CN102034585B

CN102034585B - 发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺

Info

Publication number: CN102034585B
Application number: CN201010522714A
Authority: CN
Inventors: 李志荣; 崔祝庆; 张光; 孙旭
Original assignee: LAIZHOU CHANGHE POWDER METALLURGY CO Ltd
Current assignee: LAIZHOU CHANGHE POWDER METALLURGY CO Ltd
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: CN102034585A

Abstract

本发明公开了一种发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺。所述铁芯为粉末冶金材料，其由以下重量百分比的原料成分制成：磷0.01～1.0％，易切削剂0.1～1.5％，润滑剂0.2～2％，粘结剂0.01～1.5％，余量为铁粉。所述铁芯的制造工艺步骤如下：混料；成形；烧结；封孔；整形；辅助机加工；表面处理。本发明粉末冶金工艺简单可靠，大大提高了生产效率和材料利用率，特别适用于大批量生产，且用模具成型的铁芯产品具有质量稳定、加工精度高、制造成本低，装配方便安全、密封性能优良，以及用于发动机冷却风扇时能减轻发动机的重量、能源消耗低、节油效果明显，提高发动机冷却风扇的整体性能等优点。

Description

发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺

技术领域

本发明属于发动机零部件制造技术领域，具体是涉及发动机冷却风扇用铁芯及其制造工艺。

背景技术

目前，发动机冷却风扇与发动机采用硬连接，即发动机启动后冷却风扇同步启动，在发动机温度没有达到必须采用风扇降温的情况下，冷却风扇仍随发动机同步转动，这样就增加了发动机油耗。随着低碳经济的发展，发动机冷却技术向智能方向发展，冷却风扇转速随发动机温度的变化而变化，以达到降低油耗的目的。铁芯则是智能冷却风扇中调整转速的关键零件。

现有的发动机冷却风扇用铁芯采用优质高纯低碳钢为原料，通过机械加工工艺进行生产，存在的不足如下：因铁芯形状复杂，有时机械加工困难甚至无法实现，并且加工精度低，材料利用率低，因而难以大批量生产出质量稳定、密封性能好的铁芯。上述铁芯产品造成了与其配合使用的橡胶密封圈的破损、缺料，导致密封性能很差，进而降低了发动机冷却风扇的整体性能，严重时会造成发动机冷却风扇的整体报废。另外，铁芯的机械加工工艺复杂、工序多，需要大量的加工设备和加工工时，因而生产效率低，制造成本也高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现在技术的不足，而提供一种由粉末冶金材料通过压制模具直接成型，且制造工艺简单可靠、加工精度高、生产效率高、材料利用率高、适于大批量生产出质量稳定、装配方便安全、密封性能优良、制造成本低廉的发动机冷却风扇用铁芯及其制造工艺。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺，步骤如下：

(1)混料：将各种原料成分按照以下重量百分比：磷0.01～1.0％，易切削剂0.1～1.5％，润滑剂0.2～2％，粘结剂0.01～1.5％，余量为铁粉，投入到混料机中，混合10～60分钟；

(2)成形：利用压制模具和压力机将步骤(1)中的混合料冷压成形，形成铁芯毛坯，压力为4～7T/cm²；

(3)烧结：入烧结炉烧结热处理，烧结温度1000～1200℃，保温30～70分钟，冷却至室温；

(4)封孔：采用封孔剂封闭烧结半成品的空隙；

(5)整形：利用压制模具和压力机整形，提高半成品的精度；

(6)辅助机加工：辅助机械加工，使产品达到图纸规定要求；上述辅助机加工为车削铁芯毛坯上的法兰本体外圆以形成台阶、以及车削铁芯毛坯的内圆以去掉连接筋；

(7)表面处理：表面镀锌或达克罗防锈处理，使产品达到盐雾试验防锈要求；

其中步骤(2)中所述的压制模具包括：

压型阴模，其上部为法兰本体型腔，其中部和下部为齿型腔，在法兰本体型腔与齿型腔之间设有一接合面；在齿型腔的内腔壁面上设置有沿圆周等距分布且沿轴向延伸的多个径向凸起和多个径向凹槽；每个径向凸起的内壁面与接合面的交接处设置有轴向凸起；

芯棒，其外圆周面上沿轴向等距分布有多个径向凸起；

下模冲，其内型与芯棒的外型对应设置，二者形成间隙配合；其外型与压型阴模上的齿型腔内型对应设置，二者形成间隙配合；

上模冲，其内型与芯棒的外型对应设置，二者形成间隙配合；其外型与压型阴模上的法兰本体型腔内型对应设置，二者形成间隙配合。

所述压型阴模上的每个径向凹槽的4个内角均为圆倒角，该圆倒角的半径为Rc＝0.02～2mm。

所述轴向凸起呈圆弧形，其上端边缘由半径分别为Ra＝0.02～10mm、Rb＝0.02～5mm的两段圆弧过渡连接而成，该轴向凸起的内侧切线与压型阴模内型腔壁面之间夹角为γ＝0°～45°。

所述下模冲的上部和中部是由沿圆周等距分布并沿轴向延伸的多个径向凹槽和多个径向凸起相互连接而成，所述径向凹槽与径向凸起间隔设置；该下模冲的下部外圆设有底座。

所述上模冲的内型腔壁面上沿圆周等距设置有多个沿轴向延伸的径向凹槽；该上模冲的上部外圆设有固定座，其中部和下部外圆呈圆柱形。

所述芯棒上设有连通的沉孔和中心孔。

本发明与已有技术相比，具有以下优点和积极效果：

(1)本发明采用粉末冶金材料进行生产，配方设计合理，具有良好的导磁性能。采用粉末冶金工艺，能使铁芯通过模具直接成型；上述粉末冶金工艺是近成型先进工艺，大大提高了材料利用率；且粉末冶金工艺简单可靠，生产效率高、材料利用率高，特别适于大批量生产且铁芯产品质量稳定、加工精度高、制造成本低。

(2)本发明根据产品使用条件和粉末冶金工艺特点，专门设计了铁芯的压制成型模具，使直接成型的铁芯结构更加合理，从而提高发动机冷却风扇的整体性能。例如：铁芯上齿的四个角、以及铁芯连接平面位于相邻两齿之间的部分与其中心孔面的交接处，均由压制模具直接成型为圆倒角；铁芯的连接平面也由压制模具一次成型。因而本发明生产出的铁芯具有装配方便安全、导向性好并对橡胶密封圈无损坏、密封性能优良，以及用于发动机冷却风扇时重量轻、减轻发动机的重量、能源消耗低、节油效果明显等优点。

附图说明

图1为压制模具装料示意图；

图2为图1中压制模具沿A-A线方向的剖视图；

图3为图1中压制模具沿B-B线方向的剖视图；

图4为压制模具成型终了时的示意图；

图5a为压制模具中压型阴模的轴向剖面图，图5b为图5a中压型阴模的俯视图，图5c为图5b中H处的放大图，图5d为图5b的沿E-E线方向的剖视放大图；

图6a为压制模具中芯棒的轴向剖视图，图6b为图6a中芯轴的俯视图；

图7a为压制模具中下模冲的轴向剖视图，图7b为图7a中下模冲沿F-F线方向的剖视图；

图8a为压制模具中上模冲的轴向剖视图，图8b为图8a中上模冲沿G-G线方向的剖视图；

图9为图2中由压制模具直接成型的铁芯毛坯的立体图；

图10为图9沿Y-Y线方向的剖视图；

图11为成品铁芯的立体图。

图中：1、压型阴模；11、法兰本体型腔；12、齿型腔；121、径向凹槽；1211、内夹角；122、径向凸起；1221、轴向凸起；13、接合面；2、上模冲；21、固定座；22、径向凹槽；3、芯棒；31、径向凸起；32、中心孔；33沉孔；4、下模冲；41、底座；42、径向凹槽；43、径向凸起；5、粉末状粉末冶金材料；6、铁芯毛坯；61、法兰本体；611、连接平面；612、中心孔面；613、圆倒角；62、齿；621、圆倒角；63、连接筋；7、成品铁芯；71、法兰本体；711、连接平面；712、中心孔面；713、圆倒角；72、齿；721、圆倒角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细描述：

实施例1

配方1：发动机冷却风扇用铁芯的原料组成及其重量百分比分别是：提高磁性能的磷0.01％(磷以磷铁粉形式加入)，提高切削加工性能的易切削剂0.3％，提高脱模润滑性能的润滑剂0.8％，提高磷铁粉混合均匀性的粘结剂0.1％，余量为铁粉。

使用配方1的铁芯制造工艺步骤如下：

(1)混料：将上述各种原料成分按比例投入混料机中，混合50分钟。

(2)成形：利用压制模具和压力机将步骤(1)中的混合料冷压成形，形成铁芯毛坯，压力为6T/cm²。

(3)烧结：入烧结炉烧结热处理，烧结温度1110℃，保温50分钟，冷却至室温。

(4)封孔：采用封孔剂封闭烧结半成品的空隙。

(5)整形：利用压制模具和压力机整形，提高半成品的精度。

(6)辅助机加工：将铁芯毛坯6进行辅助机械加工，即车削铁芯毛坯的法兰本体外圆以形成台阶、以及车削铁芯毛坯内圆以去掉连接筋63，使产品达到图纸规定要求。该连接筋63为若干个，每个连接筋用于连接铁芯毛坯的相邻两齿62，且位于所有齿形成的内侧圆周上。

(7)表面处理：表面镀锌或达克罗防锈处理，使产品达到盐雾试验防锈要求。

实施例2

配方2：铁芯的原料组成及其重量百分比分别是：提高磁性能的磷0.45％(磷以磷铁粉形式加入)，提高切削加工性能的易切削剂0.4％，提高脱模润滑性能的润滑剂0.85％，提高磷铁粉混合均匀性的粘结剂0.2％，余量为铁粉。

使用配方2的铁芯制造工艺步骤与实施例1相同。

实施例3

配方3：铁芯的原料组成及其重量百分比分别是：提高磁性能的磷1.0％(磷以磷铁粉形式加入)，提高切削加工性能的易切削剂0.6％，提高脱模润滑性能的润滑剂1.0％，提高磷铁粉混合均匀性的粘结剂0.3％，余量为铁粉。

使用配方3的铁芯制造工艺步骤与实施例1相同。

实施例4

配方4：铁芯的原料组成及其重量百分比分别是：提高切削加工性能的易切削剂0.4％，提高脱模润滑性能的润滑剂1％，提高磷铁粉混合均匀性的粘结剂0.1％，余量为铁粉。

使用配方4的铁芯制造工艺步骤与实施例1相同。

铁芯制造工艺中的压制模具结构如下：参照图1-图8。所述压制模具，包括压型阴模1、上模冲2、芯棒3和下模冲4；其中：

压型阴模，如图5a-图5d所示，其上部为法兰本体型腔11，其中部和下部为齿型腔12，法兰本体型腔与位于其下面的齿型腔之间的接合面13为一平面。铁芯成型时，该接合面13的作用是：完成与齿相连接的法兰本体连接平面的一次成型，并保证法兰本体的连接平面为一个平面，无分型面、无错位，平面度误差很小，进而保证其密封性能100％的合格。

在齿型腔12的内腔壁面上设置有沿圆周等距分布的多个径向凸起122和多个径向凹槽121；所述径向凸起和径向凹槽呈圆弧形、间隔排列，其长度沿轴向延伸。该多个径向凹槽121与下模冲外圆周面上设有的多个径向凸起43对应设置，装配时二者形成间隙配合。

每个径向凸起122的内壁面与接合面的交接处分别设有呈圆弧形的轴向凸起1221，该轴向凸起的上端边缘由半径分别为Ra＝0.02～10mm和Rb＝0.02～5mm的两段圆弧过渡连接而成，该轴向凸起的内侧切线与压型阴模内型腔壁面之间夹角为γ＝0°～45°。铁芯成型时，上述多个圆弧形轴向凸起的作用是：完成多段沿圆周分布的圆倒角结构的直接成型，每段圆倒角位于铁芯相邻两齿之间的法兰本体连接平面与其中心孔面的交接处。

每个径向凹槽121的4个内角1211为圆倒角结构，该圆倒角的半径为Rc＝0.02～2mm。铁芯成型时，上述径向凹槽内的4个圆倒角的作用是：完成齿沿轴向的4个角为圆倒角结构的直接成型。

芯棒，如图6a-图6b所示，其外圆周面上等距分布有沿轴向延伸的多个径向凸起31；在芯棒3上还设有连通的沉孔33和中心孔32，用于将芯棒固定在模架上。

下模冲，如图7a-图7b所示，其上部和中部是由沿圆周等距分布并沿轴向延伸的多个径向凹槽42和多个径向凸起43相互连接而成的，所述径向凹槽和径向凸起间隔设置。该下模冲4的下部外圆设有底座41。

装配时，该下模冲4的内型与芯棒3的外型为间隙配合；而下模冲4的外型则与压型阴模1上的齿型腔内型为间隙配合。具体地说，该下模冲内壁面上的径向凹槽42与芯棒外圆周面上的径向凸起31为对应设置，装配时二者形成间隙配合；该下模冲外壁面上的径向凸起43与压型阴模齿型腔内壁面上的径向凹槽121为对应设置，装配时二者形成间隙配合。

上模冲，如图8a-图8b所示，其内型腔壁面上沿圆周等距设置有多个沿轴向延伸的径向凹槽22。该上模冲2的上部外圆设有固定座21，其中部和下部的外圆呈圆柱形。

装配时，该上模冲的内型与芯棒的外型为间隙配合，该上模冲的外型即圆柱体结构与设置在压型阴模上部的法兰本体型腔11形成间隙配合。具体地说，该上模冲内壁面上的径向凹槽22与芯棒外圆周面上的径向凸起31为对应设置，装配时二者形成间隙配合。

压制模具的工作过程如下：参照图1-图4。

第一步，把压型阴模1、上模冲2、芯棒3和下模冲4安装在模架上，模架固定在压力机上。

第二步，将下模冲4、芯棒3和压型阴模1按规定的位置进行调节固定，并在压型阴模1、芯棒3和下模冲4之间形成一个装料型腔。压制成型时，在压型阴模1、芯棒3、下模冲4和上模冲2之间形成一个其内型与铁芯毛坯6的外型相近似的内型腔。

第三步，在上述装料型腔中填充呈粉末状的粉末冶金材料5。然后，使装料以前位于压型阴模1正上方的上模冲2随压力机上滑块下行，并进入压型阴模1上部的法兰本体型腔11中；在规定的压力下，压缩粉末状的粉末冶金材料至规定位置，最终在上述内型腔中形成铁芯毛坯6。

第四步，上模冲2上行，压型阴模1和芯棒3下行，压制成型后的铁芯毛坯6从压型阴模1中脱出，完成一个生产过程。依次循环往复。

图9-图10所表示的是由压制模具直接成型的铁芯毛坯的立体图。铁芯毛坯6包括法兰本体61、沿同一圆周均匀分布的若干齿62和若干个连接筋63，每一个连接筋63用于连接相邻的两个齿且位于所有齿形成的内圆周面上。该齿62呈扇形或梯形，其连接在法兰本体的连接平面611上；齿可以是6个、4个或者8个，当然根据实际需要和结构要求，齿的数量还可以在2～50个之间另外选择。要成型齿数不同的铁芯，则要将压制模具的结构根据齿的数量作对应性调整。

铁芯上的每个齿沿轴向的4个角，由压制模具直接成型为圆倒角，该圆倒角半径为R0.02～R2。在橡胶密封圈装入中心孔内时不仅压入的导向性好，而且还不会损坏橡胶密封圈，具有优良的密封性能，进而保证发动机冷却风扇的整体性能。另外，模具成型能够节省大量的加工设备和加工工时，大幅度降低生产成本。

法兰本体61的连接平面611位于相邻两齿之间的部分与其中心孔面612的交接处，由压制模具直接成型为沿圆周分布的多段圆倒角613，每段圆倒角613呈圆弧形，其半径为R0.02～R5。橡胶密封圈在装入中心孔到达该位置时，因圆倒角有很好的导向性能，使密封圈会很容易且不受任何损坏地装入铁芯中心孔中，并具有优良的密封性能，从而保证发动机冷却风扇的整体性能。

法兰本体61的连接平面611由模具的同一平面成型，因而无分型面、无错位，平面度误差很小，该连接平面能保证密封性能100％合格。

图11所表示的是成品铁芯的立体图。在铁芯制造工艺全部完成后，即可得到成品铁芯7。成品铁芯的结构包括法兰本体71和若干齿72。该齿72呈扇形或梯形，其连接在法兰本体的连接平面711上，并沿同一圆周均匀分布；该齿72沿轴向的4个角为圆倒角721。法兰本体的连接平面711为同一平面。法兰本体的连接平面711位于相邻两齿之间的部分与其中心孔面712的交接处为圆倒角713。

Claims

1.一种发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺，其特征是，步骤如下：

(4)封孔：采用封孔剂封闭烧结半成品的空隙；

(5)整形：利用压制模具和压力机整形，提高半成品的精度；

其中步骤(2)中所述的压制模具包括：

压型阴模，其上部为法兰本体型腔，其中部和下部为齿型腔，在法兰本体型腔与齿型腔之间设有一接合面；在齿型腔的内腔壁面上设置有沿圆周等距分布且沿轴向延伸的多个径向凸起和多个径向凹槽；每个径向凸起的内壁面与接合面的交接处设置有轴向凸起，

芯棒，其外圆周面上沿轴向等距分布有多个径向凸起；

2.如权利要求1所述的发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺，其特征是，所述压型阴模上的每个径向凹槽的4个内角均为圆倒角，该圆倒角的半径为Rc＝0.02～2mm。

3.如权利要求1或2所述的发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺，其特征是，所述轴向凸起呈圆弧形，其上端边缘由半径分别为Ra＝0.02～10mm、Rb＝0.02～5mm的两段圆弧过渡连接而成，该轴向凸起的内侧切线与压型阴模内型腔壁面之间夹角为γ＝0°～45°。

4.如权利要求3所述的发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺，其特征是，所述下模冲的上部和中部是由沿圆周等距分布并沿轴向延伸的多个径向凹槽和多个径向凸起相互连接而成，所述径向凹槽与径向凸起间隔设置；该下模冲的下部外圆设有底座。

5.如权利要求4所述的发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺，其特征是，所述上模冲的内型腔壁面上沿圆周等距设置有多个沿轴向延伸的径向凹槽(22)；该上模冲的上部外圆设有固定座，其中部和下部外圆呈圆柱形。

6.如权利要求5所述的发动机冷却风扇用铁芯的制造工艺，其特征是，所述芯棒上设有连通的沉孔和中心孔。