本文通过对粉末冶金凸轮轴正时齿轮产品的形状改进，减少了汽车发动机上的相关零件；同时对改进后的凸轮轴正时齿轮，进行模具设计分析，优化模具结构；创新应用粉末冶金压机功能，使原本不适合生产凸轮轴正时齿轮的粉末冶金压机，变成能大批量生产。凸轮轴正时齿轮产品的形状结构的合理性更加完善，压制模具的适用性更加合理，大批量生产出高精度、高质量、低成本的产品。

        1 引言

　　随着我国粉末冶金零件产业的飞速发展，粉末冶金零件取代铸件、锻件及切削加工零件，在汽车等产业中得到大量应用。凸轮轴正时齿轮是汽车发动机上的重要零件，如何生产出高精度、高质量、低成本的凸轮轴正时齿轮是一个非常重要的课题。通过对粉末冶金凸轮轴正时齿轮产品的形状的研究，找出改进方案;根据工厂现有粉末冶金压机，结合压制模具结构，找出较为完善和适宜大批量生产的方案。

　　2 产品形状分析与改进

　　本产品凸轮轴正时齿轮是发动机厂家新开发产品，同时也想改进现有结构，使装配更简单，性能更稳定。现有改进前的结构(图1)。通过我公司技术人员研究，与发动机厂家沟通，可以将与凸轮轴正时齿轮相配合轴端面的定位销取消，在轴上开一个键槽，在凸轮轴正时齿轮上增加键子，用来替代原安装结构。这样，省下了轴端钻孔工序，省下了装配定位销。发动机厂家最终确定为将定位销取消，将定位销做在凸轮轴正时齿轮上，减少了汽车发动机上的相关零件。改进后的凸轮轴正时齿轮(图2)结构复杂性有所增加;从发动机装配上来说，节约了轴端钻孔工序和装配定位销工序，同时也减少了装配时间;从经济上和生产上是有效益的。

　　3 产品生产工艺分析

　　凸轮轴正时齿轮产品三维图形如图(图3、图4)。从图2、图3、图4中可以看出，与轴配合孔的尺寸为Φ36.5+0.039，键子尺寸为4-0.04 ,不能后序加工，只能是压制成形，后序整形保证。结合类似产品的生产工艺，工艺安排为：压制——烧结——精整——去毛刺——清洗——上油——包装。

　　4 模具设计分析和模具设计

　　根据凸轮轴正时齿轮三维模型(图3、图4)，和粉末冶金产品成形的特性，对产品进行模具设计分析。产品上部可以分为两个冲来成形，外齿部位是一个冲(上外冲);内部平面是一个冲(上内冲)，小沉头孔部位做在上内冲上。产品下部可以分成两冲形式，一种形式是：外齿部位是一个冲(下外冲);筋板部位(六个大异形孔与两个小异形孔部位)是一个冲(下二冲)(图5)，异形孔相对应部位做成凸起部位，在下二冲上可以成形;Φ36.5孔外部台阶和键子处，也同样做在下二冲上，此时Φ36.5孔外部台阶处密度，会与筋板部位密度有较大差异，造成产品局部密度低;Φ36.5孔处为下三冲部位(图6);小孔为芯棒。具体结构见图(图5、图6)。整体模具结构为标准的上二下三结构，产品可以成形，密度差大，生产效果不好。

　　第二种形式是：外齿部位是一个冲(下外冲);筋板部位(六个大异形孔与两个小异形孔部位)是一个冲(下二冲)(图7)，异形孔相对应部位做成凸起部位，在下二冲上可以成形;Φ36.5孔外部台阶和键子处，单独做成一个冲，成为下三冲(图8)，这样，压制成形时会单独移粉，不会造成与其他部密度差过大，模具较复杂;Φ36.5孔与小孔(通孔)处为下四冲。具体结构见图(图9)。整体模具结构为标准的上二下四结构，产品可以成形，密度差小，生产出产品效果好。

　　5 压机功能与模具结构关系

　　公司现有适合粉末精压机为：500T上三下三模架的机械压机，具有芯棒跳起充粉功能。按模具设计结构的第一种形式上二下三模具压制，现有500T上三下三模架的机械压机完全能满足模具设计使用要求;Φ36.5孔外部台阶处密度，会与筋板部位密度有较大差异，造成产品局部密度低，不适于生产。按模具设计结构的第二种形式上二下四模具压制，现有500T上三下三模架的机械压机不能完全满足模具设计使用要求。经过技术人员同压机调试人员共同想办法，将下四冲(图9)装在中心缸上，充分利用现有500T机械压机的芯棒跳起功能，进行装粉填充调整，可以实现凸轮轴正时齿轮各成形面在压制成形后密度一致，可以批量生产产品。

　　6 批量生产凸轮轴正时齿轮可行性验证

　　根据以上分析，采用500T上三下三模架的机械压机，模具结构按上二下四模具结构开模，利用现有500T机械压机的芯棒跳起功能实现下四冲移粉，批量压制凸轮轴正时齿轮，经过各工序：压制——烧结——精整——去毛刺——清洗——上油——包装。成品检验凸轮轴正时齿轮尺寸、精度、各处密度，完全达到了产品图纸的要求。凸轮轴正时齿轮成品见图(图10).

　　7 结束语

　　凸轮轴正时齿轮的成功研发、生产，一是在产品形状的设计阶段，与发动机厂家相互沟通，优化发动机部份组件的结构，设计出适合粉末冶金压制成形的凸轮轴正时齿轮;二是 通过技术研发，在不同的模具设计结构中，选出最优和最适合本公司的模具开发方案;三是制定完善的各工序的工艺，使凸轮轴正时齿轮不需要机械加工，就可以完全达到发动机厂的安装使用要求，提高了生产效率和经济效益。凸轮轴正时齿轮的成功生产，充分体现了粉末冶金零件少加工、无加工的技术特点，生产成本低廉，从而在汽车工业中更加广泛的应用。