進階篇：3.5）粉末冶金件設計

本章目的：設計出符合粉末冶金工藝要求的零件。

 

1.基礎閱讀：

 

①進階篇：1）DFMA方法的運用；

②須要一臺FDM3d打印機:請查看

進階篇：2）結構設計裝備必備；

 

2.粉末冶金概念：

大量的結構件、軸承和齒輪等都是有粉末狀原材料生產出來的。這種工藝被稱爲粉末冶金，不過零件也能夠利用非金屬粉末，例如陶瓷等，經過一樣的方法來生產。

在所使用的的主要加工過程當中，原材料粉末混合後被壓制到要求的形狀容器中。隨後壓實的形狀在可控環境下加熱，將顆粒粘結在一塊兒。隨後壓實的形狀在可控環境下加熱，將顆粒粘結在一塊兒，生產出知足要求特性的零件。

 

3.粉末冶金壓制和頂出

//注：這裏必定要和塑膠模具備區別，因此這也是粉末冶金件不能徹底按照塑膠件設計的緣由。

 

4.爲何多層零件要多個下衝頭：

許多粉末冶金零件是由一些在壓制方向上不一樣的厚度層所組成。爲了取得均勻的壓制密度和均勻的性能，這些不一樣的層必須被分別運動的衝頭來壓制。例如，圖11.8顯示了一個具備兩個層的零件截面圖，若是隻用一個在其上表面上加工有臺階的下衝頭來壓制，在圖示的粉末立柱上不一樣的層將獲得不一樣的壓縮比，在壓坯薄的部分將致使更髙的密度。爲了取得更均勻的密度，有必要採用分開的單獨運動的下衝頭，使其具備相對運動控制，從而實現每一層都能得到相同的壓縮比。

 

5.粉末冶金零件複雜程度

美金屬粉末工業聯合會（MPIF），把零件複雜程度分爲以下四級：

Ⅰ級-任何輪廓的一層薄型零件；

II級-任何輪廓的一層後型零件；

III級-任何厚度和輪廓的兩層零件；

ⅠV級-任何厚度和輪廓的多層零件；

 

6.粉末冶金材料

 

 

7.粉末冶金零件設計指南

7.1 避免會在壓緊工裝部件中細薄截面的特徵

①多層零件中，各層變化最小零件寬度加以規定。（建議1.5mm以上）

②儘可能避免零件厚度變化致使採用薄弱衝頭截面的特徵。（如球面形狀）

③避免表面採用很是薄的衝頭截面，如邊緣相切。

7.2 應使壓模中的粉末收到大體相等的壓縮，並能順利地從壓模中取出已經模壓成型的製品。在零件壓制的方向若有凸起或凹槽時，則粉末在壓制時各部分的密實度不易一致，所以凸起或凹槽的深度以不大於零件的總高度的1/5爲宜，並有必定的起模斜度；

7.3 當由上向下壓制的零件結構較長時，其中間部分和兩端的粉末密實度差異也較大。因此在實際生產中，限制長徑比：爲2.5~3.5，壁厚越薄其長徑比的倍數越低。

7.4 零件壁厚均勻，能夠防止燒結時引發尺寸的變化和變形。

7.5 設計帶有凸緣或臺階的零件，其內角應設計成圓角，以利於壓制時凹模中粉末的流動和便於起模，並可避免產生裂紋。

7.6 儘可能避免深窄的凹槽、尖角或薄邊的輪廓，避免細齒滾花或細齒外形，由於這些結構裝粉成形都很困難。

7.7 避免尖邊，銳角和切向過分。

 

7.8 零件只能設計成與壓制方向平行的花紋，菱形的花紋不能成形，應避免。

7.9 與壓制方向垂直的孔，徑向凹槽，內螺紋及外螺紋，倒錐，拐角處退刀槽等結構難以壓制成形，當須要時能夠在燒結後進行切削加工。

7.10 底部凹陷的法蘭，外援中部的凸緣不能壓制成形。上部凹陷的法蘭爲坯件，當埋頭孔小於壓制面積的1/2,深度小於零件全高的1/4左右時，要作5°拔梢才能夠成形。

7.11 從模具強度和壓制件強度方面的因素考慮，並從孔和外側間的壁厚要便於裝粉考慮，製品窄條部分的最小尺寸應該有必定尺寸。

 

7.12 爲了使凸模具備必要的剛度，使粉末容易充滿型腔和便於從壓制模內取出製品，零件結構應避免尖銳的棱角，並適當增長橫截面的面積。

7.13 避免太小的公差。

7.14 對於長度＞20mm的法蘭製件，法蘭直徑不該該超過軸套直徑的1.5倍，在可能的條件下，儘可能減小法蘭的直徑，以免燒結後的變形。法蘭根部圓角半徑能夠參考下表：

軸套的壁厚與法蘭的邊寬都必須大於1.5mm。

設計階梯型製件時，階差不該該小於直徑的1/16，其尺寸不該該小於0.9mm。

7.15 粉末冶金件的端部最好不要有過銳棱角，並避免工具倒圓。倒圓時儘量留出0.2mm左右的小平面，以延長凸模的壽命。

在設計粉末冶金齒輪時，齒根圓直徑應大於輪轂直徑3mm以上，以減小成形中的困難。

7.16 在不少狀況下，粉末冶金零件適合替代機械加工比較困難或加工勞動量大、材料利用率低的一些零件。在某些狀況下，還能夠替代一些原本一些原本須要加工後裝配在一塊兒的零件。

7.17 當把鑄件或鍛件改爲粉末冶金零件時，將粉末冶金零件上的凸部移到與其裝配的零件上，以簡化模具結構和減小製造上的困難。

 

//出於成本的考慮，複雜零件並不適合粉末冶金工藝。

粉末冶金的模具是很便宜的，通常不超過萬元（陶瓷的經驗，其餘材料可能不一樣），但單個零件自己卻比較貴。

實際上工藝自己並非那麼趨向於大量生產類型的，但粉末冶金的零件有其無可取代的可靠性需求（耐磨等），因此工藝也沒法簡單取代。

相對於注射、壓鑄等，零件便宜但模具很貴，纔是真正適合量產的工藝。

 

8.粉末冶金零件最小厚度、範圍及精度

 

9.粉末冶金件DFMA表格

DFMA學以至用,事前遵循，過後補缺.

 

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10.追加

做者發現有人用粉末冶金（陶瓷）工藝假冒各類石頭掛墜等護身符，很是逼真的。從工藝角度來分析，東西小而結構簡單，利潤又很高，卻是很是合適的東西。

注：這是提醒讀者不要上當受騙，不是教人作壞事的！

 

11.本章節對應的資料

本來做者分享一些資料，是想作些互動。

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