陳麗娜，李前程，周方舟，劉祝同

（金山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)中 212214）

雙向壓制燒結(jié)濾芯成型模具設(shè)計(jì)

陳麗娜，李前程，周方舟，劉祝同

（金山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)中 212214）

根據(jù)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的成型特點(diǎn)，設(shè)計(jì)雙向壓制燒結(jié)濾芯成型模具，并介紹設(shè)計(jì)要點(diǎn)及工作過(guò)程。通過(guò)該模具生產(chǎn)的制件能很好地滿足濾芯的使用要求。

超高分子量聚乙烯；壓制；模具設(shè)計(jì)；濾芯

汽油濾清器簡(jiǎn)稱汽濾，其主要功能是濾除汽油中的雜質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中更好的過(guò)濾有利于減小發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損、避免堵塞。濾芯是濾清器的核心部件，濾芯大多由多孔陶瓷或?yàn)V紙制成，高聚物材料的應(yīng)用還相對(duì)較少。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一種線性結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程材料，它是一種高分子化合物，具有超強(qiáng)的耐磨性、抗腐蝕性和自潤(rùn)滑性。使用這種材料通過(guò)壓制-燒結(jié)工藝可以得到多孔材料，而且可以彌補(bǔ)多孔陶瓷和紙質(zhì)材料可再生性差和使用壽命短的缺點(diǎn)。但是UHMW-PE材料臨界剪切速率極低，在加工的過(guò)程中容易出現(xiàn)熔體破裂的現(xiàn)象，因此是一種難以加工的材料。另外對(duì)于汽油濾清器來(lái)說(shuō)，要求濾芯密度均勻。基于上述問(wèn)題設(shè)計(jì)了雙向壓制-燒結(jié)成型模具。

1 制件工藝性分析

濾芯制件如圖1所示，材料為超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），采用壓制燒結(jié)成型工藝。在壓制過(guò)程中，模具里各部分的粉末在同時(shí)受壓的情況下，實(shí)際上幾乎不產(chǎn)生橫向移動(dòng)。為保證壓坯密度的均勻性，必須使粉末均勻填充模腔的各部分，故用圓角代替尖角。根據(jù)該制件的相關(guān)數(shù)據(jù)得H/T>K/2，查手冊(cè)知應(yīng)該采用雙向壓制，以保證制品成型和強(qiáng)度的要求，其中H為制件的高度，T為制件的厚度，K為側(cè)正面積比。濾芯器三維視圖如圖2。

圖1 濾芯器

圖2 濾芯器三維視圖

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)如圖3所示，根據(jù)濾芯的形狀與性能要求，設(shè)計(jì)了一種組合式倒裝模壓成型模具。該模具主要包括陰模、芯棒、拉鉤、模沖、壓板、下模沖、鎖緊螺釘、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等零部件。

2.1 支撐限位座的設(shè)計(jì)

在模壓成型的過(guò)程中，上模沖下行壓制粉末，待其壓至陰模時(shí)，帶動(dòng)陰模一起下行，至模具兩邊的拉鉤與支撐限位座旁邊的凹槽接合，之后通過(guò)調(diào)整鎖緊螺母直至下行到支撐限位座的下限位面，在此過(guò)程中下模沖對(duì)粉末起到相對(duì)上壓的作用。在脫模的過(guò)程中支撐限位座還起到對(duì)陰模的上限位。

2.2 芯棒的設(shè)計(jì)

圖3 UHMW-PE濾芯雙向壓制燒結(jié)成型模具示意圖

如圖3所示，芯棒通過(guò)5號(hào)壓板固定在模座上。芯棒的尺寸特征在于上部的直徑小于下部的直徑尺寸，因此為了實(shí)現(xiàn)在裝料時(shí)的粉末流動(dòng)及壓制過(guò)程中的密度均勻，芯棒的尖角除均采用小圓弧過(guò)度。同時(shí)在燒結(jié)成型的過(guò)程中，還可以實(shí)現(xiàn)制件的倒裝成型。

2.3 下模沖的設(shè)計(jì)

下模沖示意圖如圖4所示。在壓制過(guò)程中上模沖與陰模壓縮彈簧下行，下模沖做相對(duì)上行運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)粉料的壓制。脫模時(shí)打開(kāi)拉鉤，彈簧回彈使陰?；氐綁嚎s前位置，而制件因收縮包緊在芯棒上，可通過(guò)上推頂板帶動(dòng)下模沖推出制件，此時(shí)的下模沖充當(dāng)推管的作用。

圖4 下模沖

3 模具工作過(guò)程

首先將調(diào)配稱量好的粉料放入陰模內(nèi)，上模沖通過(guò)導(dǎo)柱導(dǎo)向?qū)Ψ哿线M(jìn)行預(yù)壓，當(dāng)上模沖壓板觸及陰模時(shí)帶動(dòng)其一起下行，在拉鉤能與限位支撐座旁邊的凹槽接合時(shí)，可以通過(guò)鎖緊螺釘調(diào)節(jié)下行并鎖緊保壓。

然后將模具放入控溫箱進(jìn)行燒結(jié)成形。其中的溫度控制主要分為三個(gè)部分，先對(duì)模具進(jìn)行升溫至145～150℃，升溫速率控制在0.5～0.8℃/min；然后將模具保溫，保溫時(shí)間設(shè)定在50min左右；最后降溫冷卻，降溫速率大約3℃/min。

脫模時(shí)，打開(kāi)鎖緊螺母，陰模在彈簧回彈的作用下回到原始位置，制件包緊在芯棒上，此時(shí)通過(guò)推動(dòng)頂板帶動(dòng)下模沖推出制件。

4 結(jié)語(yǔ)

此模具結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作可靠，推出效果良好。通過(guò)雙向壓制成型，下模沖倒裝頂出制件，簡(jiǎn)化了模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該模具不足之處是生產(chǎn)周期相對(duì)較長(zhǎng)，可以通過(guò)多模具協(xié)調(diào)工作來(lái)提高生產(chǎn)效率。

[1]印紅羽，張華誠(chéng).粉末冶金模具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002:220-223.

[2]王軍麗，李勇，戴亞春.超高分子量聚乙烯濾芯雙向壓制燒結(jié)成型模具設(shè)計(jì)[J].塑料科技，2015,43(3):75-78.

TQ325.12

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1671-0711（2017）07（上）-0095-02