第1篇 粉末冶金零件模具设计基础 3
第1章 概述 3
1 粉末冶金技术概要 3
2 粉末冶金零件生产过程 7
2.1 粉末冶金生产的基本工序 8
2.2 后续加工作业 9
3 材料的选择 10
4 技术性能 13
4.1 与孔隙相关的一些材料特性 13
4.2 力学性能 14
4.3 物理性能 15
5 接近全密实的粉末冶金制品 15
5.1 粉末锻造（P/F） 15
5.2 等静压制 16
5.3 金属注射成形 17
5.4 喷射成形 18
6 特种材料 19
6.1 高温合金 19
6.2 工具钢 19
6.3 难熔金属 19
6.4 铍 19
6.5 钛 19
6.6 金属基复合材料（MMC） 19
第2章 常用粉末冶金工艺与设计 21
1 粉末冶金工艺设计的一般考虑 21
2 粉末冶金生产工艺 22
3 粉末冶金成形工艺的比较 27
4 零件制造工艺的比较与选择准则 28
5 粉末冶金零件设计准则 31
5.1 常规模压结构零件设计准则 31
5.2 烧结金属含油轴承设计准则 33
5.3 粉末锻造设计准则 33
5.4 金属注射成形设计准则 34
第3章 温压与模壁润滑 36
1 温压 36
1.1 温压工艺 36
1.2 温压的理论基础 37
1.3 温压过程的温度控制 40
1.4 温压系统 42
1.5 温压材料的性能 43
1.6 磁性材料温压成形 45
1.7 温压的应用 45
2 模壁润滑技术 48
2.1 干粉润滑剂喷涂装置工作原理 49
2.2 模壁润滑装置的改进 51
2.3 模壁润滑与内部润滑法脱模性的比较 52
2.4 WDL（温压＋模壁润滑）的生产性试验 56
第4章 粉末冶金结构零件应用 59
1 在汽车中的应用 59
2 在农业机械中的应用 59
3 在家用器具中的应用 59
4 在电动工具中的应用 60
5 在锁零件中的应用 60
6 粉末冶金结构零件典型应用实例 61
6.1 粉末冶金汽车零件实例 62
6.2 办公机械用粉末冶金零件实例 64
6.3 其他机电产品中用的粉末冶金零件实例 66
参考文献 71
第2篇 粉末冶金零件结构工艺设计 75
第1章 粉末冶金结构零件设计 75
1 粉末冶金结构零件设计流程 75
1.1 粉末冶金结构零件设计要点 75
1.2 粉末冶金设计流程 75
1.3 关于零件设计的注意事项 78
2 零件的形状、尺寸及尺寸精度设计 78
2.1 形状设计 78
2.2 对一些特殊形状设计的说明 85
2.3 利用组合成形法简化压坯的复杂形状 87
3 压坯尺寸限制 90
4 粉末冶金零件的尺寸公差 91
5 粉末冶金齿轮设计 97
5.1 粉末冶金齿轮设计准则 98
5.2 粉末冶金齿轮的成形 99
5.3 粉末冶金齿轮的公差 100
5.4 粉末冶金齿轮的材料选用 102
6 粉末冶金凸轮的设计与应用 103
6.1 粉末冶金凸轮的优点 103
6.2 凸轮承受的应力 103
6.3 形状限制 104
6.4 粉末冶金凸轮应用实例 105
7 粉末冶金链轮设计与应用 107
7.1 粉末冶金链轮的使用范围 107
7.2 材料选择 108
7.3 齿形、形状及精度 108
7.4 粉末冶金链轮应用例 109
8 粉末冶金棘轮设计与应用 111
8.1 材料选择 111
8.2 形状与精度 111
第2章 粉末冶金结构零件材料 113
1 铁基粉末冶金材料合金化的方法 113
2 铁基粉末冶金材料 114
2.1 预混合粉制作的铁基粉末冶金材料 118
2.2 渗铜铁与渗铜钢 121
2.3 由部分合金化（扩散合金化）粉末生产的铁基粉末冶金材料 124
2.4 由预合金化粉末生产的铁基烧结材料 125
2.5 由混合合金化粉末生产的烧结钢 125
3 烧结材料的热膨胀系数与断裂韧度 129
3.1 热膨胀系数（CTE） 129
3.2 断裂韧度 129
4 铁基粉末冶金材料的切削性 130
5 粉末冶金不锈钢的耐蚀性 132
6 轴向疲劳 132
7 滚动接触疲劳（RCF） 133
8 铁基烧结材料的力学性能 134
9 非铁基粉末冶金材料 138
10 GB/T 19076—2003烧结金属材料规范（ISO 5755:2001,IDT） 139
第3章 金属注射成形（MIM）零件设计 150
1 金属注射成形（MIM）零件的特征 150
2 金属注射成形（MIM）工艺要点 151
3 金属注射成形（MIM）模具设计要点 153
4 金属注射成形（MIM）零件成形坯形状设计 154
5 金属注射成形（MIM）零件材料标准 157
5.1 低合金钢 157
5.2 不锈钢 157
5.3 软磁合金 158
第4章 粉末锻造零件设计 160
1 粉末锻造的特点 160
2 铁基粉末锻造零件生产工艺 161
2.1 锻造方法 161
2.2 铁基粉末锻造零件生产工艺 162
3 铁基粉末锻造材料的力学性能 164
4 预成形坯设计 166
4.1 增高预成形坯密度 167
4.2 形状与成形设计 172
5 粉末锻造零件材料标准 173
5.1 碳钢 175
5.2 铜钢 175
5.3 低合金P/F—42××钢 176
5.4 低合金P/F—46××钢 177
5.5 淬透性与顶端淬火曲线 179
6 粉末锻造的经济性与应用实例 181
6.1 经济性 181
6.2 应用实例 183
7 粉末锻造汽车连杆的生产与应用 184
7.1 粉末锻造连杆的生产过程 185
7.2 粉末锻造连杆与锻钢连杆比较的优势 185
7.3 汽车发动机用粉末锻造连杆的性能 186
7.4 北美三大汽车制造公司采用粉末锻造连杆的原因 188
参考文献 189
第3篇 粉末冶金零件模具设计 193
第1章 粉末成形压机 193
1 对粉末成形压机的一般技术要求 193
2 通用粉末成形压机 194
2.1 机械式粉末成形压机 194
2.2 液压式粉末成形压机 198
2.3 机械式和液压式压机的比较 200
3 CNC粉末成形压机 201
3.1 SX-40压机 201
3.2 KPP全自动机械-液压式粉末成形压机 201
第2章 温压用粉末成形压机 211
1 粉末加热器 213
2 槽式加热器 213
3 装粉靴 215
4 模架的加热、冷却及绝缘 216
5 温压作业中的故障与排除措施 218
第3章 粉末冶金成形模架和成形模具设计基础 222
1 粉末冶金成形模架 222
1.1 成形模具的动作设计 223
1.2 粉末冶金成形模架的功能 226
1.3 模架中的粉末移送机构和模冲速度控制系统 228
1.4 多层板模架 233
2 粉末冶金成形模具设计基础 236
2.1 基本概念 236
2.2 粉末冶金零件的外形特征 237
2.3 常用模具系统 237
2.4 在粉末冶金零件生产过程中裂纹的形成 240
2.5 在压制成形过程中产生的裂纹 241
3 压坯内裂纹形成的起因 241
3.1 材料组成的变化 242
3.2 压制成形过程中粉末颗粒侧向移动造成的裂纹 243
3.3 压制终了后弹性应变释放引发的裂纹 246
3.4 高拉伸／剪切应力引发的裂纹 248
4 粉末冶金零件压制成形中产生裂纹的数据库 256
5 粉末冶金模具尺寸设计原则 264
5.1 决定模具尺寸的步骤 264
5.2 模具的变形量 266
5.3 模具计算用的主要参数 267
第4章 刚性模压成形模具设计 268
1 概述 268
2 压制成形周期 268
2.1 阴模装粉 268
2.2 密实粉末 269
2.3 将压坯从阴模中脱出 271
2.4 在装备有多层板模架的压机上的压制周期 272
3 压制成形模具设计 275
3.1 模具的功能设计 275
3.2 模具零件的尺寸与公差 277
3.3 模具材料 279
3.4 模具寿命 292
3.5 模具设计注意事项 292
3.6 模具的制造成本 295
4 压制成形模具结构设计 296
4.1 成形模具结构基本方案 296
4.2 成形模具主要零件和模座的连接方式 300
4.3 浮动结构 307
4.4 辅助机构 315
4.5 成形模具结构示例 319
第5章 精整与整形模具设计 377
1 复压、精整及整形的一般原理 377
1.1 复压 377
1.2 精整与整形的一般原理 378
2 精整与整形的润滑 379
2.1 用油喷涂润滑零件表面 379
2.2 在润滑剂中滚磨 379
2.3 润滑阴模 379
3 精整与整形模具设计 380
3.1 无孔的形状简单的零件 380
3.2 直轴套 380
3.3 有孔异形零件 388
3.4 带外法兰的零件 389
3.5 带法兰的零件 390
3.6 其他复杂形状零件 393
4 精整与整形模具结构设计 393
4.1 精整方式的选择 394
4.2 精整模具结构基本方案示例 395
4.3 送料机构 399
4.4 精整模具结构示例 410
第6章 粉末锻造模具设计 423
1 粉末锻造的特点及应用 423
1.1 概述 423
1.2 粉末锻造工艺分类 423
1.3 粉末锻造工艺过程与生产自动化 423
1.4 粉末锻造工艺的特点及应用 424
2 粉锻件和预制坯的设计 428
2.1 粉锻件的分类与锻件图设计 428
2.2 预制坯的设计 428
3 粉末锻造工艺及其变形特点 432
3.1 粉末锻造工艺 432
3.2 预制坯锻前加热 434
3.3 粉末烧结锻造变形特点与致密 435
4 粉末锻造模具设计及实例 442
4.1 粉末锻造模具设计 442
4.2 粉末锻造模具设计实例 444
第7章 金属注射成形模具设计 452
1 金属注射成形模具设计 453
1.1 金属注射料的特点 453
1.2 金属注射成形模具的基本结构与形式 454
1.3 模具设计 456
2 带外侧凹制品的模具设计 471
2.1 瓣合模 472
2.2 侧向抽芯模具 476
3 带内侧凹制品的模具设计 477
4 金属注射成形模具的强度计算与设计实例 482
4.1 金属注射成形模具的强度计算 484
4.2 金属注射成形模具设计实例 485
5 金属注射成形新工艺及其模具技术 487
5.1 金属微注射成形技术（μ-MIM） 487
5.2 气（液）体辅助成形技术 487
5.3 多组份材料复合注射成形技术 487
5.4 注射毛坯的加工装配技术 488
5.5 热流道技术 488
5.6 快速模具技术 489
5.7 熔芯成形技术 489
第8章 冷等静压成形包套模具设计 490
1 包套和模具的作用和种类 490
1.1 “温袋”法等静压成形用湿包套模具 490
1.2 “干袋”法静压成形用干包套模具 490
1.3 均衡压制用厚壁模具 491
2 包套和模具的组成 491
2.1 塑性模件 491
2.2 刚性模件 491
2.3 端口密封装置 491
2.4 支撑装置 492
3 包套和模具的设计 493
3.1 包套和模具的设计步骤 493
3.2 包套和模具设计的主要因素 494
4 包套材料的选择 502
第9章 热等静压成形包套模具设计 506
1 包套技术 506
1.1 包套材料选择原则 506
1.2 包套的种类 506
1.3 包套设计 510
2 包套焊接 513
2.1 软钢包套的焊接 513
2.2 钛包套的焊接 515
2.3 钼包套的焊接 515
2.4 玻璃包套的焊接 515
3 包套检漏 515
3.1 氦质谱检漏法 515
3.2 卤素检漏法 516
4 包套的充填 516
5 包套的抽空及封焊 518
第10章 温压模具设计 520
1 温压时，加热和维持适当作业温度所需的功率 520
1.1 将模具从室温加热到温压作业温度所需的功率 520
1.2 保持作业温度适当稳定所需的功率 520
2 温压用模具实例 521
2.1 从室温（20℃）将模具加热到温压温度150°所需的功率 521
2.2 维持温压作业温度稳定所需的功率 521
3 对温压用模具实例和所需功率计算的简要说明 524
4 工作间隙与冷缩配合 525
5 冷缩配合含阴模的计算 525
参考文献 529
附录 535
A 粉末冶金用压机术语（JPMA4—1972） 535
B 金属注射模中小型标准模架 539
1 中小型标准模架的结构形式 539
1.1 结构形式 539
1.2 标记方法 539
2 中小型模架的尺寸组合系列 541
2.1 品种、系列与规格 541
2.2 中小型模架 542
C 金属注射模大型标准模架 573
1 大型模架的结构形式 573
1.1 结构形式 573
1.2 标记方法 573
2 大型模架的尺寸组合系列 573
2.1 品种、系列与规格 573
2.2 大型模架 574
D 粉末性能测试方法国际标准要点 586
1 ISO 3954:1997 粉末冶金用粉末——取样方法 586
2 ISO 9276-1:2001 粒度分析结果的表述 第1部分：图解表示法 589
3 ISO 9276-2:2001 粒度分析结果的表述 第2部分：由粒度分布计算平均粒度／直径和各次矩 591
4 ISO 9276-4:2001 粒度分析结果的表述 第4部分：分级过程的表征 594
5 ISO 3923-1:1979 金属粉末 松装密度的测定 第1部分：漏斗法 600
6 ISO 3923-2:1981 金属粉末 松装密度的测定 第2部分：斯科特Scott容量计法 601
7 ISO 3953:1993 金属粉末 振实密度的测定 602
8 ISO 4490:2001 金属粉末 流动性的测定 标准漏斗法（霍尔流量计法） 604
9 ISO 3927:2001 金属粉末（不包括硬质合金粉末）在单轴压制中压缩性的测定 605
10 ISO 3995:1985 金属粉末 用矩形压坯横向断裂测定压坯强度 607
11 ISO 4492:1985 金属粉末（不包括硬质合金粉末） 与压制和烧结有关的尺寸变化的测定 609
12 ISO 4497:1983 金属粉末 干筛分法测定粒度 611
13 ISO 10076:1991 金属粉末 粒度分布的测定 液体中重力沉降光衰减法 612
14 ISO 10070:1991 金属粉末 稳流条件下粉末层透气性试验 外比表面积的测定 615
15 ISO 4491-1:1989 金属粉末 用还原法测定氧含量 第1部分：总则 617
16 ISO 4491-2:1997 金属粉末 用还原法测定氧含量 第2部分：还原时的质量损失（氢损）法 619
17 ISO 4491-3:1997 金属粉末 用还原法测定氧含量 第3部分：可被氢还原氧 621
18 ISO 4491-4:1989 金属粉末 用还原法测定氧含量 第4部分：还原提取法测定总氧含量 625
19 ISO 4496:1978 金属粉末 铁、铜、锡和青铜粉末中酸不溶物含量的测定 626
20 ISO 13944:1996 含有润滑剂的金属粉末 润滑剂含量的测定 修正的索格利特（Soxhlet）萃取法 628
21 ISO 13762:2001 粒度分析 X射线小角散射法 629
E 粉末冶金材料标准与材料性能测试方法标准要点 633
1 ISO 5755:2000（E） 烧结金属材料规范（GB/T 19076—2003） 633
2 粉末冶金材料性能测试方法标准要点 644
2.1 ISO 2738:1999 可渗性烧结金属材料密度的测定 644
2.2 ISO 2738:1999 可渗性烧结金属材料开孔率的测定 645
2.3 ISO 2738:1999 可渗性烧结金属材料含油率的测定 646
2.4 ISO 2739:1973 烧结金属衬套径向压溃强度测定法 647
2.5 ISO 2740:1999 烧结金属材料（不包括硬质合金）拉伸试样 648
2.6 ISO 3312:1987 烧结金属材料和硬质合金弹性模量测定 648
2.7 ISO 3325:1996 烧结金属材料（不包括硬质合金）横向断裂强度的测定方法 649
2.8 ISO 3369:1975 致密烧结金属材料和硬质合金 密度测定方法 649
2.9 ISO 4003:1977 可渗透性烧结金属材料 气泡试验孔径的测定 650
2.10 ISO 4022:1987 可渗透性烧结金属材料 流体渗透性的测定 652
2.11 ISO 4498-1:1990 烧结金属材料（不包括硬质合金）表观硬度的测定 656
2.12 ISO 4507:2000 渗碳、碳氮共渗的烧结铁基材料表面硬化层深度的测定与鉴定（显微硬度法） 657
2.13 ISO 5754烧结金属材料（不包括硬质合金）无切口冲击试样 658
2.14 ISO/TR 14321:1997 烧结金属材料（不包括硬质合金）的金相制备与观察 659
F 中华人民共和国法定计量单位 663