【關(guān)鍵詞】：粉末冶金;齒帶輪
【摘要】：論述了汽車用粉末冶金正時(shí)齒帶輪的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)、模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)、材料選擇及生產(chǎn)工藝和使用效果。實(shí)踐證明:其模具結(jié)構(gòu)合理,使用方便可靠,工藝簡(jiǎn)單。目前該產(chǎn)品已批量生產(chǎn),質(zhì)量穩(wěn)定,替代了進(jìn)口產(chǎn)品。
1　前言
粉末冶金作為一種獨(dú)特的零件制造技術(shù),因其制品少、無(wú)切削,成本低,效率高,越來(lái)越受到設(shè)計(jì)和制造人員的重視。特別是近幾十年來(lái),汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,帶動(dòng)了鐵基粉末冶金行業(yè)的快速發(fā)展。品種多、產(chǎn)量大、精度高、性能好是粉末冶金汽車零件的特點(diǎn),使鐵基結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)達(dá)到了新水平。某公司生產(chǎn)的汽車系引進(jìn)日本技術(shù)制造,我院為其配套生產(chǎn)了多種粉末冶金零件,以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。發(fā)動(dòng)機(jī)上所用曲軸正時(shí)齒帶輪(以下簡(jiǎn)稱小帶輪)和凸輪軸正時(shí)齒帶輪(以下簡(jiǎn)稱大帶輪)就是其中的兩種(實(shí)際上是兩套,大小帶輪成套使用。一套所用為方形齒槽,另一套所用為弧形齒槽,其他形狀尺寸相近)。經(jīng)分析,該件屬于高精度、高強(qiáng)度、大型復(fù)雜的鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)件。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)及我院模具制造設(shè)備和生產(chǎn)條件,大帶輪使用630ｔ四柱液壓機(jī)上的半自動(dòng)模架生產(chǎn),小帶輪在100ｔ四柱液壓機(jī)上使用手動(dòng)模生產(chǎn)。本文僅就研制過(guò)程中模具設(shè)計(jì)思想、產(chǎn)品性能控制、工藝難點(diǎn)及解決方法、最后達(dá)到的結(jié)果、取得的經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)。

2　零件結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)
大小齒帶輪零件結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。齒形應(yīng)符合日本標(biāo)準(zhǔn),為“ＲＵ”齒形,齒數(shù)分別為40和20,齒的單個(gè)周節(jié)誤差均為±0025ｍｍ,累積周節(jié)誤差分別為±013ｍｍ和±011ｍｍ(90°圓周上),齒向平行度003(對(duì)中心孔)。材料和性能應(yīng)符合日本標(biāo)準(zhǔn)ＪＭＰＡＩ-1970ＳＭＦ4040。
2.1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
該大帶輪屬于高精度、高強(qiáng)度、大型復(fù)雜的多平行孔類鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)件,重710ｇ,外徑120ｍｍ,高度24ｍｍ,4個(gè)異形孔加中心孔。輪輻僅6ｍｍ厚,且上下面有多個(gè)臺(tái)階和凸臺(tái),棱角處有微小臺(tái)階,尺寸精度和形位精度要求均較高。內(nèi)孔的圓度、直線度及尺寸公差僅002ｍｍ。外圓圓柱度003ｍｍ,對(duì)中心孔的圓跳動(dòng)為016ｍｍ。輪轂對(duì)中心孔的垂直度為005ｍｍ。該零件經(jīng)壓制及燒結(jié)后變形較大且各方向變化不均勻。在不去除材料(否則影響齒形)的條件下。如何保證外圓的圓柱度、公差及徑向跳動(dòng)量是該零件的最大難度所在。
小帶輪是典型的多平行孔帶齒類零件,重215ｇ,外徑60ｍｍ,厚20±015ｍｍ,10個(gè)圓孔加中心孔,棱角處有微小臺(tái)階,雙面有定時(shí)孔,壁厚較均勻,尺寸精度和形位精度要求均較高。內(nèi)孔的圓度、直線度及尺寸公差002ｍｍ。外圓圓柱度0.03ｍｍ,且對(duì)中心孔的圓跳動(dòng)量小于0.16ｍｍ。兩端面對(duì)中心孔的垂直度、平行度小于005ｍｍ。同樣,外圓不能去除材料,既要保證外徑又要保證圓柱度及徑向跳動(dòng)量。
2.2　性能特點(diǎn)
強(qiáng)度、硬度要求高,材質(zhì)ＳＭＦ4040,硬度ＨＲＢ大于50。這就要求配制高性能的鐵粉,并壓制燒結(jié)成較高的密度。密度要求大于66ｇｃｍ3,實(shí)際要大于67ｇｃｍ3。壓制壓力,大帶輪4000ｋＮ(400ｔｆ),小帶輪1000ｋＮ(100ｔｆ)。并且裝粉要均勻,保證密度均勻。燒結(jié)時(shí)加碳保護(hù),防止脫碳降低硬度,并嚴(yán)格按工藝燒結(jié)。

3　模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)
大帶輪在6300ｋＮ(630ｔｆ)四柱液壓機(jī)上用半自動(dòng)模架壓制。模具結(jié)構(gòu)如圖3所示,粉重710ｇ,容積法裝粉,壓力4000ｋＮ(400ｔｆ),雙向浮動(dòng)壓制,拉下式脫模。外圓留精整余量,內(nèi)孔留出磨量。具有上下面臺(tái)階、凸臺(tái)、凹坑、定時(shí)孔等,采用車及電火花加工模具,壓制成形出來(lái)。為解決外圓各方面變形不均勻問(wèn)題,在模具上預(yù)留出反變形量,這一點(diǎn)線切割編程可以實(shí)現(xiàn)。燒結(jié)后可達(dá)到較理想狀態(tài),滿足后序加工要求。模具單側(cè)配合間隙002～003ｍｍ,光潔度0.4　以上,各零件定位、聯(lián)接要牢固可靠。模沖壁厚較小,不應(yīng)因聯(lián)接減小模沖的剛性。關(guān)鍵部位校核抗拉強(qiáng)度。
　　小帶輪暫時(shí)用手動(dòng)模壓制,如圖4所示。粉重215ｇ,壓力1000ｋＮ(100ｔｆ),雙向壓制。一次脫模,再次脫芯。外圓、內(nèi)孔均留出精整余量。上下面的定時(shí)孔及小臺(tái)階,采用電火花加工模具,壓制成形出來(lái)。在總結(jié)經(jīng)驗(yàn),充分考慮鐵粉配方、彈性后效、燒結(jié)變形等因素的基礎(chǔ)上,定出模具各部分尺寸。實(shí)踐證明:模具結(jié)構(gòu)合理,使用方便可靠。精密進(jìn)口線切割機(jī)床為模具的精確加工提供了有利條件。

4　材料與工藝過(guò)程
原材料的選擇及工藝過(guò)程的制定對(duì)產(chǎn)品的精度、性能有直接重要的影響。應(yīng)選用強(qiáng)度高、變形小、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低的配方。材料采用鞍山機(jī)械制造公司冶金粉材廠的ＦＳＹ200·30Ａ一級(jí)水霧化鐵粉并添加適量銅粉、鎳粉、石墨粉、硬脂酸鋅粉及適量機(jī)油等均勻混合而成,經(jīng)試驗(yàn)確定了以下配方(表1)。
　　大帶輪生產(chǎn)工藝流程為:混粉→壓制→燒結(jié)→去刺→光飾→精整外圓→磨內(nèi)孔→清洗→浸油→包裝。
小帶輪生產(chǎn)工藝