[发明专利]一种消除粉末冶金构件中筋条结构尺寸偏差的外包套及方法

说明书

一种消除粉末冶金构件中筋条结构尺寸偏差的外包套及方法，该外包套为容纳筋条的凹槽结构；槽深、槽宽均大于筋条的理论高度、理论筋宽；凹槽底部平面与侧壁之间通过圆弧拼接结构过渡，凹槽侧壁从底部向外倾斜。本发明通过设计合理的外包套成形模凹槽，解决筋条成形后需要进行二次加工的问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，涉及粉末冶金的净成形/近净成形中的包套成形模结构设计方面。

背景技术

粉末冶金网格筋构件能够在减轻产品重量的同时保持较好的结构刚度，广泛应用于航空航天型号的进气机构、机匣类构件，其结构示意图如图1所示。

在粉末冶金工艺过程中，粉末被充填在型腔中，经热等静压后致密化成形，如图2所示。其中，外网格筋由成形模凹槽中填充的粉末收缩而成。

在热等静压过程中，粉坯会发生一定程度的收缩变形，使得外包套中的预置凹槽产生一定的变形量，最终导致筋条的结构和尺寸均有一定的偏差，表现在三个方面，如图3所示：

1、筋条高度和筋条宽度的尺寸偏差；

2、筋条高度方向和宽度方向的内凹现象；

3、筋条上沿处的尖角现象。

上述情况导致直接成形后的外筋条尺寸无法满足产品精度要求，通常采用增大工艺余量，随后进行机械加工的方式来满足产品的尺寸要求。由于进气机构、机匣类零件的结构通常非常复杂，机械加工需要工艺难度很大，导致工艺成本的上升和制备周期的延长，并且二次加工所带来的刀痕对产品的持久和疲劳性能有不利影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种消除粉末冶金构件中筋条结构尺寸偏差的外包套及方法，设计合理的外包套成形模凹槽，解决筋条成形后需要进行二次加工的问题。

本发明的技术解决方案是：一种消除粉末冶金构件中筋条结构尺寸偏差的外包套，该外包套为容纳筋条的凹槽结构；槽深、槽宽均大于筋条的理论高度、理论筋宽；凹槽底部平面与侧壁之间通过圆弧拼接结构过渡，凹槽侧壁从底部向外倾斜。

进一步的，针对筋高在3mm～15mm的筋条，槽深F(x)和筋条理论高度x之间按如下经验公式进行设计：

F(x)＝0.13+1.15x；

上述计算单位为mm。

进一步的，针对筋宽在3mm～20mm的筋条，槽宽和筋宽之间按如下经验公式：

F(y)＝0.32+1.05y

其中，y为筋条的理论筋宽，F(y)为凹槽中间部位的槽宽，单位mm。

进一步的，槽深、槽宽的公差应控制在(-0.05,+0.05)。

进一步的，对于筋高为3mm～15mm，筋宽为3mm～20mm的筋条，凹槽侧壁向外倾斜的倾角应为2°～4°。

进一步的，所述的圆弧拼接结构由两段圆弧拼接而成，圆弧直径2～4mm，两段圆弧相交于和槽底、槽宽相距0.3～0.5mm的连线交汇处，两段圆弧的另一侧分别与凹槽底部平面、凹槽侧壁平滑过渡。

一种粉末冶金构件中的筋条变形的消除方法，通过下述方式实现：

设计筋条的成形模，通过对成形模的凹槽结构、尺寸进行优化，消除粉末冶金构件中的筋条变形；具体的：

根据筋条的理论筋高和筋宽，设计凹槽的槽宽和槽深，槽深、槽宽均大于筋条的理论高度、理论筋宽；

将凹槽侧壁设计成从底部向外倾斜的结构形式，通过预先计算的倾角设计，消除成形过程中筋条高度方向的局部收缩内凹现象；