摘 要：齒圈是應(yīng)用于新能源電動(dòng)汽車ABS系統(tǒng)中的重要零件。本文從工藝設(shè)計(jì)、成型方案設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)等多方面闡述了齒圈的試制過程。按工藝路線成功地試制出了基本符合要求的粉末冶金齒圈。

關(guān)鍵詞：粉末冶金 齒圈 模具設(shè)計(jì)及試制

齒圈是應(yīng)用于新能源電動(dòng)汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)中的重要零件，用于改善汽車的制動(dòng)性能從而提高車輛主動(dòng)安全性能。它是一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，安裝在輪轂上或輪軸上與車輪一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)齒圈與磁鐵的間隙也交替變換，磁感應(yīng)強(qiáng)度也變化， ABS系統(tǒng)通過采集的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號(hào)來達(dá)到點(diǎn)剎的目的。為什么采用粉末冶金工藝制造？齒圈存在壁薄、齒多、材質(zhì)軟等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工的方法制造，不僅存在加工變形，整體尺寸和齒形一致性都不易保證，且齒型加工為斷序切削，齒形表面光潔度差。采用粉末冶金工藝制造，可以實(shí)現(xiàn)一次成型內(nèi)孔及齒形，避免了齒形后期加工，減少了原料損耗，縮短成產(chǎn)周期，大大降低了生產(chǎn)成本。

一、齒圈的技術(shù)要求

圖一是產(chǎn)品簡圖，技術(shù)要求如下：

（1）材料FSY200.30，（2）表面防銹處理，（3）零件外表面清潔、無銹蝕、裂紋、毛刺等其他影響性能的缺陷。

二、工藝t90oYgkfvrslt9Y1QAhFpw==路線設(shè)計(jì)

粉末冶金基礎(chǔ)工藝流程為：配料-壓制-燒結(jié)，在此基礎(chǔ)上可根據(jù)零件的具體情況進(jìn)行工序的添加和調(diào)整。齒圈幾何形狀屬于薄壁圓環(huán)類，必然會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)變形。整形工藝可以校正零件的微小變形，對于變形量過大的零件，是無法通過整形工藝來校正的，必須由后續(xù)機(jī)械加工來保證。例如：根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)， 這一尺寸僅通過整形是無法保證其精度要求的，必須由后期機(jī)械加工來保證。綜合考慮各種因素，初步擬定試制流程為：配料-壓制-燒結(jié)-整形-機(jī)加工-表面處理。

三、成型方案及壓模設(shè)計(jì)

1.壓坯的設(shè)計(jì)：結(jié)合現(xiàn)有模架及產(chǎn)品幾何形狀設(shè)計(jì)壓坯，如圖二：

2.壓制設(shè)備的選擇：由形狀尺寸可知，S截=3184mm2 。理論壓制壓力F=P*S=500MPa*3184mm2=159tf。因此，選用最大壓制壓力為315Tf的壓機(jī)即可滿足使用情況。

3.模具設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)前期做了大量的材料收縮試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得，材料收縮系數(shù)為：內(nèi)孔-0.09、外圓-0.045（注：此收縮系數(shù)是指模具尺寸到燒結(jié)后毛坯的尺寸，即壓坯彈性后效量和燒結(jié)前后收縮量的代數(shù)和，+為外脹、-為內(nèi)縮）。結(jié)合收縮系數(shù)和成品尺寸，按照比例計(jì)算出模具成型部分的徑向尺寸，模具之間相互配合為間隙配合。模具安裝尺寸確定依據(jù)模架結(jié)構(gòu)計(jì)算得出。

4.成型方式設(shè)計(jì)：壓坯帶有一個(gè)臺(tái)階，采用上一下二結(jié)構(gòu)即可滿足壓制，見圖三：

四、試制過程

1.配料：原材料：采用鞍鋼水霧化鐵粉。成型劑：采用常用的-325目工業(yè)純硬脂酸鋅和工業(yè)用20#液壓機(jī)油?；炝显O(shè)備：采用型號(hào)為WZ-250/WZ-20的型混料機(jī)。原材料技術(shù)要求中已給出，無法調(diào)整，但成型劑的添加量對毛坯的成型還是有著非常大的影響。因此，在不改變原材料的情況下，試配三種配方 ，擇優(yōu)選擇。配方見表1

2.壓制。

2.1壓制：壓制參數(shù)不變的情況下，材料配方不同，毛坯尺寸不同，具體見表2

齒部由于其特殊的幾何形狀，對于粉末的流動(dòng)性格外敏感。通過尺寸對比發(fā)現(xiàn)：提高機(jī)油含量，齒部尺寸提高。粉末的潤滑性的提高，模具與粉末之間的摩擦力減小，從長遠(yuǎn)看提高了模具使用壽命，降低了成本。但同時(shí)也降低了粉末的流動(dòng)性，而粉末的流動(dòng)性會(huì)直接影響齒部的成型尺寸，配方二是最佳選擇。

2.2脫模。常用的脫模方式有兩種：一是普通脫模，即上沖回程后下拉陰模，另一種是保護(hù)脫模方式，即泄壓后首先下拉陰模，然后上沖回程。對于齒圈而言，其外圓側(cè)面積非常大，脫模力也隨之增大，經(jīng)實(shí)踐，上述兩種脫模方式均不能成功脫模，后多次試驗(yàn)及分析后，研究出了一種新的脫模方式：上沖回程后，先脫芯棒，再脫陰模從而將壓坯成功脫出。這種脫模方式是待壓坯所受側(cè)壓力壓力釋放后，陰模壁所受的摩擦力釋放后，再下拉陰模，成功的實(shí)現(xiàn)脫模，且減小了摩擦力對陰模的損傷。

2.3燒結(jié)工藝。采用460連續(xù)式網(wǎng)帶燒結(jié)爐，燒結(jié)溫度：1110℃ ，燒結(jié)氣氛：氨分解及氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛。

3.整形。毛坯為薄壁圓環(huán)，燒結(jié)變形量非常大，造成毛坯不圓度較大，不僅徑向尺寸無法滿足精度要求，同時(shí)還會(huì)影響后期機(jī)加工定位，因此，需在加工前對內(nèi)孔及外圓進(jìn)行整形處理，矯正變形量。表3為實(shí)際整形前后徑向尺寸變化情況。

4.機(jī)加工,平磨-粗車內(nèi)孔-精車內(nèi)孔。

4.1夾具：因齒圈為純鐵材料，切削加工性能較鋼材差。夾緊力過小易導(dǎo)致工件在加工時(shí)滑脫，夾緊力過大易造成工件變形。在裝卡時(shí)，需更換夾具，采用接觸面積大的三爪。

4.2車削參數(shù)：在車削過程中，需調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速及車削進(jìn)刀量以保證在車削過程中既不出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象又能保證光潔度要求。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在主軸轉(zhuǎn)速300r/min，進(jìn)刀量小于0.5mm的情況下，車削加工情況良好，能夠在滿足尺寸、光潔度要求的同時(shí)避免了粘刀現(xiàn)象的發(fā)生。

5.表面處理：要求工件表面進(jìn)行防銹處理，普通發(fā)藍(lán)處理后工件表面生成的是四氧化三鐵，而四氧化三鐵具有永磁性，不能滿足軟磁材料的要求。經(jīng)和客戶協(xié)商后確定，采用達(dá)克羅工藝，滿足鹽霧240小時(shí)，外觀良好無積液等。工序如下：拋丸-清洗-噴涂-烘干-封閉。

五、結(jié)語

1.合理的配方、合適的成型方式及脫模方式是壓坯成型的先決條件，對毛坯尺寸及模具使用壽命有著直接的影響,

2.轉(zhuǎn)速和切削量對齒圈的變形量和光潔度影響極大，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速切削量配合得當(dāng)，才能夠盡可能的減小變形，提高光潔度。

3.試制樣件交付并裝機(jī)運(yùn)行后，用戶反饋效果良好，對于首次試制而言，齒圈的研制是成功的。當(dāng)然試制過程中還存在一些問題，還需要我們在后期的工作中進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)來進(jìn)一步完善優(yōu)化。此次試制是我公司粉末冶金零件在新能源汽車上成功應(yīng)用的首例，為拓寬粉末冶金零件應(yīng)用領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。