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1 前言
粉末冶金飞块座部件是微型汽车发动机ＶＥ分配泵调速控制器中起传递扭矩作用的一个关键部件。在工作时,带
动飞块座中的四只飞块高速旋转,确保飞块在不同转速下张开不同角度,改变油量调节杆的位置,从而调节油量以控制
发动机速度,保证柴油发动机稳定在怠速转动时的最低转速,使发动机不熄火,限制柴油机的最高转速,防止飞车。从工
作状况来看,飞块座部件既要有高的力学性能,又要有高的尺寸、位置精度,才能确保油泵乃至整个发动机的正常工作。
其精度要求见图1。粉末冶金飞块座部件是由飞块座及飞块座齿轮两粉末冶金件经压力电阻凸焊[1]而成。其整个生产
流程有近二十道工序。这样一个工序多、形状复杂、精度要求高的高强度结构零件国内油泵厂家过去主要依赖于进
口,而我厂开发的该部件因精度低,一直制约批量生产。针对这种情况,本文研究了此部件的整个工艺过程,从主要影
响产品精度的几道工序着手,采取相关措施后,提高了精度,达到了零件的使用要求。
2 材质选用
2.1 合理选用铁粉原料及合金元素
针对该部件的使用情况及性能要求,选用Ｆｅ Ｃ Ｃｕ Ｎｉ Ｍｏ系高强度粉末冶金材质。对于原料铁粉,国内生
产厂家众多,由于每个铁粉生产厂家所用的原料及生产工序的差别,所生产的铁粉性能,成分各不相同,从而对粉末制品
的性能及精度影响很大,经过反复试验,选用了三家企业的铁粉(见表1),按一定的比例混合使用。通过适当调节Ｃ、Ｎｉ
的含量以精确[2]控制烧结零件的尺寸。根据我厂现有烧结设备,试验表明材料配方为1 0%Ｃ—2 0%Ｎｉ—1 0%Ｃｕ—0 3%Ｍｏ—其余Ｆｅ,其烧结零件的尺寸变化最小。
2 2 混料
压制用混合粉要均匀,减少偏析。过去过分注重粉末的充填性能,混料时仅是将各种配料秤好,倒入混料机混合即可,混料的偏析仅控制在0 1%～0 2%左右。解决偏析
和轻粉扬损问题,可降低烧结零件尺寸误差,能使产品精度提高两个ＩＴ等级[3]。为此加入了一定量有机溶液,并将其有机溶液及各种合金元素分别与少量铁粉预混,然
后再与基本原料铁粉分数层装入Ｖ型混料机中,按技术要求选用合适的混料工艺混料,偏析和轻粉扬损得到了控制,可使碳偏析控制在0 05%以下。
3 模具制造精度及安装调试
首先模具结构要设计合理。飞块座和飞块座齿轮均为多台阶复杂结构件。模具结构比较复杂,各个模冲应能顺利运行,以确保压坯的装粉、压制及脱模过程。图2为
飞块座齿轮新设计的模具图。
3 1 模具制造精度根据产品精度及模具正常工作要求,要求模具的精度为:固定上模冲(2,3)、阴模(5,6)、下模冲(7,8)的模板(1,9,11)及浮动板(10)之间的平行
度≤0 02ｍｍ。模冲、芯棒(6)、阴模的成形部位及配合面制造精度不得低于ＩＴ6级。它们各自的配合间隙为0 01～0 02ｍｍ,形位公差ＩＴ5级以上。
3 2 安装调试制造精度再高的模具,如安装不当,不但破坏模具的现有精度,使得压坯的精度降低,而且模具运行不畅,极易损坏模具。在此着重介绍一下飞块座模具的调试情况。
通过调节台阶处的装粉量,可改变台阶的密度。经过调试发现,台阶的密度及其与边的密度差异,将影响产品精度:当台阶密度>边密度时,Ｄ1与Ｄ2的直径差大于0 05ｍｍ;当
台阶密度比边密度低0 2ｇ/ｃｍ3时,Ｄ1与Ｄ2的直径差≤0 02ｍｍ。因为从径向方向看,台阶壁厚(约13ｍｍ)比边的壁厚(约3 2ｍｍ)大得多,壁越厚,压坯回弹量越大。试验表明,
将台阶密度控制在比边密度低0 1～0 15ｇ/ｃｍ3范围内,再经常规烧结,可保证飞块座外径的直线度≤0 01ｍｍ。
压制件的密度均一,是压件精度得以保证的前提[3],这对壁厚严重不均匀的飞块座来说显得尤为重要。在适当的粉末流速、模腔与模冲及芯棒之间间隙符合设计要求的情况
下,密度的均匀与否直接与装粉效果有关。因模具间隙的存在、手工装粉时的速度及装粉方向等不同都会大大影响压件精度。如图3所示为两种装粉方向,图3(ａ)以对角运行方式
装粉,通过测量压坯四条边的壁厚差,发现无论哪个角(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)面向装粉者,其壁厚差均在0 05～0 10ｍｍ。而采用图3(ｂ)对边运行方式装粉,此时测得的压坯最大壁厚或
最小壁厚总是固定在某一条边上。将此边调到比其它边滞后或最先的装粉位置上,再通过装粉者控制装粉速度,压坯壁厚差可控制在0 04ｍｍ以下。分析天平测量四个边的密度差小
于0 02ｇ/ｃｍ3。壁厚差>0 05ｍｍ的压坯,在烧结后壁厚差>0 065,而壁厚差≤0 04ｍｍ压坯,其烧结件壁厚差≤0 045ｍｍ。可见密度的均匀与否将直接影响烧结变形的大小。
图4为压坯示意图。飞块座有较大的内台阶。
飞块座齿轮的模具经过调试后,压坯的齿跳可控制在0 04ｍｍ以下,端跳可控制在0 03ｍｍ以下。
4 后续整形处理
为确保焊接组合件的精度要求,作为焊接用的焊接面与基准面要有高的形位公差。因两个零件形状复杂,无法用机加工的方法来保证,采用精整法即可保证达到要求。
飞块座采用外形及高度均留有一定的整形量,外箍内方式整形。在较大程度上改善了因壁厚不均匀造成的烧结变形,使制品的同轴度得以进一步改善。整形后其外圆精度
达ＩＴ7～ＩＴ8级,圆柱度<0 02ｍｍ,粗糙度达Ｒａ1 6μｍ。
飞块座齿轮采用全整形方式精整后,齿面对内孔跳动仍可保持原压形件水平,齿廓端面对内孔跳动<0 03ｍｍ。
5 焊接规范及焊接工装
5 1 焊接规范焊接在交流点焊机上进行。根据焊接时间的长短和焊接电流大小,将焊接规范分为硬规范和软规范两种。
(1)焊接电流、通电时间:尽管粉末冶金产品中存在一定的孔隙,其导电性和导热性低于钢件,但要减少焊接变形,仍选用较短的时间内通以较大的焊接电流的硬规范。在
我厂的焊机上,电流的大小是用热量这一参数来反映的。
(2)电极压力:电极压力的大小对焊接质量影响很大,增加电极压力,将会降低由焊接装配间隙、焊件刚性等所引起的压力波动,有助于焊接质量的稳定。我厂焊机上电
极压力是由焊接时间参数反映的。由此,在确保焊点强度的情况下,本文提及的飞块座与飞块座齿轮焊接规范为:焊接时间为30ｓ。5 2 焊接工装焊件的装配质量对点焊质量影响很大。
装配不当而导致焊件错动或间隙偏大,使焊后的焊件产生不同程度的变形。由老工装、老工艺生产的飞块座部件测得其同轴度最大达0 5ｍｍ,为此重新设计了专用焊接工装,见图5所示。
固定外套(2)与绝缘磁(3)及内套(5)之间取过盈冷压配合。配合后,磨床一次装夹,磨成内台阶孔,确保两孔同心。采用组合套目的是:1)便于装卸焊接件,方便操作。2)阻止两焊接零件的
滑移错位。因为焊接零件与工装内壁必定有装模间隙,在焊接时因焊点熔化,加上焊接面不可能与焊接加载方向完全垂直,两焊接零件之间必定出现滑移。3)有效减少焊接过程中热应力及
组织应力引起的形变。在焊接前先将上、下电极(1,7)端面调平行,以保证焊接电流和压力的均匀分布。用此工装及上述焊接规范便可以焊出合格的产品。
6 结论
经过控制上述几个重要工序,制造的飞块座部件经热处理,压入铜套,镗孔和整孔后,其测试结果与韩国、日本样件的检验结果一并列于表2。可以看出,我厂生产的飞块座部件已达到和
超过进口件水平,完全满足用户的使用要求。现已累计生产近五万套,经济效益可观。
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