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1引言

隨著粉末冶金材料及其制品的應用領域不斷擴大，粉末冶金新材料、新技術、新工藝、新裝備的不斷涌現，粉末冶金制造工程在社會經濟發展中有著不可取代的地位。粉末冶金凸輪軸正時齒輪工藝優勢在于能生產最終形狀零件，具有高效率、高精度；同時具備節材、省能的顯著特點，只要少量切削加工，相比于鋼件，大大減低生產成本。同時，隨著汽車工業的快速發展，凸輪軸正時齒輪的形狀也越來越復雜，輕量化，同時精度要求越來越高。粉末冶金凸輪軸正時齒輪的形狀和精度的保證，最主要的就是壓制模具的形狀和精度；生產過程的順暢，取決于壓制模具設計的合理性和生產工藝安排。

2工藝分析

2.1制件要求圖1所示為粉末冶金凸輪軸正時齒輪簡圖，制件三維模型如圖2所示。此制件為混合動力自動變速箱凸輪軸正時齒輪；采用粉末冶金SMF4025M原材料，成品密度6.6g/cm3，表面硬度在HV1070以上；外齒圓度在0.04mm以內；ϕ36mm內孔與ϕ120mm外徑同軸度0.1mm以內。2.2工藝分析凸輪軸正時齒輪外齒壁厚較薄，且外齒形狀不能進行機械加工，需要一次性壓制成形；制件深臺處深度較深，為直臺，根據以往經驗，壓制制件脫模時，在外齒表面易形成表層裂紋，影響制件外觀質量，如做成有3°~5°錐度深臺，在模具上做單邊3°~5°脫模錐度，使壓制后制件易于脫模，同時不影響制件質量與使用，與客戶溝通協商后，同意在外齒內徑處增加單邊5°錐度；制件外齒圓度要求在0.04mm以內，外齒直徑較大，中間部位為4個異形孔，根據以往經驗，燒結后變形較大，不能滿足制件要求，需要增加精整工序；內孔直徑ϕ36+0.050mm公差較小，與外徑還有同軸度0.1mm要求，用壓制模具保證較困難，采用后序以外齒定位，車削內孔方式滿足制件要求。凸輪軸正時齒輪生產工藝路線擬定為：混料➝壓制➝燒結➝精整➝精車內孔➝去毛刺➝蒸汽處理➝檢驗➝防銹處理➝包裝。2.3粉末壓機選用和模架選用先用creo三維軟件建模，精確查詢凸輪軸正時齒輪的壓制投影面積為52cm2，壓制毛坯質量為330g。根據壓制力公式P＝pS（p為單位壓力；S為壓制投影面積）計算，壓制齒轂制件需要285t壓力；根據制件形狀結構，應采用上二下三模具壓制，深臺面為下面；結合我司現有粉末自動成形壓機，選取450t上三下三模架粉末油壓機。

3模具設計分析

（1）在設計模具時要充分發揮粉末冶金少切削或無切削的工藝特點保證壓坯質量；壓制模具應便于操作和調整，應具有足夠的強度、剛度、硬度和耐磨性，保證安全可靠和較長的使用壽命。凸輪軸正時齒輪模具設計的工藝參數包括SMF4025M材料的松裝密度、壓坯的回彈率、燒結收縮率、精整余量和回彈量，在設計壓制模具時必須應充分考濾。（2）凸輪軸正時齒輪在原壓制制件時，出現外齒外部有表層裂紋，這是因為在壓制制件脫模過程中，壓制下二沖無脫模錐度，脫模行程較長，壓制制件在脫出凹模時受力較大，形成表層裂紋。現在如果在下二沖外圓成形面上，做單邊5°脫模錐度，使壓制下二沖在脫模時，稍微動一點距離，立即與制件外齒內徑脫離，減小脫模行程，預期會解決制件脫模時表層裂紋問題。（3）凸輪軸正時齒輪制件中間有4個大的異形孔，如果單獨做成4個沖，會使壓制模具復雜化，同時制造模具的成本也會大大增加。如果做在壓制下二沖上，在其上部形成4個異形凸起，這樣模具大大簡化，同時模具強度也完全可以滿足要求。為了4個異形孔處脫模方便，在四異形凸起上做單邊1°脫模錐度，使制件在筋板處脫模順利，減小脫模力。（4）凸輪軸正時齒輪制件直徑較大，壓制下二沖模具和壓制上二模具長度較長，有280mm長，制造模具時模具料使用很多，模具制造周期長，成本大。如果壓制下二沖模具和壓制上二模具做成分體模具，不參加成形部份做成模具座，這樣模具制作成本會大幅度下降，同時模具制造周期也會縮短。

4壓制模具設計

（1）壓制凹模是用于裝料的型腔，其它模具零件必須依賴壓制凹模配合和導向，是壓坯獲得需要外形及其尺寸精度的根本保證。必須有較高的使用性能、形狀、尺寸精度和形位公差。壓制凹模采用雙層組合結構；沿脫模方向設計有錐度2°，長3mm的脫模錐度；凹模口有R0.5mm的圓滑過渡，保證壓制制件順利脫模，不產生脫模裂紋。凸輪軸正時齒輪壓制凹模，選用YG15硬質合金材料，YG15具有耐磨性好、抗疲勞性強，適用于大批量生產，壓制凹模如圖3所示。（2）芯棒是成形壓坯內形的模具零件，使用時，受粉末反復磨擦，與模沖配合。芯棒是壓坯內孔形狀及尺寸精度的根本保證。壓制芯棒扁與圓相交處制件圖中未標倒角，但凸輪軸正時齒輪壓制時，尖角磨損嚴重，不能批量生產，必須增加一個小的R角，與客戶溝通，可以增加R0.5mm，不影響制件使用。壓制芯棒材料選用SLD，熱處理硬度58~60HRC，在保證耐磨性、硬度的同時，具有一定韌性。圖3壓制凹模（3）下一沖、下二沖、下三沖、上一沖、上二沖是成形壓坯端面，并把壓制力傳遞給壓坯的模具零件。凸模承受載荷大，同時其端面受粉末摩擦，與各沖相配合，實現成形過程的各種動作要求。凸模要求有好的耐磨性，一定的韌性，同時結構上還應便于制造和維修。模具形狀按模具設計分析方法制造。模具材料選板DC53材質，熱處理硬度為56~58HRC。上、下二沖凸模如圖4、圖5、圖6所示。根據以上工藝分析、模具設計分析，設計出粉末冶金凸輪軸正時齒輪模具，如圖7所示。

5生產試制

本副模具經過批量的生產驗證，完全達到了設計時的預期。壓制毛坯沒有出現外齒表面裂紋，壓坯密度達到圖紙要求，壓坯制件順利脫模，壓坯尺寸和形狀精度完全合格，如圖8所示。模具的使用壽命也達到了預期的時間。

6結束語

本文通過對粉末冶金凸輪軸正時齒輪的生產工藝過程的分析，從模具的選材、模具結構和以往經驗等方面，對凸輪軸正時齒輪壓制模具進行優化設計，使模具具有較高使用壽命；同時，生產出來的凸輪軸正時齒輪完全達到了制件圖要求。隨著汽車工業的快速發展，粉末冶金制件設計越來越復雜，各種形狀都可能遇到，希望本文對其他的粉末技術人員有具有一定的參考價值。

參考文獻

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作者:谷文金 孫立臣 單位:遼寧省興城市粉末冶金有限公司