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第1篇　粉末冶金零件模具设计基础3

第1章　概述3

1　粉末冶金技术概要3

2　粉末冶金零件生产过程7

2.1　粉末冶金生产的基本工序8

2.2　后续加工作业9

3　材料的选择10

4　技术性能13

4.1　与孔隙相关的一些材料特性13

4.2　力学性能14

4.3　物理性能15

5　接近全密实的粉末冶金制品15

5.1　粉末锻造（P/F）15

5.2　等静压制16

5.3　金属注射成形17

5.4　喷射成形18

6　特种材料19

6.1 高温合金19

6.2　工具钢19

6.3　难熔金属19

6.4　铍19

6.5　钛19

6.6　金属基复合材料（MMC）19

第2章　常用粉末冶金工艺与设计21

1　粉末冶金工艺设计的一般考虑21

2　粉末冶金生产工艺22

3　粉末冶金成形工艺的比较27

4　零件制造工艺的比较与选择准则28

5　粉末冶金零件设计准则31

5.1　常规模压结构零件设计准则31

5.2　烧结金属含油轴承设计准则33

5.3　粉末锻造设计准则33

5.4　金属注射成形设计准则34

第3章　温压与模壁润滑36

1　温压36

1.1　温压工艺36

1.2　温压的理论基础37

1.3　温压过程的温度控制40

1.4　温压系统42

1.5　温压材料的性能43

1.6　磁性材料温压成形45

1.7　温压的应用45

2　模壁润滑技术48

2.1　干粉润滑剂喷涂装置工作原理49

2.2　模壁润滑装置的改进51

2.3　模壁润滑与内部润滑法脱模性的比较52

2.4　WDL（温压＋模壁润滑）的生产性试验56

第4章　粉末冶金结构零件应用59

1　在汽车中的应用59

2　在农业机械中的应用59

3　在家用器具中的应用59

4　在电动工具中的应用60

5　在锁零件中的应用60

6　粉末冶金结构零件典型应用实例61

6.1　粉末冶金汽车零件实例62

6.2　办公机械用粉末冶金零件实例64

6.3　其他机电产品中用的粉末冶金零件实例66

参考文献71

第2篇　粉末冶金零件结构工艺设计75

第1章　粉末冶金结构零件设计75

1　粉末冶金结构零件设计流程75

1.1　粉末冶金结构零件设计要点75

1.2　粉末冶金设计流程75

1.3　关于零件设计的注意事项78

2　零件的形状、尺寸及尺寸精度设计78

2.1　形状设计78

2.2　对一些特殊形状设计的说明85

2.3　利用组合成形法简化压坯的复杂形状87

3　压坯尺寸限制90

4　粉末冶金零件的尺寸公差91

5　粉末冶金齿轮设计97

5.1　粉末冶金齿轮设计准则98

5.2　粉末冶金齿轮的成形99

5.3　粉末冶金齿轮的公差100

5.4　粉末冶金齿轮的材料选用102

6　粉末冶金凸轮的设计与应用103

6.1　粉末冶金凸轮的优点103

6.2　凸轮承受的应力103

6.3　形状限制104

6.4　粉末冶金凸轮应用实例105

7　粉末冶金链轮设计与应用107

7.1　粉末冶金链轮的使用范围107

7.2　材料选择108

7.3　齿形、形状及精度108

7.4　粉末冶金链轮应用例109

8　粉末冶金棘轮设计与应用111

8.1　材料选择111

8.2　形状与精度111

第2章　粉末冶金结构零件材料113

1　铁基粉末冶金材料合金化的方法113

2　铁基粉末冶金材料114

2.1　预混合粉制作的铁基粉末冶金材料118

2.2　渗铜铁与渗铜钢121

2.3　由部分合金化（扩散合金化）粉末生产的铁基粉末冶金材料124

2.4　由预合金化粉末生产的铁基烧结材料125

2.5　由混合合金化粉末生产的烧结钢125

3　烧结材料的热膨胀系数与断裂韧度129

3.1　热膨胀系数（CTE）129

3.2　断裂韧度129

4　铁基粉末冶金材料的切削性130

5　粉末冶金不锈钢的耐蚀性132

6　轴向疲劳132

7　滚动接触疲劳（RCF）133

8　铁基烧结材料的力学性能134

9　非铁基粉末冶金材料138

10　GB/T 19076—2003烧结金属材料规范（ISO 5755:2001,IDT）139

第3章　金属注射成形（MIM）零件设计150

1　金属注射成形（MIM）零件的特征150

2　金属注射成形（MIM）工艺要点151

3　金属注射成形（MIM）模具设计要点153

4　金属注射成形（MIM）零件成形坯形状设计154

5　金属注射成形（MIM）零件材料标准157

5.1　低合金钢157

5.2　不锈钢157

5.3　软磁合金158

第4章　粉末锻造零件设计160

1　粉末锻造的特点160

2　铁基粉末锻造零件生产工艺161

2.1　锻造方法161

2.2　铁基粉末锻造零件生产工艺162

3　铁基粉末锻造材料的力学性能164

4　预成形坯设计166

4.1　增高预成形坯密度167

4.2　形状与成形设计172

5　粉末锻造零件材料标准173

5.1　碳钢175

5.2　铜钢175

5.3　低合金P/F—42××钢176

5.4　低合金P/F—46××钢177

5.5　淬透性与顶端淬火曲线179

6　粉末锻造的经济性与应用实例181

6.1　经济性181

6.2　应用实例183

7　粉末锻造汽车连杆的生产与应用184

7.1　粉末锻造连杆的生产过程185

7.2　粉末锻造连杆与锻钢连杆比较的优势185

7.3　汽车发动机用粉末锻造连杆的性能186

7.4　北美三大汽车制造公司采用粉末锻造连杆的原因188

参考文献189

第3篇　粉末冶金零件模具设计193

第1章　粉末成形压机193

1　对粉末成形压机的一般技术要求193

2　通用粉末成形压机194

2.1　机械式粉末成形压机194

2.2　液压式粉末成形压机198

2.3　机械式和液压式压机的比较200

3　CNC粉末成形压机201

3.1　SX-40压机201

3.2　KPP全自动机械-液压式粉末成形压机201

第2章　温压用粉末成形压机211

1　粉末加热器213

2　槽式加热器213

3　装粉靴215

4　模架的加热、冷却及绝缘216

5　温压作业中的故障与排除措施218

第3章　粉末冶金成形模架和成形模具设计基础222

1　粉末冶金成形模架222

1.1　成形模具的动作设计223

1.2　粉末冶金成形模架的功能226

1.3　模架中的粉末移送机构和模冲速度控制系统228

1.4　多层板模架233

2　粉末冶金成形模具设计基础236

2.1　基本概念236

2.2　粉末冶金零件的外形特征237

2.3　常用模具系统237

2.4　在粉末冶金零件生产过程中裂纹的形成240

2.5　在压制成形过程中产生的裂纹241

3　压坯内裂纹形成的起因241

3.1　材料组成的变化242

3.2　压制成形过程中粉末颗粒侧向移动造成的裂纹243

3.3　压制终了后弹性应变释放引发的裂纹246

3.4　高拉伸／剪切应力引发的裂纹248

4　粉末冶金零件压制成形中产生裂纹的数据库256

5　粉末冶金模具尺寸设计原则264

5.1　决定模具尺寸的步骤264

5.2　模具的变形量266

5.3　模具计算用的主要参数267

第4章　刚性模压成形模具设计268

1　概述268

2　压制成形周期268

2.1　阴模装粉268

2.2　密实粉末269

2.3　将压坯从阴模中脱出271

2.4　在装备有多层板模架的压机上的压制周期272

3　压制成形模具设计275

3.1　模具的功能设计275

3.2　模具零件的尺寸与公差277

3.3　模具材料279

3.4　模具寿命292

3.5　模具设计注意事项292

3.6　模具的制造成本295

4　压制成形模具结构设计296

4.1　成形模具结构基本方案296

4.2　成形模具主要零件和模座的连接方式300

4.3　浮动结构307

4.4　辅助机构315

4.5　成形模具结构示例319

第5章　精整与整形模具设计377

1　复压、精整及整形的一般原理377

1.1　复压377

1.2　精整与整形的一般原理378

2　精整与整形的润滑379

2.1　用油喷涂润滑零件表面379

2.2　在润滑剂中滚磨379

2.3　润滑阴模379

3　精整与整形模具设计380

3.1　无孔的形状简单的零件380

3.2　直轴套380

3.3　有孔异形零件388

3.4　带外法兰的零件389

3.5　带法兰的零件390

3.6　其他复杂形状零件393

4　精整与整形模具结构设计393

4.1　精整方式的选择394

4.2　精整模具结构基本方案示例395

4.3　送料机构399

4.4　精整模具结构示例410

第6章　粉末锻造模具设计423

1　粉末锻造的特点及应用423

1.1　概述423

1.2　粉末锻造工艺分类423

1.3　粉末锻造工艺过程与生产自动化423

1.4　粉末锻造工艺的特点及应用424

2　粉锻件和预制坯的设计428

2.1　粉锻件的分类与锻件图设计428

2.2　预制坯的设计428

3　粉末锻造工艺及其变形特点432

3.1　粉末锻造工艺432

3.2　预制坯锻前加热434

3.3　粉末烧结锻造变形特点与致密435

4　粉末锻造模具设计及实例442

4.1　粉末锻造模具设计442

4.2　粉末锻造模具设计实例444

第7章　金属注射成形模具设计452

1　金属注射成形模具设计453

1.1　金属注射料的特点453

1.2　金属注射成形模具的基本结构与形式454

1.3　模具设计456

2　带外侧凹制品的模具设计471

2.1　瓣合模472

2.2　侧向抽芯模具476

3　带内侧凹制品的模具设计477

4　金属注射成形模具的强度计算与设计实例482

4.1　金属注射成形模具的强度计算484

4.2　金属注射成形模具设计实例485

5　金属注射成形新工艺及其模具技术487

5.1　金属微注射成形技术（μ-MIM）487

5.2　气（液）体辅助成形技术487

5.3　多组份材料复合注射成形技术487

5.4　注射毛坯的加工装配技术488

5.5　热流道技术488

5.6　快速模具技术489

5.7　熔芯成形技术489

第8章　冷等静压成形包套模具设计490

1　包套和模具的作用和种类490

1.1　“温袋”法等静压成形用湿包套模具490

1.2　“干袋”法静压成形用干包套模具490

1.3　均衡压制用厚壁模具491

2　包套和模具的组成491

2.1　塑性模件491

2.2　刚性模件491

2.3　端口密封装置491

2.4　支撑装置492

3　包套和模具的设计493

3.1　包套和模具的设计步骤493

3.2　包套和模具设计的主要因素494

4　包套材料的选择502

第9章　热等静压成形包套模具设计506

1　包套技术506

1.1　包套材料选择原则506

1.2　包套的种类506

1.3　包套设计510

2　包套焊接513

2.1　软钢包套的焊接513

2.2　钛包套的焊接515

2.3　钼包套的焊接515

2.4　玻璃包套的焊接515

3　包套检漏515

3.1　氦质谱检漏法515

3.2　卤素检漏法516

4　包套的充填516

5　包套的抽空及封焊518

第10章　温压模具设计520

1　温压时，加热和维持适当作业温度所需的功率520

1.1　将模具从室温加热到温压作业温度所需的功率520

1.2　保持作业温度适当稳定所需的功率520

2　温压用模具实例521

2.1　从室温（20℃）将模具加热到温压温度150°所需的功率521

2.2　维持温压作业温度稳定所需的功率521

3　对温压用模具实例和所需功率计算的简要说明524

4　工作间隙与冷缩配合525

5　冷缩配合含阴模的计算525

参考文献529

附录535

A　粉末冶金用压机术语（JPMA4—1972）535

B　金属注射模中小型标准模架539

1　中小型标准模架的结构形式539

1.1　结构形式539

1.2　标记方法539

2　中小型模架的尺寸组合系列541

2.1　品种、系列与规格541

2.2　中小型模架542

C　金属注射模大型标准模架573

1　大型模架的结构形式573

1.1　结构形式573

1.2　标记方法573

2　大型模架的尺寸组合系列573

2.1　品种、系列与规格573

2.2　大型模架574

D　粉末性能测试方法国际标准要点586

1　ISO 3954:1997　粉末冶金用粉末——取样方法586

2　ISO 9276-1:2001　粒度分析结果的表述　第1部分：图解表示法589

3　ISO 9276-2:2001　粒度分析结果的表述　第2部分：由粒度分布计算平均粒度／直径和各次矩591

4　ISO 9276-4:2001　粒度分析结果的表述　第4部分：分级过程的表征594

5　ISO 3923-1:1979　金属粉末　松装密度的测定　第1部分：漏斗法600

6　ISO 3923-2:1981　金属粉末　松装密度的测定　第2部分：斯科特Scott容量计法601

7　ISO 3953:1993　金属粉末　振实密度的测定602

8　ISO 4490:2001　金属粉末　流动性的测定　标准漏斗法（霍尔流量计法）604

9　ISO 3927:2001　金属粉末（不包括硬质合金粉末）在单轴压制中压缩性的测定605

10　ISO 3995:1985　金属粉末　用矩形压坯横向断裂测定压坯强度607

11　ISO 4492:1985　金属粉末（不包括硬质合金粉末） 与压制和烧结有关的尺寸变化的测定609

12　ISO 4497:1983　金属粉末　干筛分法测定粒度611

13　ISO 10076:1991　金属粉末　粒度分布的测定　液体中重力沉降光衰减法612

14　ISO 10070:1991　金属粉末　稳流条件下粉末层透气性试验　外比表面积的测定615

15　ISO 4491-1:1989 金属粉末　用还原法测定氧含量　第1部分：总则617

16　ISO 4491-2:1997　金属粉末　用还原法测定氧含量　第2部分：还原时的质量损失（氢损）法619

17　ISO 4491-3:1997　金属粉末　用还原法测定氧含量　第3部分：可被氢还原氧621

18　ISO 4491-4:1989　金属粉末　用还原法测定氧含量　第4部分：还原提取法测定总氧含量625

19　ISO 4496:1978　金属粉末　铁、铜、锡和青铜粉末中酸不溶物含量的测定626

20　ISO 13944:1996　含有润滑剂的金属粉末　润滑剂含量的测定　修正的索格利特（Soxhlet）萃取法628

21　ISO 13762:2001　粒度分析　X射线小角散射法629

E　粉末冶金材料标准与材料性能测试方法标准要点633

1　ISO 5755:2000（E） 烧结金属材料规范（GB/T 19076—2003）633

2　粉末冶金材料性能测试方法标准要点644

2.1　ISO 2738:1999　可渗性烧结金属材料密度的测定644

2.2　ISO 2738:1999　可渗性烧结金属材料开孔率的测定645

2.3　ISO 2738:1999　可渗性烧结金属材料含油率的测定646

2.4　ISO 2739:1973　烧结金属衬套径向压溃强度测定法647

2.5　ISO 2740:1999　烧结金属材料（不包括硬质合金）拉伸试样648

2.6　ISO 3312:1987　烧结金属材料和硬质合金弹性模量测定648

2.7　ISO 3325:1996　烧结金属材料（不包括硬质合金）横向断裂强度的测定方法649

2.8　ISO 3369:1975　致密烧结金属材料和硬质合金　密度测定方法649

2.9　ISO 4003:1977　可渗透性烧结金属材料　气泡试验孔径的测定650

2.10　ISO 4022:1987　可渗透性烧结金属材料　流体渗透性的测定652

2.11　ISO 4498-1:1990　烧结金属材料（不包括硬质合金）表观硬度的测定656

2.12　ISO 4507:2000　渗碳、碳氮共渗的烧结铁基材料表面硬化层深度的测定与鉴定（显微硬度法）657

2.13　ISO 5754烧结金属材料（不包括硬质合金）无切口冲击试样658

2.14　ISO/TR 14321:1997　烧结金属材料（不包括硬质合金）的金相制备与观察659

F　中华人民共和国法定计量单位663