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粉末冶金技术不仅能够用于大规模生产高性能、高精度的机械零部件，而且具有低能耗、低成本、低污染、高效率和近净成形等优点。在粉末冶金生产实践中，装备水平和工艺设计水平是制约产品性能和精度的两大重要因素。针对目前粉末成形装备和工艺设计的研究中存在的不足，研制新型粉末精密成形设备，设计压制工艺，尽可能获得高精度、高密度以及密度分布均一的粉末冶金零件，是本文研究的目标。
本文研制了粉末精密成形设备，提出了采用集成油缸驱动的模架设计方案。研究了粉末压制过程中粉末的力学行为，提出一种更符合实验结果的的粉末材料流动应力模型，通过数值模拟方法，结合设备与成形工艺研究粉末零件的成形过程，分析零件的结构、压制工艺和模冲的结构对成形过程的影响。开发了粉末成形工艺辅助软件，帮助设计人员制订成形工艺和对设备进行运动干涉校验。
粉末精密成形设备由整体框架和多层模板模架组成，针对多台面复杂结构粉末冶金零件的粉末压制特性，采用集成油缸驱动多层模板模架，独立控制多个模冲进行压制，用于成形带有上二台面和下三台面形状复杂的粉末冶金零件。采用有限元方法，对模架及设备进行静力学分析，计算结果表明模架及设备的强度和刚度都能满足粉末压制的要求。并通过设备的模态分析找出设备结构在成形过程中的薄弱环节，并提出了改进措施。
采用Kuhn、Doraivelu和Lee等人提出的不同粉末材料流动应力模型，分别模拟圆柱体试样的粉末压制过程，计算粉末压制过程的载荷一行程曲线，分析粉末压制过程流动应力的变化。采用不同松装密度的粉末进行压制实验，获得粉末压制过程的载荷一行程曲线，对实验结果进行分析、整理，考虑了Doraivelu对粉末材料的单轴表观屈服应力与应变硬化比值的量纲分析，提出更符合实验结果的粉末材料流动应力模型。采用本文提出的模型模拟圆柱体试样的压制过程，计算获得的密度分布与实验测定结果较为一致。
应用该粉末材料流动应力模型，模拟了典型零件的粉末压制过程，分析了零件的结构、压制工艺和模冲的结构对粉末成形过程的影响，结合设备和工艺全面研究了粉末成形过程，制订粉末零件成形的工艺，成形精度高、密度均匀的零件。
作为粉末精密成形制造系统的组成部分，本文还开发了粉末成形工艺辅助软件，该软件包括数据库和分析计算功能，数据库模块可帮助粉末冶金零件用户选择材料。分析计算模块则可以根据模拟获得的工艺参数计算设备调整参数，并对设备进行运动干涉校验。
结合设备结构和零件成形工艺的模拟结果，计算设备的调整参数，进行粉末零件精密成形实验，证实了粉末精密成形设备可成形精度高、密度均匀的零件，且该设备成形的零件尺寸稳定。验证了采用本文提出的流动应力模型模拟粉末压制过程能有效地辅助零件的精密成形，以及粉末成形工艺辅助软件的工程实用性。