5汽车座椅调高泵阻逆器拨块的研制

1汽车座椅调高泵阻逆器拨块的研制王士平（马鞍山市华东粉末冶金厂，安徽马鞍山243012）摘要阻逆器拨块是汽车座椅调高泵的关键粉末冶金零件,其形状复杂,台阶多,尺寸精度高,要求抗冲击,耐磨损。其性能要求:密度≥7.05g/cm3,硬度HRC38-48，抗拉强度σb≥900MPa,无缺口夏比冲击功≥7J,针对其性能要求，精心选材，结合其形状结构特点，合理设计加工模具，开发出质量合格的粉末冶金阻逆器拨块。关键词阻逆器拨块尺寸精度抗拉强度冲击功1引言目前我国的汽车座椅高度调整机构大体分为手动和电动两大类，早期的座椅多采用人工手动方式来调节座椅的高度，操作十分不便，且安全性不好，座椅调高泵的研制成功，可以实现座椅高度的自动调节，操作比较方便，可以比较容易调整到驾驶员所需的高度。[1]调高泵中的阻逆器拨块中装有双向离合器，若向双向离合器施加顺时针或逆时针的转动力，则双向离合器保持与阻逆器拨块接合的状态，通过其转动而向制动凸轮和锁定构件施加推力而使座椅上升和下降，若不向该双向离合器施加转动力，则双向离合器返回与阻逆器拨块呈分离的状态，座椅停留固定在调整到的位置。因此阻逆器拨块的尺寸精度和力学性能直接影响到座椅调整的舒适性和可靠性。我们通过大量试验，对阻逆器拨块的粉末冶金生产工艺作了深入的探索，成功开发出密度≥7.05g/cm3,硬度HRC38-48，σb≥900MPa,无缺口夏比冲击功≥7J的粉末冶金阻逆器拨块，经厂家台架试验认定，完全满足使用要求，现已批量装车。2阻逆器拨块2.1阻逆器拨块外形及尺寸如图1和图2所示图1阻逆器拨块外形图2图2阻逆器拨块零件图2.2阻逆器拨块的物理力学性能及台架试验和实车道路试验要求2．2．1阻逆器拨块的物理力学性能如表1所示表1阻逆器拨块的物理力学性能项目数值密度（g/cm3）≥7.05硬度（HRC）38-48抗拉强度σb(MPa)900无缺口夏比冲击功（J）≥72．2．2台架试验和实车道路试验要求台架试验,这是一种检验阻逆器拨块是否满足极限使用要求和安全可靠性的试验，试验时在座椅上装载75公斤重物，开动座椅上升到最高位置，停留20分钟，再下降到最低位置，停留10分钟后再上升，进入下一循环，如此反复，要求一万次以上，拆开阻逆器拨块不得有损坏，无明显磨损。台架试验通过后，再装车实际道路试验，座椅装车后载人在各种工况条件下，实际行车试验，要求8万公里后，拆开阻逆器拨块不得有损坏，无明显磨损。3阻逆器拨块的开发过程：3．1工艺路线的制定根据阻逆器拨块性能要求制定以下工艺路线：混料→压制→烧结→机加工→热处理→光饰清洗→浸油→检验→包装入库3．2材料的选择3．2．1材料成分的确定分析阻逆器拨块的力学性能和尺寸精度要求，由图2可以看出，内12边形尺寸28.69+0.050无法通过后加工来保证，因此必须精确控制烧结和热处理过程中尺寸的变化。在考虑其力学性能的同时也必须兼顾尺寸的稳定性。综合考虑我们选用Fe-Ni-Mo-Cu-C扩散合金作为阻逆器拨块的材质。具体成分和物理性能见表23表2材料成分和物理性能化学成分（质量%）物理性能CCuMoNiFe流动性松装比压缩性0.3-0.51.38-1.620.46-0.543.65-4.35余量25s/50g2.97-3.127.15g/cm33．2．2材料的成分分析：材料中填加铜粉是为了提高强度、硬度、及耐磨性[2]，铜能溶入到铁中起固溶强化作用[3]。材料中混入铜粉大约在1083℃熔解，然后流入铁粉颗粒之间和小孔隙中，有助于烧结过程的进行，含铜量为2%或不到2%时，烧结合金一般不存在或只含有极微量的未熔解的铜，当铜含量较高时就可以看到析出的铜相，因此铜填加量一般在2%左右就可以达到固溶强化作用，铜的加入对制品烧结后的尺寸有很大影响，因为铜熔化后再毛系管力的作用下，很快渗入铁粉颗粒之中，使铁颗粒体积增大，而原铜粉处则成为空隙，引起整个烧结体膨胀。加入石墨可以控制铁-铜材料烧结后尺寸的变化因为碳的存在降低了铁-铜系的熔点，和降低了铜在γ-Fe中的溶解度，从而增加液相量，使膨胀减小，如果石墨与铜的配比适当，可精确控制产品尺寸[4]。对Fe-1.5Cu-C粉末冶金材料进行碳氮共渗热处理，当材料中石墨添加量由0.2增加到1.0时,由于材料显微组织变化不大,所以性能变化不大.但当材料中石墨添加量超过0.8时,材料的强度和延伸率均有所降低.综合以上分析，当铁铜碳钢需要热处理时，材料中碳添加量0.3-0.5%时，材料各方面综合性能最佳[5]，具体如表3、表4表3不同碳含量试样烧结态性能(烧结条件:N2:H2=90:10,1120℃,40分钟)(热处理：碳氮共渗：850℃x1.0碳势x120min；油冷：110℃/10min;180℃回火)表4不同碳含量试样热处理态性能镍是扩大γ-Fe相区和稳定奥氏体的元素，镍与铁可互溶可产生固溶强化作用，镍可使Fe-C相图上的共析S向左下方移动，这样可得到较细的珠光体组织，同时珠光体中铁素体含量较大，因此烧结镍钢在一定的含镍范围内，使强度提高而不降低塑性和韧性。镍可降低钢的临界转变温度和降低钢中各合金元素的扩散速度，从而提高钢的淬透性，同时加入钼效果更好。镍的加入对制品烧结后的尺寸变化有一定影响，当镍含量超过2-3%时，镍和碳对碳含量(％)极限强度(MPa)屈服强度(0.2％)(MPa)延伸率(％)硬度(HRB)0.2250201.48370.43092502.53530.63783011.98650.84653711.40781.05344341.0484碳含量（％）极限强度(MPa)屈服强(0.2％)(MPa)延伸率(％)硬度(HRC)0.25735690.22360.4546-0.17370.66365750.23380.86285740.27391.06196130.19394收缩同时起作用，随镍量增加收缩更大，这样正好可以抵消铜加入引起的尺寸膨胀，从而精确控制产品尺寸。镍在γ-Fe中的扩散系数小，要在1200°C下烧结才能达到合金均匀化，因此在1120°C下烧结很难合金化，故我们选用Fe-Ni扩散合金粉。钼也可溶入铁中起固溶强化作用，但主要是细化晶粒，提高淬透性和防止回火脆性，含量一般在1%以下.钼在铁中的扩散速度远低于碳的扩散速度，故不易用钼粉，因此我们也是选用Fe-Mo扩散合金粉。综上所述,我们选用赫格纳斯distloyAE+0.4%C+0.6%微粉蜡+0.2%黏接剂混合粉为原材料。3.3模具的设计和调试：3．3．1模具的设计：分析产品图纸，可以看出产品高度方向上下端有四个台阶，考虑到模具加工的问题，如果把11x2处的台阶和12边形处的台阶做到一起，做成台阶芯棒，靠芯棒带台成形，理论上是可行的，但是在模具加工中形不通，因为要这样那成形台阶1的下三冲模具就有一开口，一方面模具加工过程中会变形而让带台芯棒无法配模，另一方面在压制过程中也极易变形而和带台芯棒卡死，使模具拉伤而失效，如果直接把11x2处的台阶当成凸台做到下二冲上，由于高度落差太大，凸台上部密度太高而易损坏下二冲。通过以上分析，解决11x2处的台阶处的成形，就是我们模具设计的关键，在实际模具设计中，我们改变一下压坯的形状，将11x2处的台阶在下三冲以内的部分做一半到带台芯棒上，一半不做，这样下二冲就不会形成开口，便于模具的加工，多余的部分，再通过后续机加工完成。11x2处的台阶在下三冲以外的部分就直接当成凸台做到下二冲上，再利用补偿装粉，在上冲同样位置分出一同样大小的上二冲，压制时上二冲先伸出，将下二冲凸台处的多余粉末移开，这样就保证了局部密度的均匀一致。具体模具设计装模图见图3。3．3．2模具调试：模具调试时，调整上二冲伸出上一冲外2mm,推开下二冲凸台上多余的粉末，以保证压坯凸台上的密度均匀，调整装粉时，第一步调整好下二冲上部分压坯的密度，第二部调好下一冲上部分压坯的密度，再慢慢调整下三冲上部分压坯的密度，以免将下二冲压裂开，为了保证压坯不产生裂纹，一般下二冲上部分压坯的密度要略低于下一冲和下三冲上部分压坯的密度，带台芯棒上的密度与下二冲上部分压坯的密度同步调整。直至压出符合密度要求的压坯。图3装模图（脱模位置）3.4烧结为了使各材料成分充分合金均匀化，烧结工艺定为温度1150°C，烧结时间50分钟，氮基气体保护，加入5%-10%氢气（由氨分解混合气提供），保持还原性气氛。为防止烧结变形，压坯应台阶朝上整齐码放到陶瓷板上，再摆到网带上烧结。3.5机加工在专用夹具上铣槽，攻丝3.6热处理采用丰东UBE-100热处理炉，热处理条件：碳氮共渗:气氛：甲醛丙烷与氨气混合气，5碳势：1.0，氨流量：1-2L,850℃，100min;油冷:110℃/10min;180℃回火2小时。4产品性能检测和台阶试验4.1产品性能经上述工艺生产出的产品经检测结果如表5表5产品检测结果项目数值密度（g/cm3）7.07硬度（HRC）42-45抗拉强度σb(MPa)916无缺口夏比冲击功（J）8.94.2台架试验和实车道路试验产品安装到调高泵后装座椅经二汽汽车台架试验中心，按试验标准在座椅上装载75公斤重物，开动座椅上升到最高位置，停留20分钟，再下降到最低位置，停留10分钟后再上升，进入下一循环，共计做了一万三千多次，拆开后阻逆器拨块完好无损，顺利通过二汽汽车台架试验中心台架试验。将装有我们阻逆器拨块的座椅总成，装车在二汽实车道路试验场实车道路试验，经十个多月的试验，行程九万二千公里，拆开后阻逆器拨块完好无损顺利通过二汽实车道路试验。目前该产品已小批量生产。参考文献[1]赵波等汽车座椅高度调整机构开发与应用机械设计与制造2012第4期83[2]印红羽等粉末冶金模具设计手册[M]机械工业出版社[3]韩凤麟粉末冶金机械零件[M]机械工业出版社[4]曾德麟粉末冶金材料[M]冶金工业出版社[5]杨传芳、王士平.《含碳量对烧结铜钢尺寸与性能的影响》：2010.4《粉末冶金工业》20卷2期