模具主要零件的设计及计算

出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《模具工实用技术手册第2版》第520页（3923字）

(一)模具主要零件的设计

1．成型阴模工作孔的形式(表3．3－16)

表3．3－16 成型阴模工作孔的形式

2．成型芯棒的形式(表3．3－17)

表3．3－17 成型芯棒的形式

3．模冲与压套的形式(表3．3－18)

表3．3－18 模冲与压套的形式

4．整形阴模工作孔的形式(表3．3－19)

表3．3－19 整形阴模工作孔的形式

5．整形芯棒的形式(表3．3－20)

表3．3－20 整形芯棒的形式

(二)模具主要零件的计算

1．径向尺寸的计算

(1)整形模和成型模

整形可分为正整形和负整形。所谓正整形即留有整形余量的整形；负整形是不留整形余量，靠压件变形产生挤压作用的整形。表3．3－21列出了不同整形方法的阴模孔径和芯棒外径的计算公式。

表3．3－21 不同整形方法的阴模孔径和芯棒外径的计算公式

注：1．当压件为非旋转体时，凸面和平面均按外径D公式计算，凹面则按内径d公式计算。

2．表中的c、g、δ₁、δ₂、△₁和△₂值分别见表3．3－22～表3．3－27。

表3．3－22 铁、铜基压坯的烧结收缩率c

表3．3－23 铁、铜基压坯的径向回弹量g

表3．3－24 外箍内时的整形余量和回弹量 (mm)

表3．3－25 内胀外时的整形余量和回弹量 (mm)

表3．3－26 外箍内胀时的整形余量和回弹量 (mm)

表3．3－27 全整形时的整形余量和回弹量 (mm)

(2)模冲

不论对成型模或整形模，模冲的外径D冲和模冲内径d冲的计算公式均为

D_冲=D_阴平均－e_平均

d_冲=d_芯平均+e_平均

式中 D_阴平均——阴模孔径的平均尺寸(mm)；

d_芯平均——芯棒外径的平均尺寸(mm)；

e_平均——配合间隙的平均值(mm)。成型模模冲的配合可选用表3．3－28所推荐的种类，整形模模冲的配合间隙应比成型模的大。

表3．3－28 成型模模冲配合种类

2．轴向尺寸的计算

(1)装粉高度的计算

装粉高度与装粉体积V₀(cm³)有关，而装粉体积取决于压坯体积V_k(cm³)和压缩比ε，即：

V₀=εV_k

其中 ε——压坯密度ρ_k与粉末松装密度ρ₀之比。粉末的松装密度ρ₀见表3．3－29。

表3．3－29 部分铁、铜基粉末的松装密度ρ₀

对于无台阶的柱体压坯，其装粉高度的计算公式为：

h₀=εh_k

式中 h₀——装粉高度(mm)；

h_b——压坯高度(mm)。

对于非柱体的其他形状如球状、锥体，可先求出其装粉体积V₀，再根据相应公式求出装粉高度。

(2)模具高度的计算

①阴模高度：阴模高度由三个高度组成(如图3．3－1)，即：

图3．3－1 阴模高度计算

h=h₀+h₁+h₂

式中 h——阴模高度(mm)；

h₀——装粉高度(mm)；

h₁——下模冲定位高度(mm)，取10mm～50mm；

h₂——手动模装粉高度(mm)，取5mm～10mm如采用自动模，则h₂=0。

②芯棒长度：芯棒长度不应超过阴模上端面或略低一点，以便于自动送粉。手动模时，芯棒长度可与阴模高度相等。

③模冲高度：确定模冲高度时，应根据具体的压模结构形式，综合考虑模冲的安装定位、装粉高度的调节余地、压坯的高度以及脱模移动的距离等需要，保证有足够的压缩行程、脱模行程和适宜的定位高度。

3．阴模和模套的强度及刚度计算

(1)强度计算

设计阴模和模套的尺寸时，应根据它所受的侧压强p侧进行验算，保证阴模受到的最大应力不大于模具材料的许用应力，建立强度条件，其计算公式见表3．3－30。

表3．3－30 阴模和模套强度计算公式

(2)刚性计算

设计阴模和模套尺寸时，还应根据压坯受到阴模弹性变形恢复时，收缩引起的剩余侧压强，不得大于压坯允许的侧向(垂直于压制方向)抗压应力，建立刚性条件。即：

p_侧剩=jp_侧≤[d_压]_侧

或

式中 p_侧剩——剩余侧压强(MPa)；

p_侧——侧压强(MPa)；

[σ_压]_侧——压坯的侧向许用抗压强度(MPa)，铁基压坯侧向许用抗压强度见表3．3－31。

表3．3－31 铁基压坯侧向许用抗压强度[σ_压]_侧

式中 ；

R——阴模外半径(mm)；

r——阴模内孔半径(mm)。

其中E_阴、E_压分别为阴模和压坯的刚度，v_阴、v_压分别为阴模和压坯的泊松比。表3．3－32为铁基压坯的E_压和v_压值。

表3．2－32 铁基压坯的E_压和v_压值

对于密度在6．6g／cm³左右的铁基压坯，当[σ_压]_侧／p_侧≥0．7时，可以不进行刚性验算，只进行强度验算；当[σ_压]_侧／p_侧＜0．5时，则无论模壁增多厚，压坯均不能成型；当0．5＜[σ_压]_侧／p_侧＜0．7时，则应同时进行强度和刚度验算，并取其中m大的值。

(三)应考虑的工艺参数

(1)金属粉末的松装密度见表3．3－29，在小范围内波动，模具结构中应有相应的调节装粉高度的装置。

(2)压坯的回弹量见表3．3－23。

(3)烧结收缩率见表3．3－22。

(4)整形余量及回弹量。

四种不同整形方式的整形余量和回弹量见表3．3－24～表3．3－27。

(5)复压装模间隙及压下率见表3．3－33～表3．3－34。

表3．3－33 复压装模间隙 (mm)

表3．3－34 复压压下率