導(dǎo)語(yǔ)：工藝分析與壓制模具設(shè)計(jì)一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1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

2.1制件要求圖1所示為粉末冶金凸輪軸正時(shí)齒輪簡(jiǎn)圖，制件三維模型如圖2所示。此制件為混合動(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；外齒圓度在0.04mm以內(nèi)；ϕ36mm內(nèi)孔與ϕ120mm外徑同軸度0.1mm以內(nèi)。2.2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；制件深臺(tái)處深度較深，為直臺(tái)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，壓制制件脫模時(shí)，在外齒表面易形成表層裂紋，影響制件外觀質(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，使壓制后制件易于脫模，同時(shí)不影響制件質(zhì)量與使用，與客戶溝通協(xié)商后，同意在外齒內(nèi)徑處增加單邊5°錐度；制件外齒圓度要求在0.04mm以內(nèi)，外齒直徑較大，中間部位為4個(gè)異形孔，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，燒結(jié)后變形較大，不能滿足制件要求，需要增加精整工序；內(nèi)孔直徑ϕ36+0.050mm公差較小，與外徑還有同軸度0.1mm要求，用壓制模具保證較困難，采用后序以外齒定位，車削內(nèi)孔方式滿足制件要求。凸輪軸正時(shí)齒輪生產(chǎn)工藝路線擬定為：混料➝壓制➝燒結(jié)➝精整➝精車內(nèi)孔➝去毛刺➝蒸汽處理➝檢驗(yàn)➝防銹處理➝包裝。2.3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，壓制齒轂制件需要285t壓力；根據(jù)制件形狀結(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)齒輪在原壓制制件時(shí)，出現(xiàn)外齒外部有表層裂紋，這是因?yàn)樵趬褐浦萍撃＿^(guò)程中，壓制下二沖無(wú)脫模錐度，脫模行程較長(zhǎng)，壓制制件在脫出凹模時(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，立即與制件外齒內(nèi)徑脫離，減小脫模行程，預(yù)期會(huì)解決制件脫模時(shí)表層裂紋問(wèn)題。（3）凸輪軸正時(shí)齒輪制件中間有4個(gè)大的異形孔，如果單獨(dú)做成4個(gè)沖，會(huì)使壓制模具復(fù)雜化，同時(shí)制造模具的成本也會(huì)大大增加。如果做在壓制下二沖上，在其上部形成4個(gè)異形凸起，這樣模具大大簡(jiǎn)化，同時(shí)模具強(qiáng)度也完全可以滿足要求。為了4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，使制件在筋板處脫模順利，減小脫模力。（4）凸輪軸正時(shí)齒輪制件直徑較大，壓制下二沖模具和壓制上二模具長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有280mm長(zhǎng)，制造模具時(shí)模具料使用很多，模具制造周期長(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)模具制造周期也會(huì)縮短。

4壓制模具設(shè)計(jì)

（1）壓制凹模是用于裝料的型腔，其它模具零件必須依賴壓制凹模配合和導(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。壓制凹模采用雙層組合結(jié)構(gòu)；沿脫模方向設(shè)計(jì)有錐度2°，長(zhǎng)3mm的脫模錐度；凹?？谟蠷0.5mm的圓滑過(guò)渡，保證壓制制件順利脫模，不產(chǎn)生脫模裂紋。凸輪軸正時(shí)齒輪壓制凹模，選用YG15硬質(zhì)合金材料，YG15具有耐磨性好、抗疲勞性強(qiáng)，適用于大批量生產(chǎn)，壓制凹模如圖3所示。（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制件圖中未標(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，與客戶溝通，可以增加R0.5mm，不影響制件使用。壓制芯棒材料選用SLD，熱處理硬度58~60HRC，在保證耐磨性、硬度的同時(shí)，具有一定韌性。圖3壓制凹模（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。凸模承受載荷大，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。凸模要求有好的耐磨性，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)分析方法制造。模具材料選板DC53材質(zhì)，熱處理硬度為56~58HRC。上、下二沖凸模如圖4、圖5、圖6所示。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，如圖7所示。

5生產(chǎn)試制

本副模具經(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，壓坯制件順利脫模，壓坯尺寸和形狀精度完全合格，如圖8所示。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)到了制件圖要求。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制件設(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。

參考文獻(xiàn)

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作者:谷文金 孫立臣 單位:遼寧省興城市粉末冶金有限公司