1、 单位代码 学 号 分 类 号 密 级 XX大学 毕业设计 文献综述 院（系）名称 工学院机械系 专 业 名 称 材料成型及控制工程 学 生 姓 名 指 导 教 师 20xx年 03 月20 日粉末冶金模具发展研究现状和应用技术1粉末冶金模具设计原理及方法1.1 粉末冶金工艺概述及制品粉末冶金是制取金属粉末并通过成型和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末混合成制品的加工方法，既可制取普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料相比，具有以下优点点：（1）材料利用率高。用一般切削加工方
2、法制造机械零件时，材料利用率约为40%到50%，甚至更低，而粉末冶金方法的材料利用率可达95%以上。（2）生产效率高。随着粉末冶金压制设备和烧结设备的自动化程度提高，一台粉末冶金专用压机，产量通常为1000至10000件。（3）节约有色金属。由于粉末冶金的几何形状非常接近实际产品的要求，因此后续加工少，甚至不需要加工；同时在减摩材料领域多孔铁可替代青铜等。（4）节省机床。节约切削加工机床及其占地面积。粉末冶金机械零件是目前粉末冶金工业的主导产品，其主要包括烧结金属含油轴承、烧结金属结构零件及烧结金属摩擦材料制品等。粉末冶金机械零件先后经过了形状简单且力学性能较低的含油轴承等制品，随着温压、等静
3、压等新技术的开发，制造的粉末冶金结构零件形状越来越复杂，力学性能也越来越高1。1.2 粉末冶金模具概述及其基本原则为了发挥粉末冶金工艺具有的材料消耗低、少、无、切削，生产效率高等特点，形成了众多的粉末成型方法，其模具种类也多种多样，应用最广泛的是压模、精整模、锻模。粉末冶金模具设计关系到制品生产的质量、成本、安全、生产率和自动化等问题，从而提出了对模具设计的基本原则：（1）保证坯件达到几何形状、精度、和表面粗糙度、坯件密度及其分布等三项基本要求。（2）合理设计模具结构和选择模具材料。保证模具零件具有足够高的强度、刚度、硬度、高耐磨性和使用寿命，便于操作调节，安全可靠，尽可能实现模具自动化。（3
4、）注意模具结构和零件制造的可加工性和成本问题。逐步实现模具的通用化、系统化、采用通用模架和通用零件，提高设计效率，实现部分模架零件的批量生产，提高模架质量，降低模具总成本2。1.3 粉末冶金模具设计基本方法粉末冶金模具设计的基本方法：（1）掌握有关设计资料，作为模具设计依据。包括制品图纸及技术要求，制品生产批量及工艺流程、工艺参数、压机类型及技术参数；模具加工设备及能力；了解模具在使用中曾出现的问题等。（2）根据制品图纸进行压坯设计，选择压机和压制方式，设计模具结构图纸，分析是否用于粉末冶金方法生产。（3）模具材料选择及要求，由于压模、精整模、锻模都是在较高压力下工作，模具工作表面要承受严重的
5、粉末摩擦，特别是锻模在较高温度下工作，承受冲击载荷。因此，主要模具零件材料应具有高强度、高硬度和高耐磨性；高的刚度和小的膨胀系数；优良的热处理性能和一定韧性；较好的机加工性能。粉末冶金模具的主要零件为：阴模、芯模、模冲。阴模材料一般选用工具钢、抵哈金工具钢、高速钢和硬质合金。芯杆材料可选择与阴模材料大致相同。只是热处理硬度低与阴模，特别对细长芯杆更具有较高韧性。模冲的工作条件主要要求材料具有良好的韧性，一般选择低合金工具钢、炭素工具钢、青铜等。辅助零件模套、压垫、模座、顶杆、控制杆、模板等选用45号、50号或40Cr、GCr15。锻模材料要求高温强度高，热处理后硬度比压模低。一般采用3Cr2W
6、8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV等模具钢。（4）模具主要零件尺寸的计算方法，关键在于正确选择设计参数（如弹性后效、烧结收缩率、精证余量、机加工余量）。由于粉末成分和性能、工艺条件和设备不同，实际生产中会引起设计参数的一定变化，要求在选择时留有可调节的余地才能保证模具零件尺寸计算准确。（5）绘制模具装配图和零件图，合理提出模具加工技术要求3。2 粉末冶金模具的发展现状及CAD/CAM/CAE应用现状在现代科学技术发展史中，粉末冶金技术的发展具有十分重要的作用。粉末冶金已经被公认是一门制造各种机械零件的重要而经济的成型技术，它具有获得最终尺寸和形状的零件，不需要或仅需要很少的机械加工特
7、性。粉末冶金零件是粉末冶金工业的主导产品，是重要的机械基础件。作为一种高效、优质、粳米、低耗、节能制造机械零件的先进技术，粉末冶金适合于大量生产各种机械零件，特别使用一般方法难以加工的形状复杂的零件，因而具有极大的竞争力。随着经济全球化和科学技术的迅猛发展，粉末冶金技术也得到了前所未有的发展，我国粉末冶金行业已经发展成为一个具有相当生产规模的新兴行业。“八五”以来，我国粉末冶金制品的总产值已增长了3倍多，产量也超过3倍，38家骨干企业共完成粉末冶金零件产量24463t，工业总产值80987.8万元，产品销售收入66938.9万元，利润总额1607.2万元，基本满足了国家重点产品的配套需求，在国
8、民经济中的地位和作用有了较大的提高。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业水平和产品开发能力。无论是在汽车工业中的新车型的开发与批量生产，还是机电及家电和轻工业产品等都与模具制造技术业息息相关。对于粉末冶金行业也毫不例外，模具是发展粉末冶金机械零件的关键之一，制品的尺寸与成型或精整模具尺寸精度密切相关，特别是一行复杂、几何尺寸精度高的零件，其精度主要靠模具保证。成型或精整模具精度依赖于模具的加工精度和设计参数选用的准确性，大批量生产时还与模具的耐磨性有关，就目前有限的资料来分析，在粉末冶金模具工艺技术方面，国内外先进水平的粉末冶金模具技术发展到今天，亦可作出精度达
9、IT6级，使用寿命长达10万件/套以上的高品质模具。粉末冶金模具今后的研究方向荏苒是在模具材料、加工精度、模具寿命、模具CAD/CAM/CAE、快速响应制造技术等方面，以及对粉末冶金产品的快速开发与生产以及快速响应市场需求，并提高产品品质和降低生产成本。随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计日益受到人们的广泛关注，已形成一个行业。但我国模具行业缺少技术人员，存在品种少、精度低、制造周期短、寿命短、供不应求的现状。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，每年需要花几百万、上千万美元从国外进口，制约了模具工业的发展，所以大力发展模具工业势在必行4。为了提高模具企业的设计水平和加工能力。中国模
10、具协会向全国模具行业推荐适合模具企业使用的CAD/CAE/CAM系统。模具设计和加工使用的CAD/CAE/CAM系统，不要求系统十分庞大，但对某些方面要求较高，如曲面造型、三轴数控加工等。一些国外的CAD/CAE/CAM系统，虽然具有强大的三维曲面造型、结构有限元分析、计算机辅助制造和产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难于承受。目前在国内应用的主要软件有美国PTC公司的CAD/CAE/CAM集成化系统PRO/ENGINEER、美国EDS公司的CAD/CAM软件UG-5、法国MATRA-DATAVISION公司的集成化软件6、美国SOLIDWORKS软件7、美国CV公司的CADDS5软件、
11、美国SDRC公司集成化CAD/CAE/CAM软件8、英国DELCAM公司CAD/CAM软件DUCT，以色列CTMATRON公司的三维CAD/CAM软件CTMA-TRON9、美国AC-TECH公司的注塑模CAE分析软件C-MOLD、澳大利亚MOLDFLOW公司的注塑模CAE分析软件MF，国内华中理工大学模具技术国家重点实验室的注塑模CAD/CAE/CAM集成化系统HSC3.1、北京航空航天大学软件工程研究所CAD/CAM软件CAXA和河南工业大学注塑模CAE分析软件Z-MOLD等10。对于国内一些大型模具企业，他们的CAD/CAM应用状况多停留在购买国外先进的CAD/CAM系统和设备上，但在其上
12、进行的二次开发较少，资源利用率低。对于国内一些中小型模具企业，则很少应用CAD/CAM，有些仅停留在以计算机代替固板绘图。所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况，使它们真正做到快速、准确地对市场做出反映使制造出的模具产品质量高、成本低，即达到敏锐制造的目的。3 国内今后的发展研究方向通过“七五”“八五”“九五”技术改造，我国粉末冶金行业技术水平以后有较大的提高。部分企业通过引进国外先进技术，先进设备，与国外合资等方式是企业技术水平、装备水平迅速向国际先进水平靠拢，其中个别企业已接近世界先进水平，发展相当迅速。但是，我国整体上发展很不平衡，还有很多企业规模较小，技术装备落后，经济效益
13、较差。今后我国粉末冶金模具工业的技术发展趋势主要有以下10个方面：（1）粉末冶金工艺与模具结构的改进。通过企业引进，购置国外粉末成型压机，烧结炉、模具加工和测试设备及消化吸收、改造设备的使用，以确保零件的尺寸精度、几何形状精度、外观和内在质量并节约材料。（2）模具的大型化和集成化。今后用模具成型零件将日渐大型化。为了提高生产率，一模多腔（有的已达到几百腔）、一模多工序复合加工、一模出多个零件及组件，这种大型化、集成化的模具日益增多。（3）复合加工技术，将机械-电-化学-超声波-激光等技术综合应用于模具加工，可取得比单一工艺加工更好的效果，有利于提高加工效率和质量。（4）快速经济模具。快速经济模
14、具由于制造工艺简单、精度易控制、价格便宜、制造周期短，特别适用于多品种少批量生产的产品。（5）在模具制造中选用优质模具和应用表面处理技术。在整个模具价格构成中，材料费占的比例不大，一般只占20%左右。因此，选用优质钢材和应用相应的表面处理技术提高寿命，会越来越受到模具企业的重视。（6）在模具设计制造中计算机应用技术将得到进一步发展，计算机技术辅助设计和辅助制造（CAI/CAM）技术是模具技术发展的一个重要里程碑。进一步开发软件提高设计制造的自动化程度是今后上网主攻方向。模具CAD技术应用的ASP模式，将成为发展方向。（7）采用高速铣削和超加工技术。由于调整铣削可大幅度提高模具制造的工效，降低成本及改善表面粗糙度，因此模具加工已越来越多的采用高速铣削。国内已开始应用。（8）研磨抛光技术向自动化方向发展。用带来磨具磨损补偿送进装置的数控自动化研磨来逐步代替手工劳动，是今后的发展方向。日本仔这方面已经取得了初步的成绩。当然，自动化研磨机不可能代替全部手工劳动，研磨抛光也还有许多其它行之有效的办法。（9） 模具加工系统的研制和发展。模具自动加工
