双向压制烧结滤芯成型模具设计

陈丽娜，李前程，周方舟，刘祝同

（金山职业技术学院，江苏 扬中 212214）

双向压制烧结滤芯成型模具设计

陈丽娜，李前程，周方舟，刘祝同

（金山职业技术学院，江苏 扬中 212214）

根据超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的成型特点，设计双向压制烧结滤芯成型模具，并介绍设计要点及工作过程。通过该模具生产的制件能很好地满足滤芯的使用要求。

超高分子量聚乙烯；压制；模具设计；滤芯

汽油滤清器简称汽滤，其主要功能是滤除汽油中的杂质。在实际应用中更好的过滤有利于减小发动机的磨损、避免堵塞。滤芯是滤清器的核心部件，滤芯大多由多孔陶瓷或滤纸制成，高聚物材料的应用还相对较少。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程材料，它是一种高分子化合物，具有超强的耐磨性、抗腐蚀性和自润滑性。使用这种材料通过压制-烧结工艺可以得到多孔材料，而且可以弥补多孔陶瓷和纸质材料可再生性差和使用寿命短的缺点。但是UHMW-PE材料临界剪切速率极低，在加工的过程中容易出现熔体破裂的现象，因此是一种难以加工的材料。另外对于汽油滤清器来说，要求滤芯密度均匀。基于上述问题设计了双向压制-烧结成型模具。

1 制件工艺性分析

滤芯制件如图1所示，材料为超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），采用压制烧结成型工艺。在压制过程中，模具里各部分的粉末在同时受压的情况下，实际上几乎不产生横向移动。为保证压坯密度的均匀性，必须使粉末均匀填充模腔的各部分，故用圆角代替尖角。根据该制件的相关数据得H/T>K/2，查手册知应该采用双向压制，以保证制品成型和强度的要求，其中H为制件的高度，T为制件的厚度，K为侧正面积比。滤芯器三维视图如图2。

图1 滤芯器

图2 滤芯器三维视图

2 模具结构设计

模具结构如图3所示，根据滤芯的形状与性能要求，设计了一种组合式倒装模压成型模具。该模具主要包括阴模、芯棒、拉钩、模冲、压板、下模冲、锁紧螺钉、导柱、导套等零部件。

2.1 支撑限位座的设计

在模压成型的过程中，上模冲下行压制粉末，待其压至阴模时，带动阴模一起下行，至模具两边的拉钩与支撑限位座旁边的凹槽接合，之后通过调整锁紧螺母直至下行到支撑限位座的下限位面，在此过程中下模冲对粉末起到相对上压的作用。在脱模的过程中支撑限位座还起到对阴模的上限位。

2.2 芯棒的设计

图3 UHMW-PE滤芯双向压制烧结成型模具示意图

如图3所示，芯棒通过5号压板固定在模座上。芯棒的尺寸特征在于上部的直径小于下部的直径尺寸，因此为了实现在装料时的粉末流动及压制过程中的密度均匀，芯棒的尖角除均采用小圆弧过度。同时在烧结成型的过程中，还可以实现制件的倒装成型。

2.3 下模冲的设计

下模冲示意图如图4所示。在压制过程中上模冲与阴模压缩弹簧下行，下模冲做相对上行运动，完成对粉料的压制。脱模时打开拉钩，弹簧回弹使阴模回到压缩前位置，而制件因收缩包紧在芯棒上，可通过上推顶板带动下模冲推出制件，此时的下模冲充当推管的作用。

图4 下模冲

3 模具工作过程

首先将调配称量好的粉料放入阴模内，上模冲通过导柱导向对粉料进行预压，当上模冲压板触及阴模时带动其一起下行，在拉钩能与限位支撑座旁边的凹槽接合时，可以通过锁紧螺钉调节下行并锁紧保压。

然后将模具放入控温箱进行烧结成形。其中的温度控制主要分为三个部分，先对模具进行升温至145～150℃，升温速率控制在0.5～0.8℃/min；然后将模具保温，保温时间设定在50min左右；最后降温冷却，降温速率大约3℃/min。

脱模时，打开锁紧螺母，阴模在弹簧回弹的作用下回到原始位置，制件包紧在芯棒上，此时通过推动顶板带动下模冲推出制件。

4 结语

此模具结构紧凑、动作可靠，推出效果良好。通过双向压制成型，下模冲倒装顶出制件，简化了模具的结构设计。该模具不足之处是生产周期相对较长，可以通过多模具协调工作来提高生产效率。

[1]印红羽，张华诚.粉末冶金模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002:220-223.

[2]王军丽，李勇，戴亚春.超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具设计[J].塑料科技，2015,43(3):75-78.

TQ325.12

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1671-0711（2017）07（上）-0095-02