粉末冶金齿毂开模分析与模具设计

2018-07-28 18:16 未知

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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.

  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。

  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。

  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。