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粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

日期: 2019-11-12
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粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

谷文金      孙立臣

辽宁省兴城市粉末冶金有限公司 (辽宁兴城 125100)


摘要:随着我国的汽车制造业的飞速发展,对汽车变速箱要求也越来越高。同步器齿毂是汽车变速箱内的重要零件,如何生产出高精度、高质量的粉末冶金同步器齿毂是一个非常重要的课题。本文通过对具有代表性的粉末冶金齿毂的开模分析与模具设计,生产工艺过程的分析,从如何开模、模具的选材、模具结构、模具间隙、模具尺寸等方面,对粉末冶金齿毂压制模具进行优化设计,使模具具有高使用寿命;同时,生产出来的齿毂具有高精度、高质量。

关键词:粉末冶金、开模分析、模具设计、模具修形、模具结构


Powder metallurgy gear hub open mode analysis and die design


Abstractwith the rapid development of auto industry of our country, has higher requirement for car transmission. Synchronizer gear hub is one of the important parts, auto transmission how to produce high precision, high quality of the powder metallurgy synchronizer gear hub is a very important topic.This article through to the typical powder metallurgy gear hub of open mode analysis and die design, the analysis of the production process, from how to open mold, mold material selection, die structure, die clearance, die size, etc., optimize the powder metallurgy gear hub pressing mould design, mould with high service life;At the same time, to produce tooth hub with high precision, high quality.

Keywords: powder metallurgy, mould analysis, mold design, mold modification, the die structure




1

引言


汽车同步器齿毂是汽车变速器中的重要装置,其作用是汽车行驶过程中换档变速时,避免齿间的冲击,从而提升换档的舒适性和可操作性,降低噪音,避免由于换档冲击而产生的打齿现象。粉末冶金同步器齿毂工艺优势在于能生产最终形状零件,具有高效率、高精度;同时具备节材、省能的显著特点,只要少量切削加工,大大减低生产成本。同时,随着汽车工业的快速发展,同步器齿毂的形状也越来越复要,精度要求越来越高。粉末冶金同步器齿毂的形状和精度的保证,最主要的就是压制模具的使用寿命和精度;生产过程的顺利,取决于压制模具设计的合理性和生产工艺的可执行性。



2

工艺分析


1) 如图1所示为粉末冶金同步器齿毂产品简图,此产品为新能源混合动力自动变速箱同步器齿毂,替代进口;

采用粉末冶金D39原材料,压制密度7.0g/cm3以上,烧结后硬度在HV300以上;外齿齿向公差Fβ0.026;齿形公差Ff0.028;齿距累积公差FP0.062,精度要求高。

粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

产品图            图1


2) 根据产品的齿形精度、形状和技术性能分析,齿毂开模需要外花键处一个模冲;低台阶处一个模冲;低台处6孔可以分成一个冲;芯部台阶分成一个冲;考滤到低台阶处冲上可以做成上部带6凸台,模具结构比单分出6孔处的冲要简单很多,同时便于模具制造,确定将低台处冲与6孔处冲合并,做成一个冲。确定生产工艺流程为压制、烧结、精整、机械加工、高频淬火、清洗、包装。


3) 粉末压机选用和模架选用:先用ug三维软件建模,查询齿毂的压制投影面积为105cm2,压制毛坯质量为690g。根据经验计算,压制齿毂产品需要580T压力;根据产品形状结构和以上分析,预采用上三、下三模具压制;选取800T上三、下四模架粉末油压机。


3

模具设计分析


1) 粉末冶金齿毂模具设计的工艺参数包括D39材料的松装密度、压坯的回弹率、烧结收缩率、精整余量和回弹量。同步器齿模设计难点是成品齿形精度和尺寸要求高,尺寸公差一般在0.08以内,D39材料的松装密度、压坯的回弹率、烧结收缩率、精整余量和回弹量等都会直接影响到压制模具设计的准确性。


2) 根据长期的生产经验,产品图(图2)中的三处异形键槽,在烧结后键宽会向内收缩(键槽处变形方向),预计17.6处收缩量为0.05;芯部高频淬火后,也会引起键槽处收缩,预计收缩量为0.03。同时,外齿齿形也会向键槽方向变形,变形严重,如果不在压制模具中加以修正,会引起同步器齿毂外齿精度严重超差,不能与相应的同步器齿套配合,必须加以修正。压制模具图分析(图3),修正方式为在压制阴模上(外齿齿形),键槽侧的第一个齿,靠近键槽侧面的渐开线减薄0.07,第一齿另一侧增加0.06,三键槽两侧共6处,进行模具修形。(图3)小平面处因为与外齿部位距离近,如按正常分模,低台处冲将会在键槽小平面处裂开,无法正常使用,应将小平面处做在外齿部位模冲上。


粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

产品图分析  图2  


粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

压制模具图分析 图3


3) 在以前生产过程中,如(图3)中键槽形状,如按正常压制模具上三下三制作,压制阴模配合间隙0.02;在压制生产过程中,压制阴模键子处(17.8尺寸)开裂,压制阴模损坏。更改压制阴模与压制下二冲键槽处配合间隙,尺寸3.7处配合间隙改为0.05,其余不变。


4

模具材料选择


1) 常规压制阴模选择材质为硬质合金,耐磨性好,使用寿命长。图1所示产品,阴模键子处为异形键槽,易开裂,不能采用硬质合金材质。选用钢结硬质合金,与高合金模具钢相比,具有较高的弹性模量、耐磨性、抗压强度和抗弯强度;与硬质合金相比,具有较好的韧性和具有良好的自润滑性、较低的摩擦系数、优良的化学稳定性。


2) 芯棒直径较大,中间留出安装螺孔,同时受产品的挤压力作用,容易变形。芯棒材料采用硬质合金材质。


3) 上、下外冲外齿齿形复要,壁厚较薄,应选用弹性好的冷作模具钢,选用材料SLD,热处理硬度56-58HRC.


4) 上、下二冲因为有异形键槽与阴模配合,同时下二冲上有6个异形凸台,上二冲上有6个异形孔,形状较复杂,主要考滤因素为不能在键槽处开裂和异形孔周边薄,应选用韧性较好的材料。选用材料为CALDIE,热处理硬度56-58HRC.


5) 上、下三冲形形状没有特殊,选用材料为SLD,热处理硬度56-58HRC.


5

压制模具设计


根据以上工艺分析、模具设计分析、模具材料选择,制作出粉末冶金同步器齿毂模具。压制阴模具体修正部位见图4。

粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

压制阴模示意图   图4


粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

粉末冶金同步器齿毂  图5


6 批量生产出的产品见图5。经过使用同步器齿毂压制模具进行产品生产,生产出来的产品,经过齿轮检测中心检测,外齿齿向公差、齿形公差、齿距累积公差、同轴度等技术指标,均达到了产品图的要求;模具的使用寿命也达到了预期的时间。


结束语


本文通过对粉末冶金齿毂开模分析与模具设计,从模具的选材、模具结构、模具间隙、模具尺寸和以往经验等方面,对同步器齿毂压制模具进行优化设计,使模具具有较高使用寿命;同时,生产出来的同步器齿毂完全达到了产品图要求。随着汽车工业的快速发展,同步器齿毂产品设计越来越复杂,各种类型的同步器齿毂都可能遇到,希望本文对其他的粉末技术人员有具有一定的参考价值。


参考文献

1  韩凤麟、马福康、曹勇家  粉末冶金技术手册  北京  化学工业出版社  2007

2  韩凤麟、中国模具工程大典第6卷  粉末冶金零件模具设计 北京  电子工业出版社  2009

3  张华诚  粉末冶金实用工艺学   北京 冶金工业出版社 2004

4  印红羽、张华诚  粉末冶金模具设计手册   北京  机械工业出版社 2002

5  周作平、申小平  粉末冶金机械零件实用技术  北京  化学工业出版社  2006


粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

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