【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齒帶輪的結(jié)構(gòu)及性能特點、模具設計要點、材料選擇及生產(chǎn)工藝和使用效果。實踐證明:其模具結(jié)構(gòu)合理,使用方便可靠,工藝簡單。目前該產(chǎn)品已批量生產(chǎn),質(zhì)量穩(wěn)定,替代了進口產(chǎn)品。
1　前言
粉末冶金作為一種獨特的零件制造技術(shù),因其制品少、無切削,成本低,效率高,越來越受到設計和制造人員的重視。特別是近幾十年來,汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,帶動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,使鐵基結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)達到了新水平。某公司生產(chǎn)的汽車系引進日本技術(shù)制造,我院為其配套生產(chǎn)了多種粉末冶金零件,以實現(xiàn)國產(chǎn)化。發(fā)動機上所用曲軸正時齒帶輪(以下簡稱小帶輪)和凸輪軸正時齒帶輪(以下簡稱大帶輪)就是其中的兩種(實際上是兩套,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、高強度、大型復雜的鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)件。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能特點及我院模具制造設備和生產(chǎn)條件,大帶輪使用630ｔ四柱液壓機上的半自動模架生產(chǎn),小帶輪在100ｔ四柱液壓機上使用手動模生產(chǎn)。本文僅就研制過程中模具設計思想、產(chǎn)品性能控制、工藝難點及解決方法、最后達到的結(jié)果、取得的經(jīng)驗等進行簡要總結(jié)。

2　零件結(jié)構(gòu)和性能特點
大小齒帶輪零件結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。齒形應符合日本標準,為“ＲＵ”齒形,齒數(shù)分別為40和20,齒的單個周節(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(對中心孔)。材料和性能應符合日本標準ＪＭＰＡＩ-1970ＳＭＦ4040。
2.1　結(jié)構(gòu)特點
該大帶輪屬于高精度、高強度、大型復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個異形孔加中心孔。輪輻僅6ｍｍ厚,且上下面有多個臺階和凸臺,棱角處有微小臺階,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,對中心孔的圓跳動為016ｍｍ。輪轂對中心孔的垂直度為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個圓孔加中心孔,棱角處有微小臺階,雙面有定時孔,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,且對中心孔的圓跳動量小于0.16ｍｍ。兩端面對中心孔的垂直度、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量。
2.2　性能特點
強度、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)時加碳保護,防止脫碳降低硬度,并嚴格按工藝燒結(jié)。

3　模具設計要點
大帶輪在6300ｋＮ(630ｔｆ)四柱液壓機上用半自動模架壓制。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。具有上下面臺階、凸臺、凹坑、定時孔等,采用車及電火花加工模具,壓制成形出來。為解決外圓各方面變形不均勻問題,在模具上預留出反變形量,這一點線切割編程可以實現(xiàn)。燒結(jié)后可達到較理想狀態(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,不應因聯(lián)接減小模沖的剛性。關(guān)鍵部位校核抗拉強度。
　　小帶輪暫時用手動模壓制,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。上下面的定時孔及小臺階,采用電火花加工模具,壓制成形出來。在總結(jié)經(jīng)驗,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。實踐證明:模具結(jié)構(gòu)合理,使用方便可靠。精密進口線切割機床為模具的精確加工提供了有利條件。

4　材料與工藝過程
原材料的選擇及工藝過程的制定對產(chǎn)品的精度、性能有直接重要的影響。應選用強度高、變形小、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低的配方。材料采用鞍山機械制造公司冶金粉材廠的ＦＳＹ200·30Ａ一級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油等均勻混合而成,經(jīng)試驗確定了以下配方(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