雙向壓制燒結濾芯成型模具設計

陳麗娜，李前程，周方舟，劉祝同

（金山職業技術學院，江蘇 揚中 212214）

雙向壓制燒結濾芯成型模具設計

陳麗娜，李前程，周方舟，劉祝同

（金山職業技術學院，江蘇 揚中 212214）

根據超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的成型特點，設計雙向壓制燒結濾芯成型模具，并介紹設計要點及工作過程。通過該模具生產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；模具設計；濾芯

汽油濾清器簡稱汽濾，其主要功能是濾除汽油中的雜質。在實際應用中更好的過濾有利于減小發動機的磨損、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濾紙制成，高聚物材料的應用還相對較少。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一種線性結構的具有優異綜合性能的熱塑性工程材料，它是一種高分子化合物，具有超強的耐磨性、抗腐蝕性和自潤滑性。使用這種材料通過壓制-燒結工藝可以得到多孔材料，而且可以彌補多孔陶瓷和紙質材料可再生性差和使用壽命短的缺點。但是UHMW-PE材料臨界剪切速率極低，在加工的過程中容易出現熔體破裂的現象，因此是一種難以加工的材料。另外對于汽油濾清器來說，要求濾芯密度均勻。基于上述問題設計了雙向壓制-燒結成型模具。

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），采用壓制燒結成型工藝。在壓制過程中，模具里各部分的粉末在同時受壓的情況下，實際上幾乎不產生橫向移動。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。根據該制件的相關數據得H/T>K/2，查手冊知應該采用雙向壓制，以保證制品成型和強度的要求，其中H為制件的高度，T為制件的厚度，K為側正面積比。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 模具結構設計

模具結構如圖3所示，根據濾芯的形狀與性能要求，設計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、導柱、導套等零部件。

2.1 支撐限位座的設計

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

2.2 芯棒的設計

圖3 UHMW-PE濾芯雙向壓制燒結成型模具示意圖

如圖3所示，芯棒通過5號壓板固定在模座上。芯棒的尺寸特征在于上部的直徑小于下部的直徑尺寸，因此為了實現在裝料時的粉末流動及壓制過程中的密度均勻，芯棒的尖角除均采用小圓弧過度。同時在燒結成型的過程中，還可以實現制件的倒裝成型。

2.3 下模沖的設計

下模沖示意圖如圖4所示。在壓制過程中上模沖與陰模壓縮彈簧下行，下模沖做相對上行運動，完成對粉料的壓制。脫模時打開拉鉤，彈簧回彈使陰模回到壓縮前位置，而制件因收縮包緊在芯棒上，可通過上推頂板帶動下模沖推出制件，此時的下模沖充當推管的作用。

圖4 下模沖

3 模具工作過程

首先將調配稱量好的粉料放入陰模內，上模沖通過導柱導向對粉料進行預壓，當上模沖壓板觸及陰模時帶動其一起下行，在拉鉤能與限位支撐座旁邊的凹槽接合時，可以通過鎖緊螺釘調節下行并鎖緊保壓。

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

脫模時，打開鎖緊螺母，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，此時通過推動頂板帶動下模沖推出制件。

4 結語

此模具結構緊湊、動作可靠，推出效果良好。通過雙向壓制成型，下模沖倒裝頂出制件，簡化了模具的結構設計。該模具不足之處是生產周期相對較長，可以通過多模具協調工作來提高生產效率。

[1]印紅羽，張華誠.粉末冶金模具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，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成型模具設計[J].塑料科技，2015,43(3):75-78.

TQ325.12

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1671-0711（2017）07（上）-0095-02