一 设计任务   

欲利用粉末成型工艺生产一批方管圆孔零件初压模，零件材质为铜，原料为电解铜粉，已知压坯密度为6.0g/cm³，原料粉末的松装密度为4.0g/cm³，手动压制。初压模为截面尺寸为40x40mm，内含直径为20mm的圆孔，长为40mm的方管。如图所示为初压模压坯示意图：

          

二 压坯设计

1、产品零件分析

该产品采用电解铜粉压制坯体，其压坯成型是密度较高，因此在压制成型时需要采用较高的单位压力（一般在400MPa）。

压制该压坯采用芯杆浮动，阴模不动模具进行压制成型。

                  

                     

                 芯杆浮动，阴模不动压模示意图

2、松装密度，压坯密度和单重的确定

    已知压坯密度为6.0g/cm³，电解铜粉的松装密度为4.0g/cm³。 

压坯的高度为40mm，计算可得到粉体松装高度。

H=h×k=40×1.5=60mm

               

     压坯单重W=ρ× V ，由成品图给数据计算其压坯体V=h×S,算得：

V=40×（40×40-3.14×10×10）=51433.63mm³

W=6.0 g/cm³×51433.63mm³=308.6g。

所以，压制用粉体的质量为308.6g，粉体松装高度为60mm。

3 、粉末冶金工艺流程

制粉→混合→筛分→制粒→鉴定→压制成型→烧结→检验→整形→后处理→成品

  本报告主要讨论压制成型中使用的模具的设计。

三 装粉方式的选择

该产品压坯高度一致，粉料组元之间密度差别不大，模腔形状简单不易产生成分偏析，粉末易于填充，因此采用落下式方法正常装粉，

装粉时装至与阴模平齐。

四.压模主要零件的结构设计、尺寸计算和加工

1.结构设计

     各零件结构设计详见附录中零件结构图。

2.尺寸计算

     根据压制成型后坯体尺寸的要求，由上文中计算得到：

3.阴模

（1） 阴模高度

阴模高度应满足装粉和模冲定位需要。因此，阴模高度包括松装粉末的高度、下模冲定位高度和上模冲压缩粉末前进入阴模深度，即

Ｈ阴 ＝ Ｈ粉 ＋ｈ 下 ＋ｈ上

  选取下模冲定位高度为h下=15mm，上模冲定位高度为h上=0mm，所以计算H阴=60+15=75mm。

 （2) 阴模内径

   阴模内径应根据压坯外型要求确定，此处要求得到的压坯为方形圆孔管，所以阴模内径直接可由压坯外型确定，而不用考虑扫街过程中坯体的回弹，另外，所选用的铜粉当压坯密度为6.0时，压制后几乎没有回弹量。

(3)阴模外径

按照第一强度理论的强度条件，阴模外径：

  按照第二强度理论的强度条件：

［σ］ ———阴模材料的许用应力 ，对于脆性材料来说

［σ］ ＝σｂ/ｎｂ

σｂ———阴模材料的抗拉强度，可查有关手册；

ｎｂ———安全系数，一般取2.5-2.7；

ν———泊松比， 对于钢模来说，ν≈0.3

  在本例中，压制压力取400Mpa，压坯密度为6.0g/cm³ ，相对密度d=6.0/8.94≈0.67，单位压制压力为p=400/9.8=40.82kgf/mm²(1 kgf/mm²=9.8Mpa)，侧压系数取0.37，则

侧压力：

p_侧 =ξp=ξ₀p=0.37×0.67×40.82=10.12kgf/mm²

阴模材料选用GCr15，其σb≈100 kgf/mm², nb取2.7，许用应力[σ]内=σb/nb=100/2.7=37（kgf/mm²）

按第一强度理论：R外>=26.48mm

按第二强度理论：R外>=27.19mm

为方便切削及压制，这里可将阴模外径定为35mm。

4.模冲

(1)模冲高度

  确定模冲的高度时，应根据压模的具体结构综合考虑模冲安装、定位、装粉高度的调节余地、压坯的高度要求以及脱模移动的距离等。上模冲在此模具中只起到压制粉体的作用，因此其高度的主要考察标准是粉体的压制距离，由上文中可知粉体有60mm的松装高度压制到坯体的40mm高度，又由于脱模方式的限制，所以本模具上模冲高度选择为20mm。下模冲高度要高于托杆伸出支撑板高度，所以确定为15mm。

  (2)模冲内、外径

  模冲的内、外径是按照与之配合的芯杆外径和阴模内径来确定的 。 具体来讲，模冲内孔直径（内径） 的基本尺寸应与芯杆外径的基本尺寸一样， 而模冲外径的基本尺寸则应与阴模内径的基本尺寸一样。根据粉体成形压模的特殊要求，选择模冲与阴模、芯杆之间的配合间隙时，既要保证压坯精度，又要便于模冲滑动，还要防止粉末嵌入间隙，造成模具的剧烈磨损、引起压坯毛刺等。为此，需要根据压模零件的尺寸大小、压坯的精度要求、粉末的粒度等合理选择配合间隙。 一般情况下，上述配合间隙可取0.01—0.03ｍｍ，也可按标准将模冲与阴模之间的配合间隙按H8/f7或H7/g6的配合公差来选取，而将模冲与芯杆之间的配合间隙按G7/h6、F8/h6。

 5.芯杆

(1)芯杆长度

芯杆的长度应不超过阴模上端面或略短一点 ，以便于自动送粉， 但不宜过低，以免引起夹粉，磨损芯杆。芯杆也不宜过长，以免给芯杆的加工带来麻烦。特别是细长杆件在热处理时容易变形，加工精度也难保证，本例中芯杆为方便脱模，下部用托杆支撑，而托杆与弹簧连接，因而得到芯杆的最终长度为68mm。

6.弹簧

  弹簧需支撑起芯杆重量，满足一定的长度和行程需求，当弹簧的长径比较长时需设计导杆定位，根据设计需要，初选丝径d=2.4mm,D=24mm,H0=80mm，其旋绕比为C=24/2.4=10,k=W/x≈2.4N/mm,又根据k=,G为弹簧切变模量，C为旋绕比，n为圈数，弹簧选用65Mn时，G=80000MPa，计算得n=10.

7 .其他零件尺寸与材料选取

其他零件主要起连接与定位的作用，其在保证强度的情况下选取常用材料，尺寸与材料详情参见附录中的零件图装配图。

五 压模零件加工

  1.零件材料选择

  粉末冶金模具主要零件的材料，要求硬度达到HRC55以上。这些材料常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢和硬质合金，这些材料的硬度和强度均能满足使用要求。

  阴模选用GCr 15，其耐磨性好，热处理硬度HRC在63以上，可以满足使用要求。

   上、下模冲要求耐冲击性好，有一定的耐磨性，综合考虑成本，可选用低合金工具钢，如CrWMn等。

   芯杆要求有十分好的耐磨性，综合成本考虑，可选用高速钢，如W 18Cr4V，或者高合金工具钢，如GCr 15等。

   底座、支撑板、支撑杆、脱模座等选用45钢，T8。

   压垫由于不受摩擦作用，故只需要求一定的硬度，可选用T10、Cr12、9CrSi。

  

2.压模零件热处理

模具热处理是模具加工的重要环节，是保证模具质量和提高模具寿命的关键序，因此必须根据所选定的材料制定合理的热处理工艺。

1.）阴模加工工艺流程：

坯料→锻造→退火→车削等→热处理→与模套压配→磨两平面→电加工内型面→研磨內型面→退磁→检验→编号入库

2.）芯棒加工工艺流程：

坯料→车削等→热处理→与接杆配合（钎焊、压配等）→磨削基准面→磨削外型面→研磨外型面→退磁→检验→编号入库

3.）模冲加工工艺流程

坯料→锻造→退火→车削等→热处理→磨削两端面→磨削外圆→电加工内腔→磨削外型面→研磨内外型面→退磁→检验→编号入库

4.）热处理工艺

①锻造工艺：始锻温度1050～1100℃ 终锻温度 850～880℃ 

②退火工艺：790～810℃保温2～6h，以20～30℃／h，冷却到550℃后炉冷或空冷，退火态硬度170～207HB 

③淬火工艺：缓慢预热至600℃，快速加热至830℃，油冷

④回火工艺：150～400℃ 硬度59～64HRC

六 模具零件的技术要求

1.阴模要求  

    ①阴模高度应能容纳压制所需的松散粉末，并使上、下模冲有良好的定位和导向； 

    ②能保证压坯外形的几何形状和尺寸精度； 

    ③工作面的粗糙度Ra≤0.8um；  

    ④工作表面要有高的硬度和良好的耐磨性； 

    ⑤在工作压力下应具有足够的强度和刚性；  

    ⑥根据产品的批量和复杂程度，选择合适的阴模材料； 

    ⑦结构上应便于制造和维修，使用安全，操作方便；

    ⑧能使压坯完好的脱出； 

    ⑨平磨后需退磁。 

2.芯棒要求 

    ①保证压坯内腔的几何形状和尺寸精度； 

    ②工作面的粗糙度Ra≤0.8um；  

    ③与上下模冲应有良好的配合、定位和导向； 

    ④工作段应有高的硬度；  

    ⑤平磨后需退磁。

3.模冲要求  

    ①工作表面要有足够高的硬度和良好的耐磨性，材料的选择与处理应考虑有 适当的韧性；  

    ②上、下模冲对阴模和芯棒应有良好的配合、定位和导向，并有合理的配合 间隙，复合的模冲（即有压套时）应能脱出压坯；  

    ③上下模冲的工作面和配合面的粗糙度Ra≤0.8um，非工作段的外径可适当 缩小，内径可适当放大，减少精加工量和阴模、芯棒之间的摩擦； 

    ④有关部位应能保证垂直度、平行度和同轴度等技术要求；  

⑤平磨后需退磁。

   

七 压制与脱模

1.压制过程

    装填粉体后，放置上模冲并在上模冲上放置压垫块，将模具置于压力机下，匀速缓慢向下压，当压垫与阴模接触时停止下压，保持静载一段时间后卸载。           

2.脱模过程

  压制完成后，将阴模从支撑板上取下，此时上模冲、下模冲、压胚，还有芯杆一起包含在阴模内随之一起被取下。然后放置在脱模座1上用脱模顶杆1将上模冲、下模冲、压胚，还有芯杆顶出。得到的是上下模冲夹着压胚，中间都包含着芯杆。接下来将之放置在脱模座2上，用脱模顶杆2将芯杆顶出，取下上模冲，取出压胚，实现脱模。最后复原模具。

   参考：

[1].粉体材料成形设备与模具设计.熊春林 汤中华 李松林 编著

[2].粉末冶金模具设计手册.印红羽 张华诚著

[3].中国模具工程大典第六卷粉末冶金零件模具设计

[4].粉末冶金机械零件实用技术.周作平 申小平著

[5].机械零件设计手册.吴宗泽著

第二篇：设计报告书格式(1)

设计报告题目

1. 自行车租赁系统设计

2. 我们身边的节能设计

3. 身边的减压产品设计

4．大学生日用品设计

5. 满足中国人特有生活习惯的产品设计

6. 河南世界文化遗产景区旅游纪念品设计

给出的是大的范围，可以细致到这个范围的某一个产品，也可以针对这一类型的某个产品。

设计报告书格式要求

? 封面

课程名称、课题名称、系别，专业，学号,姓名，指导老师。

? 目录

1 拟定项目，制定计划………………………………… ……………………页码

1.1 课题研究背景 …………………………………………………………页码

1.2 设计进程计划 ……………………………………… ………………… 2 设计调查，寻找问题……………………………………………………

2.1 消费者因素调查 ………………………………………………………

2.1.1 消费者需求调查 …………………………………………………

2.1.2 消费者审美倾向调查………………………………………………

2.1.3 消费者认知与操作习惯调查………………………………………

2.2 现有产品调查 …………………………………………………………

2.1.1 产品市场分布及占有率调查 ………………………………………

2.1.2 现有产品语义差异调查………………………………………

2.1.3 产品结构调查………………………………………

2.1.4 产品相关技术调查………………………………………

2.3 社会因素调查………………………………………

2.3.1 社会经济水平及消费情况调查………………………………………

2.3.2 地域特点、区域文化对设计的影响因素………………………… 3 分析问题，提出概念……………………………………

3.1 目标消费群体定位……………………………………

3.2 典型使用场景定位……………………………………

3.3 设计风格定位……………………………………

3.4 产品功能定位……………………………………

4 设计构思，解决问题……………………………………

5.1 色彩设计与分析……………………………………

5.2 产品材料及质感表达……………………………………

5.3 产品细节结构展示……………………………………

5.4 人机工程设计与分析……………………………………

5.5 使用方式分析……………………………………

设计展开方案……………………………………

6 未来趋势分析……………………………………

7 方案优化…

8综合评价……………………………………

? 正文

? 成果批阅

? 封底

要求：

1. 一级标题13号加粗，其他标题12号加粗，正文部分12号；封面及封底设计不限，

最大字体不超过48号字。

2. 幅面要求：A4

3. 格式：JPG格式

4. 所有内容图文并茂（注意图片分辨率吧，文字图片排版的实用协调性，底板设计的

美观性等）

5. 最总要求装订成册，每册张数在30-40张。硬壳封面封底。

6. 5-7人为一小组，以“人数-姓名”方式命名文件夹，统一提交。

7. 19周前提交。