CN113523277B - 一种通过两次压制实现成型的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过两次压制实现成型的成型方法，包括以下步骤：成型：按照正常生产流程，将粉料填充模具后，经过烧结，得到需要制备的成型后的硬质合金，计算装料高度H1；通过得到的模具补偿量，制作模具上凸模一；称一半重量的粉料，通过装料装置将粉料均匀的放置于凹模内，采用上凸模一实现预压；将另一半重量的粉料，通过装料装置将粉料均匀的放置与凹模内；采用上凸模二实现压制；将毛坯退出凹模，完成压制过程。通过本发明的方法，得到模具需要补偿的尺寸，进而设计出合适的模具，通过利用模具进行压制方式，可提升复杂类圆环合金的毛坯密度的均匀性，从而减少合金的变形，进一步提升了产品质量。

Description

一种通过两次压制实现成型的成型方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种通过两次压制实现成型的成型方法。
背景技术
在工业制造业中，模具的设计和制造是属于成型制品的工艺装备，一般情况下，制品质量水平和生产效率的高低有80%的概率会受到模具因素的影响。在传统加工制造过程中，如果产品形状复杂或尺寸精度要求较高，而仅仅采用常用或一般的模具则在模具制造过程出现变形、磨损或拉毛的问题，这种非正常失效的情况会降低制品的品质，特别是在制备高硬度和具备高弹性模量的硬质合金时，上述现象会导致其受到物理力学性能的特殊性影响，引起模具发生开裂或龟裂、崩块等失效问题。
粉末冶金产品成型过程中，制品尺寸控制存在很大的难度，如果按照合金的尺寸进行设计，极易造成实际合金成品的形状或者尺寸与设计形状或者尺寸产生偏差，影响后续的使用。在现有技术中，合金铸件的形状越来越复杂，圆环合金为环状，直径大，壁较厚，在成型的过程中，变形较严重，为了解决变形问题，设计了补偿机制，可以通过物料或者模具的补偿进行调整。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过两次压制实现成型的成型方法，通过对成型模具进行补偿机制的设计，提前计算出补偿量，通过前期计算模拟来弥补因复杂形状带来的密度差，可大大缩短生产周期。此方式比通过传统的调整粉末粒度（目数）要快速准确。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种通过两次压制实现成型的成型方法，包括以下步骤：
（1）成型：按照正常生产流程，将粉料填充模具后，经过烧结，得到需要制备的成型后的硬质合金，测量成型后的合金的合金高度H、上直径d、下直径D、斜角的角度A、合金直台B，计算装料高度H1，
根据质量相等定理可知：ρ毛坯*V毛坯=ρ合金*V合金 ； （一）
根据三角函数关系推出h =(D -d -2B)/2*tanA；（二）
假设b=D ²+Dd +d ² ； （三）
因为D以及d已知，所以b可求解，为公式推到方便特假设此字母；
K为合金收缩系数，K=D /D毛坯= d/d毛坯= B/B毛坯； （四）
将公式（一）展开为：
ρ毛坯*π/4*[D ²*K²*H1-d ²*K²(H1-h K)-1/3*h *K*K²b]=ρ合金[D ²*H-d ²*(H -h)-1/3*h *(b)] ； （五）
进一步整理得：
H1=[1/3*ρ毛坯*h *K³*b+ρ合金*D²*H +1/3*ρ毛坯*h*K³*b-ρ合金*d²*(H-h)-1/3*ρ合金*h *b -ρ毛坯*d ²*K³*h]/ ρ毛坯*K²(D²-d ²)；（六）
其中，b=D ²+D d +d ²；ρ毛坯、ρ合金分别为毛坯、合金的密度，K为合金系数；H：合金高度，H1为装料高度；
计算模具补偿量的尺寸H`，
H`=H1*h /H -h； （七）
（2）通过得到的模具补偿量，制作模具上凸模一；
（3）称一半重量的粉料，通过装料装置将粉料均匀的放置于凹模内，采用上凸模一实现预压；
（4）将另一半重量的粉料，通过装料装置将粉料均匀的放置与凹模内；
（5）采用上凸模二实现压制；
（6）将毛坯退出凹模，完成压制过程。
采用机械式强制补偿压制技术，能保证压制坯件密度均匀，以达到精确控制合金尺寸的目的，有利于提升产品质量。上凸模一的角度需依据粉末状态调整，其角度大小影响坯件的密度分布，而H`是影响角度最关键的因素，因而确定其数值是必要的。
优选地，所述的粉料的目数为80-120目，粉末目数直接影响装料高度进而影响H`。
有益效果：
通过本发明的方法，得到模具需要补偿的尺寸，进而设计出合适的模具，通过利用模具进行压制方式，可提升复杂类圆环合金的毛坯密度的均匀性，从而减少合金的变形，进一步提升了产品质量。
附图说明
图1合金的示意图；
图2为上凸模一示意图；
图3为合金主视图；
图4为补偿后上凸模一模具的主视图；
图5为凸模二主视图；
图6上凸模一的主视图；
图7为压紧状态装配图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种通过两次压制实现成型的成型方法，包括以下步骤：
（1）成型：按照正常生产流程，将粉料填充模具后，经过烧结，得到需要制备的成型后的硬质合金，测量成型后的合金的合金高度H、上直径d、下直径D、斜角的角度A、合金直台B，计算装料高度H1，
根据质量相等定理可知：ρ毛坯*V毛坯=ρ合金*V合金 ； （一）
根据三角函数关系推出h =(D -d -2B)/2*tanA；（二）
假设b=D ²+Dd +d ² ； （三）
因为D以及d已知，所以b可求解，为公式推到方便特假设此字母；
K为合金收缩系数，K=D /D毛坯= d/d毛坯= B/B毛坯； （四）
将公式（一）展开为：
ρ毛坯*π/4*[D ²*K²*H1-d ²*K²(H1-h K)-1/3*h *K*K²b]=ρ合金[D ²*H-d ²*(H -h)-1/3*h *(b)] ； （五）
进一步整理得：
H1=[1/3*ρ毛坯*h *K³*b+ρ合金*D²*H +1/3*ρ毛坯*h*K³*b-ρ合金*d²*(H-h)-1/3*ρ合金*h *b -ρ毛坯*d ²*K³*h]/ ρ毛坯*K²(D²-d ²)； （六）
其中，b=D ²+D d +d ²；ρ毛坯、ρ合金分别为毛坯、合金的密度，K为合金系数；H：合金高度，H1为装料高度。
计算模具补偿量的尺寸H`，
H`=H1*h /H -h； （七）
（2）通过得到的模具补偿量，制作模具上凸模一；
（3）称一半重量的粉料，通过装料装置将粉料均匀的放置于凹模内，采用上凸模一实现预压；
（4）将另一半重量的粉料，通过装料装置将粉料均匀的放置与凹模内；
（5）采用上凸模二实现压制；
（6）将毛坯退出凹模，完成压制过程。
对比例1
预制备合金高度H：10mm、内孔直径d：77mm、外圆直径D：95.5mm、斜角的角度A：30°、合金直台B：0.5mm的圆环合金，采用目数的粉料：80-120目，总重量为：286g。
计算斜角高度h为：5.05mm。
计算装料高度H1为:26.3mm；
直接制作模具上凸模二；
制得的合金的实际尺寸为：合金高度H：9.3-10.35mm、内孔直径d:76.3-77.1mm、外圆直径D:95.2-95.8mm、斜角的角度A:32°、合金直台B:0.3-0.8mm。不符合客户要求，因密度分布不均匀导致变形严重。
不计算模具补偿量，直接制备上凸模二，采用一次倒料一次成形的压制方式，制得的合金实际尺寸与理论尺寸相差较大，密度不均匀，变形量大。
实施例1
预制备合金高度H：10mm、内孔直径d：77mm、外圆直径D：95.5mm、斜角的角度A：30°、合金直台B：0.5mm的圆环合金，采用目数的粉料：80-120目，总重量为：286g。
计算斜角高度h:5.05mm。
计算装料高度H1为26.3mm；
计算模具补偿量：H`为8.23mm。
根据计算的模具补偿量，制作模具上凸模一；
制得的合金的实际尺寸为：合金高度H：10.08mm、内孔直径d:77.02mm、外圆直径D:95.55mm、斜角的角度A:30°、合金直台B:0.55mm。符合客户要求。
利用补偿之后的模具进行压制，采用两次压制成型的方式，制得的合金实际尺寸与理论尺寸一致，精度高，密度均匀。
利用该模具补偿量制备的模具，同时利用两次压制成型的方式，经过多次试验，均制备实施例1的合金，制得的合金的实际尺寸为：合金高度H：10.01-10.08mm、内孔直径d:76.93-77.02mm、外圆直径D:95.48-95.55mm、斜角的角度A:30°、合金直台B:0.52-0.57mm。该尺寸均在客户要求的范围内。

Claims (2)

1.一种通过两次压制实现成型的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）成型：压制的合金为带倾角的圆环合金，按照正常生产流程，将粉料填充模具后，经过烧结，得到需要制备的成型后的硬质合金，测量成型后的合金的合金高度H、上直径d、下直径D、斜角的角度A、合金直台B，计算装料高度H1，
根据质量相等定理可知：ρ毛坯*V毛坯=ρ合金*V合金 ； （一）
根据三角函数关系推出h =(D -d -2B)/（2*tanA）；（二）
假设b=D²+Dd +d ² ； （三）
因为D、B、A、d已知，所以b可求解，为公式推导方便特假设此字母；
K为合金收缩系数，K=D /D毛坯= d/d毛坯= B/B毛坯； （四）
将公式（一）展开为：
ρ毛坯*[D²*K²*H1-d²*K²(H1-h*K)-（1/3）*（h*K*K²b）]*π/4=ρ合金*[D²*H-d²*(H-h)- （1/3）*（h *b）] ； （五）
进一步整理得：
H1=[（1/3）*ρ毛坯*h*K³*b+ρ合金*D²*H +（1/3）*ρ毛坯*h*K³*b-ρ合金*d²*(H-h)-（1/3）*ρ合金*h*b-ρ毛坯*d²*K³*h]*ρ毛坯 -1*K²(D²-d²)； （六）
其中，b=D²+D*d +d²；ρ毛坯、ρ合金分别为毛坯、合金的密度，K为合金收缩系数；H：合金高度；
计算模具补偿量的尺寸H`，
H`=（H1*h /H）-h； （七）
（2）通过得到的模具补偿量，制作模具上凸模一；
（3）称一半重量的粉料，通过装料装置将粉料均匀的放置于凹模内，采用上凸模一实现预压；
（4）将另一半重量的混合料，通过装料装置将粉料均匀的放置于凹模内；
（5）采用上凸模二实现压制；
（6）将合金退出凹模，完成压制过程。
2.根据权利要求1所述的一种通过两次压制实现成型的成型方法，其特征在于，所述的粉料的目数为80-120目。
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