不锈钢锁具零件的粉末冶金成形模具改进

摘 要：为避免后续加工，可用粉末冶金工艺一次成形出复杂形状的锁具结构件。但成形模具在压制时会出现下冲与阴模夹粉严重导致被拉断的问题，阻碍了生产的顺利进行。通过对产品和模具的研究，重新设计了一种“一模双穴”的模具结构，不仅解决了下冲单侧受压发生倾斜的问题，顺利开展生产，而且极大提升了效率，产品质量稳定可靠。

关键词：模具改进；锁具零件；粉末冶金成形

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.27.087

采用粉末冶金替代传统铸造方法生产不锈钢锁具零件已经成为一种趋势。粉末冶金零件以其较低的表面粗糙度和后续少无切削的特点，受到客户的认可。图1所示产品是锁具上常用的结构件。这款产品的外形较复杂，表面质量要求较高，采用粉末冶金模压方式可直接成形出最终形状并达到要求的表面状态。

1 成形模具

粉末冶金压机只能沿轴向运动，原则上如果出现与压制方向垂直（即径向）的孔，则不能用压机直接一次成形。为了避免后续加工，一次成形出图1产品的最终形状，选取通孔方向为压制方向设计模具。采用上一下二的模具结构，上冲成形有孔的端面，下冲成形圆弧面，带台阶的芯杆成形中间的矩形槽和通孔。压制状态如图2所示。

2 压制缺陷

压制开始时，芯杆垂直进入上冲导孔。压制过程中，下冲沿圆弧面受到金属粉末的侧向挤压，由于存在配合间隙，下冲向圆弧受力方向发生倾斜，同时芯杆圆柱部位受到壓坯侧压，但受限于上冲导孔而产生弯曲变形。随着压制频数的增多，下冲倾斜程度增加，圆弧背面与阴模的摩擦力逐渐增强，夹粉现象越来越严重，直到下冲被拉断；另外，芯杆圆柱部分会由于弯曲变形程度逐渐达到极限而发生断裂。据统计，在实际生产中，压制数量达到700件左右时，由于脱模时芯杆回弹力增大造成压坯圆孔开始产生裂纹；当压制数量达到1000件左右时模具就会发生损坏，必须更换新模具才能继续生产。这不仅造成了生产成本的大幅增加，还延长了生产周期，严重制约了该产品的生产发展。

3 模具改进

进过对产品和模具结构的分析，认为可以采用一种新的模具结构来一次成形该产品，延长其使用寿命。在原模具使用过程中，下冲与阴模夹粉，随着压制数量的增加夹粉现象趋于严重，最终导致下冲被拉断、阴模被拉伤，另外芯杆圆柱部位会发生断裂，都是由于下冲圆弧部位受到压坯侧压发生倾斜所致。解决了下冲倾斜的问题，其它问题就能迎刃而解。利用力的相互作用原理，结合产品的形状特点，设计了一种新的模具结构，如图3所示。

图3 改进后的模具装配图及分部件

改进后的模具由一个上冲、一个下冲和两支同样形状尺寸的芯杆组成，两支芯杆安装在同一个活动底座。设计的突破点是“一模双穴”，即一次可成形出两个产品压坯。下冲设计为两个产品圆弧面“背靠背”的形状，成形压制时可相互抵消掉粉末对圆弧面的侧压力，从而使下冲保持竖直状态不发生倾斜，从根本上解决了下冲与阴模夹粉以及芯杆受压变形的问题。这样的设计使模具寿命得到极大的延长，据粗略统计，压制频数在十万次左右时才需要更换被磨损的模具。如此不仅生产任务能够顺利开展，而且成形效率是原来的两倍，消除了交期拖延的现象。批量生产两年来，产品质量都很稳定。

4 结论

改进后的模具结构，改变了传统粉末冶金模压“一出一”的模具设计思想，基于产品的形状特点，创新性地应用了“一模双穴”的结构设计，使下冲受到的单向侧压力相互抵消，有效解决了下冲与阴模夹粉导致被拉断的问题。不仅延长了模具的使用寿命，节约了成本，而且极大地提升了生产效率，缩短生产周期，具有很高的经济效益。同时，产品质量可靠、稳定，为其它类似形状产品的一次成形生产模具设计提供了借鉴。