前言：中文期刊网精心挑选了粉末冶金模具设计范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
粉末冶金模具设计范文1
【关键词】高精度模具；硬质合金；压制；多孔
1 引言
粉末冶金压制成型是利用重力将粉末原料填充于模具的刚性型腔中、冲头对压进行的成
型。在硬质合金粉末冶金应用领域，为减少金属制品在后续加工中的金属量损耗，应在成型中尽量控制产品毛坯的尺寸精度及密度均匀性，这就要求成型设备和成型模具都具有高精密性。在批量生产中，在压机吨位足够的前提下，应在模具设计上进行改进，以提高压制成型效率。
2 硬质合金粉末多孔压制工艺对模具的要求
在硬质合金粉末压制过程中，需要考虑以下几个方面对模具的要求：
2.1 模具型腔应具备高硬度、高强度
压制成型时与型腔表面及冲头成型面产生摩擦，由于硬质合金混颗粒具有高的硬度，对
模具型腔具有很大的划伤破坏，易造成模具的保废，从而使生产成本急剧增加；模具的高硬度成型面可有效的提高模具使用寿命，降低生产成本。由于在相同面积下成型型腔更多，多孔模具的模壁较一般单孔模具模壁要薄，为保证模具的使用寿命，要求模具型腔材质具有较高的强度。
2.2 模具、冲头配合高精度要求
多孔模具的多型腔决定了模具的各型腔尺寸偏差会累积从而增加整体偏差，因而在成型
中对模具和冲头的配合精度要求极高，这就要求模具基本尺寸精度、形位位公差精度高，通常需要控制在0.01mm内。
2.3 效率
对硬质合金小制品来说，由于单重小，单支成型成本高，因而在模具设计及成型方式上
需要采取措施来提高成型效率，降低成型成本。
成型效率。
2.4 光洁度好
硬质合金颗粒硬度高，如模具成型面光洁度不好，一方面易造成成型面划伤，极大地降
低了模具使用寿命，另一方面较粗糙的表面摩擦系数大，不利于混合料的流动，造成压坯致密度的不均匀，而且在成型过程中粉末内部会产生较大的剪切力，造成裂纹。
2.5 维修成本
模具成型过程中通常会出现冲头缺口现象，对单孔模具来说，拆卸下冲头进行电加工、
抛光可继续使用；对多孔模具而言，如出现一处缺口，按常规模具制备工艺，需要对冲头的所有成型面进行再加工，既增加了维修成本，又大大延长了维修周期。
3 试验方案及条件
3.1 模具材质
硬质合金混合粉末无论是掺胶料还是石蜡料，都具有较高的颗粒硬度，为保证模具的使用寿命及精度，模具成型部分都应该选用高硬度材料，本试验中采用含钴类硬质合金。对粉末冶金模具来说，冲头还必须有较高的压缩屈服强度、高的刚性及高疲劳强度[2]，而通常凹模的使用寿命应该比冲头长，因而在冲头与凹模的选材上，凹模的硬度应更高。
3.2 设备条件
本试验中模具的制作加工除了需要常规的切削加工、磨削加工外，还需要精密电加工设备、检测设备。试验中所用的主要电加工设备为Agiecharmilles慢走丝线切割机，精度达0.005mm，检测设备为Hexagon三坐标测量机，检测精度0.001mm。
4 试验数据及结果
4.1 模具设计
为降低维修成本、提高维修效率，冲头基体部分与成型部分不采用传统的焊接工艺，而
是采用定位装卸固定结构。相对于焊接工艺，采用定位装卸固定结构的冲头当某一成型部分出现缺口或崩断时，可直接拆卸下来用已备好的成型备件直接装上，可节省维修成本60%以上，且大大缩短了维修周期。
单孔模具冲头采用焊接工艺 多孔模具冲头采用定位装卸固定结构
4.2 模具合金材质的选择
多孔模具合金选材上，在保证具有需要的硬度的前提下，为避免冲头对阴模的加速磨耗，
冲头的硬度应该略小于阴模型腔硬度，且需要足够的强度，阴模选用YG6、YG11C，冲头选用YG11C、YG25C，做了两组试验。
根据以上结果分析，阴模材质采用YG11C，冲头材质采用YG25C。
4.3 冲头、阴模配合间隙对压坯的影响
一般来说，在压机重复定位精度范围内，冲头、阴模配合间隙越小，有利于提高压制质量，但冲头、阴模配合精度比压机重复定位精度更高时，极易造成崩模。对多孔模具来说，冲头与阴模的配合不仅仅指单一基本尺寸间隙，还要求对称间隙，即模孔与冲头间隙的对称性。
下表为冲头与阴模不同配合间隙下的成型状况（压机重复定位精度0.005mm）。
从上表试验数据可看出：（1）配合间隙要尽量趋于对称；（2）配合间隙略低于压机重复定位精度；（3）对粉末冶金模具而言，配合间隙不能太小，因为粉末在成型过程中需要将颗粒间的空气及时迅速排出，过小的配合间隙不利于做到这一点，从而造成压坯出现裂纹。
4.4 电加工工艺对模具精度的影响
对粉末冶金模具来说，在保证型腔硬度的前提下，型腔光洁度越高，成型质量越好，在模具加工过程中，即使前段加工不能保证很好的光洁度，通过钳工抛光也可达到光洁度要求，但对模具精度有较大影响，一般慢走丝线切割及精密火花机粗加工型腔光洁度一般可达到Ra0.8～2.5um，精修加工的型腔光洁度一般可达到Ra0.2～0.4um，精修加工增加了加工成本，但在保证尺寸精度的同时，还可节省抛光时间。下表为粗加工及精修加工条件下模具质精度。
5 实践跟踪
设计并加工了该类模具8套，模具精度达到了0.005mm，利用这8套模具已进行了500万次压制。
6 结论
（1）对多孔模具而言，精度保证是模具质量控制一大关键，因而，在加工过程中，需采用高精度规准工艺；
（2）在模具精度保证的前提下，为不影响模具使用寿命，成型压机精度应高于模具精度；
（3）相对于单孔模具来说，多孔模具不仅要求配合精度，而且，为保证冲头的互换性，需要保证冲头与阴模的对称配合精度；
（4）模具用合金阴模采用YG25C，冲头采用YG11C；
（5）模具阴模与冲头间的间隙不能过大，过大造成毛刺多，也不能过小，过小不利于空气的排出，容易产生压制裂纹。
参考文献：
粉末冶金模具设计范文2
RR装置上曲轴镦锻工艺优化研究
不同材料外推模型的精冲有限元模拟对比
国内最大加氢反应器筒节锻造成功
钢管收口代替方钢热冲拔弹体毛坯加工工艺研究
高强度轮毂的化学成分和熔炼处理工艺的研究
核电设备用钢20MoNiMn内部空洞愈合过程分析
镁合金异形件等温精密成形预制坯优化设计
不锈钢管冷旋压热力耦合有限元模拟
锆合金的腐蚀性研究
挤压比对Mg-Zn-Zr-RE合金组织和性能的影响
铸造技术模具热处理技术的未来走势
电连接器外壳冷挤压工艺分析与数值模拟
超声波导入时初始温度对铝-硅合金组织的影响
摆动辗压成形在粉末冶金件生产上的应用
表面熔敷技术概述
某产品用黄铜壳体压底工艺改进实践
一种扬声器盆架冲孔拉深级进模设计
前轮毂压铸模具跑水的处理
面板剪切弯曲复合模
Mg-10Gd-2Y-0.6Zr合金热压缩变形及其微观组织研究
等径角挤扭工艺的研究
三菱重工开发出支持直径2m工件的外齿轮成型磨床
冷轧轧制力数学模型的研究
铝粉烧结锥形件压扭成形模拟及实验研究
Spherical-cymbal换能器端帽自由胀形回弹预测与控制
压扭工艺改善钼粉末温压成形的模拟分析
彩色快速成形制件着色误差分析
新SIMA法制备铝合金3A21半固态坯料
二维胶体晶体成形及应用研究进展
径-轴双向环轧工艺的研究进展
带阻尼台叶片多向模锻过程温度分布研究
基于分流法的大模数半轴伞轮冷精锻工艺研究
链轮的体积成形工艺与模具
左前门防撞梁冲压成形数值模拟研究
连接片多工位级进模具设计
斜楔冲孔模
45钢汽车稳定杆断裂失效分析
锻压制造企业两项国家标准制定送审
壳体缩口工艺及模具设计
发刊词
板材与管材成形性能的研究与进展
不同材料型材拉弯成形性的比较
摆动辗压机的现状及其发展
环件轧制和摆动辗压精密成形技术
镁合金管件热态内压成形研究进展
精密锻造技术的研究现状及发展趋势
多向加载近净成形研究动态
25Cr5MoA/Q235钢固-固复合轴界面特性的试验研究
非线性路径下板料拉深成形过程中破裂预测
高体分SiCp/Al复合材料热变形行为及组织的研究
TC11钛合金压气机盘闭模锻造过程中的缺陷预测
镁合金AZ31B直齿锥齿轮热锻成形研究
辊缝变化模型在面内弯曲精确成形中的应用
镁合金扇形件挤压成形数值模拟
“第42届国际冷锻组织大会”即将在上海召开
感应加热对奥氏体不锈钢弯管组织和性能的影响
基于AutoCAD的冷冲模模架及零件生成CAD系统开发
粉末冶金模具设计范文3
【关键词】模具设计；实践教学；措施
1 模具设计实践教学的现状及存在问题
我国模具行业从业人员1000多万，其中从事模具设计的占1/10，模具设计师达60万以上。因此，模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具以自身的特殊形状通过一定的方式使材料成型。在现实的产品生产中，模具因加工效率高、互换性好、节省原材料等诸多优点而得到广泛的应用。模具工业的重要性，还体现在国民经济的五大支柱产业――机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求磨具工业的发展与之相适应。由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，市场广阔，产销全国各地。现如今模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，在国民经济的发展过程中发挥着越来越重要的作用。为此，在我国职业院校的专业课程设置中，大都开设模具设计与制造专业。该专业课程是对实践要求很高的主干课程，需要先修的课程有《机械制图》、《机械设计基础》、《机械工程材料》、《公差配合与技术测量》、《机械制造工艺学》、《先进制造技术》等，只有掌握机械制图、公差配合与测量技术、机械零件设计、材料选用及热处理、各种制造技术后，才能进行本课程的学习。通过该课程的学习，既可以丰富学生的理论知识，又可以提高学生的实际动手能力，使学生掌握常用模具的工作原理和设计方法，具备设计中等复杂程度模具的能力，从而拓宽学生的就业面，为学生以后从事模具设计与制造方面的工作打下坚实的基础。
2 模具设计课程实践教学改革措施
实践教学是学校培养学生运用理论知识解决实际问题的能力、提高学生综合素质的重要环节，也是现社会经济发展对人才培养提出的客观要求。为了培养实践能力强、操作技能高的模具设计与制造方面的应用型、技能型技术人才，职业院校在做了用人单位调研、人才市场调研及兄弟院校调研，在机械类专业模具设计课程的实践教学环节设置以下几方面进行了深入地探索和思考，对模具设计课程的实践教学体系进行了改革，其具体改革措施如下：
2.1 重组模具课程的实践教学体系
以培养学生动手造能力为主线，重组了模具设计课程的实践教学体系，制定了新的实践教学计划，把模具课程进行删减，附加模具拆装实训，另外结合机械制造工艺实训，再进行模具制造工艺实训。新的实践教学计划将实践教学内容分为模具拆装练习、模具设计绘图、模具课程设计和模具制造工艺实训四个层次，这四个层次结构有序，由简单到复杂，每一层都尽可能贴近实际，以重点培养学生的项目意识和模具设计与制造的动手能力与技能知识。
2.2 强化材料硬度和加工精度的概念
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。但是模具中运用到的材料硬度和加工精度是选取模具零件材料和加工方法的关键参数，在相关的专业基础课程中，学生虽然学习过材料的硬度和加工精度的概念，但实际接触材料和机床较少，部分学生对硬度和加工精度还是模糊的数字概念。为了使学生能熟练选取模具零件材料和加工方法，必须使学生把材料的硬度和加工精度跟材料的性能、热处理方法、机床类型、加工方法、检测等有机联系起来。为此，一方面让学生利用一切机会到企业进行实践活动，增加实践知识，另一方面结合模具制造工艺实训强化材料的硬度和加工精度的概念，让学生对比不同硬度的零件对比加工方法、表面粗糙度及不同机床能达到的加工精度，不断增强学生对材料的硬度和加工精度的感性认识。
2.3 创造合理的实践教学环境
创造合理的实践教学环境、让实践教学贴近学校实际的课程实践教学改革中。具体措施有三点：一是，结合机械类专业的生产实习，让学生走进企业，（也就是我们常说的校企合作）走进模具制造与使用的真实环境，增加学生与企业的亲近感，提高学生对模具知识的学习兴趣；二是，加强模具实验室的建设工作，目前国家大力支持对各个院校模具设备的更换，如注射模和冲压模，以及对于机械加工中我们接触到的机床有数控加工中心、数控铣床、数控车床、三坐标测量机、电火花和线切割机床、普通焊机、普通车床、普通铣床、塑料注射机、冲床等。利用仿真软件可以模拟出一般模具设计、制造及使用的真实环境；三是，把模具课程现场教学的课时增加，既提高了“模具的结构组成”、“模具的安装与调试”等环节的教学效果，又增加了师生互动的机会。
2.4 校企结合，真题真做
目前校企结合、真题真做是我们职业院校近几年强力推行的改革措施之一。一方面，学校鼓励教师加强与企业的联系，争取更多的校企合作课题，并吸收部分学生参与到课题研究当中，提高学生解决实际问题的能力。另一方面，在进行模具课程设计和模具设计与制造方面的毕业设计时，使用的题目都是来自企业的真实题目，或是由指导老师审定的贴近企业生产实际的题目，要求学生在思想上提前进入今后的工作角色，以“企业人员”的身份来进行模具的设计与制造，充分考虑模具的材料、零件加工精度和制造成本，强化学生进行模具设计与制造时的经济性和实用性。
粉末冶金模具设计范文4
一、模具专业的特点
1、模具是单件生产的机械产品
模具产品是单件、小批量生产，加工工艺中一些工序(甚至是关键工艺)的技艺性环节较多，如冷、热加工的单件工艺、测量技术、调试装配技术等。一般情况是，耗费大量时间设计的模具图纸，最终只生产一套或几套模具，与一般机械产品一经设计成功就大批量生产的特点不同。因此模具专业毕业生应有较强的实践动手能力，并应拥有职业资格证书或相关的级能等级证书。
2、模具的种类繁多，涉及各种行业
模具行业涉及的产品种类较多，工艺特点又不尽相同。如热锻模、塑料成型模、冷冲模、压铸模、以及其它如粉末冶金模、橡胶、玻璃、陶瓷等模具，所涉及的行业有汽车制造业、电子与通讯业、橡胶行业、铸造行业、塑料行业等。因此在制定教学培养方案时应根据模具行业人才规格需求的变化动态设置专门化教学和动态设置模块式课程。在学制上，实行大专业、小专门化教学是很有必要的。
3、模具设计与制造不能分离
一般机械行业设计与制造分开，在工厂也是分为设计科、工艺科、生产科等。由于模具是单件生产，是制造技术中用于生产一线的一种工艺装备，其设计和制造两个环节有着相互关联和密切衔接的特性，所以在岗位职责上一般不能截然分开。可能是偏重设计但必须懂制造，也可能是偏重制造工艺但也必须懂设计，或者设计与制造兼之，模具的设计与生产工艺往往是由同一个人管理，对模具专业毕业生提出了更高的要求。
4、模具专业应用新技术多
模具市场的竞争要求模具生产周期短，模具的使用寿命长，因此要求模具的设计与制造不断地采用新工艺、新技术。模具CMD/CA曰CAM以很快的速度发展和普及，对模具技术人员的计算机水平要求得越来越高，一些模具新技术，如模具钢新材料、模具表面强化技术、模具快速成型制造技术等发展很快，竞争的形势要求模具专业毕业生应具备知识和技能的更新和可持续发展能力以求应对当前模具行业日新月异的技术升级。
二、模具专业课程体系的改革
模具专业是培养掌握模具设计及制造技术，了解数控机床加工等有关知识，以材料成型与控制和特种机械加工相结合，培养掌握现代化材料成型方法和制造技术，具有较强实际操作能力的高等技术应用型专门人才。能运用所学理论和技术从事工模具设计与制造及数控机床的操作、维护等工作，也可以在机械产品加工、技术引进、技术开发等方面从事技术及管理工作。要培养合格的模具专业人才，必须在课程体系设置方面下功夫。
课程体系的构建是教学计划的核心，要根据培养目标、培养规格构建以知识、能力、素质为主线的新的课程体系。以素质教育为主导，促进学生知识、素质、能力的辩证统一和共同发展;以专业教育为主体，促进专业教育与通才教育的和谐统一，理论以“必需”、“够用”为度，处理好理论教学、实践教学的关系。为此，在了解模具及材料成型原理和基本技术的基础上，重点放在机械设计与制造的主干课程上，计算机的软件应用则着重与模具设计、制造密切相关的典型应用软件上，力求学生掌握能三维建模的计算机软件。具体来讲，除了保留原有的机类专业的主要专业基础课并对其内容作适当调整外，修改的重点应放在与模具紧密结合的课程上。同时，为了重点培养学生的工程设计能力，应将设计系列课程体系由以往的以分析为主线转为以设计为主线。即:通过机械制图—机械制造—机械设计—模具CAD/CAM等课程培养学生实际工程设计能力。完整的模具专业课程体系其基本原则是确保核心课程，综合相近课程，删除过时课程，增开新技术课程，优化课程体系，实行以专业基础课程—设计类课程—加工类课程为模块的培养计划。这一体系充分考虑了高职模具专业的特点，反映了模具技术的发展潮流，同时兼顾了不同层次人才培养的特点。
目前我们对模具设计与制造专业的主要专业课程体系设计如下:①专业基础课程:机械制图和公差电工学与工业电子学计算机应用基础机械制造基础液压与气动②设计类课程:机械原理及机械设计冷冲压工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计模具CAD②制造加工类课程:模具制造工艺冲压与塑料成型设备数控编程与CAM模具CAnlCAM。
三、模具专业实践教学的改革
突出实践能力培养是高职模具专业教育的主要特色，高职模具专业是培养模具制造与使用的技术应用型人才。当前的毕业生，寻求工作的主渠道是人才市场。现在的用人单位与计划经济时期有较大变化，以前的用人单位，在学生进厂后有一个培养试用的过程。而当前的情况是，用人单位强调经济效益，他们都有不养闲人的概念，所以要求学生一应聘就能上岗。
模具企业多数是中小企业，学生到厂首先要在某一工作岗位上进行实际操作，实现第一次‘上岗”。因此毕业生为适应这一就业形势，必须具有所要求的实际操作技能.从实践性教学环节的教学计划角度来看，应使学生具有这种第一次上岗的能力。模具的种类多、企业的类型也不同，我们应选择最具有共性的岗位进行实际操作的训练。高职模具专业毕业生的工作岗位定位在:模具CAD/CAM应用人员、高新设备的操作员、生产现场的工艺人员以及生产一线岗位上的管理人员。这就要求模具专业教学计划中应加强实习、实训、课程设计、毕业设计等实践教学环节。
以往的专科教育过多地注重理论的系统掌握，忽视知识的实际应用。随着社会经济的发展，实践培养就有了时代新内涵、新要求和新任务，也需要探索相适应的新的实践教育方式与途径。为此，在培养方案中应加大实践性教学环节的比重，理论教学与实践教学学时之比为1:1。为加强实践性教学环节，可以采取以下三种方式:一是学校与企业、社会相结合。
定校、企合作办学之路，建立教学与实习基地。这在一定程度上既解决了教学实训基地建设，又解决了毕业生就业或转岗问题。二是教学与生产、科研相结合。一方面可以在专业实习以带领学生深人生产第一线，考察、参观或参与生产过程;另一方面，还可以通过吸收学生参加教师科研课题，带领学生开展科研实践的创造性活动，以培养学生具备一定的科研素质。
三是实践教学与取得职业资格证书结合，为学生就业创造有利条件。实践教学同理论教学一样，应加强规范与考核。把实践教学与取得职业资格证书相结合，可以规范学习内容和标准，为学生就业创造条件。总之，高职模具专业必须瞄准模具专业的发展方向，办出高职模具专业的特色，向社会输出更多的优秀人才。
四、模具专业理论教学的改革
1、在学时分配上，注重“必需”和“够用”
实践表明，不同的专业所要求的知识层次是不同的，所以课时的重新分配，也是专业教改的一项重要内容。分配课时，应力求遵守“必需”和“够用”的原则。因为职业教育培养的目标主要是一线的实用技能型人才，过多或较深的理论分析，没有必要占用过多的课时。
2、开设“创新型”课程，更新教学内容
开设“创新型”新课程，是对学生进行创新思维训练的有效途径。高职教育要培养学生解决工程实际问题的能力，这就要实现理论教学与实践教学的有机结合。在实践中单纯的理论教学有时显得枯燥乏味，学生难懂，教师难讲。如《冷冲压模具设计》和《型腔模设计》专业课中有关模具结构方面的教学，学生感到很抽象，不易理解，而将理论课与实训课结合起来，到实训室讲解模具结构，对照实物讲解疑难结构，可以收到很好的效果。又如《冲塑设备》课教学中，在学生中可实行边上课边下厂实习，对照设备讲解设备结构与原理，即节省课时，又提高了教学效果。
3、改进教学方法
粉末冶金模具设计范文5
关键词：塑料模具材料；复合镀层材料；发展研究
Abstract: the development of stochastic technology, plastic mold material has changed, the new period of plastic mould materials are required to have a higher standard. Based on the plastic mould materials mainly service condition and failure form and development present situation carries on the analysis, the significant characteristics of a new type of plastic mold coating material of rare earth surface technology and nanometer surface preparation technology and advantage, through the new plastic molds and the use of high-tech, can effectively reduce the mold material cost, has great role in promoting the development of our plastic mould materials.
Keywords: plastic mould materials; composite coatings; Development Research
中图分类号：F406 文献标识码：A文章编号：
目前，全球范围内塑料模具材料的开发速度都在加快，品种也在迅速增加，新型塑料模具材料的开发对保证模具质量提高模具使用寿命和降低生产成本都有着至关重要的作用，能进一步地推动塑料工业更快更好地向前发展。近几年来，随着高性能塑料的开发和生产规模的不断扩大，塑料制品的种类日益增多，并向精密化大型化和复杂化发展。塑料模具的迅速发展，带动了塑料模具材料的发展，但是由于高新科技不断在塑料产品制造中的引用，产品检测手段的更新，使塑料模具工作条件更加复杂和苛刻，对塑料模具材料的性能要求也在不断提高。新型塑料模具材料对现阶段我国模具的可持续发展有着重大的促进意义。
一、塑料模具的主要服役条件和失效形式
按照塑料制品的原材料性能和成型方法，可把塑料模具分为热固性塑料模具和热塑性塑料模具2大类，其服役条件见表1：
基于上述服役条件可以看出，塑料模具的主要失效形式表现为磨损腐蚀成型时物料会对模具表面产生严重摩擦，导致模具表面拉毛，粗糙度变大而失去光泽，会影响到塑料制件的外观质量特别是塑料中含有云母粉硅砂和玻璃纤维等固体无机填料时，会明显加剧型腔的磨损，不仅会使型腔表面粗糙度值增加，也会使模具型腔尺寸发生变化而且，因不少塑料中含有氯氟等元素，加热至熔融状态后会分解出氟化氢或氯化氢等腐蚀性气体，这些气体会腐蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，也加剧了模具型腔的磨损，从而导致模具磨损失效。
所以，依据上述塑料模的服役条件和失效形式，塑料模具材料应至少具备下列使用要求：1)足够的强度和硬度；2)良好的耐磨性和耐蚀性；3)较高的耐热性和尺寸稳定性。
二、我国现阶段塑料模具材料发展状况分析
目前，塑料模具材料的发展主要分为2个方向，一是发展塑料模具材料本身，国内外的研究机构已经开发研制出了多种新型模具材料，并对原有模具钢的热处理工艺进行了改进与优，另一个方向是将表面工程技术应用于模具加工与制造领域，在很大程度上能弥补模具材料的不足，特别是稀土表面工程技术和纳米表面工程技术的的研究发展，为塑料模具材料的发展带来了新的天地。
2．1塑料模具材料的现状
塑料模具材料包括模具钢和合金材料，但主要是模具钢，常用模具钢分类如图1所示。合金材料主要有：有色合金包括铜基铝基和锌基合金，成本较低，制模容易，导热性较好，适于吹塑模和注塑模钢结硬质合金具有高硬度高耐磨性耐高温耐腐蚀和一定的韧性，但表面抛光有限，常用于制造以玻璃纤维为填料的增强塑料模具低熔点合金利用低熔点合金浇铸吹塑模的型腔，可以缩短模具的制造周期，节省大量钢材，还可以节省劳力目前使用的低熔点合金种类很多，较常见的一种是含铋58%含锡42%的铋锡合金。
2．2模具表面技术的发展
模具主要依靠其表面进行工作，因此，模具的失效80%以上为表面损伤，即磨损腐蚀等，对模具进行表面处理，可以提高其表面硬度，改变表层化学成分和组织，从而提高其耐磨性和耐蚀性，有效地延长模具的使用寿命，降低生产成本，还能提高被加工件的表面质量常用的表面处理方法主要是化学热处理和表面覆层技术。随着新技术的不断开发，一些表面工程新技术逐渐进入研究者的视野，其中以稀土表面技术和纳米表面技术最具应用前景稀土元素的加入能在很大程度上提高镀层的耐磨性和耐蚀性，并在一定程度上增加镀层的韧性，而纳米技术的应用可使得镀层获得较高硬度良好自润性较高的耐磨性和耐蚀性，对改善模具的综合性能和延长寿命具有重要的意义。
三、塑料模具表面新型复合镀层技术应用
3．1制备工艺研究
稀土表面技术和纳米表面技术分别在模具表面强化中应用的好处是显而易见的，但是二者的结合目前还没有太多的研究。从这一角度出发，设想开发出一种新型的低成本、高性能的金属基复合材料镀层，采用第二相纳米级的稀土化合物粒子强化，以期提高镀层的耐磨性、耐腐蚀性和耐热性，全面降低模具的表面损伤，提高模具的使用寿命，降低企业的生产成本，其性能和应用前景将明显优于现有模具材料，重点是解决金属基纳米复合材料的制造工艺和涂镀技术。采用高能球磨技术制备出纳米CeO2颗粒均匀弥散分布在Zn基体中的复合粉末，再运用粉末冶金工艺烧结制备出纳米氧化铈/锌基复合镀层材料块体，XRD图谱和场发色扫描电镜照片显示整个制备过程中没有产生新合金相，即得到的是纳米氧化铈/锌基复合材料，且纳米氧化铈颗粒已经固溶亚固溶于基体锌中，组织结构更加均匀致密，提高了晶格间腐蚀抗力，并细化了晶粒，提高了基体材料的硬度、耐磨性和耐蚀性。并就纳米氧化铈含量对硬度、耐磨性和耐蚀性的影响做了初步的研究，结果表明，纳米CeO2含量在1%时显示了最佳的防腐性能、耐磨性和表面形态。
3．2熔剂法热浸镀试验
首先加热熔融制备的块体到450～460℃，捞去熔渣后，再将模具型腔表面浸入熔融的镀液中3～4s，使其与镀液均匀完全接触，再以较快的速度提升出，用电吹风吹干，直至完全冷却，即完成整个热浸镀过程。通过对镀层断面所作的能谱分析可以看出镀层上有Ce元素的存在，说明纳米氧化铈已经很好地热浸镀到了模具表面。
四、新型塑料模具材料的发展
纳米稀土材料改性在表面工程中的应用研究还比较肤浅，作为模具镀层材料，笔者研究的金属基纳米稀土复合材料性能和使用都要大大优于现有的一些镀层材料，其制备工艺笔者也做了初步的实验研究，具有一定的可行性，但作为一个系统工程的研究，需要进行的工作还有很多：
1）制备出的纳米氧化铈/锌基复合材料熔点较高，必须设计出合理的热浸镀工艺和必备的热浸镀设备，以求得到更好的热浸镀效果，再与目前国际上使用的Galfan合金镀层进行镀层质量和耐腐蚀性能比较；
2）笔者所作初步研究试验是在高能球磨真空热压热浸镀3个独立的实验基础上完成的但3者之间内在因素的相互影响尚未考虑，只有把高能球磨真空热压和热浸镀作为一个系统来分析，才能得出最佳。
粉末冶金模具设计范文6
（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜宾 644000）
【摘 要】UO2芯块是燃料组件的核心部件，UO2芯块的质量好坏对反应堆安全稳定运行，核电厂的安全性和经济性至关重要。UO2芯块的成品率高低，不仅影响金属铀的直收率，还影响产品芯块的质量。文章针对造成UO2芯块成品率和金属直收率低的原因进行调查和分析，并针对原因制订和实施了对策，达到了提高UO2芯块成品率的目的，产生可观的经济效益和社会效益。
关键词 UO2芯块；成品率；直收率；生坯块；成型压机
燃料组件是反应堆的核心部件，其在堆内运行条件十分苛刻。UO2芯块是燃料组件的核心部件，UO2芯块的质量好坏对反应堆安全稳定运行，核电厂的安全性和经济性至关重要[1]。UO2芯块的成品率高低，不仅影响金属铀的直收率，还影响产品芯块的质量。
近年来随着公司产能的增加和200吨干法炉的投入使用，芯块制备的成品率小于85%（干法粉末制备芯块），芯块制备中金属铀的直收率一直维持在92%左右，总体水平偏低，较低的成品率和直收率导致废物料库存增加。
1 现状调查
1.1 制备芯块产生的废品增容量统计
我们对近几年制备UO2芯块产生的废品平均吨增容量进行了统计，见图2。
从图2中可以看出，2013年产生的废物料量最多，且2011-2013年的废品增加量明显高于2009-2010年度。2009-2010年芯块废品平均增容量为18kgU/吨，2011-2013年芯块废品平均增容量50kgU/吨。芯块生产中废物料的容量增加表明近几年芯块的制造水平有所下降。
经分析认为在干法粉末产量不断增加的情况下，粉末冶金车间对干法粉末（特别是200吨干法炉生产的粉末）适应性不好，造成芯块的成品率下降。因此导致芯块生产成品率和金属直收率不高的关键就是干法粉末制备芯块的成品率偏低。
1.2 分析废品组成，找出问题结症
我们统计了近三年芯块生产的成品率和金属直收率，统计情况见表1。
从表1中可以看出，近两年随公司200吨干法炉的投入使用，干法粉末制备芯块的产量迅速提高，而湿法粉末制备的芯块产量则逐步减少。湿法粉末制备的芯块成品率明显高于干法粉末制备芯块的成品率。为查找2013年干法粉末制备芯块成品率下降的主要原因，分析了2013年产量最大的2.4%富集度生产，2.4%富集度芯块生产粉末来源多样，既有200吨干法炉生产粉末的产品，也有100吨干法炉生产粉末的产品，还有湿法线生产的粉末产品。表2为各类型粉末生产芯块的产量及成品率情况。
2 原因分析
针对芯块掉块缺陷、掉盖缺陷以及磨削渣过多的原因进行讨论分析，整理出关联图2。
3 要因确认
我们对原因分析中的7条末端因素进行了要因确认。
3.1 粉末成型性能差
对影响生坯成型的干法及湿法粉末性能进行了比较，
结论：非要因
3.2 生坯块强度低
在芯块生产中对干法粉末制备UO2芯块和湿法粉末制备UO2芯块的生坯块强度进行了试验。实验表明湿法粉末制备的生坯块的强度是干法粉末制备生坯块强度的6倍。
结论：要因
3.3 压机出料轨道磨损
芯块成型压机的导轨定位孔是条形孔，当导轨产生磨损后，出料槽的尺寸会偏大，导致生坯块在出料时相互的挤压力增加，从而使生坯块表面产生破损。但操作人员一般会定期对出料槽的宽带进行检查，一旦发现出料槽尺寸偏大会通过调整定位孔进行调整。
结论：非要因
3.4 芯块尺寸偏小
通过对芯块的磨削尺寸进行调查发现，在实际生产中无论是湿法粉末还是干法粉末制备的芯块，在磨削过程中，磨削直径均控制在中值附近，芯块尺寸波动不大。
结论：非要因
3.5 生坯阴模尺寸偏大
干法及湿法粉末制备芯块的磨削余量，采用相同尺寸的阴模内孔尺寸，在相同的生坯密度条件下，干法粉末制备的芯块比湿法粉末制备的芯块烧结后尺寸偏大，直接降低了芯块的成品率。
结论：要因
3.6 生坯阴模磨损严重
芯块模具设计中需要确定是阴模脱模锥度。适宜的脱模锥度可使生坯块从模具中排出时保持均匀的应力释放，防止因弹性后效不均匀产生掉盖等缺陷。在脱模锥度确定后，我们对模具的内孔径进行了检查，通过对阴模内12个不同测量点检查发现，生坯阴模实测值为（10.098~10.115）mm，满足阴模尺寸10.10±0.05mm的要求。
结论：非要因
3.7 成型压机保压力设置不足
成型压机为保证生坯块在脱模的过程中脱模稳定，受力均匀，在生坯块的脱模阶段都使用脱模保压力来控制。目前车间的主要压机是比利时提供的R53系列压机，保压的方式有弹簧保压和气缸保压两种。我们分别对两种保压方式进行了调查。
①弹簧保压
弹簧保压的原理是在夹持冲头的上下夹具内放置一定数量的蝶形弹簧片，在芯块生坯成型的时候弹簧受压产生弹簧保压力，当生坯块在出模过程中弹簧力作用在生坯块的上下端面，并逐步释放，从而使生坯块的上下端面脱模过程应力受控，确保生坯块完整。
由于掉盖主要出现在芯块的上端，因此重点对上夹具的弹簧力进行了检查，发现该组弹簧是由76片组成，安装方式是单片面对面安装，安装的方式和数量都是完全满足设备操作手册的要求，该蝶形弹簧片也是原厂进口。但在压制了10吨的芯块后弹簧力出现一定的下降，经受力检测弹簧力为20kgf，无法满足30kgf的要求。
②气缸保压
气缸保压是采用了气缸取代弹簧作为保压的力源。压机上保压装置由5块气压头组成，每一个气压头都有一个气缸，在气泵向保压装置充压后，通过关闭阀门来保持气压的稳定。
对其检查后发现上保压系统出现漏气，它的气压下降速度较快，生产中压机上保压系统无法保持恒定的压力，在正常使用时，上保压装置的气压为3bar，在一次充气后仅过了10分钟气压就降至1bar，还不到10kgf。而且，该保压系统所有的气缸都是同一个压力，满足不了保压压力逐步释放的要求。
即现有压机保压系统无法满足芯块保压需要。
结论：要因
4 制定及实施对策
4.1 在芯块成型的过程中提高生坯块密度
4.1.1 提高生坯密度的试验
干法粉末之间的啮合不好，颗粒之间的结合力差，层与层之间结合不紧。通过不同密度生坯块的压溃试验证明，不同生坯密度的芯块生坯强度有显著差异。我们针对干法粉末制备UO2芯块提高生坯块密度进行了试验，3种不同生坯密度（5.8、5.9、6.0） g/cm3压制生坯块的压溃压力分别为266N、308N、393N，可见采用（5.9、6.0） g/cm3生坯密度制备的生坯块强度相对于5.8 g/cm3生坯密度制备的生坯块强度分别提高了16%和48%。
4.1.2 生产中提高生坯密度
生产中将干法粉末制备芯块的生坯块密度提高，提高前后生产的芯块掉块比例统计见表3。由表3可以看出，提高芯块的生坯密度对解决掉块的问题有显著作用。
4.2 成型压机阴模内孔直径的重新设计和加工
阴模孔直径的计算方法：（D+G）－（D+G）×C－Φ=
式中：D——阴模孔直径，mm；
Φ——芯块名义直径，按中值8.192mm计算；
G——生坯块直径弹性后效值，按干法粉末压成生坯块5.90g/cm3密度，弹性后效的经验值为1%，即0.1mm；
C——生坯块烧结后的收缩率，按干法粉末压成生坯块5.90g/cm3密度的平均值18%；
——磨削余量，取0.1mm。
将各数值带入计算后的结果为Φ10.01mm之间，最终选择的是Φ10.00mm的阴模，相对原有Φ10.10mm的阴模直径减少了0.1mm。
4.3 调整蝶形弹簧片数量
4.3.1 方案比较
经对弹簧保压力不足的问题讨论，认为弹簧的疲劳是一种渐变的趋势，我们可以通过增加弹簧片来增加弹簧力，即使蝶形弹簧片出现疲劳但仍然可以在较长时间保持在30kgf以上。拟定了两种方案，见表9。
4.3.2 方案实施
采用将确定的方案投入大规模生产中，并对成型压机生产的芯块进行了检查，没有发现因设备问题而造成的芯块掉盖缺陷。
4.4 成型压机气缸保压系统的改进
4.4.1 方案比较
对压机气缸保压系统进行改进，经讨论后形成两个对比方案，见表4所示。
4.4.2 方案实施
根据方案对比确定了最终方案。我们使用了3台三联体对5个上保压缸进行控制，并且实现了上保压力的梯级控制。在大规模生产应用中，我们对压机生产芯块进行了检查，没有发现因设备问题而造成的芯块掉盖缺陷。
5 实施效果检查
通过实施改进措施，2014年3月至11月生产的3.1%、1.8%、3.2%、2.6%、2.4%、3.4%及4.45%等7个富集度近430吨芯块，其中采用干法粉末的有3.1%、1.8%、2.6%、2.4%及4.45%富集度近365吨芯块。表5是今年3月以来各富集度芯块的生产情况统计。
5.1 芯块的成品率情况
5.2 芯块的金属直收率情况
由于衡算工作一般较晚，部分的富集度未完成衡算，但2.6%、3.1%和2.4%富集度的直收率均超过了93%，而且产出投入比都较好，多数富集度生产超过了1.00。
5.3 废物增容的控制情况
对2014年物料库存增量进行统计，可以看出知，今年芯块生产中不但没有增加废物量，反而减少了约10吨的废物料，取得很好的效果。
6 结论
（1）通过对造成UO2芯块成品率和金属直收率偏低的原因进行调查和分析，找出影响产品芯块成品率和金属直收率的主要原因，并针对其制订和实施了对策，达到了提高UO2芯块成品率和金属直收率的目的。产品芯块的成品率由84.79%提高到88.34%，提高了3.55%；芯块的金属直收率由92%提高到95.3%，提高了3.3%；
（2）在提高芯块生产的成品率和金属直收率的同时，减少了库存的废物料量，今年已累计减少废物料10余吨，相对去年同期减少废物料达20吨以上，产生的经济效益超过1000万元，取得了较好的经济效益和社会效益；
（3）产品芯块成品率和金属直收率的提高，保证了车间芯块生产任务的完成，提高了顾客对公司产品的满意度，保证了公司按时向各电站交付核燃料组件，为公司核品生产线整体水平的提升做出自己的贡献。
参考文献
［1］陈宝山,刘承新,主编.轻水堆燃料元件[M].北京:化学工业出版社,2007,6:3.
