进阶篇：3.5）DFM-粉末冶金件设计

本章目的：设计出符合粉末冶金工艺要求的零件。

 

1.基础阅读

①进阶篇：1）DFMA方法的运用；

②需要一台FDM3d打印机:请查看

进阶篇：2）结构设计装备必备；

 

2.粉末冶金概念

大量的结构件、轴承和齿轮等都是有粉末状原材料生产出来的。这种工艺被称为粉末冶金，不过零件也可以利用非金属粉末，例如陶瓷等，通过同样的方法来生产。

在所使用的的主要加工过程中，原材料粉末混合后被压制到要求的形状容器中。随后压实的形状在可控环境下加热，将颗粒粘结在一起。随后压实的形状在可控环境下加热，将颗粒粘结在一起，生产出满足要求特性的零件。

 

3.粉末冶金压制和顶出

//注：这里一定要和塑胶模具有区别，所以这也是粉末冶金件不能完全按照塑胶件设计的原因。

 

4.为什么多层零件要多个下冲头

许多粉末冶金零件是由一些在压制方向上不同的厚度层所组成。为了取得均匀的压制密度和均匀的性能，这些不同的层必须被分别运动的冲头来压制。例如，图11.8显示了一个具有两个层的零件截面图，如果只用一个在其上表面上加工有台阶的下冲头来压制，在图示的粉末立柱上不同的层将得到不同的压缩比，在压坯薄的部分将导致更髙的密度。为了取得更均匀的密度，有必要采用分开的单独运动的下冲头，使其具有相对运动控制，从而实现每一层都能获得相同的压缩比。

 

5.粉末冶金零件复杂程度

美金属粉末工业联合会（MPIF），把零件复杂程度分为如下四级：

Ⅰ级-任何轮廓的一层薄型零件；

II级-任何轮廓的一层后型零件；

III级-任何厚度和轮廓的两层零件；

ⅠV级-任何厚度和轮廓的多层零件；

 

6.粉末冶金材料

 

 

7.粉末冶金零件设计指南

7.1 避免会在压紧工装部件中细薄截面的特征

①多层零件中，各层变化最小零件宽度加以规定。（建议1.5mm以上）

②尽量避免零件厚度变化导致采用薄弱冲头截面的特征。（如球面形状）

③避免表面采用非常薄的冲头截面，如边缘相切。

7.2 应使压模中的粉末收到大致相等的压缩，并能顺利地从压模中取出已经模压成型的制品。在零件压制的方向如有凸起或凹槽时，则粉末在压制时各部分的密实度不易一致，因此凸起或凹槽的深度以不大于零件的总高度的1/5为宜，并有一定的起模斜度；

7.3 当由上向下压制的零件结构较长时，其中间部分和两端的粉末密实度差别也较大。所以在实际生产中，限制长径比：为2.5~3.5，壁厚越薄其长径比的倍数越低。

7.4 零件壁厚均匀，可以防止烧结时引起尺寸的变化和变形。

7.5 设计带有凸缘或台阶的零件，其内角应设计成圆角，以利于压制时凹模中粉末的流动和便于起模，并可避免产生裂纹。

7.6 尽量避免深窄的凹槽、尖角或薄边的轮廓，避免细齿滚花或细齿外形，因为这些结构装粉成形都很困难。

7.7 避免尖边，锐角和切向过度。

 

7.8 零件只能设计成与压制方向平行的花纹，菱形的花纹不能成形，应避免。

7.9 与压制方向垂直的孔，径向凹槽，内螺纹及外螺纹，倒锥，拐角处退刀槽等结构难以压制成形，当需要时可以在烧结后进行切削加工。

7.10 底部凹陷的法兰，外援中部的凸缘不能压制成形。上部凹陷的法兰为坯件，当埋头孔小于压制面积的1/2,深度小于零件全高的1/4左右时，要做5°拔梢才可以成形。

7.11 从模具强度和压制件强度方面的因素考虑，并从孔和外侧间的壁厚要便于装粉考虑，制品窄条部分的最小尺寸应该有一定尺寸。

 

7.12 为了使凸模具有必要的刚度，使粉末容易充满型腔和便于从压制模内取出制品，零件结构应避免尖锐的棱角，并适当增加横截面的面积。

7.13 避免过小的公差。

7.14 对于长度＞20mm的法兰制件，法兰直径不应该超过轴套直径的1.5倍，在可能的条件下，尽量减少法兰的直径，以避免烧结后的变形。法兰根部圆角半径可以参考下表：

轴套的壁厚与法兰的边宽都必须大于1.5mm。

设计阶梯型制件时，阶差不应该小于直径的1/16，其尺寸不应该小于0.9mm。

7.15 粉末冶金件的端部最好不要有过锐棱角，并避免工具倒圆。倒圆时尽可能留出0.2mm左右的小平面，以延长凸模的寿命。

在设计粉末冶金齿轮时，齿根圆直径应大于轮毂直径3mm以上，以减少成形中的困难。

7.16 在很多情况下，粉末冶金零件适合替代机械加工比较困难或加工劳动量大、材料利用率低的一些零件。在某些情况下，还可以替代一些本来一些本来需要加工后装配在一起的零件。

7.17 当把铸件或锻件改成粉末冶金零件时，将粉末冶金零件上的凸部移到与其装配的零件上，以简化模具结构和减少制造上的困难。

 

//出于成本的考虑，复杂零件并不适合粉末冶金工艺。

粉末冶金的模具是很便宜的，一般不超过万元（陶瓷的经验，其他材料可能不同），但单个零件本身却比较贵。

实际上工艺本身并不是那么趋向于大量生产类型的，但粉末冶金的零件有其无可取代的可靠性需求（耐磨等），所以工艺也无法简单取代。

相对于注射、压铸等，零件便宜但模具很贵，才是真正适合量产的工艺。

 

8.粉末冶金零件最小厚度、范围及精度

 

9.粉末冶金件DFMA表格

DFMA学以致用，事前遵循，事后补缺。

 

 

10.追加

作者发现有人用粉末冶金（陶瓷）工艺假冒各种石头挂坠等护身符，非常逼真的。从工艺角度来分析，东西小而结构简单，利润又很高，倒是非常合适的东西。

注：这是提醒读者不要上当受骗，不是教人做坏事的！