粉末冶金12棱轴套的研制
摘要 12棱轴套属于比较大的多台阶零件，要求表面有一定的硬度，芯部韧性较好，用于水泵传动系统中，要求有一定的耐腐蚀性，72齿花键齿外圆尺寸精度要求高。针对上述要求，通过合理模具设计，优选工艺参数，利用适当的蒸汽处理工艺来提高产品的表面硬度及耐腐蚀性，采用粉末冶金方法成功生产出了该零件。
关键词 粉末冶金；12棱轴套；模具设计；蒸汽处理
1 引言
12棱轴套台阶多，尺寸较大，72齿花键齿外圆尺寸精度要求高，表面硬度要求大于HRB80,用于水泵传动系统中，要求表面有一定的耐腐蚀性。因其外形为12棱及72齿花键齿，内孔为六边形，用切屑加工方法生产很困难，用铸造方法产品尺寸精度难以保证，因此考虑用粉末冶金方法制造。但因其台阶较多，尺寸较大，使其成形难度较大，我们通过对零件结构性能的分析，依据现有的技术装备，通过合理选材，适宜的模具设计以及工艺参数的优化，采用粉末冶金工艺在160吨油压机上压制出压坯，经烧结、蒸汽处理后得到了该零件。经用户使用，产品合格。
图1 12棱轴套零件图
2 12棱轴套的研制过程
图1所示为12棱轴套零件图。可见该零件台阶多，尺寸大，72齿花键齿外圆要求较高，结合该零件力学性能要求，制定其粉末冶金生产工艺流程如下：
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图2 粉末冶金生产工艺流程图
2．1材料选择
此零件密度、表面硬度要求不是很高，因此我们选用烧结铜钢来生产该零件,但由于该零件72齿花键外圆直径要求较高，不好加工且产品较高，成形及脱模压力相对也
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较高，材料配比我们选用了Fe-1.5%Cu-0.8%C，此材料配比产品烧结变形较小(0.14%)，由于碳含量较高,在混料时另配入0.2%粘结剂（以减小粉料中各成份的偏析）及0.6%的超级润滑剂（以减小产品成形时的压制压力及脱模力），采用V型混料机对原材料进行混合，用取样器在粉料的6个不同部位取样，采用碳硫分析仪测定粉料的碳含量，要求粉料碳偏析≤0.05。材料配比见表1,原料粉末的技术规格见表2。
表1 材料成分（质量分数）配比(%)
铁粉 余量 石墨粉 0.8 铜粉 1.5
表 2 原料粉末的技术规格
材料 铁粉 石墨粉 铜粉 粘结剂 超级润滑剂 规格 AHC100.29 UF4 FTD3 RN-072 SKZ-600 制取方法 水雾化 天然 电解 合成 合成 粒度/目 -100 -200 -200 200 200-300 粘结剂 0.2 超级润滑剂 0.6 2．2 模具设计与调试 由于该产品比较高，台阶多，φ51大圆台，上下两个12棱台及72齿花键齿台。针对产品结构，我们选用上二下二模具结构，模腔带台以成形φ51大圆台，图3所示为压制该零件所采用的上二下二模具结构示意图。
模具调试时，最难成形的是上12棱台阶，上外冲旋下，与上内冲形成一装粉空间以成形上12棱台阶。但当上外冲进入模腔，模腔开始浮动，粉料大部分流入上内冲孔内，上外冲与上内冲装粉空间里粉料不够，致使上12棱台阶无法成形。
图3 模具装机图
为解决上述问题，我们采用PIC编程，改了压机成形的程序，当装粉结束，料盒退回，上模冲压下前，使芯棒跳上来，这样当上外冲进模腔，芯棒也进入上内冲孔内，粉料基本都在上外冲与上内冲装粉空间内，适当调整模腔浮动，及下一冲、下二冲浮动与
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装粉，调整到合适的压制压力，就可以压制出密度6.7g/cm3,各台阶密度均匀的产品。但芯棒跳的距离原压机模架结构无限位，这样就无法控制芯棒上跳的量，我们在原有模架基础上，另配做了带外螺纹的芯棒接杆12,芯棒跳动限位垫13，通过调整芯棒跳动限位垫的高度，来控制芯棒上跳的距离，从而控制上台阶装粉的稳定性，在160T油压机上成功调试出了该产品。
2.3烧结 烧结工艺为：在分解氨与氮气混合气氛中（N2:H2=90:10），于1120℃烧结保温40min,为尽量减少烧结变形，将压坯72花键齿台面朝下，整齐摆放在高铝陶瓷板上再放到网带上烧结。
2.4蒸汽处理
由于该零件要求表面氧化处理，表面硬度≥HRB80，我们利用蒸汽处理来提高零件表面硬度及产品表面耐腐蚀性。具体工艺见图4。
图4 蒸汽处理工艺
3 性能测试和使用效果
3.1性能测试结果 按以上工艺条件生产出的零件经检测，密度：6.7-6.8g/cm3，硬度HRB83-88,产品尺寸也完全符合图纸要求，并通过了客户特定要求的盐雾试验。
3.2装机试验结果 客户经装机测试，产品装配尺寸，表面硬度及耐腐蚀性和使用性能均达到客户要求，现已批量生产该零件。
参考文献
[1]杨传芳,王士平. 《含碳量对烧结铜钢尺寸与性能的影响》：2010.4《粉末冶金工业》20卷2期
[2]周作平,申小平. 粉末冶金机械零件实用技术[M].北京: 化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心,2006.426-492.
[3] 曾德麟.粉末冶金材料[M].北京：冶金工业出版社，1989.19-21.
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粉末冶金论文 1、粉末冶金12棱轴套的研制
