正时齿带轮粉末冶金模设计.pdf

第 2 4卷 第 6期 2 0 1 4年 l 2月 粉 末 - 合金 工 业 POW DER M ETALLURG Y I NDUS TRY Vo 1 ． 2 4，No ． 6， p 6 3 6 4 De c ． 2 01 4 DOl 1 0 ． 1 3 2 2 8 ．b o y u a n ． i s s n 1 0 0 6 6 5 4 3 ． 2 0 1 4 0 0 5 1 正时齿带轮粉末冶金模设计 闰 闵 青岛工学院， 山东 胶州 2 6 6 3 0 0 摘 要 根据正时齿带 轮的结构特 点， 设计 了粉 末冶金工 艺的压模结构 ， 论述 了其 工作原理 。由于该齿带轮 具有中心孔、 内外台阶的特点， 故采用补偿法装粉、 浮动式压制、 顶出式脱坯并配以辅助气缸的模具设计。实 践证明， 该模具结构合理 ， 产 品质量可靠 ， 效 果 良好 。但 由于 阴模有 内台阶 ， 要求粉末有稳定的松装 比重 。 关键词 粉末冶金； 正时齿带轮； 压模设计 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 6 ． 6 5 4 3 ． 2 0 1 4 0 6 ． 0 0 6 3 0 2 Po wde r me t a l l ur g y di e d e s i g n f o r t i mi n g pu l l e y YAN M i n Q i n g d a o I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , J i a o z h o u 2 6 6 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e s t r u c t u r e f e a t u r e s o f t i m i n g p u l l e y , t h e p o wd e r me t a l l u r g y d i e s t r u c t u r e wa s d e s i g n e d a n d i t s wo r k i n g p r i n c i p l e wa s d i s c u s s e d ． Th e t i mi n g p u l l e y h a d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f c e n t e r h o l e ， i n s i d e a n d o u t s i d e s t e p s ， S O t h e c o mp e n s a t i o n m e t h o d wa s a d o p t e d f o r p o wd e r fi l l i n g ， a n d fl o a t i n g p r e s s i n g ， l i fl o u t d e mo u l d i n g wi t h a s s i s t a n t c y l i n d e r we r e a l s o e mp l o y e d ． T h e p r a c t i c e h a d p r o v e d t h a t t h e d i e s t r u c x e i s r e a s o n a b l e ， p r o d u c t q ua l i t y i s r e l i a b l e a n d e ffe c t i s g o o d ． Be c a u s e t h e r e a r e i n n e r s t e p s wi t h i n t h e f e ma l e d i e ， i t r e q u i r e s s t a b l e l o o s e d e n s i t y for t he po wd e r ． Ke y wo r d s p o wd e r me t a l l u r g y ； t i mi n g p u l l e y ； d i e d e s i g n 粉末冶金工艺在诸多领域都有广泛 的应用， 特 别是在汽车工业上， 汽车制造业是粉末冶金工业 的 最大用户[ 1 1 。粉末冶金工艺是一种少、 无切削成形 工艺， 成本低 ， 材料利用率高， 可制备复杂形状的零 件， 并且可通过在铁粉中加入相应 的合金化元素使 产 品具有 自润滑性 、 耐磨性等性能口 。粉末冶金零 件具有良好的尺寸统一性和可重复性以及减振能 力 。此外 ， 粉末冶金相 比其他金属成形方法， 是一 种节能、 环保的生产工艺口 。 1 零件工艺性分析 某正时齿带轮是重要的汽车发动机零件 ， 其结 构如图 1 所示 。该零件具有中心孔 、 内外台阶， 形状 较为复杂 。如采用传统 的机械加工方法生产， 工艺 流程长 ， 浪费材料， 并且产品寿命不长 。采用粉末 冶金工艺生产该齿带轮， 可 以简化工艺流程、 节约 原料 、 降低成本， 并提高产品的质量稳定性。 西6 4 1 l H7 ● - l 一▲ 髓 _目 一 。。礤 c 0 J t 『 l 、l ∞ 1 1 ≯ 2 8 ～ 4 2 5 4 妒5 6h1 1 图1 齿带轮 2模具结构设计及其工作原理 由于该 齿带轮 具有 内外 台阶 ， 为获得均匀 密 度， 采用补偿法装粉和浮动 式压制设计 。图2为齿 带轮成形的模具图。内台阶面由下模冲 1 3 成形， 凹 槽 由下模冲 l 4成形 ， 外 台阶面 由阴模 3 和上模冲 1 作者简介 闰闵 1 9 7 8 一 ， 女， 讲师， 硕士， 主要从事模具设计的教学和研究。 收稿日期 2 0 1 4 ． 0 6 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉末冶金工业 第2 4 卷 成形， 齿 由阴模 3 和下模冲 1 5 成形 ， 下模冲 1 5 固定 不动 。 装粉时， 阴模 3 、 芯棒 2 上升至所需高度； 下模冲 l 3 在气缸活塞 5 的作用下上升， 当螺母 1 1 碰到压机 的机体时， 停止运动 如刚经过脱模阶段 ， 那么下模 冲 1 3已到预期位置， 无需再动 ； 下模冲 1 4由顶 杆 1 O 通过压机辅助缸及气缸顶杆 9的作用上升， 当螺 母 8 接触到螺母 1 1 时， 停止运动 ； 下模冲 1 3 、 下模冲 1 4上升的高度分别 由螺母 1 1 、 螺母 8 调节 。如 图2 左半部分所示。 成形 时， 上模冲 1 下降进入 阴模 ， 通 过压力传 递， 带动阴模浮动 ， 浮动量根据压坯外 台阶面要求， 由机床调节限定 ； 下模冲 1 3 所受压力大于气缸支持 力时， 其 向下浮动至活塞 5 下端部与气缸体接触 时 止 ； 下模冲 l 4 受压 向下浮动， 至垫块 4 接触气缸体 l 2时止； 芯棒也 向下浮动 。当各个零件达到预期的 位置时， 压坯成形 。如图2 右半部分所示 。 1 5 1 4 1 3 l l 1 O 9 l 2 3 4 1 ～上模冲 ； 2 一芯棒； 3 一阴模； 4 一垫块； 5 一活塞 ； 6 一拉 杆 ； 7 一连接块 ； 8 一螺母 ； 9 一气缸顶杆； 1 0 一顶杆； 1 1 一 螺母 ； 1 2 一气缸体； 1 3 一下模冲 1 4 一下模冲 1 5 一下模冲 。 图2 齿带轮成形模具图 脱模时， 上模冲回升； 气缸带动拉杆6 、 芯棒2 向 下运动 ， 使拉杆头部下端面与螺纹连接块 7 接触 ， 以 阻止下模冲 1 4 上升； 阴模 由连接压机下缸的拉杆向 下拉 ， 使其端面与下模冲 l 5 上端面齐平； 下模冲 1 3 通过气缸活塞5的作用上升， 将压坯顶出。 再进入装粉环节 ， 周而复始。 3模具设计要 点 由于轴向高低不 同， 所 以坯件的成 形采用 1 个 装料高是无法完成的， 组合模冲 的个数应按坯件不 等高 的截面数 分解成相应 的个数 】 ， 从而保证压缩 比、 填充系数和压缩速率相 一致 ， 所 以在 图2中， 下 模冲有 3 个 根据压缩 比和压坯高度， 计算出各个 台阶面的装粉高度 。 为了简化模具结构 ， 在压制过程 中让组合模冲 中的 1 个静止不动， 其余几个在压制过程 中主动或 被动浮动。通常， 坯件最大高度对应截面下的模冲 宜设计成静止 的 ， 所 以图2中的下模冲 1 5 设计为 固定不动， 而下模冲 1 3 、 1 4 浮动， 以便于简化设计 。 由于此零件的凸缘较 小， 故采用 带台阶的阴模 成形。但 是， 由于 阴模带 内台阶面 ， 装粉高度不能 调节 ， 故要求粉末有较 为稳定的松装 比重 。 脱模时， 阴模下行至其端面与下模冲 1 5 上端面 齐平 ， 设计时其下行不得跟下模冲 l 5 干涉 。 拉杆 6 凸缘距连接块 7的最小高度应保证脱模 之初芯棒 2 与下模冲 1 3 上端面齐平。 4 效果分析 经该模具压制出的齿带轮通过烧结、 精整、 热处 理后 ， 齿轮精度可达5 级， 齿表面粗糙度达 R a 3 ． 2， 零 件密度 为 6 ． 9 ～ 7 ． 1 g ／ c m ， 硬度不低 于 3 3 HR C， 齿轮 抗 拉强 度不 低于 6 4 0 MP a ， 齿 根抗 弯 强度 不低 于 6 8 0 MP a ， 冲击韧度不低于 1 7 J ／ c n 1 2 ， 力学性能较好 。 5 结论 采用补偿法装粉 、 浮动式压制 、 顶 出式脱模 并 配 以辅助气缸的模具设计 ， 能在一般性能的粉末成 形机上压制形状复杂的压坯。实践证明， 该模具结 构合理， 产品质量可靠 ， 效果 良好。 参考文献 [1】 韩凤麟 ． 粉末冶金零件模 具设计[ M] ． 北京 电子工业 出版社． 2 0 0 7 ． [ 2] 吴 向红， 王广 春， 李辉平． 中间齿轮粉末冶 金压制工艺及模具 设计[ J 】 ． 模具工业 ， 2 0 0 1 6 4 9 5 0 ． 【 3】 韩风麟， 粉末冶金机械零件[ M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 7 ． 【 4] 熊春林， 汤 中华， 李松 林． 粉体材料成 形设备与模 具设计【 M】 ． 北京 化学工业出版 社． 2 0 0 6 ． [5] 杨宏亮． 补偿装料法粉末 冶金模设计[ J ] ． 模具制造， 2 0 0 4 1 2 4 0 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m