文/郭銀芳·武漢華夏精沖技術(shù)有限公司

薄壁卡環(huán)校形模具設(shè)計(jì)

文/郭銀芳·武漢華夏精沖技術(shù)有限公司

圖1 零件結(jié)構(gòu)圖

薄壁卡環(huán)（圖1）為一種汽車零部件，其內(nèi)圈帶有同心的三個(gè)均勻分布的齒部和非齒部圓弧，外圈為圓形、壁薄，需進(jìn)行碳氮共滲淬火熱處理。由于其在使用過程中主要靠?jī)?nèi)圈齒部定位，因此對(duì)內(nèi)圈齒根圓直徑有很嚴(yán)格的要求，而其他尺寸公差范圍較大。然而，對(duì)薄壁卡環(huán)進(jìn)行碳氮共滲淬火熱處理后，會(huì)產(chǎn)生變形而導(dǎo)致齒根圓直徑超差?，F(xiàn)有的對(duì)齒根圓直徑小的零件可在熱處理后增加擠孔或磨內(nèi)孔工序，而齒根圓直徑大的零件只能報(bào)廢處理。如果采用先滲碳空冷后利用控制變形工裝淬火，則零件熱處理硬度和質(zhì)量穩(wěn)定性難保證。為了解決這一難題，滿足批量生產(chǎn)需求，我們?cè)O(shè)計(jì)出一副校形模具，旨在方便對(duì)齒部尺寸超差的薄壁卡環(huán)進(jìn)行校形，不僅提高生產(chǎn)效率，而且也降低了成本。

模具結(jié)構(gòu)

校形模具結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括有上模板、下模板、第一定位孔、第二定位孔、螺釘、銷釘、第一擠孔凸模、第二擠孔凸模、第一定位釘、第二定位釘、導(dǎo)柱導(dǎo)套裝置、外環(huán)定位裝置等。

上模板和下模板相對(duì)設(shè)置，二者通過兩滾動(dòng)導(dǎo)柱組件進(jìn)行定位，導(dǎo)柱直徑φ25mm，保證上、下模板之間的導(dǎo)向精度。第一擠孔凸?；虻诙D孔凸模固定于上模板上以對(duì)薄壁卡環(huán)進(jìn)行擠壓校形， 第一定位釘或第二定位釘固定于下模板上以對(duì)薄壁卡環(huán)進(jìn)行定位，外環(huán)定位裝置安裝于下模板上，且安裝位置可調(diào)整。第一擠孔凸模和第二擠孔凸模均通過螺釘加銷釘固定于上模板上。第一擠孔凸模和第二擠孔凸模上均設(shè)有螺紋孔和銷釘孔。

圖2 校形模具結(jié)構(gòu)圖

外環(huán)定位裝置包括偏心輪、手柄、轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及軸套，偏心輪可轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定于下模板上，軸套設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，偏心輪套設(shè)于軸套上且與其固定連接，手柄通過緊固件（螺釘）與偏心輪固定連接。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

校形模具中的上、下模板選用45號(hào)鋼，第一擠孔凸模和第二擠孔凸模選用Cr12MoV合金鋼，熱處理硬度至56～60HRC。

第一擠孔凸模（圖3）的第一擠壓部數(shù)量與薄壁卡環(huán)的齒部數(shù)量相等，為三個(gè)；第二擠孔凸模（圖4）包括三個(gè)用于對(duì)薄壁卡環(huán)的齒部進(jìn)行限位的限位部和三個(gè)用于對(duì)薄壁卡環(huán)的非齒部?jī)?nèi)圓弧部進(jìn)行擠壓的第二擠壓部。

圖3 第一擠孔凸模結(jié)構(gòu)圖

圖4 第二擠孔凸模結(jié)構(gòu)圖

第一擠壓部和第二擠壓部都設(shè)計(jì)為上寬下窄結(jié)構(gòu)以對(duì)薄壁卡環(huán)的齒部或非齒部進(jìn)行導(dǎo)向擠壓（方便第一擠孔凸模和第二擠孔凸模穿過薄壁卡環(huán)）。第二擠孔凸模中的三個(gè)限位部的外緣組成的圓其直徑取值為薄壁卡環(huán)的齒根圓直徑最小值，以避免擠壓時(shí)薄壁卡環(huán)齒根圓減小到合格范圍以下。

通過設(shè)置手柄，方便用戶轉(zhuǎn)動(dòng)偏心輪以對(duì)薄壁卡環(huán)進(jìn)行定位。下模板上設(shè)置有兩個(gè)定位孔（分別為第一定位孔和第二定位孔，用于安裝轉(zhuǎn)動(dòng)軸），以及設(shè)置第一定位釘或第二定位釘，第一定位釘和第二定位釘均可拆卸，根據(jù)不同尺寸的薄壁卡環(huán)來靈活選用不同的定位釘，避免定位釘和偏心輪阻擋變形。

工作過程

使用通止規(guī)分檢薄壁卡環(huán)的齒根圓直徑，將其篩分為薄壁卡環(huán)的齒根圓直徑偏大和偏小兩類。通止規(guī)的設(shè)計(jì)原理參照光滑極限量規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1957-2006，材料選擇Cr12MoV合金鋼，熱處理到56～60HRC。

圖5 通止規(guī)結(jié)構(gòu)圖

通止規(guī)的結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D5，對(duì)碳氮共滲熱處理后的薄壁卡環(huán)分檢齒根圓直徑，通止規(guī)包括有通端直徑T和止端直徑Z，T和Z分別為薄壁卡環(huán)的齒根圓直徑允許的最小值和最大值。當(dāng)薄壁卡環(huán)的齒部能通過通止規(guī)通端，但止端不能通過的，視為合格零件，轉(zhuǎn)終檢即可；當(dāng)薄壁卡環(huán)的齒部不能通過通止規(guī)通端的，視為齒根圓直徑小的不合格零件；當(dāng)薄壁卡環(huán)的齒部能通過通止規(guī)通端，也能通過止端的，視為齒根圓直徑大的不合格零件。

當(dāng)薄壁卡環(huán)的齒根圓直徑小于標(biāo)準(zhǔn)直徑下限時(shí)，在校形模具上安裝第一定位釘和第一擠孔凸模，外環(huán)定位裝置安裝于下模板的第一定位孔上，見圖1。將薄壁卡環(huán)放置于下模板上并通過第一定位釘對(duì)其進(jìn)行定位，具體為將薄壁卡環(huán)的一個(gè)齒部放置于兩個(gè)第一定位釘之間，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心輪使其頂緊于薄壁卡環(huán)的非齒部外圓弧部。上模板向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)第一擠孔凸模向下運(yùn)動(dòng)，第一擠壓部與薄壁卡環(huán)的齒部接觸，通過三個(gè)第一擠壓部對(duì)薄壁卡環(huán)的齒部進(jìn)行擠壓，使其齒根圓直徑脹大到標(biāo)準(zhǔn)直徑范圍內(nèi)。

當(dāng)薄壁卡環(huán)的齒根圓直徑大于標(biāo)準(zhǔn)直徑上限時(shí)，在校形模具上安裝第二定位釘和第二擠孔凸模，外環(huán)定位裝置安裝于下模板的第二定位孔上，如圖6。將薄壁卡環(huán)放置于下模板上并通過第二定位釘對(duì)其進(jìn)行定位后（薄壁卡環(huán)的放置角度需保證第二擠孔凸模向下運(yùn)動(dòng)時(shí)其三個(gè)限位部能與薄壁卡環(huán)的齒部一一相對(duì)設(shè)置），轉(zhuǎn)動(dòng)偏心輪使其頂緊于薄壁卡環(huán)的齒部外圓弧部，上模板向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)第二擠孔凸模向下運(yùn)動(dòng)，第二擠壓部與薄壁卡環(huán)的非齒部?jī)?nèi)圓弧部接觸，通過三個(gè)第二擠壓部對(duì)薄壁卡環(huán)的非齒部?jī)?nèi)圓弧部進(jìn)行擠壓，使其非齒部?jī)?nèi)圓弧部向外局部脹大的同時(shí)引起齒部向圓心收縮，以減小齒根圓直徑到標(biāo)準(zhǔn)直徑范圍內(nèi)，在擠壓的過程中，使每一限位部的外環(huán)側(cè)與薄壁卡環(huán)的齒部接觸，通過限位部防止對(duì)薄壁卡環(huán)的擠壓過小使其齒根圓直徑偏小。

圖6 薄壁卡環(huán)的齒根圓直徑大于標(biāo)準(zhǔn)直徑上限校形裝卡示意圖

對(duì)校形后的薄壁卡環(huán)進(jìn)行自然時(shí)效處理，放置一天時(shí)間，得到尺寸穩(wěn)定的薄壁卡環(huán)。

結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用本校形模具，對(duì)碳氮共滲淬火變形后的齒根圓直徑偏大和偏小的薄壁卡環(huán)通過局部擠壓的方法校形得到合格的零件，避免了因齒根圓直徑大需報(bào)廢處理的情況，提高了產(chǎn)品合格率，其校形方便，適合批量生產(chǎn)。