粉末冶金齿毂模具裂纹分析与解决错施

分类：冶金论文发表 时间：2018-09-18 09:33 关注：(1)

　　孙立臣，谷文金辽宁省兴城市粉末冶金有限公司(辽宁兴城125100)

　　【摘要】对粉末冶金压制凹模键子处裂纹的原因查找，两方面进行分析，一是从压制凹模本身的模具材料、热处理、金相组织进行分析;二是从粉末冶金齿毂模的结构分析，压制模具设计结构的合理性进行分析。通过详细数据对比找出压制凹模键子开裂的真实原因，并加以改正，使压制模具寿命提高，生产顺利进行，同时降低模具的使用成本。

　　关键词：粉末冶金;压制凹模;模具寿命;裂纹;金相组织

　　中图分类号：TG659文献标识码：B

　　DOI:10.13596/j.cnki.44-1542/th.2018.0151

　　【Abstract】Inthispaper,thepowdermetallurgysuppressingthecausesofcracksinthekeysonplacetofind,analyzetwoaspects,oneisfromthecrushingmatrixitselfdiematerial,heattreatment,microstructureanalysis,fromthepowdermetallurgygearhubdiestructureanalysis,therationalityofthediedesignstructureisanalyzed.Throughdetaileddatacomparisonfindthetruecauseofthecrushingmatrixkeysoncraze,andcorrectthem,makethepressingdielifeimprove,productionproceedsmoothly,atthesametimereducethediecost.Keywords:powdermetallurgy;crushingmatrix;dielife;crack;microstructure

　　引言

　　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，如何生产高质量、低成本的粉末冶金同步器齿毂，就成为一个非常重要的课题。本文通过对具有代表性的，粉末冶金齿毂的压制凹模键子处裂纹分析，查找影响压制凹模寿命的真正原因，并且找出适合的解决错施，提高模具抗变形能力，使压制凹模使用寿命大大提高，降低生产粉末冶金同步器齿毂的模具成本，使生产过程更加顺利。

　　粉末冶金同步器齿毂产品简图及要求图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。压制凹模裂纹分析(单件模具分析)压制凹模损坏如图2所示，压制凹模材料XW-42，是粉末冶金模具专用钢，热处理至60~62HRC硬度。热处理工艺如下：1,025℃真空淬火，保温90min，风扇转速：3,000转/min，气体压力：5bar，500℃第一次回火，保温200min，500℃第二次回火，保温210min。

　　图2损坏的压制凹模

　　(1)硬度检验。

　　模具的基体硬度为：60.2HRC、60.3HRC、60.1HRC。

　　(2)化学成分。用直读光谱仪对材料进行化学成分检测(见表1)，结果符合XW-42的成分范围。表1模具材料成分检测结果(%)

　　(3)金相组织检验。模具的基体组织为回火马氏体+共晶碳化物+颗粒状碳化物如图3所示，组织正常。图3样品基体金相组织照片(×500)

　　(4)分析。观察模具断口，发现裂纹起始于R角处，模具表面加工粗糙，容易形成应力集中，如图4所示。对裂纹源位置的横截面进行金相观察，断口附近金相组织未见异常，如图5、图6所示。

　　结论：送检模具样品硬度为：60.2HRC;送检模具样品化学成分符合XW-42材料成分范围;送检模具样品基体组织为回火马氏体+共晶碳化物+颗粒状碳化物，组织正常。

　　图4送检样品断口形貌图5送检样品金相组织照片(×100)

　　4压制凹模裂纹分析(整体模具设计分析)粉末冶金齿毂产品(见图7)，正常模具设计为上三下三结构，中间芯棒。图8为压制下二冲俯视图，图

　　9为压制下三冲俯视图。压制下二冲壁薄处只有0.8mm，容易在压制受力时裂开，键槽两侧变形不均，对压制凹模键子两侧磨损不一致，受力不匀，产生如图4所示裂纹。压制下二冲底座结构如图10所示，底座下部较小，易在装模过程中，垂直度超差。图7粉末冶金齿毂

　　5压制凹模裂纹的解决措施

　　从以上分析得出结论，压制凹模本身的材质选择和热处理没有问题，主要是原整体模具设计时，压制下二冲结构设计不合理，产生对压制凹模键子的伤害，导致压制凹模键子损坏。因此，必须改变原有模具结构，才能使压制凹模使用寿命增加。

　　(1)改变压制上、下二冲底座结构如图11所示，这样，增大模具底座与承压垫块的接触面积，使压制上、下二冲在装模时不易倾斜，保证垂直度。减小在使用过程中对压制凹模键子的磨擦。

　　(2)改变整体模具的结构，使压制上、下二冲直接开口，减小模具在使用过程中，因模具开裂，带来的不确定性因素，如图12所示。

　　(3)改变压制上、下三冲结构，如图13所示，让压制凹模键子在压制上、下三冲的键槽内滑动，防止因压制下二冲变形，受力损坏。图12二冲结构模具开裂图13改进后三冲结构

　　(4)改变整体模具的结构后，压制坯如图14所示。

　　(5)改变后的整体模具，在粉末冶金齿毂的压制生产中，压制凹模的键子没有损坏，键子的磨损程度也有所减轻。整体模具达到了预期的使用寿命，生产也得以顺利进行。

　　6结束语

　　本文通过对粉末冶金齿毂压制凹模键子裂纹的分析，从压制凹模本身和整体模具设计两个方面进行讨论，单一模具损坏，有可能是其他模具引起。在分析解决问题时，不能局限在单一模具上面，应根具具体情况，结合以往经验，综合考虑。本文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。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[M].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[M].北京：电子工业出版社，2009.

　　[3]张华诚.粉末冶金实用工艺学[M].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[M].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[M].北京：化学工业出版社，2006.

　　[6]申小平.粉末冶金制造工程[M].北京：国防工业出版社，2015.