm)。

若侧压强，则剩余侧压强还可用另一公式计算：

式中 j——剩余侧压强与侧压强之比，它取决于模具的刚度。见表6．2－9；

表6．2－9 m值与相应的j值

ξ——压坯侧压系数，，压坯的泊松比，v是压坯宽度的函数，若以ξ₀表示相应致密材料的侧压系数(表6．2－10)，则；

表6．2－10 不同密度金属材料的ξ₀值

——压坯的相对致密度；

f——压制时的单位压力(MPa)。

当，m=2～4时，可按下式计算：

铁基 p_侧剩=0．18～0．20f

铜基 p_侧剩=0．20～0．22f

(五)压力中心的计算

设计各种粉末冶金模具时，应当使压件的压力中心与阴模外形的中心、模冲承压垫的中心以及压机的压力中心重合。特别是对于大截面的制品尤为重要。其计算方法与冲压模的压力中心计算方法相同。