符乃科，李志紅，陸冠華

廣東省工業(yè)技術研究院（廣州有色金屬研究院）粉末冶金研究所，廣東 廣州 510650

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術的不斷進步，粉末冶金結構零件在各行各業(yè)獲得越來越多的應用，同時市場對結構零件性能的要求也越來越高、形狀越來越復雜.可是形狀復雜的多臺階結構件的生產(chǎn)離不開高性能的成形設備或整形設備，這就給目前還沒有類似設備的中小型企業(yè)對此類產(chǎn)品的開發(fā)帶來了一定困難.然而，只要合理分析產(chǎn)品結構，正確設計模具和輔助結構，同樣可以開發(fā)并生產(chǎn)多臺階復雜的粉末冶金結構件［1］.

盲孔軸套類零件作為常見的一種機械零件，它的應用范圍越來越廣.由于其功用不同，零件的結構和尺寸差別很大，工藝差別也很大，尤其是帶臺階盲孔的軸套零件與普通的軸套零件在模具設計和工藝方法上有較大的區(qū)別.本文所介紹的是以沖床作為生產(chǎn)設備，通過對產(chǎn)品結構進行分析，優(yōu)化模具結構和工藝設計，解決了用沖床無法生產(chǎn)帶法蘭盲孔軸套零件的問題，且所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸可控、生產(chǎn)效率高、成本低.

1 零件的結構特點

圖1為一帶法蘭盲孔軸套的剖視圖.該零件有一外徑為Φ15×1.80的臺階法蘭和一個直徑為Φ8.00×6.5的盲孔.如果采用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝，直接作上、下沖頭來壓制成型，在壓制過程中會遇到很大麻煩.由于粉末無法實現(xiàn)位移，導致壓制密度不均勻，甚至無法成型或模具損壞，從而無法滿足生產(chǎn)需要.

2 工藝分析

在粉末冶金產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過上、下一對或多對模沖，在一定的速度和壓力下將金屬粉末壓制成壓坯.其中在多臺階零件的壓制過程中，通過控制各臺階處多個模沖的壓制速度，使壓制速度比與各臺階高度比相等，可實現(xiàn)各區(qū)域壓制密度的均勻性［2］.

因為所生產(chǎn)的零件是帶外法蘭臺階的盲孔結構，所以不宜采用簡單的上、下沖模具.為了提高生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的穩(wěn)定性，用下沖和芯棒作為分體，利用芯棒加彈簧來實現(xiàn)壓制過程中粉末的位移，從而實現(xiàn)壓坯密度的均勻性和尺寸的穩(wěn)定性.

2.1 模具的結構特點

異形結構件的模具設計、壓制與脫模是比較復雜的.生產(chǎn)粉末冶金制品的關鍵是制品的密度分布、橫截面變化處是否有裂紋以及如何順利脫模等.一般帶臺階的制品應按各臺階分別設計模沖，當相鄰臺階的高度差不超過壓坯較高臺階高度的25%時，采用整體模沖來壓制，也可保證壓坯密度的分布均勻.否則就必須設計成組合模沖，以保證各橫截面上的粉末填裝系數(shù)和壓縮比相同或相近［3］.圖2為模具的陰模、上沖、下沖、芯棒和芯棒座.陰模為帶內(nèi)臺階（Φ15.0）和小模腔（Φ12.50）的聯(lián)體結構，上沖為帶凸臺（Φ8.00）結構，下沖和芯棒（Φ8.00）均為獨立結構；陰模臺階用于法蘭的成型，芯棒通過彈簧，調(diào)節(jié)盲孔處的粉末量和成型.

圖2 軸套的模具結構Fig.2 Structure of sleeve mold

2.2 壓制過程的工作原理

在粉末的壓制過程中粉末的流動方式，除了與粉末的流動性、裝粉方法及粉末與模壁間的摩擦等因素有關外，還取決于上、下模沖設計和壓坯橫截面的形狀.在粉末壓制的不同階段，粉末的流動方式是不同的，并直接影響壓坯的密度分布［3］.

圖3為生產(chǎn)軸套過程中的裝粉狀態(tài)和壓制狀態(tài).裝粉時，模具處于自然態(tài)，芯棒通過芯棒座固定在下模板上，在彈簧的支撐下，高出下沖，可調(diào)節(jié)粉末松裝量，確保在壓制過程中各階段有相同的粉末壓縮量.壓制時，上沖凸臺（Φ8.00）進入陰模，在壓力的作用下，芯棒和粉末向下移動；當上沖整體進入陰模時，在粉末與模壁間的摩擦力以及粉末間摩擦力的作用下，陰模整體向下運動，形成雙向壓制，粉末受壓力的作用而形成所需的坯件；這時上沖停止向下運動，而向上運動，陰模和芯棒在彈簧力的作用下也向上運動，下沖在頂出力的作用下也向上運動，最后將坯件頂出.同時，送粉斗向前運動，將坯件推出，整個模具恢復到原來的裝粉狀態(tài)，完成一個循環(huán).每次壓制完成后，又進入下一循環(huán).

圖3 軸套的生產(chǎn)過程Fig.3 Sleeve production process

2.3 芯棒尺寸的確定

壓坯密度分布的均勻性主要取決于裝粉高度.因此，在裝粉時要保證各橫截面的粉末裝填系數(shù)相同或相近（粉末裝填系數(shù)：裝粉高度與該橫截面上的壓坯高度的比例系數(shù)即K＝H粉／h壓＝d壓／d粉）.當壓坯各橫截面上的粉末受壓縮的先后或程度不同時，先受壓縮或受壓縮程度大的橫截面上的粉末填裝系數(shù)應大一點［3］.

根據(jù)該零件的工藝特點和尺寸要求確定芯棒尺寸，芯棒尺寸的長短將直接影響產(chǎn)品盲孔處的成型質(zhì)量和模具的使用壽命.芯棒過長，裝粉量太少，無法成型盲孔；芯棒太短，裝粉量過多，在壓坯橫截面變化的分界處，粉末可能對相鄰截面產(chǎn)生很大壓力而形成滑動面，導致產(chǎn)生裂紋、芯棒被壓彎，甚至整個模具被夾死而損壞.為了確保裝粉量和壓縮量一致，芯棒高出下沖的長度取決于產(chǎn)品的高度和整體的裝粉高度，一般粉末冶金類軸套的裝粉量為產(chǎn)品高度的1.8～2.2倍，而芯棒高出下沖的尺寸一般為裝粉量的1／3左右，具體情況要根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求和尺寸精度來確定，合理地設計芯棒尺寸對壓制成型至關重要.

3 結 論

用沖床生產(chǎn)帶法蘭盲孔軸套類零件時，通過對產(chǎn)品結構進行分析，將下模沖和芯棒設計為獨立結構，并采用彈簧浮動芯棒控制粉末位移，是一種行之有效的工藝措施，可實現(xiàn)帶法蘭盲孔類軸套的批量化生產(chǎn).

［1］郭正軍，龐國輝，裴學宏.粉末冶金多臺階結構件的制造［J］.汽車科技，2005，5（3）：49－51.

［2］吳成義，張麗英.粉體成形力學原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003：1－156.

［3］孫立江.帶臺階及帶凸（凹）槽制品的設計［J］.硬質(zhì)合金，2003，6（3）：98－99.