粉末冶金汽車同步器齒轂?zāi)＞吒倪M(jìn)設(shè)計(jì)

王海洋，苑有印，張志剛

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動化學(xué)院，錦州 121001；2.興城市粉末冶金有限公司，興城 125100）

0 引言

粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制取金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術(shù)，具有材料利用率高、生產(chǎn)成本低廉、生產(chǎn)效率高、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[1,2]。粉末冶金模具是產(chǎn)品最終性能、形狀及尺寸精度的決定因素，模具設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響著制品質(zhì)量的高低[3]。本文改進(jìn)設(shè)計(jì)的模具用于汽車同步器齒轂生產(chǎn)，由于齒轂的形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此在生產(chǎn)加工中需要先將復(fù)雜的模具進(jìn)行簡化，并在后續(xù)的機(jī)械加工中保證零件設(shè)計(jì)尺寸精度的實(shí)現(xiàn)，這樣不僅使加工工序繁瑣、效率降低，而且還會因?yàn)槟＞叩暮喕瘜?dǎo)致壓坯密度分布的均勻性大幅度降低。

1 產(chǎn)品分析

汽車同步器齒轂（如圖1所示）是汽車變速箱中的重要零件，是粉末冶金生產(chǎn)工藝制造中的典型產(chǎn)品。由圖1可以看出，齒轂零件軸向上共有兩個(gè)端面，且每個(gè)端面上分別有三個(gè)臺階面，即此零件為不等高（多臺階）壓坯，因此需要按照多臺階壓坯密度均勻分布的遵循原則來設(shè)計(jì)模具。根據(jù)壓制工藝要求，每個(gè)臺階面必須對應(yīng)相應(yīng)的壓制模沖，以達(dá)到壓坯密度分布均勻的目的[4]。

圖1 同步器齒轂零件圖

2 原有設(shè)計(jì)方案

由于齒轂零件上每個(gè)臺階面所對應(yīng)的模沖要與相應(yīng)的模板固定，這就需要通過“上三下三”模架或“上三下四”模架來完成此操作。但是目前企業(yè)中缺乏此類模架，只有“上二下三”模架?！吧隙氯毙偷哪＜茴櫭剂x就是只有兩個(gè)上模板和三個(gè)下模板，那么兩個(gè)上模板最多只能與兩個(gè)上模沖固定，三個(gè)下模板最多能與三個(gè)下模板固定，而此零件需要上下各三個(gè)模沖，這就要求模架要有三個(gè)上模板才能與之配合。為了能使“上二下三”型模架能壓制此零件，在實(shí)際設(shè)計(jì)中將上二模沖和上三模沖合并成一個(gè)如圖2所示的模沖，用一個(gè)模沖來壓制兩個(gè)臺階面，模沖實(shí)物圖如圖3所示，簡化模具壓制成形時(shí)的狀態(tài)如圖4所示。

圖2 模沖零件圖

圖3 模具實(shí)物圖

圖4 模具壓制示意圖

如圖4所示，A、B兩部分的壓坯臺階高度為6.2mm，而壓坯的總厚度為18.5mm，A、B兩臺階的高度差為總厚度的三分之一，如果按照這樣的方案設(shè)計(jì)模具，就違背了多臺階壓坯密度分布均勻的原則。對于壓制多臺階壓坯時(shí)，不同橫截面相對應(yīng)的模沖移動的距離和速度必定不等，即不能采用整體模沖壓制多臺階壓坯，這樣會導(dǎo)致A、B兩部分的密度差較大，通過排水法測量這兩部分的密度，其密度差可達(dá)到1g/cm3，密度差較大會影響產(chǎn)品的最終力學(xué)性能，使得兩部分的強(qiáng)度差別過大[5]。為了改善兩臺階的密度差，設(shè)計(jì)時(shí)可將壓制A、B兩個(gè)臺階的上內(nèi)模沖端面的臺階高度減小為2.9mm，但是這樣的模沖不能壓制出產(chǎn)品所要求的槽深，即B部分槽深小于設(shè)計(jì)尺寸，因此只能通過后續(xù)的機(jī)械加工來到達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。這樣不僅使工序繁瑣、效率低、能耗大，而且仍不能很好的改善壓坯密度分布不均的情況[6]。

3 模具改進(jìn)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)一套帶有“移粉機(jī)構(gòu)”的粉末冶金模具，以解決原有模具設(shè)計(jì)中存在的問題?！耙品蹤C(jī)構(gòu)”示意圖如圖5（自由狀態(tài)）和圖6（成形狀態(tài)）所示，圖7為模具總裝配圖。

圖5 自由狀態(tài)

圖6 成形狀態(tài)

圖7 模具裝配圖

由圖5可看出，裝粉時(shí)，壓機(jī)將陰模及模沖分別調(diào)整至所需要的裝粉高度。因?yàn)樵谘b粉時(shí)壓機(jī)還沒有施加壓力，所以碟簧處于常態(tài)（自由狀態(tài)），上Ⅱ模沖處于移粉位置[7]。

壓制成形時(shí)，壓機(jī)帶動上模板向下移動，上Ⅰ模板帶動上Ⅲ模沖下降，上Ⅱ模板帶動上Ⅰ模沖下降，并且上Ⅱ模板通過碟簧將壓力傳遞給上Ⅱ模沖，處于最低點(diǎn)的上Ⅱ模沖首先與松裝粉末接觸，因?yàn)槠湟绕渌麅蓚€(gè)上模沖多伸出一段移粉距離，此距離是圖4所示B部分厚度的兩倍為11mm，所以它會將松裝的粉末擠向四周，即將B部分多余的粉末移向粉末裝填量少的A、C部分，這樣就實(shí)現(xiàn)了移粉功能。當(dāng)模沖接觸粉末時(shí)，上模沖就開始受到粉末體向上的作用力，碟簧就會受到上Ⅱ模沖向上的壓力而被壓縮，上Ⅱ模沖隨之向上移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)限位臺階位置時(shí)，上Ⅱ模沖就到達(dá)了如圖6所示的最終成形位置。壓坯通過各模沖、芯棒以及陰模將壓坯壓實(shí)成形，模具處于成形位置時(shí)，各個(gè)模沖的高度差即為產(chǎn)品各個(gè)相對應(yīng)臺階面的高度。用此方案壓制的壓坯就可以直接將各臺階面壓制成形不需要后序的機(jī)械加工，簡化制造工序，而且“移粉機(jī)構(gòu)”在壓制開始時(shí)就將多余的松裝粉末移除，使得所壓制的壓坯密度進(jìn)一步改善，密度均勻性得到很大提高。

4 結(jié)論

通過對原有粉末冶金汽車同步器齒轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)方法的分析，本文設(shè)計(jì)了帶有“移粉機(jī)構(gòu)”的模具，該改進(jìn)方法可以將壓制此粉末冶金汽車同步器齒轂的工序簡化，做到無切削加工，并且改善原有壓坯密度分布不均的情況，使零件的力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高。實(shí)踐證明此模具設(shè)計(jì)方案完全可以達(dá)到上述目的。

[1] 周作平,申小平. 粉末冶金機(jī)械零件實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2] 羅宗強(qiáng),劉華,周玉山.粉末冶金壓力機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)械工藝師,2000,10.

[3] 葉丹茜.50型無螺紋塑料三通的注塑模具設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動化, 2012,7(34).

[4] 印紅羽,張華誠.粉末冶金模具設(shè)計(jì)手冊[Z]..北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[5] 吳成義,張麗英.粉體成形力學(xué)原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社, 1997.

[6] 申小平,許桂生.粉末冶金壓坯缺陷分析[J].粉末冶金技術(shù),2012.8.

[7] 黃培云.粉末冶金原理(第2版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1997.