粉末冶金摆线转子压制模具的精确设计

摘要:本文将三维软件与粉末冶金摆线转子压制模具的设计、模具的调整相结合，根据常规粉末冶金弹性回弹量，烧结变形量，计算出适用于压制模具的尺寸，再用CREO软件建立参数化的模型，导出至慢走丝程序，设计、制造出精准的压制模具，并根据定值控制，监控产品质量，使摆线型机油泵转子的尺寸和形状精度有很大提升。

引言

粉末冶金制品生产具有少无切削，效率高，成本低等特点，在国内外均得到了迅速的发展。摆线型机油泵转子具有对油污不敏感、成本低、结构简单且体积小、磨损少而噪声低、运转平稳、便于维护和修理等特点，越来越得到更加广泛的应用。内、外转子是摆线型机油泵转子的核心部件，其设计和加工是决定其效率、承载能力和寿命的主要因素。内转子形状的摆线用常规二维作图法，精度较差，不能满足越来越精确的产品性能要求;随着三维软件功能的丰富，在摆线型机油泵转子压制模具的设计中，将CREO三维软件与常规模具设计、模具调整相结合，能设计、制造出精准的模具，使摆线型机油泵转子的形状精度有很大提升。

1、转子泵的工作原理

摆线型机油泵转子内转子齿形为短幅外摆线的等距偏置线，而对应的外转子齿形为与其相共轭的圆弧曲线。全齿接触是该泵设计上的一个最大特点，全齿接触点、壳体和左右两侧板将内外转子间的空间分割成多个互相隔绝的密闭区域，随着内外转子的同向旋转，这些区域会出现周期性的压缩和膨胀，转子泵据此实现其吸油和排油的过程，从而将机械能转化为工作油液的输出压力能。

2、产品实例

外转子产品简图见(图1);内转子产品简图见(图2)。技术要求:外转子、内转子的啮合间隙为0.075-0.15;偏心距:2.82;表面粗糙度为Ra1.6;密度大于6.8克/厘米3。

外转子筒图(图1) 内转子筒图(图2)

3、生产工艺参数

粉末冶金模具设计的工艺参数包括材料的松装密度、压坯的回弹率、烧结收缩率、精整余量和回弹量，这些都是实际生产中，根据工艺方式测得。本主要从齿形形状精度方面进行讨论。

4、CREO三维软件建模

在二维CAD绘图中， 不能画出摆线形状， 摆线轮廓的齿形通常用样条曲线来模拟，效果不理想。CREO三维软件建模，是用参数方程生成摆线，建立摆线型机油泵转子内、外转子的实体模型。

内、外转子的几个重要尺寸，相互关系和摆线曲线公式如下(结合产品实例 图1和图2):

Z1 NUMBER--\"内转子齿数\"--5

DA NUMBER-- \"内转子长径\"--Φ32.48

DB NUMBER-- \"内转子短径\"--Φ21.21

R_PITCH NUMBER-- \"创成圆半径\"--(26.93/2)+R10=23.465

R3 NUMBER-- \"齿形圆半径\"--R10

DIA_ADD NUMBER-- \"外转子齿顶圆直径\"--Φ38.4

Z2 NUMBER--\"外转子齿数\"--6

CREO中需要的公式:

RA=DA/2

RB=DB/2

A=(RA-RB)/2

Z2=Z1+1

RH1=Z1*A

RH2=Z2*A

摆线曲线公式

theta=t*z2*360-180

X=((rh1-rh2)*cos(theta)+r_pitch*cos((rh2-rh1)/rh2*theta))

Y=((rh1-rh2)*sin(theta)+r_pitch*sin((rh2-rh1)/rh2*theta))

Z=0

摆线曲线公式代入产品实例数值

theta=t*6*360-180

X=((14.085-16.902)*cos(theta)+23.403*cos((16.902-14.085)/16.902*theta))

Y=((14.085-16.902)*sin(theta)+23.403*sin((16.902-14.085)/16.902*theta))

Z=0

CREO三维软件建模:

打开CREO软件-新建-模型，建立一个实体模型文件。在模型选项卡内，基准-曲线-来自方程的曲线对话框中(图3)，选择笛卡尔座标后的方程图标，进入(图4)方程界面，输入方程公式，确定后会建立一个摆线曲线。新建一个草绘，选择座标参照，进入草绘界面，

图3

图4

选择增加参照，增加摆线曲线参照。选择偏移图标-偏移-环，选择摆线曲线，方向向内，偏移距离为“齿形圆半径”10，建立内转子实际廓线，建好的内转子草图(图5)，由实际廓线拉伸成三维实体模型。外转子所有结构线均为圆弧，模型的建立相对简单，此处不再叙述。内外转子的三维装配关系如图6所示。

图5

图6

外转子、内转子的啮合间隙

外转子、内转子的啮合间隙为0.075-0.15，利用CREO中应用程序-机构程序-分析，测量实际啮合间隙。微调“齿形圆半径”，使外转子、内转子的啮合间隙为0.1。

5、图形转程序

将CREO三维软件中的内转子齿形另存为慢慢走丝机床可用的图形格式，再编辑图形，生成程序。

6、定值

对于摆线转子，定值是控制和考核产品质量的一个重要指标。由于转子精度要求较高，用粉末冶金法生产一般均需经过压制、烧结和精整等工艺过程，设计人员需要根据工艺过程中各尺寸的变化规律，分别设计压制、精整模具(包括对模具定值的设计)。在CREO软件内转子草图，标注实际定值尺寸，作为生产过程控制指标，监控产品质量，满足了产品图纸的条件。

7、结束语

摆线转子泵的应用较为广泛， 其三维造型给优化设计带来方便、直观等优点。本文将三维软件与粉末冶金摆线转子压制模具的设计、模具的调整相结合，根据常规粉末冶金弹性回弹量，烧结变形量，计算出适用于压制模具的尺寸，再用CREO软件建立参数化的模型，导出至慢走丝程序，设计、制造出精准的压制模具，并根据定值控制，监控产品质量，使摆线型机油泵转子的尺寸和形状精度有很大提升。随着工业的快速发展，各种形状的产品设计越来越复杂，各种类型产品都可能遇到，希望本文对其他的粉末技术人员有具有一定的参考价值。

文章来源：《冶金与材料》 网址: http://www.yjyclzz.cn/zonghexinwen/2020/0529/346.html