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粉末冶金模具設計范文1
【關鍵詞】高精度模具；硬質合金；壓制；多孔
1 引言
粉末冶金壓制成型是利用重力將粉末原料填充于模具的剛性型腔中、沖頭對壓進行的成
型。在硬質合金粉末冶金應用領域，為減少金屬制品在后續加工中的金屬量損耗，應在成型中盡量控制產品毛坯的尺寸精度及密度均勻性，這就要求成型設備和成型模具都具有高精密性。在批量生產中，在壓機噸位足夠的前提下，應在模具設計上進行改進，以提高壓制成型效率。
2 硬質合金粉末多孔壓制工藝對模具的要求
在硬質合金粉末壓制過程中，需要考慮以下幾個方面對模具的要求：
2.1 模具型腔應具備高硬度、高強度
壓制成型時與型腔表面及沖頭成型面產生摩擦，由于硬質合金混顆粒具有高的硬度，對
模具型腔具有很大的劃傷破壞，易造成模具的保廢，從而使生產成本急劇增加；模具的高硬度成型面可有效的提高模具使用壽命，降低生產成本。由于在相同面積下成型型腔更多，多孔模具的模壁較一般單孔模具模壁要薄，為保證模具的使用壽命，要求模具型腔材質具有較高的強度。
2.2 模具、沖頭配合高精度要求
多孔模具的多型腔決定了模具的各型腔尺寸偏差會累積從而增加整體偏差，因而在成型
中對模具和沖頭的配合精度要求極高，這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內。
2.3 效率
對硬質合金小制品來說，由于單重小，單支成型成本高，因而在模具設計及成型方式上
需要采取措施來提高成型效率，降低成型成本。
成型效率。
2.4 光潔度好
硬質合金顆粒硬度高，如模具成型面光潔度不好，一方面易造成成型面劃傷，極大地降
低了模具使用壽命，另一方面較粗糙的表面摩擦系數大，不利于混合料的流動，造成壓坯致密度的不均勻，而且在成型過程中粉末內部會產生較大的剪切力，造成裂紋。
2.5 維修成本
模具成型過程中通常會出現沖頭缺口現象，對單孔模具來說，拆卸下沖頭進行電加工、
拋光可繼續使用；對多孔模具而言，如出現一處缺口，按常規模具制備工藝，需要對沖頭的所有成型面進行再加工，既增加了維修成本，又大大延長了維修周期。
3 試驗方案及條件
3.1 模具材質
硬質合金混合粉末無論是摻膠料還是石蠟料，都具有較高的顆粒硬度，為保證模具的使用壽命及精度，模具成型部分都應該選用高硬度材料，本試驗中采用含鈷類硬質合金。對粉末冶金模具來說，沖頭還必須有較高的壓縮屈服強度、高的剛性及高疲勞強度[2]，而通常凹模的使用壽命應該比沖頭長，因而在沖頭與凹模的選材上，凹模的硬度應更高。
3.2 設備條件
本試驗中模具的制作加工除了需要常規的切削加工、磨削加工外，還需要精密電加工設備、檢測設備。試驗中所用的主要電加工設備為Agiecharmilles慢走絲線切割機，精度達0.005mm，檢測設備為Hexagon三坐標測量機，檢測精度0.001mm。
4 試驗數據及結果
4.1 模具設計
為降低維修成本、提高維修效率，沖頭基體部分與成型部分不采用傳統的焊接工藝，而
是采用定位裝卸固定結構。相對于焊接工藝，采用定位裝卸固定結構的沖頭當某一成型部分出現缺口或崩斷時，可直接拆卸下來用已備好的成型備件直接裝上，可節省維修成本60%以上，且大大縮短了維修周期。
單孔模具沖頭采用焊接工藝 多孔模具沖頭采用定位裝卸固定結構
4.2 模具合金材質的選擇
多孔模具合金選材上，在保證具有需要的硬度的前提下，為避免沖頭對陰模的加速磨耗，
沖頭的硬度應該略小于陰模型腔硬度，且需要足夠的強度，陰模選用YG6、YG11C，沖頭選用YG11C、YG25C，做了兩組試驗。
根據以上結果分析，陰模材質采用YG11C，沖頭材質采用YG25C。
4.3 沖頭、陰模配合間隙對壓坯的影響
一般來說，在壓機重復定位精度范圍內，沖頭、陰模配合間隙越小，有利于提高壓制質量，但沖頭、陰模配合精度比壓機重復定位精度更高時，極易造成崩模。對多孔模具來說，沖頭與陰模的配合不僅僅指單一基本尺寸間隙，還要求對稱間隙，即?？着c沖頭間隙的對稱性。
下表為沖頭與陰模不同配合間隙下的成型狀況（壓機重復定位精度0.005mm）。
從上表試驗數據可看出：（1）配合間隙要盡量趨于對稱；（2）配合間隙略低于壓機重復定位精度；（3）對粉末冶金模具而言，配合間隙不能太小，因為粉末在成型過程中需要將顆粒間的空氣及時迅速排出，過小的配合間隙不利于做到這一點，從而造成壓坯出現裂紋。
4.4 電加工工藝對模具精度的影響
對粉末冶金模具來說，在保證型腔硬度的前提下，型腔光潔度越高，成型質量越好，在模具加工過程中，即使前段加工不能保證很好的光潔度，通過鉗工拋光也可達到光潔度要求，但對模具精度有較大影響，一般慢走絲線切割及精密火花機粗加工型腔光潔度一般可達到Ra0.8～2.5um，精修加工的型腔光潔度一般可達到Ra0.2～0.4um，精修加工增加了加工成本，但在保證尺寸精度的同時，還可節省拋光時間。下表為粗加工及精修加工條件下模具質精度。
5 實踐跟蹤
設計并加工了該類模具8套，模具精度達到了0.005mm，利用這8套模具已進行了500萬次壓制。
6 結論
（1）對多孔模具而言，精度保證是模具質量控制一大關鍵，因而，在加工過程中，需采用高精度規準工藝；
（2）在模具精度保證的前提下，為不影響模具使用壽命，成型壓機精度應高于模具精度；
（3）相對于單孔模具來說，多孔模具不僅要求配合精度，而且，為保證沖頭的互換性，需要保證沖頭與陰模的對稱配合精度；
（4）模具用合金陰模采用YG25C，沖頭采用YG11C；
（5）模具陰模與沖頭間的間隙不能過大，過大造成毛刺多，也不能過小，過小不利于空氣的排出，容易產生壓制裂紋。
參考文獻：
粉末冶金模具設計范文2
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粉末冶金模具設計范文3
【關鍵詞】模具設計；實踐教學；措施
1 模具設計實踐教學的現狀及存在問題
我國模具行業從業人員1000多萬，其中從事模具設計的占1/10，模具設計師達60萬以上。因此，模具工業是國民經濟的重要基礎工業之一。模具以自身的特殊形狀通過一定的方式使材料成型。在現實的產品生產中，模具因加工效率高、互換性好、節省原材料等諸多優點而得到廣泛的應用。模具工業的重要性，還體現在國民經濟的五大支柱產業――機械、電子、汽車、石化、建筑，都要求磨具工業的發展與之相適應。由于近年市場需求的強大拉動，中國模具工業高速發展，市場廣闊，產銷全國各地?，F如今模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一，在國民經濟的發展過程中發揮著越來越重要的作用。為此，在我國職業院校的專業課程設置中，大都開設模具設計與制造專業。該專業課程是對實踐要求很高的主干課程，需要先修的課程有《機械制圖》、《機械設計基礎》、《機械工程材料》、《公差配合與技術測量》、《機械制造工藝學》、《先進制造技術》等，只有掌握機械制圖、公差配合與測量技術、機械零件設計、材料選用及熱處理、各種制造技術后，才能進行本課程的學習。通過該課程的學習，既可以豐富學生的理論知識，又可以提高學生的實際動手能力，使學生掌握常用模具的工作原理和設計方法，具備設計中等復雜程度模具的能力，從而拓寬學生的就業面，為學生以后從事模具設計與制造方面的工作打下堅實的基礎。
2 模具設計課程實踐教學改革措施
實踐教學是學校培養學生運用理論知識解決實際問題的能力、提高學生綜合素質的重要環節，也是現社會經濟發展對人才培養提出的客觀要求。為了培養實踐能力強、操作技能高的模具設計與制造方面的應用型、技能型技術人才，職業院校在做了用人單位調研、人才市場調研及兄弟院校調研，在機械類專業模具設計課程的實踐教學環節設置以下幾方面進行了深入地探索和思考，對模具設計課程的實踐教學體系進行了改革，其具體改革措施如下：
2.1 重組模具課程的實踐教學體系
以培養學生動手造能力為主線，重組了模具設計課程的實踐教學體系，制定了新的實踐教學計劃，把模具課程進行刪減，附加模具拆裝實訓，另外結合機械制造工藝實訓，再進行模具制造工藝實訓。新的實踐教學計劃將實踐教學內容分為模具拆裝練習、模具設計繪圖、模具課程設計和模具制造工藝實訓四個層次，這四個層次結構有序，由簡單到復雜，每一層都盡可能貼近實際，以重點培養學生的項目意識和模具設計與制造的動手能力與技能知識。
2.2 強化材料硬度和加工精度的概念
材料是人類用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質。但是模具中運用到的材料硬度和加工精度是選取模具零件材料和加工方法的關鍵參數，在相關的專業基礎課程中，學生雖然學習過材料的硬度和加工精度的概念，但實際接觸材料和機床較少，部分學生對硬度和加工精度還是模糊的數字概念。為了使學生能熟練選取模具零件材料和加工方法，必須使學生把材料的硬度和加工精度跟材料的性能、熱處理方法、機床類型、加工方法、檢測等有機聯系起來。為此，一方面讓學生利用一切機會到企業進行實踐活動，增加實踐知識，另一方面結合模具制造工藝實訓強化材料的硬度和加工精度的概念，讓學生對比不同硬度的零件對比加工方法、表面粗糙度及不同機床能達到的加工精度，不斷增強學生對材料的硬度和加工精度的感性認識。
2.3 創造合理的實踐教學環境
創造合理的實踐教學環境、讓實踐教學貼近學校實際的課程實踐教學改革中。具體措施有三點：一是，結合機械類專業的生產實習，讓學生走進企業，（也就是我們常說的校企合作）走進模具制造與使用的真實環境，增加學生與企業的親近感，提高學生對模具知識的學習興趣；二是，加強模具實驗室的建設工作，目前國家大力支持對各個院校模具設備的更換，如注射模和沖壓模，以及對于機械加工中我們接觸到的機床有數控加工中心、數控銑床、數控車床、三坐標測量機、電火花和線切割機床、普通焊機、普通車床、普通銑床、塑料注射機、沖床等。利用仿真軟件可以模擬出一般模具設計、制造及使用的真實環境；三是，把模具課程現場教學的課時增加，既提高了“模具的結構組成”、“模具的安裝與調試”等環節的教學效果，又增加了師生互動的機會。
2.4 校企結合，真題真做
目前校企結合、真題真做是我們職業院校近幾年強力推行的改革措施之一。一方面，學校鼓勵教師加強與企業的聯系，爭取更多的校企合作課題，并吸收部分學生參與到課題研究當中，提高學生解決實際問題的能力。另一方面，在進行模具課程設計和模具設計與制造方面的畢業設計時，使用的題目都是來自企業的真實題目，或是由指導老師審定的貼近企業生產實際的題目，要求學生在思想上提前進入今后的工作角色，以“企業人員”的身份來進行模具的設計與制造，充分考慮模具的材料、零件加工精度和制造成本，強化學生進行模具設計與制造時的經濟性和實用性。
粉末冶金模具設計范文4
一、模具專業的特點
1、模具是單件生產的機械產品
模具產品是單件、小批量生產，加工工藝中一些工序(甚至是關鍵工藝)的技藝性環節較多，如冷、熱加工的單件工藝、測量技術、調試裝配技術等。一般情況是，耗費大量時間設計的模具圖紙，最終只生產一套或幾套模具，與一般機械產品一經設計成功就大批量生產的特點不同。因此模具專業畢業生應有較強的實踐動手能力，并應擁有職業資格證書或相關的級能等級證書。
2、模具的種類繁多，涉及各種行業
模具行業涉及的產品種類較多，工藝特點又不盡相同。如熱鍛模、塑料成型模、冷沖模、壓鑄模、以及其它如粉末冶金模、橡膠、玻璃、陶瓷等模具，所涉及的行業有汽車制造業、電子與通訊業、橡膠行業、鑄造行業、塑料行業等。因此在制定教學培養方案時應根據模具行業人才規格需求的變化動態設置專門化教學和動態設置模塊式課程。在學制上，實行大專業、小專門化教學是很有必要的。
3、模具設計與制造不能分離
一般機械行業設計與制造分開，在工廠也是分為設計科、工藝科、生產科等。由于模具是單件生產，是制造技術中用于生產一線的一種工藝裝備，其設計和制造兩個環節有著相互關聯和密切銜接的特性，所以在崗位職責上一般不能截然分開?？赡苁瞧卦O計但必須懂制造，也可能是偏重制造工藝但也必須懂設計，或者設計與制造兼之，模具的設計與生產工藝往往是由同一個人管理，對模具專業畢業生提出了更高的要求。
4、模具專業應用新技術多
模具市場的競爭要求模具生產周期短，模具的使用壽命長，因此要求模具的設計與制造不斷地采用新工藝、新技術。模具CMD/CA曰CAM以很快的速度發展和普及，對模具技術人員的計算機水平要求得越來越高，一些模具新技術，如模具鋼新材料、模具表面強化技術、模具快速成型制造技術等發展很快，競爭的形勢要求模具專業畢業生應具備知識和技能的更新和可持續發展能力以求應對當前模具行業日新月異的技術升級。
二、模具專業課程體系的改革
模具專業是培養掌握模具設計及制造技術，了解數控機床加工等有關知識，以材料成型與控制和特種機械加工相結合，培養掌握現代化材料成型方法和制造技術，具有較強實際操作能力的高等技術應用型專門人才。能運用所學理論和技術從事工模具設計與制造及數控機床的操作、維護等工作，也可以在機械產品加工、技術引進、技術開發等方面從事技術及管理工作。要培養合格的模具專業人才，必須在課程體系設置方面下功夫。
課程體系的構建是教學計劃的核心，要根據培養目標、培養規格構建以知識、能力、素質為主線的新的課程體系。以素質教育為主導，促進學生知識、素質、能力的辯證統一和共同發展;以專業教育為主體，促進專業教育與通才教育的和諧統一，理論以“必需”、“夠用”為度，處理好理論教學、實踐教學的關系。為此，在了解模具及材料成型原理和基本技術的基礎上，重點放在機械設計與制造的主干課程上，計算機的軟件應用則著重與模具設計、制造密切相關的典型應用軟件上，力求學生掌握能三維建模的計算機軟件。具體來講，除了保留原有的機類專業的主要專業基礎課并對其內容作適當調整外，修改的重點應放在與模具緊密結合的課程上。同時，為了重點培養學生的工程設計能力，應將設計系列課程體系由以往的以分析為主線轉為以設計為主線。即:通過機械制圖—機械制造—機械設計—模具CAD/CAM等課程培養學生實際工程設計能力。完整的模具專業課程體系其基本原則是確保核心課程，綜合相近課程，刪除過時課程，增開新技術課程，優化課程體系，實行以專業基礎課程—設計類課程—加工類課程為模塊的培養計劃。這一體系充分考慮了高職模具專業的特點，反映了模具技術的發展潮流，同時兼顧了不同層次人才培養的特點。
目前我們對模具設計與制造專業的主要專業課程體系設計如下:①專業基礎課程:機械制圖和公差電工學與工業電子學計算機應用基礎機械制造基礎液壓與氣動②設計類課程:機械原理及機械設計冷沖壓工藝及模具設計塑料成型工藝及模具設計模具CAD②制造加工類課程:模具制造工藝沖壓與塑料成型設備數控編程與CAM模具CAnlCAM。
三、模具專業實踐教學的改革
突出實踐能力培養是高職模具專業教育的主要特色，高職模具專業是培養模具制造與使用的技術應用型人才。當前的畢業生，尋求工作的主渠道是人才市場?，F在的用人單位與計劃經濟時期有較大變化，以前的用人單位，在學生進廠后有一個培養試用的過程。而當前的情況是，用人單位強調經濟效益，他們都有不養閑人的概念，所以要求學生一應聘就能上崗。
模具企業多數是中小企業，學生到廠首先要在某一工作崗位上進行實際操作，實現第一次‘上崗”。因此畢業生為適應這一就業形勢，必須具有所要求的實際操作技能.從實踐性教學環節的教學計劃角度來看，應使學生具有這種第一次上崗的能力。模具的種類多、企業的類型也不同，我們應選擇最具有共性的崗位進行實際操作的訓練。高職模具專業畢業生的工作崗位定位在:模具CAD/CAM應用人員、高新設備的操作員、生產現場的工藝人員以及生產一線崗位上的管理人員。這就要求模具專業教學計劃中應加強實習、實訓、課程設計、畢業設計等實踐教學環節。
以往的專科教育過多地注重理論的系統掌握，忽視知識的實際應用。隨著社會經濟的發展，實踐培養就有了時代新內涵、新要求和新任務，也需要探索相適應的新的實踐教育方式與途徑。為此，在培養方案中應加大實踐性教學環節的比重，理論教學與實踐教學學時之比為1:1。為加強實踐性教學環節，可以采取以下三種方式:一是學校與企業、社會相結合。
定校、企合作辦學之路，建立教學與實習基地。這在一定程度上既解決了教學實訓基地建設，又解決了畢業生就業或轉崗問題。二是教學與生產、科研相結合。一方面可以在專業實習以帶領學生深人生產第一線，考察、參觀或參與生產過程;另一方面，還可以通過吸收學生參加教師科研課題，帶領學生開展科研實踐的創造性活動，以培養學生具備一定的科研素質。
三是實踐教學與取得職業資格證書結合，為學生就業創造有利條件。實踐教學同理論教學一樣，應加強規范與考核。把實踐教學與取得職業資格證書相結合，可以規范學習內容和標準，為學生就業創造條件?？傊呗毮＞邔I必須瞄準模具專業的發展方向，辦出高職模具專業的特色，向社會輸出更多的優秀人才。
四、模具專業理論教學的改革
1、在學時分配上，注重“必需”和“夠用”
實踐表明，不同的專業所要求的知識層次是不同的，所以課時的重新分配，也是專業教改的一項重要內容。分配課時，應力求遵守“必需”和“夠用”的原則。因為職業教育培養的目標主要是一線的實用技能型人才，過多或較深的理論分析，沒有必要占用過多的課時。
2、開設“創新型”課程，更新教學內容
開設“創新型”新課程，是對學生進行創新思維訓練的有效途徑。高職教育要培養學生解決工程實際問題的能力，這就要實現理論教學與實踐教學的有機結合。在實踐中單純的理論教學有時顯得枯燥乏味，學生難懂，教師難講。如《冷沖壓模具設計》和《型腔模設計》專業課中有關模具結構方面的教學，學生感到很抽象，不易理解，而將理論課與實訓課結合起來，到實訓室講解模具結構，對照實物講解疑難結構，可以收到很好的效果。又如《沖塑設備》課教學中，在學生中可實行邊上課邊下廠實習，對照設備講解設備結構與原理，即節省課時，又提高了教學效果。
3、改進教學方法
粉末冶金模具設計范文5
關鍵詞：塑料模具材料；復合鍍層材料；發展研究
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
中圖分類號：F406 文獻標識碼：A文章編號：
目前，全球范圍內塑料模具材料的開發速度都在加快，品種也在迅速增加，新型塑料模具材料的開發對保證模具質量提高模具使用壽命和降低生產成本都有著至關重要的作用，能進一步地推動塑料工業更快更好地向前發展。近幾年來，隨著高性能塑料的開發和生產規模的不斷擴大，塑料制品的種類日益增多，并向精密化大型化和復雜化發展。塑料模具的迅速發展，帶動了塑料模具材料的發展，但是由于高新科技不斷在塑料產品制造中的引用，產品檢測手段的更新，使塑料模具工作條件更加復雜和苛刻，對塑料模具材料的性能要求也在不斷提高。新型塑料模具材料對現階段我國模具的可持續發展有著重大的促進意義。
一、塑料模具的主要服役條件和失效形式
按照塑料制品的原材料性能和成型方法，可把塑料模具分為熱固性塑料模具和熱塑性塑料模具2大類，其服役條件見表1：
基于上述服役條件可以看出，塑料模具的主要失效形式表現為磨損腐蝕成型時物料會對模具表面產生嚴重摩擦，導致模具表面拉毛，粗糙度變大而失去光澤，會影響到塑料制件的外觀質量特別是塑料中含有云母粉硅砂和玻璃纖維等固體無機填料時，會明顯加劇型腔的磨損，不僅會使型腔表面粗糙度值增加，也會使模具型腔尺寸發生變化而且，因不少塑料中含有氯氟等元素，加熱至熔融狀態后會分解出氟化氫或氯化氫等腐蝕性氣體，這些氣體會腐蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，也加劇了模具型腔的磨損，從而導致模具磨損失效。
所以，依據上述塑料模的服役條件和失效形式，塑料模具材料應至少具備下列使用要求：1)足夠的強度和硬度；2)良好的耐磨性和耐蝕性；3)較高的耐熱性和尺寸穩定性。
二、我國現階段塑料模具材料發展狀況分析
目前，塑料模具材料的發展主要分為2個方向，一是發展塑料模具材料本身，國內外的研究機構已經開發研制出了多種新型模具材料，并對原有模具鋼的熱處理工藝進行了改進與優，另一個方向是將表面工程技術應用于模具加工與制造領域，在很大程度上能彌補模具材料的不足，特別是稀土表面工程技術和納米表面工程技術的的研究發展，為塑料模具材料的發展帶來了新的天地。
2．1塑料模具材料的現狀
塑料模具材料包括模具鋼和合金材料，但主要是模具鋼，常用模具鋼分類如圖1所示。合金材料主要有：有色合金包括銅基鋁基和鋅基合金，成本較低，制模容易，導熱性較好，適于吹塑模和注塑模鋼結硬質合金具有高硬度高耐磨性耐高溫耐腐蝕和一定的韌性，但表面拋光有限，常用于制造以玻璃纖維為填料的增強塑料模具低熔點合金利用低熔點合金澆鑄吹塑模的型腔，可以縮短模具的制造周期，節省大量鋼材，還可以節省勞力目前使用的低熔點合金種類很多，較常見的一種是含鉍58%含錫42%的鉍錫合金。
2．2模具表面技術的發展
模具主要依靠其表面進行工作，因此，模具的失效80%以上為表面損傷，即磨損腐蝕等，對模具進行表面處理，可以提高其表面硬度，改變表層化學成分和組織，從而提高其耐磨性和耐蝕性，有效地延長模具的使用壽命，降低生產成本，還能提高被加工件的表面質量常用的表面處理方法主要是化學熱處理和表面覆層技術。隨著新技術的不斷開發，一些表面工程新技術逐漸進入研究者的視野，其中以稀土表面技術和納米表面技術最具應用前景稀土元素的加入能在很大程度上提高鍍層的耐磨性和耐蝕性，并在一定程度上增加鍍層的韌性，而納米技術的應用可使得鍍層獲得較高硬度良好自潤性較高的耐磨性和耐蝕性，對改善模具的綜合性能和延長壽命具有重要的意義。
三、塑料模具表面新型復合鍍層技術應用
3．1制備工藝研究
稀土表面技術和納米表面技術分別在模具表面強化中應用的好處是顯而易見的，但是二者的結合目前還沒有太多的研究。從這一角度出發，設想開發出一種新型的低成本、高性能的金屬基復合材料鍍層，采用第二相納米級的稀土化合物粒子強化，以期提高鍍層的耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性，全面降低模具的表面損傷，提高模具的使用壽命，降低企業的生產成本，其性能和應用前景將明顯優于現有模具材料，重點是解決金屬基納米復合材料的制造工藝和涂鍍技術。采用高能球磨技術制備出納米CeO2顆粒均勻彌散分布在Zn基體中的復合粉末，再運用粉末冶金工藝燒結制備出納米氧化鈰/鋅基復合鍍層材料塊體，XRD圖譜和場發色掃描電鏡照片顯示整個制備過程中沒有產生新合金相，即得到的是納米氧化鈰/鋅基復合材料，且納米氧化鈰顆粒已經固溶亞固溶于基體鋅中，組織結構更加均勻致密，提高了晶格間腐蝕抗力，并細化了晶粒，提高了基體材料的硬度、耐磨性和耐蝕性。并就納米氧化鈰含量對硬度、耐磨性和耐蝕性的影響做了初步的研究，結果表明，納米CeO2含量在1%時顯示了最佳的防腐性能、耐磨性和表面形態。
3．2熔劑法熱浸鍍試驗
首先加熱熔融制備的塊體到450～460℃，撈去熔渣后，再將模具型腔表面浸入熔融的鍍液中3～4s，使其與鍍液均勻完全接觸，再以較快的速度提升出，用電吹風吹干，直至完全冷卻，即完成整個熱浸鍍過程。通過對鍍層斷面所作的能譜分析可以看出鍍層上有Ce元素的存在，說明納米氧化鈰已經很好地熱浸鍍到了模具表面。
四、新型塑料模具材料的發展
納米稀土材料改性在表面工程中的應用研究還比較膚淺，作為模具鍍層材料，筆者研究的金屬基納米稀土復合材料性能和使用都要大大優于現有的一些鍍層材料，其制備工藝筆者也做了初步的實驗研究，具有一定的可行性，但作為一個系統工程的研究，需要進行的工作還有很多：
1）制備出的納米氧化鈰/鋅基復合材料熔點較高，必須設計出合理的熱浸鍍工藝和必備的熱浸鍍設備，以求得到更好的熱浸鍍效果，再與目前國際上使用的Galfan合金鍍層進行鍍層質量和耐腐蝕性能比較；
2）筆者所作初步研究試驗是在高能球磨真空熱壓熱浸鍍3個獨立的實驗基礎上完成的但3者之間內在因素的相互影響尚未考慮，只有把高能球磨真空熱壓和熱浸鍍作為一個系統來分析，才能得出最佳。
粉末冶金模具設計范文6
（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜賓 644000）
【摘 要】UO2芯塊是燃料組件的核心部件，UO2芯塊的質量好壞對反應堆安全穩定運行，核電廠的安全性和經濟性至關重要。UO2芯塊的成品率高低，不僅影響金屬鈾的直收率，還影響產品芯塊的質量。文章針對造成UO2芯塊成品率和金屬直收率低的原因進行調查和分析，并針對原因制訂和實施了對策，達到了提高UO2芯塊成品率的目的，產生可觀的經濟效益和社會效益。
關鍵詞 UO2芯塊；成品率；直收率；生坯塊；成型壓機
燃料組件是反應堆的核心部件，其在堆內運行條件十分苛刻。UO2芯塊是燃料組件的核心部件，UO2芯塊的質量好壞對反應堆安全穩定運行，核電廠的安全性和經濟性至關重要[1]。UO2芯塊的成品率高低，不僅影響金屬鈾的直收率，還影響產品芯塊的質量。
近年來隨著公司產能的增加和200噸干法爐的投入使用，芯塊制備的成品率小于85%（干法粉末制備芯塊），芯塊制備中金屬鈾的直收率一直維持在92%左右，總體水平偏低，較低的成品率和直收率導致廢物料庫存增加。
1 現狀調查
1.1 制備芯塊產生的廢品增容量統計
我們對近幾年制備UO2芯塊產生的廢品平均噸增容量進行了統計，見圖2。
從圖2中可以看出，2013年產生的廢物料量最多，且2011-2013年的廢品增加量明顯高于2009-2010年度。2009-2010年芯塊廢品平均增容量為18kgU/噸，2011-2013年芯塊廢品平均增容量50kgU/噸。芯塊生產中廢物料的容量增加表明近幾年芯塊的制造水平有所下降。
經分析認為在干法粉末產量不斷增加的情況下，粉末冶金車間對干法粉末（特別是200噸干法爐生產的粉末）適應性不好，造成芯塊的成品率下降。因此導致芯塊生產成品率和金屬直收率不高的關鍵就是干法粉末制備芯塊的成品率偏低。
1.2 分析廢品組成，找出問題結癥
我們統計了近三年芯塊生產的成品率和金屬直收率，統計情況見表1。
從表1中可以看出，近兩年隨公司200噸干法爐的投入使用，干法粉末制備芯塊的產量迅速提高，而濕法粉末制備的芯塊產量則逐步減少。濕法粉末制備的芯塊成品率明顯高于干法粉末制備芯塊的成品率。為查找2013年干法粉末制備芯塊成品率下降的主要原因，分析了2013年產量最大的2.4%富集度生產，2.4%富集度芯塊生產粉末來源多樣，既有200噸干法爐生產粉末的產品，也有100噸干法爐生產粉末的產品，還有濕法線生產的粉末產品。表2為各類型粉末生產芯塊的產量及成品率情況。
2 原因分析
針對芯塊掉塊缺陷、掉蓋缺陷以及磨削渣過多的原因進行討論分析，整理出關聯圖2。
3 要因確認
我們對原因分析中的7條末端因素進行了要因確認。
3.1 粉末成型性能差
對影響生坯成型的干法及濕法粉末性能進行了比較，
結論：非要因
3.2 生坯塊強度低
在芯塊生產中對干法粉末制備UO2芯塊和濕法粉末制備UO2芯塊的生坯塊強度進行了試驗。實驗表明濕法粉末制備的生坯塊的強度是干法粉末制備生坯塊強度的6倍。
結論：要因
3.3 壓機出料軌道磨損
芯塊成型壓機的導軌定位孔是條形孔，當導軌產生磨損后，出料槽的尺寸會偏大，導致生坯塊在出料時相互的擠壓力增加，從而使生坯塊表面產生破損。但操作人員一般會定期對出料槽的寬帶進行檢查，一旦發現出料槽尺寸偏大會通過調整定位孔進行調整。
結論：非要因
3.4 芯塊尺寸偏小
通過對芯塊的磨削尺寸進行調查發現，在實際生產中無論是濕法粉末還是干法粉末制備的芯塊，在磨削過程中，磨削直徑均控制在中值附近，芯塊尺寸波動不大。
結論：非要因
3.5 生坯陰模尺寸偏大
干法及濕法粉末制備芯塊的磨削余量，采用相同尺寸的陰模內孔尺寸，在相同的生坯密度條件下，干法粉末制備的芯塊比濕法粉末制備的芯塊燒結后尺寸偏大，直接降低了芯塊的成品率。
結論：要因
3.6 生坯陰模磨損嚴重
芯塊模具設計中需要確定是陰模脫模錐度。適宜的脫模錐度可使生坯塊從模具中排出時保持均勻的應力釋放，防止因彈性后效不均勻產生掉蓋等缺陷。在脫模錐度確定后，我們對模具的內孔徑進行了檢查，通過對陰模內12個不同測量點檢查發現，生坯陰模實測值為（10.098~10.115）mm，滿足陰模尺寸10.10±0.05mm的要求。
結論：非要因
3.7 成型壓機保壓力設置不足
成型壓機為保證生坯塊在脫模的過程中脫模穩定，受力均勻，在生坯塊的脫模階段都使用脫模保壓力來控制。目前車間的主要壓機是比利時提供的R53系列壓機，保壓的方式有彈簧保壓和氣缸保壓兩種。我們分別對兩種保壓方式進行了調查。
①彈簧保壓
彈簧保壓的原理是在夾持沖頭的上下夾具內放置一定數量的蝶形彈簧片，在芯塊生坯成型的時候彈簧受壓產生彈簧保壓力，當生坯塊在出模過程中彈簧力作用在生坯塊的上下端面，并逐步釋放，從而使生坯塊的上下端面脫模過程應力受控，確保生坯塊完整。
由于掉蓋主要出現在芯塊的上端，因此重點對上夾具的彈簧力進行了檢查，發現該組彈簧是由76片組成，安裝方式是單片面對面安裝，安裝的方式和數量都是完全滿足設備操作手冊的要求，該蝶形彈簧片也是原廠進口。但在壓制了10噸的芯塊后彈簧力出現一定的下降，經受力檢測彈簧力為20kgf，無法滿足30kgf的要求。
②氣缸保壓
氣缸保壓是采用了氣缸取代彈簧作為保壓的力源。壓機上保壓裝置由5塊氣壓頭組成，每一個氣壓頭都有一個氣缸，在氣泵向保壓裝置充壓后，通過關閉閥門來保持氣壓的穩定。
對其檢查后發現上保壓系統出現漏氣，它的氣壓下降速度較快，生產中壓機上保壓系統無法保持恒定的壓力，在正常使用時，上保壓裝置的氣壓為3bar，在一次充氣后僅過了10分鐘氣壓就降至1bar，還不到10kgf。而且，該保壓系統所有的氣缸都是同一個壓力，滿足不了保壓壓力逐步釋放的要求。
即現有壓機保壓系統無法滿足芯塊保壓需要。
結論：要因
4 制定及實施對策
4.1 在芯塊成型的過程中提高生坯塊密度
4.1.1 提高生坯密度的試驗
干法粉末之間的嚙合不好，顆粒之間的結合力差，層與層之間結合不緊。通過不同密度生坯塊的壓潰試驗證明，不同生坯密度的芯塊生坯強度有顯著差異。我們針對干法粉末制備UO2芯塊提高生坯塊密度進行了試驗，3種不同生坯密度（5.8、5.9、6.0） g/cm3壓制生坯塊的壓潰壓力分別為266N、308N、393N，可見采用（5.9、6.0） g/cm3生坯密度制備的生坯塊強度相對于5.8 g/cm3生坯密度制備的生坯塊強度分別提高了16%和48%。
4.1.2 生產中提高生坯密度
生產中將干法粉末制備芯塊的生坯塊密度提高，提高前后生產的芯塊掉塊比例統計見表3。由表3可以看出，提高芯塊的生坯密度對解決掉塊的問題有顯著作用。
4.2 成型壓機陰模內孔直徑的重新設計和加工
陰?？字睆降挠嬎惴椒ǎ海―+G）－（D+G）×C－Φ=
式中：D——陰?？字睆剑琺m；
Φ——芯塊名義直徑，按中值8.192mm計算；
G——生坯塊直徑彈性后效值，按干法粉末壓成生坯塊5.90g/cm3密度，彈性后效的經驗值為1%，即0.1mm；
C——生坯塊燒結后的收縮率，按干法粉末壓成生坯塊5.90g/cm3密度的平均值18%；
——磨削余量，取0.1mm。
將各數值帶入計算后的結果為Φ10.01mm之間，最終選擇的是Φ10.00mm的陰模，相對原有Φ10.10mm的陰模直徑減少了0.1mm。
4.3 調整蝶形彈簧片數量
4.3.1 方案比較
經對彈簧保壓力不足的問題討論，認為彈簧的疲勞是一種漸變的趨勢，我們可以通過增加彈簧片來增加彈簧力，即使蝶形彈簧片出現疲勞但仍然可以在較長時間保持在30kgf以上。擬定了兩種方案，見表9。
4.3.2 方案實施
采用將確定的方案投入大規模生產中，并對成型壓機生產的芯塊進行了檢查，沒有發現因設備問題而造成的芯塊掉蓋缺陷。
4.4 成型壓機氣缸保壓系統的改進
4.4.1 方案比較
對壓機氣缸保壓系統進行改進，經討論后形成兩個對比方案，見表4所示。
4.4.2 方案實施
根據方案對比確定了最終方案。我們使用了3臺三聯體對5個上保壓缸進行控制，并且實現了上保壓力的梯級控制。在大規模生產應用中，我們對壓機生產芯塊進行了檢查，沒有發現因設備問題而造成的芯塊掉蓋缺陷。
5 實施效果檢查
通過實施改進措施，2014年3月至11月生產的3.1%、1.8%、3.2%、2.6%、2.4%、3.4%及4.45%等7個富集度近430噸芯塊，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噸芯塊。表5是今年3月以來各富集度芯塊的生產情況統計。
5.1 芯塊的成品率情況
5.2 芯塊的金屬直收率情況
由于衡算工作一般較晚，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過了93%，而且產出投入比都較好，多數富集度生產超過了1.00。
5.3 廢物增容的控制情況
對2014年物料庫存增量進行統計，可以看出知，今年芯塊生產中不但沒有增加廢物量，反而減少了約10噸的廢物料，取得很好的效果。
6 結論
（1）通過對造成UO2芯塊成品率和金屬直收率偏低的原因進行調查和分析，找出影響產品芯塊成品率和金屬直收率的主要原因，并針對其制訂和實施了對策，達到了提高UO2芯塊成品率和金屬直收率的目的。產品芯塊的成品率由84.79%提高到88.34%，提高了3.55%；芯塊的金屬直收率由92%提高到95.3%，提高了3.3%；
（2）在提高芯塊生產的成品率和金屬直收率的同時，減少了庫存的廢物料量，今年已累計減少廢物料10余噸，相對去年同期減少廢物料達20噸以上，產生的經濟效益超過1000萬元，取得了較好的經濟效益和社會效益；
（3）產品芯塊成品率和金屬直收率的提高，保證了車間芯塊生產任務的完成，提高了顧客對公司產品的滿意度，保證了公司按時向各電站交付核燃料組件，為公司核品生產線整體水平的提升做出自己的貢獻。
參考文獻
［1］陳寶山,劉承新,主編.輕水堆燃料元件[M].北京:化學工業出版社,2007,6:3.
