压坯设计与压制压力的计算
出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《模具工简明实用手册》第395页（3560字）
(一)压坯形状设计
设计压坯形状时应考虑：在压制的许可条件下，尽可能使压坯的形状与零件相同，以减少后续机加工和粉末的浪费；但在有些情况下，零件的形状不能适应压制要求，这时应对原零件形状作适量的修改，以改善压模受力条件，提高压坯质量、简化压模结构。
1．改善粉末充填模腔状况的压坯举例(表6．2－1)
表6．2－1 改善粉末充填模腔状况的压坯举例
2．改变不可压制部位的压坯举例(表6．2－2)
表6．2－2 改变不可压制部位的压坯举例
(二)压坯精度及表面粗糙度设计
1．压坯尺寸精度
(1)径向尺寸精度
粉末冶金压制件的径向尺寸是比较容易达到高精度要求的。当精度要求低时，烧结后不必整形，以减少后续工序。
常见的铁、铜基零件，烧结后的径向尺寸精度及公差见表6．2－3。
表6．2－3 烧结后的径向尺寸精度
常见的铁、铜基零件，整形后的径向尺寸精度及公差见表6．2－4。
表6．2－4 整形后的径向尺寸精度 (mm)
对于复压复烧态零件，其径向尺寸精度为IT 4～5级。
(2)轴向尺寸精度
压坯的轴向尺寸精度比径向尺寸精度难控制。在自动压制时，压坯的轴向高度偏差为±0．10～0．15mm，经自动全整形(或复压)的较小压制件，其轴向尺寸偏差为±0．03～0．05mm。
(3)齿轮公法线尺寸精度
一般烧结态齿轮公法线偏差控制在齿轮精度IT 9级，经整形后可提高到IT 8级。
2．压坯位置精度
压坯的位置精度，常见的有同轴度、平行度和垂直度等。
自动压制时，轴套类压坯的同轴度偏差带可控制在0．02～0．03mm内，相当于IT 7～8级精度。
压坯的平行度和垂直度偏差见表6．2－5。
表6．2－5 压坯的精度等级及平行度、垂直度偏差 (mm)
3．压坯的表面粗糙度
压坯的表面粗糙度值通常为Ra1．6～0．4μm，而平行于压制方向的压坯侧面，经整形后粗糙度值可达Ra0．4～0．1μm。
4．压坯密度设计(表6．2－6)
表6．2－6 铁基压坯密度
(三)压制压力的计算
压制压力F是选择压机的重要参数，其值按下式计算：
F=fS+F摩
式中 f——单位压力(MPa)；
S——受压横截面积(mm2)；
F摩——用来克服粉末与模壁间的摩擦所需的力。
其中单位压力f与压坯的密度有关。若忽略粉末与模壁间的摩擦力，对于大多数铁基和青铜基的压坯，可按公式计算：
式中 
——密度；
f——单位压力；
a——常数；
b——常数。
也可将上式用对数形式表示：
几种常见粉末的单位压力与压坯密度的关系见表6．2－7。
表6．2－7 单位压力与压坯密度的关系
注：①铁－铜－石墨粉成分为2．5%铜，0．8%石墨，其余为铁，另加硬脂酸锌0．8%。
②铁－硫－石墨成分为0．4%硫，2．2%石墨，其余为铁，另加硬脂酸锌0．8%。
③青铜－石墨粉成分为0．75%石墨，其余为ZCuSn5Pb5Zn5，另加硬脂酸锌1%。
(四)脱模压力的计算
脱模压力F脱可按下式计算：
F脱=μ静·p侧剩·S侧
式中 μ静——粉末与模壁之间的静摩擦系数(表6．2－8)；
表6．2－8 粉末与模壁之间的静摩擦系数
p侧剩——压制完卸压后，阴模弹性收缩时作用于压坯的压强，也称剩余侧压强(MPa)；
S侧——压坯与阴模接触的侧面积(mm2)，一般S侧=lh，对齿轮S侧=10M(8Z－7．75)h；
l——压坯横截面周长(mm)；
h——压坯高度(mm)；
M——齿轮模数(mm)；
Z——齿数。
剩余侧压强p侧剩可按下式计算：
式中 E——压模材料的弹性模量(MPa)；
△R侧——卸压后阴模外半径上剩余的变形量(mm)；
m——阴模外径与内径之比；
R——阴模外半径(mm)。
若侧压强
，则剩余侧压强还可用另一公式计算：
式中 j——剩余侧压强与侧压强之比，它取决于模具的刚度。见表6．2－9；
表6．2－9 m值与相应的j值
ξ——压坯侧压系数，
，压坯的泊松比，v是压坯宽度的函数，若以ξ0表示相应致密材料的侧压系数(表6．2－10)，则
；
表6．2－10 不同密度金属材料的ξ0值
——压坯的相对致密度；
f——压制时的单位压力(MPa)。
当
，m=2～4时，可按下式计算：
铁基 p侧剩=0．18～0．20f
铜基 p侧剩=0．20～0．22f
(五)压力中心的计算
设计各种粉末冶金模具时，应当使压件的压力中心与阴模外形的中心、模冲承压垫的中心以及压机的压力中心重合。特别是对于大截面的制品尤为重要。其计算方法与冲压模的压力中心计算方法相同。