一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂及其粉末冶金制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂及其粉末冶金制备方法。该方法按以下步骤进行：步骤S101、配料；步骤S102、压制成形；步骤S103、坯料烧结；步骤S104、精整及加工；步骤S105、蒸汽处理；步骤S106、检测包装。本发明的方法衔接有序，工序少、材料利用率达到95%以上，由该方法得到的凸轮轴齿形轮轮毂机加工量少、班产量高一致性好，在满足产品各项性能要求的同时，使产品制造成本降低了50%。
【专利说明】
[0001] 一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂及其粉末冶金制备方法
技术领域
[0002] 本发明属于粉末冶金制备技术领域，尤其涉及一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮 毂及其粉末冶金制备方法。
【背景技术】
[0003] 凸轮轴齿形轮轮毂10是一款装在达到欧IV排放标准要求的柴油乘用车发动机齿 形凸轮轴上的产品，用来固定传动齿轮，尺寸精度及各部位形位公差要求都很高。如图1、图 2所示，该凸轮轴齿形轮轮毂内孔为带方键台的异型孔，外形为带两个销键孔及三个螺纹孔 的半圆凸爪，上端面带有一个第一圆台，下端面带有一个含有三个半圆槽的第二圆台，凸轮 轴齿形轮轮毂的内孔与凸轮轴压配，要求精度达到H8级，第二圆台与齿轮压配，要求外径精 度达到f8级，第二圆台与内孔的同轴度要求<0.04mm，其中一个销键孔在特定段长内宽度 公差为0.015mm，三个螺纹孔为安装定位孔，中心距公差要求达到±0.1mm，第一圆台面及下 端面因产品装配运转时要求与对偶件之间有一定的磨擦带动，因此第一圆台面b及下端面a 的表面粗糙度要求达到Rz20-40，平行度要求<0.04mm，与内孔的垂直度要求<0.03mm。目 前，该凸轮轴齿形轮轮毂采用铸造成形机加工的方式进行生产，坯料机加工量大，导致材料 利用率仅为50%，生产成本增加，此外，机加工的产品精度低，产品的一致性差，生产效率低、 合格率大大降低。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮 轮穀的粉末冶金制备方法，提尚材料利用率，提尚广品的精度，保证广品的一致性、提尚生 产效率，在满足产品各项性能要求的同时，降低产品制造成本。
[0005] 为了实现上述的发明目的，本发明采用以下技术方案： 一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，按以下步骤具体进行： 步骤SlOl、配料：凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比为:铁92-96%、钼1-2%、镍1.5-3%、石墨0.5-0.8%、润滑剂0.3-0.5%、流速增强剂0.1-0.3%、冶金切削剂0.2-0.4%、其它彡 1%，其重量比称量为100%，其中钼、镍与铁通过预合金方式加入，以使其合金化均匀充分、然 后与按上述配比秤取的其它成分在双锥形混料机内混合40_50min，使各成分混合均匀，钼、 镍及石墨的适当配比，可以有效控制产品的烧结尺寸变化，同时提高产品的烧结强度； 步骤S102、压制成形:将上述混合均匀的粉料，装入按凸轮轴齿形轮轮毂结构特征设计 的压制模具中，在300T机械压机上，以4.5-5.5T/cm2压力一次压制成形，压坯密度为6.8_ 6·9g/cm 3; 步骤S103、坯料烧结:将压坯平放在烧结用平整的陶瓷垫板上，压坯之间预留10-20mm 的空隙，以有效控制压坯的烧结变形量，在网带式烧结炉中烧结40min，烧结保护气氛为氮 氢混合气，氮氢比为90:10，烧结温度为1120 °C ; 步骤S104、精整及加工:在160T整形机上，将烧结好的坯料涂覆精整用润滑油后放入精 整模具中，进行全精整，精整之后采用钻床进行攻丝； 步骤S105、蒸汽处理:将上述攻好丝的还料，放入井式蒸汽处理炉内，按一定工艺进行 氧化发黑处理，以提高产品表面硬度及防锈蚀能力，产品表面硬度达到HRB80-100,表面呈 均匀有光泽的蓝黑色； 步骤S106、检测包装:将蒸汽氧化发黑处理好的成品，按产品检测标准进行抽检，经检 测合格的，按产品包装要求进行包装入产品库。
[0006] 进一步的，在步骤SlOl中，所述的润滑剂型号为SKZ800润滑剂，流速增强剂型号为 LS-690流速增强剂，冶金切削剂型号为SM-8冶金切削剂。
[0007] 进一步的，在步骤S102中，所述的压制模具包括压形上一冲、压形上二冲、工艺芯 棒、支撑弹簧、压形模腔、压形下一冲、压形下二冲和台阶芯棒，支撑弹簧抵靠工艺芯棒内置 于压形上二冲，压形上二冲与压形上一冲套装；台阶芯棒内置于压形下二冲，压形下二冲与 压形下一冲套装，压制成形时，为保证产品带有三个半圆槽的第二圆台能有一定的密度，工 艺芯棒伸出压形上二冲9-10mm，调整压形上一冲比压形上二冲多伸出9-10mm，当压形上一 冲进入压形模腔时与压形上二冲之间形成装粉腔，工艺芯棒堵住压形上二冲内孔，使粉料 不会从其内孔流走，保证一定的装粉量，调整压形下一冲及压形下二冲的装粉及成形位置， 以保证产品大端面及第一圆台的密度和深度尺寸，适当调整台阶芯棒浮动量，以保证内孔 方台的密度及深度尺寸。
[0008] 进一步的，在步骤S104中，所述的整形模具包括整形上一冲、整形上二冲、整形中 模、整形下一冲、整形下二冲和整形芯棒，整形上二冲与整形上一冲套装，整形芯棒内置于 整形下二冲，整形下二冲与整形下一冲套装，利用压机垫块精准定位，有效保证产品各台阶 尺寸及平行度和平面度要求，针对产品特殊粗糙度要求的面，在对应整形上二冲及下一冲 的面区位置按粗糙度要求用电极打出对应的粗糙面，在整形时通过调整适当的整形压力及 高度整形量，使对应面的粗糙度达到产品图纸要求。
[0009] 进一步的，在步骤S102中，所述的支撑弹簧的强度需满足成形时当台阶芯棒碰到 工艺芯棒时，工艺芯棒能缩回并保证不与台阶芯棒抵死，压形上一冲回程脱模时又能把工 艺芯棒弹回到装粉位置。
[0010] 进一步的，在步骤S104中，所述的精整用润滑油为DHO精整油，其为运动粘度68#、 中度加氢工艺用油，可以有效减小整形阻力及保护产品及整形模具不会拉伤，同时能保证 产品周转过程中不发生表面锈蚀。
[0011]进一步的，在步骤S105中，所述的工艺为:在井式蒸汽处理炉内：（1)通氮气排气除 油，300°C保温2h; (2)升温并通水蒸汽，500 ± 10°C保温3h; (3)升温并通水蒸汽，570 ± 10°C 保温2h，（4)出炉空冷。
[0012] 本发明的另一目的是提供一种由上述汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶 金制备方法得到的产品。
[0013] 与现有技术相比，有益效果是： 1)本发明的方法衔接有序，工序少、材料利用率达到95%以上，由该方法得到的凸轮轴 齿形轮轮毂机加工量少、班产量高一致性好，在满足产品各项性能要求的同时，使产品制造 成本降低了 50%; 2) 本发明采用流速增强剂和超级润滑剂可以提高粉料的流动性及成形性，使粉料在模 具内能有效均匀的充填，从而保证产品各部位密度均匀，减少其烧结变形量，有效控制产品 的形位公差;冶金切削剂的加入可以有效改善其切削加工性能，从而使产品易于攻丝，提高 其攻丝的效率及质量； 3) 本发明采用电极打出对应的整形上二冲和整形下一冲的粗糙面，利用整形来达到产 品对应面粗糙度要求，有效解决了以前用电火花加工粗糙面效率低、成本高、设备投入高等 问题，产品尺寸精度、形位公差及表面粗糙度满足使用要求； 4) 本发明采用在压形上二冲内用设定强度的弹簧支撑一工艺芯棒，保证了产品带有三 个半圆槽的第二圆台能达到密度要求。
【附图说明】
[0014] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0015] 图1是现有技术凸轮轴齿形轮轮毂的结构示意图； 图2是现有技术凸轮轴齿形轮轮毂的结构示意图； 图3是本发明压制模具及产品组装配合结构示意图； 图4是图3的剖视图； 图5是本发明精整模具及产品组装配合结构示意图； 图6是图5的剖视图； 图7是本发明整形上二冲的结构示意图； 图8是本发明整形下一冲的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面就通过这个给出的实施例来对本发明汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉 末冶金制备方法进行示例性说明。
[0017] 实施例1 一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，按以下步 骤具体进行： 步骤SlOl、按照凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比为:铁92-96%、钼1-2%、镍1.5-3%、 石墨 0 · 5-0 · 8%、SKZ800 润滑剂0 · 3-0 · 5%、LS-690 流速增强剂0 · 1-0 · 3%、SM-8 冶金切削剂0 · 2-0.4%、其它彡1%，其重量比称量为100%，其中钼、镍与铁通过预合金方式加入，以使其合金化 均匀充分、然后与按上述配比秤取的其它成分在双锥形混料机内混合40_50min，使各成分 混合均匀，钼、镍及石墨的适当配比，可以有效控制产品的烧结尺寸变化，同时提高产品的 烧结强度； 步骤S102、将上述混合均匀的粉料，装入按凸轮轴齿形轮轮毂结构特征设计的压制模 具中，在300T机械压机上，以4.5-5.5T/cm2压力一次压制成形，压坯密度为6.8-6.9g/cm 3;所 述的压制模具包括压形上一冲11、压形上二冲13、工艺芯棒14、支撑弹簧12、压形模腔15、压 形下一冲16、压形下二冲17和台阶芯棒18,支撑弹簧抵靠工艺芯棒内置于压形上二冲，压形 上二冲与压形上一冲套装；台阶芯棒内置于压形下二冲，压形下二冲与压形下一冲套装，压 制成形时，为保证产品带有三个半圆槽的第二圆台能有一定的密度，工艺芯棒伸出压形上 二冲9-10mm，调整压形上一冲比压形上二冲多伸出9-10mm，当压形上一冲进入压形模腔时 与压形上二冲之间形成装粉腔，工艺芯棒堵住压形上二冲内孔，使粉料不会从其内孔流走， 保证一定的装粉量;所述的支撑弹簧的强度需满足成形时当台阶芯棒碰到工艺芯棒时，工 艺芯棒能缩回并保证不与台阶芯棒抵死，压形上一冲回程脱模时又能把工艺芯棒弹回到装 粉位置;调整压形下一冲及压形下二冲的装粉及成形位置，以保证产品大端面及第一圆台 的密度和深度尺寸，适当调整台阶芯棒浮动量，以保证内孔方台的密度及深度尺寸。
[0018] 步骤S103、将压坯平放在烧结用平整的陶瓷垫板上，压坯之间预留10-20mm的空 隙，以有效控制压坯的烧结变形量，在网带式烧结炉中烧结40min，烧结保护气氛为氮氢混 合气，氮氢比为90:10,烧结温度为1120°C ; 步骤S104、在160T整形机上，将烧结好的坯料涂覆精整用润滑油后放入精整模具中，进 行全精整，精整之后采用钻床进行攻丝；所述的整形模具包括整形上一冲21、整形上二冲 22、整形中模23、整形下一冲24、整形下二冲25和整形芯棒26,整形上二冲与整形上一冲套 装，整形芯棒内置于整形下二冲，整形下二冲与整形下一冲套装，利用压机垫块精准定位， 有效保证产品10各台阶尺寸及平行度和平面度要求，针对产品特殊粗糙度要求的面，在对 应整形上二冲及整形下一冲的面区位置按粗糙要求用电极打出对应的粗糙面，在整形时通 过调整适当的整形压力及高度整形量，使对应面的粗糙度达到产品图纸要求;所述的精整 用润滑油为DHO精整油，其为运动粘度68#、中度加氢工艺用油，可以有效减小整形阻力并保 护产品及整形模具不会拉伤，同时能保证产品周转过程中不发生表面锈蚀； 步骤S105、将上述攻好丝的坯料，放入井式蒸汽处理炉内，按工艺进行氧化发黑处理， 以提高产品表面硬度及防锈蚀能力，产品表面硬度达到HRB80-100,表面呈均匀有光泽的蓝 黑色；其中所述的工艺为:在井式蒸汽处理炉内：（1)通氮气排气除油，300°C保温2h; (2)升 温并通水蒸汽，500 ± 10°C保温3h; (3)升温并通水蒸汽，570 ± 10°C保温2h，（4)出炉空冷； 步骤S106、将蒸汽氧化发黑处理好的成品，按产品检测标准进行抽检，经检测合格的， 按产品包装要求进行包装入产品库。
[0019] 凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比参数列于表1中，该实施例得到的凸轮轴齿 形轮轮毂，对其性能进行检测，性能参数列于表2中。
[0020] 实施例2同实施例1方法进行处理，凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比参数列 于表1中，该实施例得到的凸轮轴齿形轮轮毂，对其性能进行检测，性能参数列于表2中。 [0021 ]实施例3同实施例1方法进行处理，凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比参数列 于表1中，该实施例得到的凸轮轴齿形轮轮毂，对其性能进行检测，性能参数列于表2中。 [0022]实施例4同实施例1方法进行处理，凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比参数列 于表1中，该实施例得到的凸轮轴齿形轮轮毂，对其性能进行检测，性能参数列于表2中。 [0023]实施例5同实施例1方法进行处理，凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比参数列 于表1中，该实施例得到的凸轮轴齿形轮轮毂，对其性能进行检测，性能参数列于表2中。
[0024] 表1实施例凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比参数
由表2中的数据可以得知，由各实施例得到的凸轮轴齿形轮轮毂，其第一圆台面b粗糙 度达到28以上，下端面a粗糙度达到27以上，均符合要求规定的Rz20-40;第一圆台面b与下 端面a平行度均彡0.04mm，第一圆台面b及下端面a与内孔的垂直度均彡0.03mm，产品表面硬 度达到HRB80以上，完全满足凸轮轴齿形轮轮毂使用性能要求。
【主权项】
1. 一种汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，其特征在于，按以下步 骤具体进行： 步骤S101、配料：按照凸轮轴齿形轮轮毂各组份按重量配比为：铁92-96%、钼1-2%、镍 1.5-3%、石墨0.5-0.8%、润滑剂0.3-0.5%、流速增强剂0.1-0.3%、冶金切削剂0.2-0.4%、其它 <1%，其重量比称量为100%，其中钼、镍与铁通过预合金方式加入，以使其合金化均匀充分、 然后与按上述配比秤取的其它成分在双锥形混料机内混合40_50min，使各成分混合均匀， 钼、镍及石墨的适当配比，可以有效控制产品的烧结尺寸变化，同时提高产品的烧结强度； 步骤S102、压制成形:将上述混合均匀的粉料，装入按凸轮轴齿形轮轮毂结构特征设计 的压制模具中，在300T机械压机上，以4.5-5.5T/cm2压力一次压制成形，压坯密度为6.8_ 6·9g/cm 3; 步骤S103、坯料烧结：将压坯平放在烧结用平整的陶瓷垫板上，压坯之间预留10-20mm 的空隙，以有效控制压坯的烧结变形量，在网带式烧结炉中烧结40min，烧结保护气氛为氮 氢混合气，氮氢比为90:10，烧结温度为1120 °C ; 步骤S104、精整及加工:在160T整形机上，将烧结好的坯料涂覆精整用润滑油后放入精 整模具中，进行全精整，精整之后采用钻床进行攻丝； 步骤S105、蒸汽处理：将上述攻好丝的还料，放入井式蒸汽处理炉内，按一定工艺进行 氧化发黑处理，以提高产品表面硬度及防锈蚀能力，产品表面硬度达到HRB80-100,表面呈 均匀有光泽的蓝黑色； 步骤S106、将蒸汽氧化发黑处理好的成品，按产品检测标准进行抽检，经检测合格的， 按产品包装要求进行包装入产品库。2. 根据权利要求1所述的汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，其特 征在于，在步骤S101中，所述的润滑剂型号为SKZ800润滑剂，流速增强剂型号为LS-690流速 增强剂，冶金切削剂型号为SM-8冶金切削剂。3. 根据权利要求1所述的汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，其特 征在于，在步骤S102中，所述的压制模具包括压形上一冲（11)、压形上二冲（13)、工艺芯棒 (14)、支撑弹簧（12)、压形模腔（15)、压形下一冲（16)、压形下二冲（17)和台阶芯棒（18)，支 撑弹簧抵靠工艺芯棒内置于压形上二冲，压形上二冲与压形上一冲套装；台阶芯棒内置于 压形下二冲，压形下二冲与压形下一冲套装，压制成形时，工艺芯棒伸出压形上二冲9-10mm，调整压形上一冲比压形上二冲多伸出9-10mm，当压形上一冲进入压形模腔时与压形 上二冲之间形成装粉腔，工艺芯棒堵住压形上二冲内孔。4. 根据权利要求1所述的汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，其特 征在于，在步骤S104中，所述的整形模具包括整形上一冲（21)、整形上二冲（22)、整形中模 (23)、整形下一冲（24)、整形下二冲（25)和整形芯棒(26)，整形上二冲与整形上一冲套装， 整形芯棒内置于整形下二冲，整形下二冲与整形下一冲套装，在对应整形上二冲及整形下 一冲的面区位置按粗糙要求用电极打出对应的粗糙面，在整形时通过调整适当的整形压力 及高度整形量，使对应面的粗糙度达到产品图纸要求。5. 根据权利要求1所述的汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，其特 征在于，在步骤S102中，所述的支撑弹簧（12)的强度需满足成形时当台阶芯棒（18)碰到工 艺芯棒（14)时，工艺芯棒能缩回并保证不与台阶芯棒抵死，压形上一冲（11)回程脱模时又 能把工艺芯棒弹回到装粉位置。6. 根据权利要求1所述的汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，其特 征在于，在步骤S104中，所述的精整用润滑油为DHO精整油，其为运动粘度68#、中度加氢工 艺用油。7. 根据权利要求1所述的汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方法，其特 征在于，在步骤S105中，所述的工艺为:在井式蒸汽处理炉内：（1)通氮气排气除油，300°C保 温2h; (2)升温并通水蒸汽，500 ± 10°C保温3h; (3)升温并通水蒸汽，570 ± 10°C保温2h，（4) 出炉空冷。8. -种由权利要求1至7任一所述汽车发动机用凸轮轴齿形轮轮毂的粉末冶金制备方 法得到的产品，其各组份按重量配比为:铁92-96%、钼1-2%、镍1.5-3%、石墨0.5-0.8%、润滑 剂0.3-0.5%、流速增强剂0.1-0.3%、冶金切削剂0.2-0.4%、其它彡1%，其重量比称量为100%。
【文档编号】C22C33/02GK106041094SQ201610527174
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】杨传芳, 王士平, 杜敬, 袁聪
【申请人】马鞍山市华东粉末冶金厂