本文通過對粉末冶金凸輪軸正時齒輪產(chǎn)品的形狀改進，減少了汽車發(fā)動機上的相關(guān)零件；同時對改進后的凸輪軸正時齒輪，進行模具設(shè)計分析，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)；創(chuàng)新應(yīng)用粉末冶金壓機功能，使原本不適合生產(chǎn)凸輪軸正時齒輪的粉末冶金壓機，變成能大批量生產(chǎn)。凸輪軸正時齒輪產(chǎn)品的形狀結(jié)構(gòu)的合理性更加完善，壓制模具的適用性更加合理，大批量生產(chǎn)出高精度、高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。

        1 引言

　　隨著我國粉末冶金零件產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，粉末冶金零件取代鑄件、鍛件及切削加工零件，在汽車等產(chǎn)業(yè)中得到大量應(yīng)用。凸輪軸正時齒輪是汽車發(fā)動機上的重要零件，如何生產(chǎn)出高精度、高質(zhì)量、低成本的凸輪軸正時齒輪是一個非常重要的課題。通過對粉末冶金凸輪軸正時齒輪產(chǎn)品的形狀的研究，找出改進方案;根據(jù)工廠現(xiàn)有粉末冶金壓機，結(jié)合壓制模具結(jié)構(gòu)，找出較為完善和適宜大批量生產(chǎn)的方案。

　　2 產(chǎn)品形狀分析與改進

　　本產(chǎn)品凸輪軸正時齒輪是發(fā)動機廠家新開發(fā)產(chǎn)品，同時也想改進現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，使裝配更簡單，性能更穩(wěn)定。現(xiàn)有改進前的結(jié)構(gòu)(圖1)。通過我公司技術(shù)人員研究，與發(fā)動機廠家溝通，可以將與凸輪軸正時齒輪相配合軸端面的定位銷取消，在軸上開一個鍵槽，在凸輪軸正時齒輪上增加鍵子，用來替代原安裝結(jié)構(gòu)。這樣，省下了軸端鉆孔工序，省下了裝配定位銷。發(fā)動機廠家最終確定為將定位銷取消，將定位銷做在凸輪軸正時齒輪上，減少了汽車發(fā)動機上的相關(guān)零件。改進后的凸輪軸正時齒輪(圖2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性有所增加;從發(fā)動機裝配上來說，節(jié)約了軸端鉆孔工序和裝配定位銷工序，同時也減少了裝配時間;從經(jīng)濟上和生產(chǎn)上是有效益的。

　　3 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝分析

　　凸輪軸正時齒輪產(chǎn)品三維圖形如圖(圖3、圖4)。從圖2、圖3、圖4中可以看出，與軸配合孔的尺寸為Φ36.5+0.039，鍵子尺寸為4-0.04 ,不能后序加工，只能是壓制成形，后序整形保證。結(jié)合類似產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，工藝安排為：壓制——燒結(jié)——精整——去毛刺——清洗——上油——包裝。

　　4 模具設(shè)計分析和模具設(shè)計

　　根據(jù)凸輪軸正時齒輪三維模型(圖3、圖4)，和粉末冶金產(chǎn)品成形的特性，對產(chǎn)品進行模具設(shè)計分析。產(chǎn)品上部可以分為兩個沖來成形，外齒部位是一個沖(上外沖);內(nèi)部平面是一個沖(上內(nèi)沖)，小沉頭孔部位做在上內(nèi)沖上。產(chǎn)品下部可以分成兩沖形式，一種形式是：外齒部位是一個沖(下外沖);筋板部位(六個大異形孔與兩個小異形孔部位)是一個沖(下二沖)(圖5)，異形孔相對應(yīng)部位做成凸起部位，在下二沖上可以成形;Φ36.5孔外部臺階和鍵子處，也同樣做在下二沖上，此時Φ36.5孔外部臺階處密度，會與筋板部位密度有較大差異，造成產(chǎn)品局部密度低;Φ36.5孔處為下三沖部位(圖6);小孔為芯棒。具體結(jié)構(gòu)見圖(圖5、圖6)。整體模具結(jié)構(gòu)為標準的上二下三結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品可以成形，密度差大，生產(chǎn)效果不好。

　　第二種形式是：外齒部位是一個沖(下外沖);筋板部位(六個大異形孔與兩個小異形孔部位)是一個沖(下二沖)(圖7)，異形孔相對應(yīng)部位做成凸起部位，在下二沖上可以成形;Φ36.5孔外部臺階和鍵子處，單獨做成一個沖，成為下三沖(圖8)，這樣，壓制成形時會單獨移粉，不會造成與其他部密度差過大，模具較復(fù)雜;Φ36.5孔與小孔(通孔)處為下四沖。具體結(jié)構(gòu)見圖(圖9)。整體模具結(jié)構(gòu)為標準的上二下四結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品可以成形，密度差小，生產(chǎn)出產(chǎn)品效果好。

　　5 壓機功能與模具結(jié)構(gòu)關(guān)系

　　公司現(xiàn)有適合粉末精壓機為：500T上三下三模架的機械壓機，具有芯棒跳起充粉功能。按模具設(shè)計結(jié)構(gòu)的第一種形式上二下三模具壓制，現(xiàn)有500T上三下三模架的機械壓機完全能滿足模具設(shè)計使用要求;Φ36.5孔外部臺階處密度，會與筋板部位密度有較大差異，造成產(chǎn)品局部密度低，不適于生產(chǎn)。按模具設(shè)計結(jié)構(gòu)的第二種形式上二下四模具壓制，現(xiàn)有500T上三下三模架的機械壓機不能完全滿足模具設(shè)計使用要求。經(jīng)過技術(shù)人員同壓機調(diào)試人員共同想辦法，將下四沖(圖9)裝在中心缸上，充分利用現(xiàn)有500T機械壓機的芯棒跳起功能，進行裝粉填充調(diào)整，可以實現(xiàn)凸輪軸正時齒輪各成形面在壓制成形后密度一致，可以批量生產(chǎn)產(chǎn)品。

　　6 批量生產(chǎn)凸輪軸正時齒輪可行性驗證

　　根據(jù)以上分析，采用500T上三下三模架的機械壓機，模具結(jié)構(gòu)按上二下四模具結(jié)構(gòu)開模，利用現(xiàn)有500T機械壓機的芯棒跳起功能實現(xiàn)下四沖移粉，批量壓制凸輪軸正時齒輪，經(jīng)過各工序：壓制——燒結(jié)——精整——去毛刺——清洗——上油——包裝。成品檢驗凸輪軸正時齒輪尺寸、精度、各處密度，完全達到了產(chǎn)品圖紙的要求。凸輪軸正時齒輪成品見圖(圖10).

　　7 結(jié)束語

　　凸輪軸正時齒輪的成功研發(fā)、生產(chǎn)，一是在產(chǎn)品形狀的設(shè)計階段，與發(fā)動機廠家相互溝通，優(yōu)化發(fā)動機部份組件的結(jié)構(gòu)，設(shè)計出適合粉末冶金壓制成形的凸輪軸正時齒輪;二是 通過技術(shù)研發(fā)，在不同的模具設(shè)計結(jié)構(gòu)中，選出最優(yōu)和最適合本公司的模具開發(fā)方案;三是制定完善的各工序的工藝，使凸輪軸正時齒輪不需要機械加工，就可以完全達到發(fā)動機廠的安裝使用要求，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。凸輪軸正時齒輪的成功生產(chǎn)，充分體現(xiàn)了粉末冶金零件少加工、無加工的技術(shù)特點，生產(chǎn)成本低廉，從而在汽車工業(yè)中更加廣泛的應(yīng)用。