汽车发动机粉末冶金蜗轮轴套模具设计.pdf

第 3 1 卷第 3期 2 0 1 3年 6月 粉 末冶金 技 术 Powde r M e t a l l ur g y Te c hnol o gy Vo 1 ．31，No ． 3 J u n ． 2 0 1 3 汽车发动机粉末冶金蜗轮轴套模具设计 孑 J 、 国 勋 湖南株洲职业技术学 院，湖南株洲 4 1 2 0 0 1 摘要 粉末 冶金零件在汽车上 的应用越来 越广泛。只有采用 自动成形 压机才能 大批量生产 零件 ， 降低成 本 ， 提 高效 率。 自动成形压机模架一般都 比较 高 ， 除 了能合 理设计连接 件外 ， 模 具长度 尺寸都 比较 大 ， 模 具制 造 困难 。汽车发动机粉末冶金 蜗轮轴套的模具设计能有效地解决生 产难题 。 关 键词 汽 车发 动机 ； 蜗轮轴套 ； 模具设计 M o ul d de s i g n f o r PM wo r m wh e e l s ha f t s l e e v e i n a ut o m o bi l e e n g i n e Sun Gu ox un Z h u z h o u P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y C o l l e g e ，Z h u z h o u H u ’ n a n 4 1 2 0 0 1 ， C h i n a Abs t r a c t Po wd e r me t a l l u r g y pa r t s a r e us e d i n a u t o mo bi l e i n du s t r y mo r e a n d mo r e wi d e l y． On l y a u t o ma t i c f o r mi ng pr e s s e s a r e u s e d， i t ’S po s s i b l e t o r e a l i z e ma s s p r o d uc t i o n， c o s t s r e du c t i o n，e f f i c i e n c y i mp r o v e me n t ．Bu t a u t o ma t i c f o r mi ng p r e s s s e t i s c o mmo nl y hi g h， a n d mo ul d l e n g t h s i z e i s l a r g e r ． Th e p r o du c t i o n p r o bl e m c a n b e s o l v e d e f f e c t i v e l y b y mo u l d de s i g n o f PM wo r m wh e e l s h a f t s l e e v e i n a u t o mo b i l e e n gi n e du e t o mo u l d ma nu f a c t u r i ng d i f f i c u l t y． Ke y wo r dsa u t o mo b i l e e ng i n e；wo r m whe e l s ha ft s l e e ve；mo l d de s i g n 1 产 品介绍 图 1所 示 的是 汽 车 发 动 机 粉 末 冶 金 蜗 轮 轴 套 以下 简称 轴套 图 ， 此 蜗轮 轴 套 属 于 长薄 壁 类 粉 末 冶金套类零件。轴套 内孔有两个台阶 ， 一处的台阶 差 比较 小 ， 另 一 处 台 阶 差 比较 大 ， 且 有 半 圆 形 通 油 槽 ； 一端为普通端面 ， 另一端为带油槽 的锥形端 面； 外圆有几处台阶槽和部分 tJ f L R 4 ； 内外 圆有 3处 同心度位置要求 ， 还有大量尺寸公差要求 ； 零件密度 I6 ． 5 g ／ c m 。此 轴套 形状 较 复杂 。 2成形 工艺分析 某粉末 冶金公司汽车配件系列产品中， 轴套 国 内年需配套产量约 1 0 0 0万件 以上 。根据常规生产 工艺 ， 将外圆部分台阶槽及部分 J f L R 4 处等采 用 整 形后 机械 加 工 ， 内孔 和其 它位 置采 用粉 末成 形 。 成形模具结构设计成如图 2所示 的阴模相对 固定 ， 芯杆 浮动 ， 下压 冲浮 动 成 形 并顶 出坯 料 的 自动 压 机 压制方案 。其 中 ， 阴模 内孔成形外 圆形 状 ； 整体 上 冲头 成形 带油槽 的 锥形 端 面 ； 下 冲头 成 形 薄 壁端 面 ； 芯杆 成形 内台阶 和带油 槽 的 内孔 。 此模具结构方案生产 中、 小批量的轴套可以实 现。而在年产 1 0 0 0万件 以上 的大批量生产 中， 成 形坯料是关键 ； 上述设计方案 的模具在使用中存在 如 下几个 问题 1 下压冲与阴模 内孑 L 壁 因间隙问题摩擦力大 ， 下 冲头 和 阴模 都容 易拉 伤 使 坯 料 外 观质 量 差 ； 或 下 冲头卡死 ， 装粉时不能复位 ， 使坯料密度不均匀 。 2 芯 杆总 长 3 0 4 m m， 多 台 阶、 比较 长且 细 ， 带 油 槽部分长度 3 7 mm， 整体精 度高， 不便于加 工制造。 材料热处理后硬度稍低 ， 很容易磨损 ； 热处理后硬度 稍高 ， 带油槽部分 的位置易折 断； 芯杆产 生弯 曲变 形 ， 模 具 经常 卡死 。 3 粉末 批 次不 同 时 ， 粉 末 装 粉 量 不 好 调 节 ， 坯 } 孙 国勋 1 9 6 5一 ， 男 ， 工程 师 ， 讲师 。E m a i l s u n g u o x u n 1 6 3 ． c o rn 收稿 13期 2 0 1 3一O 1 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 1 0 粉末 冶金技术 2 0 1 3年 6月 妒8 ．0 3 5 -_ 0o ．o吡 5o 5 一． ， ㈨ E、 ’ u _ _ { ◎I ．0 A I 妒 9 ●一 上 妙 l 6lH { ㈠ ∞ 兽 8．035 m _ ④ 0 6 0 J ～ l 2 l I ④ 制 制 I l 一 _ l 4-[ 回巫 I 圆 誉 【 ， mira g 一 ， 0 l 妒 6 2 ⋯ ， 葛 回 l U ． 0 - m ● - M6 O ． 7 5 ． _ ④ ● I＼ 击 ll1 _叫45 l 112 ．262 ．1L - 宝 ～ 一 一 I 1 M J 3 ．7 5 ． 西 】 芯 杆 l L 倜 1 3 4 5 1 一原设计芯杆 ； 2一小芯杆 ； 3一芯杆专用螺母 ； 4一套筒 ； 5一连接杆 图 3 成形芯杆零件 图 Fi g ． 3 Pa r t s f o r c o l e b a r 表 1 模具工艺改进效果 Ta bl e 1 Effe c t f o r mo u l d t e c hn o l o g i c a l i mpr o v e me nt ⋯⋯ 效果对 比 改进前 常规办法 改进后 对策办法 模具材 料 改进 将 常规 阴模 和 芯杆材料 C r l 2 Mo V或 G C r l 5改 成 YG 1 5或 S L D； 将常规下 冲头 材 料 C r l 2 ／V I o V 或 GC r l 5改 成 SKH9。 阴模和芯杆硬度 一般 偏低 ， 阴模 和 芯杆与 上下 冲头 摩擦 ； 因阴模 内壁与下冲头摩擦段很 长 ， 阴模 内壁极 易磨 损 ， 每成形到 51 0 万件 ， 毛坯产 品外 圆明显 拉伤 、 拉 毛， 尺 寸增 大 0 ． 0 8 ra m 以上 。成形 到 1 5万 件 ， 阴模 报废 。 阴模硬度明显提高， 内腔光洁度可明显提高， 耐磨性提 高 ， 且硬质合金材料不容易磨损 ； 芯杆硬度提高 ， 韧性提 高。阴模 内腔和芯杆与上下冲头磨损明显减少 ， 成形到 5 O～ 8 0 万件 ， 毛坯产品外圆无明显拉伤、 拉毛 ， 外圆尺 寸增大 0 ． 0 3 0 ． 0 5 m m。成形到 1 5 0 2 0 0 万件 ， 阴模外 圆尺寸增大 0 ． 0 7 0 ． 1 0 m m。 ⋯ ⋯杆 改 一羹 篡 不 便 于 加 工 ；油槽 部位 中 心定 位 不 准 确 ，关 键 部 位 尺 。．、。。一’ 二 ． 、．二 二 ，r二一 ．．一 ，．． 芯 杆 结 构 改 进 将 整 体 芯 杆 改 寸 精 度 与 位 置 精 度 难 保 证 ；压 制 时 芯 杆 因 与 下 冲 头 1 二 。 。 二r 她 纸 长时间清洗下冲头， 装粉才能复位。芯杆受力复杂，二 。 ’ ’ l二 ． T ． 1 二 ， 。 易变形弯曲， 台阶处易折断。 ． 。 ． 。 。一 ． ’ 二’⋯， ．-几 一 ’ 粉末配 制 改进 根据 原 材料 批 次不 同调整 辅助 添加 剂 如机 油和硬脂酸锌等 的比例 ， 配成 松装 比、 流动性一致。 粉末松装 比、 流动性不一致时 ， 特别 是粉末流动性 差 时， 毛坯各部分密度不一致 ； 密度 两端高 、 中间低 、 局 部非 常蔬松 ， 密度 差达到 0 ． 3 0 ． 5 g ／ c m ， 不能 满足 毛坯 密度要求 。 根据原材料批次不 同， 调整辅 助添加剂 的比例后 ， 每 批次检查 ， 配成松装 比、 流 动性一 致 的混合粉 ； 成形 时 ， 采用补赏装粉法 ， 使单 件重量 稳定 ； 这样 各部位 的密度基本一致 ， 没有 明显 密度差 ， 密 度差可控制 在 0 ． 0 5～ 0 ． 1 0 g ／ c m 内 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 3期 孙 国勋 汽 车发 动机粉末冶金蜗轮轴套模具设计 2 l 1 图 4 粉末冶金蜗 轮轴套零件图片 Fi g ． 4 Po wde r me t a l l ur g y wo r m g e a r s h a f t s l e e v e p a r t s pi c t u r e s 参考文献 [ 1 ]韩凤麟 ．粉 末冶金 模具模 架实 用手册 ．北 京 冶 金工业 出版 社 ， 1 9 9 8 [ 2 ]黄培云 ．粉末冶金原理 ．北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 8 2 [ 3 ]韩风麟 ．粉末冶金零件在 汽车发动机 中的应用 ．现代零部件 ， 2 0 0 3 1 7 37 6 [ 4 ]孙国勋 ， 彭世超 ．粉末冶金杆 座成 形模具 设计探讨 ．粉末冶金 工业 ， 1 9 9 8 2 3 2 3 4 [ 5 ]P a u l B e i s s ．粉末冶金零件 的粉末 成形压 机、 模架 及成形 能力发 展趋向 ．粉末冶金工业 ， 2 0 1 1 5 1 51 6 [ 6 ]孙 国勋 ．粉末 冶金多 台面零件压制组合模具探讨 ．粉末冶金工 业 ， 1 9 9 8 1 2 7 3 0 [ 7 ]陈晨 ．粉 末 冶金 模 具 设计 中的 影 响 因素 ．模 具 制 造 ，2 0 0 6 1 2 7 4 7 6 [ 8 ]杨宏 亮 ．粉 末 冶金 模具 设 计 原理 及 应用 ．模 具制 造 ，2 0 0 3 1 1 4 0 4 3 上接 第 2 0 6页 [ 1 1 ]李艳辉 ，李保成 ，尹从娟 ．挤压 比和挤压 温度对 A Z 3 1镁 合金 组织性能 的影晌 ．金属世界 ， 2 0 0 8 3 1 01 2 [ 1 2]尹从娟 ，张星 ，张治民 ．挤压温度 和挤压 比对 A Z 3 1镁合 金组 织性能 的影 响 ．有色金属加工 ， 2 0 0 8 ， 3 7 1 4 5 4 7 [ 1 3]艾 秀兰，杨军 ，权高峰 ．A Z 3 I镁合金铸坯 均匀化退 火 ．金属 热处理 ， 2 0 0 9， 3 4 1 2 2 3 2 6 [ 1 4]牛伟 ，胡文 军 ， 王彤伟 ．金属细管力学性能试验方法研究 ．中 国测试 ， 2 0 1 2， 3 8 3 2 3 2 6 [ 1 5 ]王晓林 ，于洋，粱书锦 ，等 ．热挤压 工艺对 A Z 3 1镁合金 晶粒 大小及性能的影 响 ．材料科 学 与工 艺 ， 2 0 0 5，1 3 6 5 6 7 5 6 9 [ 1 6 ]石磊 ， 李继 文，李永兵 ，等 ．高精度 A Z 3 1镁合 金薄壁管件等 温挤压后的组织 与性 能 ．材料 热处 理技 术 ，2 0 0 9，3 8 2 0 4 2 4 5 [ 1 7 ]刘楚明 ， 刘 子娟 ，朱秀荣 ，等 ．镁及镁合金动态再结晶研究进 展 ．中国有色金属学报 ， 2 0 0 6， 1 6 1 11 2 一 ’ ’ ’’’’’’’’’’’ ’’’’’’’’’’’’ ’’’’’’’’’’’’ ’’ ’’’’’’’’ ’’’’’’’’。’ ’’’ ’’’’’’ ’’’’’’’’ ’’ ’’’’’’ 、 ； 热 诚 欢 迎 各 界 朋 友 投 稿 ，刊 登 广 告 t ‘ ltt‘llltlI l‘ lllt‘I。llI 。l。ttIlIlttI 。‘tl IIl‘lt Illlt‘．．1l tI． Ilt‘I．． Il1．．．。l tIlI 。。l‘t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m