引言

　　隨著粉末冶金材料及其制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，粉末冶金新材料、新技術(shù)、新工藝、新裝備的不斷涌現(xiàn)，粉末冶金制造工程在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著不可取代的地位。 粉末冶金凸輪軸正時(shí)齒輪工藝優(yōu)勢(shì)在于能生產(chǎn)最終形狀零件，具有高效率、高精度;同時(shí)具備節(jié)材、省能的顯著特點(diǎn)，只要少量切削加工，相比于鋼件，大大減低生產(chǎn)成本。同時(shí)，隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，凸輪軸正時(shí)齒輪的形狀也越來(lái)越復(fù)雜，輕量化，同時(shí)精度要求越來(lái)越高。粉末冶金凸輪軸正時(shí)齒輪的形狀和精度的保證，最主要的就是壓制模具的形狀和精度;生產(chǎn)過(guò)程的順暢，取決于壓制模具設(shè)計(jì)的合理性和生產(chǎn)工藝安排。

　　2 工藝分析

　　1) 產(chǎn)品要求：如(圖1)所示為粉末冶金凸輪軸正時(shí)齒輪產(chǎn)品簡(jiǎn)圖，產(chǎn)品圖三維模型(圖2)。此產(chǎn)品為混合動(dòng)力自動(dòng)變速箱凸輪軸正時(shí)齒輪;采用粉末冶金SMF4025M原材料，成品密度6.6g/cm3, 表面硬度在HV1070以上;外齒圓度要求在 0.04以?xún)?nèi);Φ36內(nèi)孔與Φ120外徑同軸度0.1以?xún)?nèi)。

　　2) 工藝分析：凸輪軸正時(shí)齒輪外齒壁厚較薄，且外齒形狀不能進(jìn)行機(jī)械加工，需要一次性壓制成形;產(chǎn)品深臺(tái)處深度較深，為直臺(tái)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，壓制產(chǎn)品脫模時(shí)，在外齒表面易形成表層裂紋，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，如做成有3-5°錐度深臺(tái)，在模具上做單邊3-5°脫模錐度，使壓制后產(chǎn)品易于脫模，同時(shí)不影響產(chǎn)品質(zhì)量與使用，與客戶(hù)溝通協(xié)商后，同意在外齒內(nèi)徑處增加單邊5°錐度;產(chǎn)品外齒圓度要求在 0.04以?xún)?nèi)，外齒直徑較大，中間部位為四個(gè)異形孔，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，燒結(jié)后變形較大，不能滿(mǎn)足產(chǎn)品要求，需要增加精整工序;內(nèi)孔直徑Φ36 +0.05/0 公差較小，與外徑還有同軸度0.1要求，用壓制模具保證較困難，采用后序以外齒定位，車(chē)削內(nèi)孔方式滿(mǎn)足產(chǎn)品要求。凸輪軸正時(shí)齒輪生產(chǎn)工藝路線(xiàn)擬定為：混料——壓制——燒結(jié)——精整——精車(chē)內(nèi)孔——去毛刺——蒸汽處理——檢驗(yàn)——防銹處理——包裝。

　　3) 粉末壓機(jī)選用和模架選用：先用creo三維軟件建模，精確查詢(xún)凸輪軸正時(shí)齒輪的壓制投影面積為52cm2，壓制毛坯質(zhì)量為330g。根據(jù)壓制力公式P=pS(p為單位壓力;S為壓制投影面積)計(jì)算，壓制齒轂產(chǎn)品需要285T壓力;根據(jù)產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用上二下三模具壓制，深臺(tái)面為下面;結(jié)合我司現(xiàn)有粉末自動(dòng)成形壓機(jī)，選取450T上三下三模架粉末油壓機(jī)。

　　3 模具設(shè)計(jì)分析

　　1) 在設(shè)計(jì)模具時(shí)要充分發(fā)揮粉末冶金少切削或無(wú)切削的工藝特點(diǎn)保證壓坯質(zhì)量;壓制模具應(yīng)便于操作和調(diào)整，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度和耐磨性，保證安全可靠和較長(zhǎng)的使用壽命。凸輪軸正時(shí)齒輪模具設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)包括SMF4025M材料的松裝密度、壓坯的回彈率、燒結(jié)收縮率、精整余量和回彈量，在設(shè)計(jì)壓制模具時(shí)必須應(yīng)充分考濾。

　　2) 凸輪軸正時(shí)齒輪在原壓制產(chǎn)品時(shí)，出現(xiàn)外齒外部有表層裂紋，這是因?yàn)樵趬褐飘a(chǎn)品脫模過(guò)程中，壓制下二沖無(wú)脫模錐度，脫模行程較長(zhǎng)，壓制產(chǎn)品在脫出陰模時(shí)受力較大，形成表層裂紋。現(xiàn)在如果在下二沖外圓成形面上，做單邊5°脫模錐度，使壓制下二沖在脫模時(shí)，稍微動(dòng)一點(diǎn)距離，立即與產(chǎn)品外齒內(nèi)徑脫離，減小脫模行程，預(yù)期會(huì)解決產(chǎn)品脫模時(shí)表層裂紋問(wèn)題。

　　3) 凸輪軸正時(shí)齒輪產(chǎn)品中間有四個(gè)大的異形孔，如果單獨(dú)做成四個(gè)沖，會(huì)使壓制模具復(fù)雜化，同時(shí)制作模具的成本也會(huì)大大增加。如果做在壓制下二沖上，在其上部形成四個(gè)異形凸起，這樣模具大大簡(jiǎn)化，同時(shí)模具強(qiáng)度也完全可以滿(mǎn)足要求。為了四個(gè)異形孔處脫模方便，在四異形凸起上做單邊1°脫模錐度，使產(chǎn)品在筋板處脫模順利，減小脫模力。

　　4) 凸輪軸正時(shí)齒輪產(chǎn)品直徑較大，壓制下二沖模具和壓制上二模具長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有280長(zhǎng)，制作模具時(shí)模具料使用很多，模具制作周期長(zhǎng)，成本大。如果壓制下二沖模具和壓制上二模具做成分體模具，不參加成形部份做成模具座，這樣模具制作成本會(huì)大幅度下降，同時(shí)模具制作周期也會(huì)縮短。

　　4 壓制模具設(shè)計(jì)

　　1) 壓制陰模是用于裝料的型腔，其他模具零件必須依賴(lài)壓制陰模配合和導(dǎo)向，是壓坯獲得需要外形及其尺寸精度的根本保證。必須有較高的使用性能、形狀、尺寸精度和形位公差。壓制陰模采用雙層組合結(jié)構(gòu);沿脫模方向設(shè)計(jì)有錐度2°，長(zhǎng)3毫米的脫模錐度;陰?？谟蠷0.5的圓滑過(guò)渡，保證壓制產(chǎn)品順利脫模，不產(chǎn)生脫模裂紋。凸輪軸正時(shí)齒輪壓制陰模，選用YG15硬質(zhì)合金材料，YG15具有耐磨性好、抗疲勞性強(qiáng)，適用于大批量產(chǎn)品模具。

　　2) 芯棒是成形壓坯內(nèi)形的模具零件，使用時(shí)，受粉末反復(fù)磨擦，與模沖配合。芯棒是壓坯內(nèi)孔形狀及尺寸精度的根本保證。壓制芯棒扁與圓相交處產(chǎn)品圖中未標(biāo)倒角，但凸輪軸正時(shí)齒輪壓制時(shí)，尖角磨損嚴(yán)重，不能批量生產(chǎn)，必須增加一個(gè)小的R角，與客戶(hù)溝通，可以增加R0.5，不影響產(chǎn)品使用。壓制芯棒材料選用SLD，熱處理硬度HRC58-60，在保證耐磨性、硬度的同時(shí)，具有一定韌性。

　　3) 下一沖、下二沖、下三沖、上一沖、上二沖是成形壓坯端面，并把壓制力傳遞給壓坯的模具零件。模沖承受載荷大，同時(shí)其端面受粉末摩擦，與各沖相配合，實(shí)現(xiàn)成形過(guò)程的各種動(dòng)作要求。模沖要求有好的耐磨性，一定的韌性，同時(shí)結(jié)構(gòu)上還應(yīng)便于制造和維修。模具形狀按模具設(shè)計(jì)分析方法制作。模具材料選板DC53材質(zhì)，熱處理硬度為HRC56-58。

　　根據(jù)以上工藝分析、模具設(shè)計(jì)分析，設(shè)計(jì)出粉末冶金凸輪軸正時(shí)齒輪模具，示意圖如下。

　　1、壓制陰模;2、下一沖;3、下二沖;4、下三沖;5、壓制芯棒;6、壓制產(chǎn)品;7、上一沖;8、上二沖

　　5 生產(chǎn)試制

　　本套模具經(jīng)過(guò)批量的生產(chǎn)驗(yàn)證，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)期。壓制毛坯沒(méi)有出現(xiàn)外齒表面裂紋，壓坯密度達(dá)到圖紙要求，壓坯產(chǎn)品順利脫模，壓坯尺寸和形狀精度完全合格。模具的使用壽命也達(dá)到了預(yù)期的時(shí)間。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　本文通過(guò)對(duì)粉末冶金凸輪軸正時(shí)齒輪的生產(chǎn)工藝過(guò)程的分析，從模具的選材、模具結(jié)構(gòu)和以往經(jīng)驗(yàn)等方面，對(duì)凸輪軸正時(shí)齒輪壓制模具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使模具具有較高使用壽命;同時(shí)，生產(chǎn)出來(lái)的凸輪軸正時(shí)齒輪完全達(dá)到了產(chǎn)品圖要求。隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，各種形狀都可能遇到，希望本文對(duì)其他的粉末技術(shù)人員有具有一定的參考價(jià)值。