CN112355310B - 凸轮部件的制造方法及在纺织机械中的应用 - Google Patents
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Abstract
凸轮部件的制作方法，通过变整为零的零件设计手段，将凸轮部件整体零件模型拆分为形状相对比较简单的轮边部和形状相对比较复杂的轴芯部，采用粉末冶金工艺中的模压烧结工艺生产凸轮部件的轮边部，采用MIM工艺生产凸轮部件的轴芯部，在至少对烧结轮边部成品进行加热的情况下，在“装配‑整形”一体工装的型腔中将烧结轮边部成品热压装配到烧结轴芯部成品的外圈，同时在型腔中完成对凸轮部件整体零件的整形。该方法使得轴芯部复杂形状能够在注射成形中得到很好实现，而轮边部能够以低成本、少粘接、高压高致密的方式快捷制造，整形、装配、挤压致密一步完成，制造的产品尺寸形状以及机械性能均符合要求，该方法特别适合如纺织机械中凸轮部件的制造。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动零部件制造技术领域，具体涉及一种凸轮部件的制作方法，特别可应用于纺织机械中精密凸轮部件的制作。
背景技术
精密机械设备中的凸轮部件很多具有小的尺寸和复杂的形状，例如纺织机械中的压脚凸轮等类似结构的凸轮，常规机械加工方式实现难度大，效率低，因此企业有时会采用MIM(金属注射成形)工艺来制造，在具体的MIM工艺操作中，由于金属粉末需要有良好的流变能力才能注模成形，因此金属粉末的粒度需要非常小，起流变作用的粘结剂的用量也较大，金属粉末的粒度越小其成本越昂贵，粘结剂的用量越大，脱脂工序耗费的时间和成本越高，烧结致密阻力越大，产品存在内在缺陷的风险也增大，而且，对于一些形状精细、复杂的产品，MIM工艺在脱脂烧结后由于产品变形较大，往往不符合尺寸精度要求，另外，由于MIM工艺是一次注射、整体成形，一般也不能根据需要对同一零件不同部位的金属材料作出分区设计。
在以上所提及的粉末成本、粘结剂消耗、产品烧结变形、材料设计等方面，MIM工艺尚不如传统的粉末冶金工艺(压制+烧结、热压)具有实施优势，但传统的粉末冶金工艺由于需要依靠特定方向的压力(例如轴向力)给粉末施压，压力的传导没有流变施压那样随意，因此必须要求产品形状和模具结构尽量简单，稍微复杂一点的产品就无法实施。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种凸轮部件的制作方法，通过变整为零的零件设计手段，实施双工艺复合制造，并借助对已有的后处理整形工艺的改进，一次获得合格产品，尤其可用来制作例如纺织机械的凸轮部件。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种凸轮部件的制作方法，至少包括如下步骤：
(1)对凸轮部件整体零件模型进行拆分，将凸轮部件整体零件模型拆分为形状相对比较简单的轮边部和形状相对比较复杂的轴芯部；
(2)采用粉末冶金工艺中的模压烧结工艺生产凸轮部件的上述轮边部，具体为：根据轮边部材料选择轮边部金属粉末，直接将轮边部金属粉末装入压制模具，或者将轮边部金属粉末与一定比例的粘结剂进行混合后装入压制模具，对压制模具施加压力，将轮边部金属粉末压实为粉末压坯，将粉末压坯脱模后装入烧结炉进行烧结，或者直接在压制模具中进行热压烧结，控制烧结温度和时间，得到烧结轮边部成品；
采用MIM工艺生产凸轮部件的上述轴芯部，具体为：根据轴芯部材料选择轴芯部金属粉末，将轴芯部金属粉末与一定比例的粘结剂进行混合，得到可流动的增塑混合喂料，将可流动的增塑混合喂料注射到注射成形机上的轴芯部模具中，控制注射成形温度，注射成形，得到轴芯部毛坯，将得到的轴芯部毛坯先进行脱脂，脱除粘结剂，再将脱除粘结剂的毛坯在烧结炉中进行烧结，控制烧结温度和时间，得到烧结轴芯部成品；
(3)准备“装配-整形”一体工装，在至少对步骤(2)中采用模压烧结工艺得到的烧结轮边部成品进行加热的情况下，在“装配-整形”一体工装的型腔中将所述烧结轮边部成品热压装配到采用MIM工艺得到的所述烧结轴芯部成品的外圈，同时在该“装配-整形”一体工装的型腔中完成对凸轮部件整体零件的整形。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，所述步骤(2)中还包括对得到的烧结轮边部成品和烧结轴芯部成品进行机械加工的程序，所述机械加工位置包括烧结轮边部成品的内圈表面和烧结轴芯部成品的外圈表面。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，所述步骤(3)中完成对凸轮部件整体零件的整形包括对所述烧结轮边部成品尺寸形状精度的整形、对所述烧结轴芯部成品尺寸形状精度的整形以及对所述烧结轮边部成品和烧结轴芯部成品配合精度的整形。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，所述“装配-整形”一体工装的型腔包括容纳烧结轮边部成品的轮边部型腔和容纳烧结轴芯部成品的轴芯部型腔，其中，所述轮边部型腔构造为能够对所述烧结轮边部成品实施挤压，使所述烧结轮边部成品的材料产生一定程度的流动和压缩。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，使所述烧结轮边部成品的材料产生一定程度的流动和压缩时，材料变形率控制在2％-10％之间。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，所述轴芯部型腔构造为仅能够对所述烧结轴芯部成品实施整形，不造成所述烧结轴芯部成品的材料产生流动和压缩，或者所述轴芯部型腔构造为只造成所述烧结轴芯部成品的材料产生少量流动和压缩，该少量流动和压缩控制在材料变形率不超过2％。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，在所述步骤(2)中，采用模压烧结工艺生产凸轮部件的轮边部时，将轮边部金属粉末压实为粉末压坯后，先将粉末压坯脱模，然后装入烧结炉进行烧结，控制烧结温度和时间，得到烧结轮边部成品。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，在所述烧结轴芯部成品的外圈装配面下端制造出带有锥度的导入部，方便在装配整形中导入到烧结轮边部成品的内圈。
如上所述的一种凸轮部件的制作方法，在所述步骤(3)中，也对采用MIM工艺得到的烧结轴芯部成品进行加热，但加热温度低于对烧结轮边部成品加热的温度。
上述凸轮部件的制作方法的应用，其特征在于，该方法应用在纺织机械凸轮部件的制作中。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的凸轮部件的制作方法，通过变整为零的零件设计手段，将凸轮部件整体零件模型拆分为形状相对比较简单的轮边部和形状相对比较复杂的轴芯部，采用粉末冶金工艺中的模压烧结工艺生产凸轮部件的轮边部，采用MIM工艺生产凸轮部件的轴芯部，使得轴芯部复杂形状能够在注射成形中得到很好实现，而轮边部能够以低成本、少粘接、高压高致密的方式快捷快速制造，也满足轮边部作为工作部所需的更高机械性能；
本发明凸轮部件的制作方法，通过变整为零的零件设计手段，为轮边部和轴芯部各自工作的不同性能需要提供了分别设计金属粉末材料的便利，而不用像MIM整体成形那样必须使用同一金属材料；
本发明方案中在“装配-整形”一体工装的型腔中将烧结轮边部成品热压装配到采用MIM工艺得到的烧结轴芯部成品的外圈，不是增加的新的工步，而是对原有MIM整体成形工艺中不可缺少的整形工步的巧妙利用和创造性改进，在整形功能的基础上增加了“装配”和“挤压致密”作用，但操作仍然在一步加压中完成，即在“装配-整形”一体工装的型腔中完成对凸轮部件整体零件的装配、整形和局部挤压致密，一次获得合格产品。
附图说明
图1为本发明示例性列举的凸轮部件整体零件模型的结构示意图。
图2为对本发明示例性列举的凸轮部件整体零件模型进行拆分的原理示意图。
图3为本发明采用模压烧结工艺生产的凸轮部件烧结轮边部成品示意图。
图4为本发明采用MIM工艺生产的凸轮部件烧结轴芯部成品示意图。
图5为本发明烧结轮边部成品和烧结轴芯部成品在“装配-整形”一体工装中的处理原理示意图。
图中：轮边部A，轴芯部B，烧结轮边部成品10，烧结轴芯部成品20，导入部21，“装配-整形”一体工装30，轮边部型腔31，轴芯部型腔32。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。
实施例1
参见图1-图5，本实施例一种凸轮部件的制作方法，至少包括如下步骤：
1.对凸轮部件整体零件模型进行拆分，将凸轮部件整体零件模型拆分为形状相对比较简单的轮边部A和形状相对比较复杂的轴芯部B；
2.采用粉末冶金工艺中的模压烧结工艺生产凸轮部件的上述轮边部A，具体为：根据轮边部材料选择轮边部金属粉末，直接将轮边部金属粉末装入压制模具，或者将轮边部金属粉末与不高于6％质量含量的粘结剂进行混合后装入压制模具，对压制模具施加压力，将轮边部金属粉末压实为粉末压坯，将粉末压坯脱模后装入烧结炉进行烧结(也可以通过直接在压制模具中进行热压烧结的方式进行)，控制烧结温度和时间，得到烧结轮边部成品10；
采用MIM金属注射成形工艺生产凸轮部件的上述轴芯部B，具体为：根据轴芯部材料选择轴芯部金属粉末，将轴芯部金属粉末与7-20％质量含量的粘结剂进行混合，得到可流动的增塑混合喂料，将可流动的增塑混合喂料注射到注射成形机上的轴芯部模具中，控制注射成形温度，注射成形，得到轴芯部毛坯，将得到的轴芯部毛坯先进行脱脂，脱除粘结剂，再将脱除粘结剂的毛坯在烧结炉中进行烧结，控制烧结温度和时间，得到烧结轴芯部成品20；
这一步中视表面质量和装配尺寸需要，可以对得到的烧结轮边部成品10的内圈表面和得到烧结轴芯部成品20的外圈表面进行打磨或简单的机械加工；
3.准备“装配-整形”一体工装30，对步骤2中采用模压烧结工艺得到的烧结轮边部成品10进行加热(这里的“加热”即包括主动加热，也可直接利用烧结余热或者在烧结炉中复热)的情况下，在“装配-整形”一体工装30的型腔中将所述烧结轮边部成品10热压装配到采用MIM工艺得到的所述烧结轴芯部成品20的外圈，同时在该“装配-整形”一体工装30的型腔中完成对凸轮部件整体零件的整形，整形包括对所述烧结轮边部成品10尺寸形状精度的整形、对所述烧结轴芯部成品20尺寸形状精度的整形以及对所述烧结轮边部成品10和烧结轴芯部成品20配合精度的整形，如图5所示，本步骤所述“装配-整形”一体工装30的型腔包括容纳烧结轮边部成品10的轮边部型腔31和容纳烧结轴芯部成品20的轴芯部型腔32，在所述烧结轴芯部成品20的外圈装配面下端具有带有锥度的导入部21，方便在装配整形中导入到烧结轮边部成品10的内圈，这一导入部21可以在注射成形时直接形成，也可以在烧结完成后通过后续加工形成，作为替代，这一导入部也可以加工在烧结轮边部成品10的内圈装配面上端。
本实施例中对步骤2中采用模压烧结工艺得到的烧结轮边部成品10进行加热其中一个目的是为了利用材料的热膨胀特性增加装配间隙，这样就可以在烧结制备两个部分时，按照分割模型时原有的正常尺寸控制配合面轮廓尺寸，或者仅留少量设计余量，有利于两部分在热装后紧密合成一体，当然，为了便于整形，也可以对采用MIM工艺得到的烧结轴芯部成品20进行加热，但在都选择同类主元素基体材料的情况下，加热温度一般应该低于对烧结轮边部成品10加热的温度，以免影响装配。
本实施例上述方法，可应用在纺织机械精密凸轮部件的制作中。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，本实施例中，在步骤3中，所述轮边部型腔31构造为能够对所述烧结轮边部成品10实施挤压，使所述烧结轮边部成品10的材料产生一定程度的流动和压缩，这一方案的优点是可以降低在采用模压烧结工艺制备烧结轮边部成品10时，对模具和设备的要求，可以适当减小压制压力，并可以在烧结炉中批量烧结，而不用进行热压，当采用模压烧结工艺制备烧结轮边部成品10不足以达到致密要求时，通过轮边部型腔31对烧结轮边部成品10实施挤压，使烧结轮边部成品10的材料产生一定程度的流动和压缩，达到致密和变形强化的目的，其尺寸形状精度也更精准，可直接省略后续大量的机械加工。
在本实施例中，使所述烧结轮边部成品10的材料产生一定程度的流动和压缩时，优选使材料变形率控制在2％-10％之间，更优选2％-4％左右，这样除了实现前面所述的致密和变形强化的目的，也能充分将装配后的烧结轮边部成品10和烧结轴芯部成品20进一步压紧，并不至于使烧结轴芯部成品20产生不期望的明显变形，在实施本实施例的方案时，优选将所述轴芯部型腔32构造为仅能够对所述烧结轴芯部成品20实施整形，不造成所述烧结轴芯部成品20的材料产生流动和压缩，当然，如果需要，也可以将所述轴芯部型腔32构造为只造成所述烧结轴芯部成品20的材料产生少量流动和压缩，这时，该少量流动和压缩应当尽量控制在材料变形率不超过2％的范围内。
上述各实施例通过变整为零的零件设计手段，将凸轮部件整体零件模型拆分为形状相对比较简单的轮边部和形状相对比较复杂的轴芯部，采用粉末冶金工艺中的模压烧结工艺生产凸轮部件的轮边部，采用MIM工艺生产凸轮部件的轴芯部，使得轴芯部复杂形状能够在注射成形中得到很好实现，而轮边部能够以低成本、少粘接、高压高致密的方式快捷快速制造，也满足轮边部作为工作部所需的更高机械性能，另外，采用更适合压制烧结的Fe-Mn-C合金粉末作为轮边部模压烧结材料，采用更适合注射成形的Fe-Ni合金粉末作为轴芯部注射成形喂料材料，前者粒径超过70μm，后者粒径小于15μm，在各自的烧结工艺下分别采用实施例1和实施例2的工艺制作烧结轮边部成品10、烧结轴芯部成品20并进行二者的装配和整形，无论是凸轮部件整体零件的外形尺寸公差，还是二者的结合强度，都完全符合工艺要求，可见，通过变整为零的零件设计手段，也为零件不同部位的不同需要提供了分别设计金属粉末材料和分别设计烧结制度的便利，而不用像MIM整体成形那样必须使用同一金属材料和同一烧结工艺，本发明在整形功能的基础上增加了“装配”和“挤压致密”作用，操作步骤并没有增加，仍然在一步加压中完成，而且，即使在前面模压烧结步骤中采用了较大粒径原料粉末(70-120μm平均粒径)压制烧结的Fe-Mn-C材料，在整形挤压之后也能得到充分致密和强化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
步骤(1)，对凸轮部件整体零件模型进行拆分，将凸轮部件整体零件模型拆分为形状相对比较简单的轮边部(A)和形状相对比较复杂的轴芯部(B)；所述轴芯部(B)沿轴向具有阶梯结构；
步骤(2)，采用粉末冶金工艺中的模压烧结工艺生产凸轮部件的上述轮边部(A)，具体为：根据轮边部材料选择轮边部金属粉末，直接将轮边部金属粉末装入压制模具，或者将轮边部金属粉末与一定比例的粘结剂进行混合后装入压制模具，对压制模具施加压力，将轮边部金属粉末压实为粉末压坯，将粉末压坯脱模后装入烧结炉进行烧结，或者直接在压制模具中进行热压烧结，控制烧结温度和时间，得到烧结轮边部成品(10)；
采用MIM(金属注射成形)工艺生产凸轮部件的上述轴芯部(B)，具体为：根据轴芯部材料选择轴芯部金属粉末，将轴芯部金属粉末与一定比例的粘结剂进行混合，得到可流动的增塑混合喂料，将可流动的增塑混合喂料注射到注射成形机上的轴芯部模具中，控制注射成形温度，注射成形，得到轴芯部毛坯，将得到的轴芯部毛坯先进行脱脂，脱除粘结剂，再将脱除粘结剂的毛坯在烧结炉中进行烧结，控制烧结温度和时间，得到烧结轴芯部成品(20)；
步骤(3)，准备“装配-整形”一体工装(30)，在至少对步骤(2)中采用模压烧结工艺得到的烧结轮边部成品(10)进行加热的情况下，在“装配-整形”一体工装(30)的型腔中将所述烧结轮边部成品(10)热压装配到采用MIM工艺得到的所述烧结轴芯部成品(20)的外圈，同时在该“装配-整形”一体工装(30)的型腔中完成对凸轮部件整体零件的整形；
所述步骤(3)中完成对凸轮部件整体零件的整形包括对所述烧结轮边部成品(10)尺寸形状精度的整形、对所述烧结轴芯部成品(20)尺寸形状精度的整形。
2.根据权利要求1所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，所述步骤(2)中还包括对得到的烧结轮边部成品(10)和烧结轴芯部成品(20)进行机械加工的程序，所述机械加工位置包括烧结轮边部成品(10)的内圈表面和烧结轴芯部成品(20)的外圈表面。
3.根据权利要求1所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，所述步骤(3)中还完成对所述烧结轮边部成品(10)和烧结轴芯部成品(20)配合精度的整形。
4.根据权利要求3所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，所述“装配-整形”一体工装(30)的型腔包括容纳烧结轮边部成品(10)的轮边部型腔(31)和容纳烧结轴芯部成品(20)的轴芯部型腔(32)，其中，所述轮边部型腔(31)构造为能够对所述烧结轮边部成品(10)实施挤压，使所述烧结轮边部成品(10)的材料产生一定程度的流动和压缩。
5.根据权利要求4所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，使所述烧结轮边部成品(10)的材料产生一定程度的流动和压缩时，材料变形率控制在2％-10％之间。
6.根据权利要求4所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，所述轴芯部型腔(32)构造为仅能够对所述烧结轴芯部成品(20)实施整形，不造成所述烧结轴芯部成品(20)的材料产生流动和压缩，或者所述轴芯部型腔(32)构造为只造成所述烧结轴芯部成品(20)的材料产生少量流动和压缩，该少量流动和压缩控制在材料变形率不超过2％。
7.根据权利要求4所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，采用模压烧结工艺生产凸轮部件的轮边部(A)时，将轮边部金属粉末压实为粉末压坯后，先将粉末压坯脱模，然后装入烧结炉进行烧结，控制烧结温度和时间，得到烧结轮边部成品(10)。
8.根据权利要求1所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，在所述烧结轴芯部成品(20)的外圈装配面下端制造出带有锥度的导入部(21)，方便在装配整形中导入到烧结轮边部成品(10)的内圈。
9.根据权利要求1所述的一种凸轮部件的制作方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，也对采用MIM工艺得到的烧结轴芯部成品(20)进行加热，但加热温度低于对烧结轮边部成品(10)加热的温度。
10.一种权利要求1-9任意一项所述的凸轮部件的制作方法的应用，其特征在于，该方法应用在纺织机械凸轮部件的制作中。
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