粉末冶金成型模具芯棒制造工艺的改进.pdf

机械制造与研究 朱雅平， 等 粉末冶金成型模具芯棒制造工艺的改进 粉末 冶金成型模具芯棒 制造工 艺的改进 朱雅平 ， 袁玉兰 南 京理 工大学 工程训练 中心 。 江苏 南 京 2 1 0 0 9 4 摘要 粉末 冶金 成型芯棒 是成型粉 末冶金 制品 内孔的 关键 零件 ， 要 求性能 高、 尺 寸精 度 高、 形 位公差高和低的粗糙度。特别是 细长芯棒 ， 传统的加工方法很难达到芯棒的各项技术要 求。 通过对 芯棒 加工方 法的研 究与改进 ， 实现 了批 量生产满足各 项技 术要 求 的芯棒 ， 解决 了制 约粉 末冶金批量生产带孔制品的瓶颈问题。 关键词 粉末 冶金 ； 芯棒 ； 改进 中图分 类号 T H1 6 文献标志码 B 文章编 号 1 6 7 1 - 5 2 7 6 2 0 1 2 0 3 -0 0 3 7 - 0 2 I mpr o v e me n t o f Pr o du c t i o n Te c hn i g ue f o r Po wde r me t a l l u r g y M o l di ng Co r e Ro d ZHU Ya pi n g， YUAN Yu l a n N a n j i n g U n i v e r s it y o f S c ie n c e a n d T e c h n o l o g y ， E n g in e e r i n g T r a i n in g C e n t e r ， N a n j in g 2 1 0 0 9 4 ， Ch in a Abs t r a c t P owde r me t all u r g y moldin g c o r e r o d i s i n n e ed o f go o d pr o pe r t y，h i g h dime n s i o n al a c c u r a c y，lo w ge o me t r ic t o l e r a n c e a n d r o ug h ne s s， b e ca u s e it is a p iv o t a l p a r t whic h i s u s e d t o i o r m t he h o l e o f t h e po wde r me t a l lur g y pr o du c t s ．Th e t r a d i t i o na l p r o c es s in g me t h o d s c an’ t me et t he r e qu i r e me n t s o f t h e man d r e l ， e sp e c i a l ly f or t h e s len d er man d r e1 ．I n t h i s p ap e r ，t h e b o ffie n e c k o f p o wd er me t a l lur g y mas s p r o d uc t ion is s o ed a n d mas s p r o d uc t ion o f k i n d s o f man d r e l s i s r e a l ize d，b y r e s e a r c h i n g o n a n d i mpr o v i n g t h e p r o - ce s s ing me t h o ds o f man d r e l s ． K e y wor d s p o wd er me t all u r gy；c o r e r o d；i mp r ov e men t 0 引言 粉末冶金成型芯棒是保证制品的内孔成形的模具零 件， 其表面承受较大的压应力 ， 并受到粉末的反复摩擦， 当 粉末填充不均匀时， 还承受大的弯曲应力， 因而要求有高 的抗变强度、 高硬度、 高耐磨性。芯棒大多数为长杆件， 在 压制和脱模时， 其下部连接部分反复承受拉、 压应力作用 ， 要求有好的韧性和高的疲劳强度 ， 为此芯棒工作部分要求 硬度大于6 0 H R C， 其余部分硬度 3 5～ 4 5 H R C 。 下面以直径 d 3 o o s m m， 长度 1 2 0 mm的芯棒为例 如图 1所示 ， 介绍其制造工艺， 制造过程中遇到的问题 及改进后 的新工艺 。 图 1 芯棒 合金工具钢有良好的使用性能和加工性能 ， 加之原料 充足， 成本低廉 ， 因而它是粉末冶金模具运用最广的一类 材料 ， 本例所用芯棒材料选用 G C r l 5 。 1 问题提出 在加工芯棒 过程中 ， 芯 棒的成 品率 只有 1 0 ％ ～ 2 0 ％ ， 主要反映在芯棒的尺寸公差及形位公差超差， 另外芯棒的 使用寿命低。制约了粉末冶金制品的批量生产。 2 问题分 析 2 ． 1 芯棒传 统加工工艺 下料一热处理一车加工一热处理一磨加工一钳工 研磨 1 下料 选用 G C r l 5 、 直径 d l 0m m长度 1 2 5 fi l m 。 2 热处 理 球化退火 使碳 化物呈粒 状分 布 ， 改善切 削 加工性能， 并为最终热处理作好组织准备。 3 车加工 偏面车总长 1 2 0 m m， 两头钻 D 1 m m中心 孔 、 采用一夹一顶 的装 夹方 式加工 ， 将 直径 d 3 m o o s mm车 成 ． 5m m。 4 热处 理 将 芯棒缓 慢预 热 6 o o℃， 快 速加热 至 8 3 0 o C～8 6 0℃ ， 油淬 ， 1 5 0℃ ～ 2 0 0℃ 回火 。 5 磨加工 将 中心孔研磨好， 采用鸡心夹头 ， 两顶磨 外园 d 3 0 0 5 I n to， 留0 ． O 1 m m～ 0 ． 0 2 m m研磨量。 6 钳工研磨 研磨 d3 - n 0 0 5 m m外圆到图样要求。 作者简介 朱雅平 1 9 6 4 一 ， 男 ， 江苏南 京人 ， 教师 ， 主要从事教学科研 。 Mx h i B u i l d i n g 8 Au t o m a t io n ， H 2 0 1 2， 4 1 3 3 7～ 3 8 3 7 机械制造与研究 朱雅平， 等 粉末冶金成型模具芯棒制造工艺的改进 2 ． 2 芯棒传统加工工艺分析 在加工过程中， 芯棒直径 d 3 o o s m il l 、 圆柱度和垂直 度很难保证 ， 合格率大约 1 0 ％。在使用过程中， 芯棒容易 断， 降低硬度后， 又容易磨损或变形 ， 连接部易拉断， 另外 压形制品的内外同轴度或外圆跳动无法保证， 长期以来一 直制约着粉末冶金制品的批量生产。根据上述现象， 仔细 分析 ， 主要有 以下几个原 因。 a 设计不合理 1 芯棒直径 d 3 m 0 0 5 m m的长度达 1 1 4 m m， 增加了加 工难度 ， 尺寸精度及形位公差不 易保证 。 2 与模冲配合部分过长 ， 导致芯棒与模冲的配合精 度反而降低， 另外台阶连接处为压紧连接， 因模具的配合 间隙及装粉均匀性的影响， 使芯棒在工作过程中， 受一定 的弯曲应力作用， 出现较大的变形 ， 导致压形产品同轴度 超差， 无法获得合格的压坯。 3 芯棒连接部分容易脆断， 是此处硬度过高所致。 b 热处理缺陷 热处理变形大 ， 台阶连接处 容易出现热处 理裂 纹。 由 于淬火冷却时产生的淬火应力 组织应力及热应力 ， 使 芯棒的尺寸、 形状发生了较大的变化， 导致磨削加工无法 达到需要的尺寸精度及形位公差。芯棒的台阶处易产生 应力集中， 此处的淬火应力更大， 当超过断裂强度时， 将形 成裂纹 。 C 加工工艺不合理 细长芯棒车削和磨削加工时容易产生变形， 尺寸公差 及形位公差难以控制， 车削加工的成品率大约 8 0 ％， 磨削 加工的成品率低于 1 0 ％。 3 采用 改进方法 3 ． 1 芯棒 改进后 的加 工工艺 重新设计的芯棒如图2所示。其加工工艺为 下料一 热处理一车加工一热处理一平磨一线切割一无芯磨一焊 接一精加工一外圆磨一钳工研磨 图 2新芯棒 1 下料 选用 G C r l 5 ， 直径 d 4 0 mm， 长度 1 2 5 m m。选 用 4 5 钢， 直径 d l 0 m m， 长度 2 0 0 m m。 2 热处理 G C r l 5采用球化退火 ， 4 5 钢采用调质处 理， 调质后硬度2 8 3 2 HR C。 3 车加工 1 G C r l 5直径 d 4 0m m 长度 1 2 5 m m ， 车成 d 3 8 m m 长度 1 2 0 0 ． 3 m m。 2 4 5 钢直径 d l 0 mm长度 2 0 0 m m ， 车成圆套， 外 3 8 圆 d 8 加 ， 内孔 D 3 ， 长度 6枷 mm， 内外倒角0 ． 5 4 5 度， 表面粗糙度 R a 3 ． 2 。 4 热处理 G C r l 5钢件经淬火回火后硬度 6 0 H R C～ 6 4HRC。 5 平磨 平磨两端面， 保证长度 1 2 00 ． 1 m i n。 6 线切割 在 G C r 1 5直径 d 3 8 m m 的材料 上线切 割 为 d3 mm的芯棒毛坯 。 7 无芯磨 把 d3 mm长度 1 2 0 0 ． 1 m m的芯棒 毛坯磨削成直径 d 3 0o ． ． o 20 1 i m m长度 1 2 0 0 ． 1 m m 芯棒半 成 品。 8 焊接 用铜焊把 d 3 m 0 0 5 mm芯棒和 4 5 钢套焊接 起来 ， 焊接后用生石灰保温 8小时。 9 精加工 将保温后的芯棒精车， 台阶外圆 d 8 一 、 长度 6 m m， 打顶针孔。保证 d 3 m 0 0 5 I n m外圆长度 ， 其余外圆磨至d 3 - 0 ． 。 1 0 钳工研磨 研磨 d 3 m o o s m m外圆到图样要求。 3 ． 2 芯棒改进后的加工工艺分析 1 选用直径 d 3 8 mm的G C r I 5棒料直接进行热处理 ， 可以避免细芯棒因为热处理所造成的表面氧化与脱碳、 冷 却畸变与开裂、 软点等缺陷。 2 线切割是利用移动的金属丝 钼丝 作电极对工 件进行脉冲火花放电腐蚀 ， 实现切割成型的加工方法 ， 可 以解决车加工因芯棒较细 ， 切削难度较大， 各部尺寸不容 易保证 ， 零件合格率不足 8 0 ％的问题。 3 用无芯磨取代外圆磨。无芯磨采用无心研削法， 并不夹住工件的轴心， 而施行磨削的方法， 可以避免细芯 棒在外圆磨加工时因装夹、 径向磨削力作用产生变形 ， 而 导致报废的情况。 4 焊接后用生石灰保温， 可 以使芯棒缓冷， 降低应 力 ， 同时使芯棒的连接处硬度适当降低， 增加韧性， 避免出 现芯棒连接处的脆断。 5 精加工台阶尺寸 ， 保证台阶长度 6 m m m， 保证芯 棒装配时， 有一定的游动量， 实现 自动调心。磨外圆至 ， 使芯棒有合理的配合长度 ， 保证配合精度。从而 模具有很好的安装精度 ， 保证压形坯有很好的形位公差。 4 结论 通过对芯棒加 工工 艺 的改 进 ， 芯棒 加 工难 度大 大 降 低， 芯棒加工精度得到保证 ， 芯棒合格率由不足 1 0 ％提高 9 0 ％， 可以有效的满足生产线压制产品时芯棒的损耗， 提 高了生产效率。 参考文献 [ 1 ]金属材料与热处理[ M] ． 北京 中国劳动出版社， 1 9 9 3 [ 2 ]粉末冶金工艺学[ M] ． 北京 科学普及出版社 ， 1 9 8 7 ． 收稿 日期 2 0 1 11 02 7 h t t p ∥Z Z HD． c h i n a j o u rna 1 ． n e t ． c ／ i E ma i l Z Z H Dc h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． a n 机械制造与 自动化