同步帶輪粉末冶金成形模具設計論文

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1同步帶輪結構特點及成形模具設計原理

1.1同步帶輪結構特點

1）內部有3個均勻分布的弧形凹槽和3個定位孔；

2）形位精度要求較高，內孔的同軸度公差為0.05mm，齒形跳動度為0.1，中心孔的垂直度為0.03。綜上分析，如果選擇常規方法加工同步帶輪，其形狀以及內部微小尺寸控制難度大；如果采用粉末冶金法進行成形，零件的凹槽、定位孔及尺寸精度均可通過模具成形來保證。

1.2成形模具設計原理

粉末冶金成形工藝是由粉末冶金零件壓機和粉末冶金模具通過對所需粉末進行裝料、加壓、脫模等主要工步來完成，并使金屬粉末密實成具有一定尺寸、形狀、孔隙度和強度坯塊的過程。該同步帶輪應采用不等高零件成形模具設計原理。

1.3成形速度相等原理

根據不等高零件成形運動規律，在不等高零件成形過程中，必須滿足成形前、后粉末質量守恒定律，才能使不同高度區域密度近乎相等，在粉末成形時，零件的不同高度區都在同一時間進行粉末壓縮和成形，并且各部分所用成形速率相等，所遵循的原理即為成形速率相等原理。由此可知，在壓制不等高零件時，要使不同高度的各個區域遵循成形速率相等原理，從而保證零件不同高度區的平均密度相等。

2同步帶輪粉末冶金模具的設計

1）齒形成形通過控制材料的流動方向，成形出理想的形狀尺寸，是同步帶輪成形模具中最關鍵的環節。由于成形過程中單位壓力增大，載荷集中，因此要求模具工作部位剛性好。另外還應設置過載保護，防止毛坯的超差、材料不均勻等導致的過載。

2）同步帶輪屬于軸類零件，在成形過程中軸向密度差較大，因此模具應采用芯棒成形結構，以保證同步帶輪軸向密度分布均勻。

3）該同步帶輪有3個定位孔，應采用芯棒成形結構成形定位孔，可以延長模具使用壽命，提高裝配精度。該同步帶輪采用德國DORST壓機進行壓制，鐵粉的松裝密度約為3.2g/cm3，零件的毛坯密度不得小于6.6g/cm3，為了節約成本，模具配件采用已有的五檔同步器齒轂模具配件，例如，墊板、壓蓋等。由此可知，該同步帶輪成形模具的設計主要包括中模、上模沖（2個）、下模沖（3個）、芯棒（2個）的設計。

2.1成形中模的設計

中模主要用于同步帶輪的齒形成形，因此采用變模數設計法提高齒形精度。材料選用45號鋼，具有較高的強度和較好的切削加工性，經適當熱處理后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性，中模內徑尺寸公差為±0.005mm。影響中模幾何尺寸的工藝主要是成形和燒結，因此成形中模設計過程中必須考慮成形回彈率δ和燒結收縮率這2個工藝參數。另外，粉末冶金工藝中的燒結收縮率及成形回彈率在徑向和軸向甚至各不相同的截面位置都是各不相同的。一般情況下，收縮率和成形回彈率在軸向的值往往大于在徑向的。模具的配合間隙僅在徑向得到體現，方法是按制件外徑或內孔的相應成形件為基準制造，與之相鄰的配合件取配合間隙后，按雙向公差加工制造。

2.2上模沖和下模沖的設計

根據同步帶輪的結構和成形特點，上模沖主要針對產品上表面形狀及軸向尺寸設計，上模沖與中模內腔上半部配合，上模沖設計為上外沖和上內沖。同步帶輪內部結構主要由下模沖成形而成，內部有弧形凹槽，深度為3.1mm，圓弧半徑為17.28mm，設計模具時應保證凹槽的形狀及尺寸。下模沖外形與中模內腔下部配合，下模沖設計為下一沖、下二沖和下三沖，更有利于產品成形和提高產品質量。

3結論

1）在發動機同步帶輪粉末冶金成形模具設計中，采用了2個成形芯棒和中模變模數設計法，有效地提高了模具裝配精度、齒形精度和使用壽命。

2）根據成形模具設計圖紙和模具配合原理，將加工制造的模具進行裝機實驗并且試生產同步帶輪的成形品，經過燒結等工藝，將制造的樣品經過裝機實驗，達到了客戶在精度、性能等方面的技術指標，成功開發了某發動機同步帶輪成形模具，材料利用率高達98%。

3）同步帶輪粉末冶金成形模具在生產中有較高的實用價值，其設計思想與開發過程對同類產品開發具有一定的借鑒意義。

作者:徐永剛王吉忠楊振單位:青島理工大學