同步带轮粉末冶金成形模具设计论文

1同步带轮结构特点及成形模具设计原理

1.1同步带轮结构特点

1）内部有3个均匀分布的弧形凹槽和3个定位孔；

2）形位精度要求较高，内孔的同轴度公差为0.05mm，齿形跳动度为0.1，中心孔的垂直度为0.03。综上分析，如果选择常规方法加工同步带轮，其形状以及内部微小尺寸控制难度大；如果采用粉末冶金法进行成形，零件的凹槽、定位孔及尺寸精度均可通过模具成形来保证。

1.2成形模具设计原理

粉末冶金成形工艺是由粉末冶金零件压机和粉末冶金模具通过对所需粉末进行装料、加压、脱模等主要工步来完成，并使金属粉末密实成具有一定尺寸、形状、孔隙度和强度坯块的过程。该同步带轮应采用不等高零件成形模具设计原理。

1.3成形速度相等原理

根据不等高零件成形运动规律，在不等高零件成形过程中，必须满足成形前、后粉末质量守恒定律，才能使不同高度区域密度近乎相等，在粉末成形时，零件的不同高度区都在同一时间进行粉末压缩和成形，并且各部分所用成形速率相等，所遵循的原理即为成形速率相等原理。由此可知，在压制不等高零件时，要使不同高度的各个区域遵循成形速率相等原理，从而保证零件不同高度区的平均密度相等。

2同步带轮粉末冶金模具的设计

1）齿形成形通过控制材料的流动方向，成形出理想的形状尺寸，是同步带轮成形模具中最关键的环节。由于成形过程中单位压力增大，载荷集中，因此要求模具工作部位刚性好。另外还应设置过载保护，防止毛坯的超差、材料不均匀等导致的过载。

2）同步带轮属于轴类零件，在成形过程中轴向密度差较大，因此模具应采用芯棒成形结构，以保证同步带轮轴向密度分布均匀。

3）该同步带轮有3个定位孔，应采用芯棒成形结构成形定位孔，可以延长模具使用寿命，提高装配精度。该同步带轮采用德国DORST压机进行压制，铁粉的松装密度约为3.2g/cm3，零件的毛坯密度不得小于6.6g/cm3，为了节约成本，模具配件采用已有的五档同步器齿毂模具配件，例如，垫板、压盖等。由此可知，该同步带轮成形模具的设计主要包括中模、上模冲（2个）、下模冲（3个）、芯棒（2个）的设计。

2.1成形中模的设计

中模主要用于同步带轮的齿形成形，因此采用变模数设计法提高齿形精度。材料选用45号钢，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当热处理后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，中模内径尺寸公差为±0.005mm。影响中模几何尺寸的工艺主要是成形和烧结，因此成形中模设计过程中必须考虑成形回弹率δ和烧结收缩率这2个工艺参数。另外，粉末冶金工艺中的烧结收缩率及成形回弹率在径向和轴向甚至各不相同的截面位置都是各不相同的。一般情况下，收缩率和成形回弹率在轴向的值往往大于在径向的。模具的配合间隙仅在径向得到体现，方法是按制件外径或内孔的相应成形件为基准制造，与之相邻的配合件取配合间隙后，按双向公差加工制造。

2.2上模冲和下模冲的设计

根据同步带轮的结构和成形特点，上模冲主要针对产品上表面形状及轴向尺寸设计，上模冲与中模内腔上半部配合，上模冲设计为上外冲和上内冲。同步带轮内部结构主要由下模冲成形而成，内部有弧形凹槽，深度为3.1mm，圆弧半径为17.28mm，设计模具时应保证凹槽的形状及尺寸。下模冲外形与中模内腔下部配合，下模冲设计为下一冲、下二冲和下三冲，更有利于产品成形和提高产品质量。

3结论

1）在发动机同步带轮粉末冶金成形模具设计中，采用了2个成形芯棒和中模变模数设计法，有效地提高了模具装配精度、齿形精度和使用寿命。

2）根据成形模具设计图纸和模具配合原理，将加工制造的模具进行装机实验并且试生产同步带轮的成形品，经过烧结等工艺，将制造的样品经过装机实验，达到了客户在精度、性能等方面的技术指标，成功开发了某发动机同步带轮成形模具，材料利用率高达98%。

3）同步带轮粉末冶金成形模具在生产中有较高的实用价值，其设计思想与开发过程对同类产品开发具有一定的借鉴意义。

作者:徐永刚王吉忠杨振单位:青岛理工大学