CN101444845A - 粉末冶金齿套的制作方法 - Google Patents

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Abstract

为解决现有齿套加工技术存在的工序众多、原材料利用率低和加工所需设备种类较多等问题，本发明提出一种粉末冶金齿套制作方法。本发明粉末冶金齿套制作方法采用混粉－压制－烧结等工序，生产工艺简单、原材料利用率高，在保证产品质量的前提下，提高了生产效率，降低了产品成本。

Description

粉末冶金齿套的制作方法
发明领域
本发明涉及到机动车变速器中的齿套及其制造方法，特别涉及到粉末冶金齿套及其制作方法。
背景技术
众所周知，机动车变速器是通过在二组或二组以上的驱动齿轮中，主动齿轮和从动齿轮的不同选择和组合，从而达到改变驱动齿轮转速的目的，也即达到改变机动车行驶速度的目的。通常，若干个主动齿轮组成一组并被安置在同一根轴上(即主动轴)，若干个从动齿轮组成一组被安置在另一根轴上(即从动轴)，主动轴和从动轴并列放置，通过拨叉改变主动轴或/和从动轴上齿轮的相对位置，使不同齿数的主、从动齿轮啮合，从而改变其转动速度。在变速器不同大小、不同形状的齿轮中，有一类内部设置有齿的内齿轮(简称为齿套)，通过拨叉使其与相邻的外齿轮啮合或分开，实现转轴或齿轮的转动或不转动。通常，齿套的形状类似于圆柱筒，在圆柱筒的内壁设置有齿，有的齿套在内、外圆柱壁上均设置有齿，其形状较为复杂，加工较为困难。
目前，现有齿套加工技术的工序通常为：锻材下料—机械加工为圆柱筒—机械加工内、外齿—热处理。显然，这种加工方法工序众多、原材料利用率低、加工所需设备种类较多。
另外，粉末冶金技术作为一种金属制品的新兴加工技术已广泛用于机械零件的加工生产。粉末冶金的基本工序为：混粉—压制—烧结，所述混粉即将各种所需的金属粉末及添加剂均匀的混合在一起；所述压制即将混合后的金属粉末填充在刚性模具中，并施加足够的压力使其形成模具所确定的形状；所述烧结即将压坯放在具有保护气体或真空的加热炉中，加热到预定温度，使压坯产生物理化学变化，形成金属制品。通常，根据需要烧结后的零件还需要经过热处理或整形等工序，使其具有所需的尺寸精度、物理性能和机械性能。显然，粉末冶金技术具有原材料利用率高、工序简单和生产效率高等优点。
发明内容
为解决现有齿套加工技术存在的工序众多、原材料利用率低和加工所需设备种类较多等问题，本发明提出一种粉末冶金齿套制作方法。本发明粉末冶金齿套制作方法采用混粉—压制—烧结等工序，生产工艺简单、原材料利用率高，在保证产品质量的前提下，提高了生产效率，降低了产品成本。
本发明粉末冶金齿套制作方法采用下列三种粉末冶金工艺之一生产、制作粉末冶金齿套：
采用下列三种粉末冶金工艺之一生产、制作粉末冶金齿套：
(1)混粉—压制或温压—烧结—整形，即所谓常规或温压粉末冶金工艺；
(2)混粉—一次压制—预烧结—二次压制—烧结—整形，即所谓复压复烧粉末冶金工艺；
(3)混粉—锻坯压制—预成形坯烧结—粉末锻造，即所谓粉末锻造工艺；
所述混粉是指采用混料机将铁粉和其他合金粉包括预合金粉及添加剂的均匀混合；
所述压制是指采用油压机将混合后的金属粉末在封闭刚性模具中施加预定的压力；
所述温压是指采用油压机将混合后的金属粉末和封闭刚性模具加热到预定温度后施加预定的压力；
所述烧结或预烧结是指将压坯放在具有保护气体或真空的加热炉中加热到预定温度并保温预定的时间；
所述整形是指将烧结后的产品在预定压力下通过整形模；
所述粉末锻造是指将经过烧结的预成形坯加热后在封闭磨具中进行锻造。
本发明粉末冶金齿套制作方法压制时金属粉末在刚性模具中所施加的预定压力为400～1000MPa。
本发明粉末冶金齿套制作方法温压时金属粉末和刚性模具的加热温度为100℃—200℃。
本发明粉末冶金齿套制作方法烧结的温度为1100℃—1250℃。
本发明粉末冶金齿套制作方法预烧结的温度为600℃—900℃。
本发明粉末冶金齿套制作方法粉末锻造的加热温度为870℃—1100℃。
本发明粉末冶金齿套制作方法粉末锻造的压力为700～1000MPa。
本发明粉末冶金齿套制作方法烧结或预烧结的保温时间为25—60分钟。
附图说明
附图1是机动车变速器齿轮系结构示意图；
附图2是机动车变速器外圆不带齿的齿套示意图；
附图3是机动车变速器外圆带齿的齿套示意图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明粉末冶金齿套制作方法作进一步的说明。
附图1是机动车变速器齿轮系结构示意图，图中，1是机动车变速器齿轮系的齿套。由图可知，机动车变速器是通过在二组或二组以上的驱动齿轮中，主动齿轮和从动齿轮的不同选择和组合，从而达到改变驱动齿轮转速的目的。通常，若干个主动齿轮组成一组并被安置在同一根轴上(即主动轴)，若干个从动齿轮组成一组被安置在另一根轴上(即从动轴)，主动轴和从动轴并列放置，通过拨叉改变主动轴或/和从动轴上齿轮的相对位置，使不同齿数的主、从动齿轮啮合，从而改变其转动速度。在变速器不同大小、不同形状的齿轮中，有一类内部设置有齿的内齿轮(简称为齿套)，通过拨叉使其与相邻的外齿轮啮合或分开，实现转轴或齿轮的转动或不转动。
附图2是机动车变速器外圆不带齿的齿套示意图，附图3是机动车变速器外圆带齿的齿套示意图。由图可知，在变速器不同大小、不同形状的齿轮中，有一类内部设置有齿的内齿轮(简称为齿套)，通过拨叉使其与相邻的外齿轮啮合或分开，实现转轴或齿轮的转动或不转动。通常，齿套的形状类似于圆柱筒，在圆柱筒的内壁设置有齿，有的齿套在内、外圆柱壁上均设置有齿，其形状较为复杂，加工较为困难。
具体实施例1
以某机动车变速器齿套为例，其形状如附图1所示。现有技术齿套生产方法是采用20CrMo或20CrMnTi的热轧材或锻材经过下料、机加工后形成类似于空心圆柱体形状的坯件，再采用插齿加工形成内齿，再进行热处理。在必要时，还需要进行剃齿、珩齿加工。如果从下料开始到粗车加工、精车加工、插齿、热处理等，大约需要10余道工序。
采用本发明粉末冶金齿套制作方法，则步骤如下：
混粉：将铁粉和其他合金粉包括预合金粉及添加剂在V型混料机中混合15～60分钟，直到各种粉末均匀混合为止；
压制：将混合后的金属粉末填充入刚性模具中，在400～700MPa的压力下压制，此时齿部已成型；
或者采用温压：即将金属粉末和刚性模具加热到130-150℃，再在500～1000MPa的压力下压制，此时齿部已成型；
烧结：在氨分解保护气体烧结炉中在1200℃下进行高温烧结；
整形：在一定的压力下使产品通过整形模，使齿套的齿部尺寸和形状更为精确；如果后续机械加工中需要进行剃齿、珩齿等工序，则可以省略整形工序。
经前述工序加工后的齿套已基本具备齿套技术要求的外观形状和尺寸，根据需要还可进行切削加工和热处理，以进一步使产品的外观形状和尺寸满足其技术要求，其切削加工和热处理的主要技术要求包括：
切削加工：车削齿套端面、车削外表面、车削齿部端面等；
热处理：采用渗碳淬火，在0.8的碳势状态下，于890℃左右下淬火，使产品表面形成一定深度的硬化层。
显然，采用本发明粉末冶金齿套制作方法生产工艺简单、原材料利用率高，在保证产品质量的前提下，提高了生产效率，降低了产品成本。并且，由于粉末冶金制品通常不可能达到完全致密，换句话说就是粉末冶金制品中总是保留有一定数量的孔隙。而齿套是浸在机油中工作的，因此，对降低噪声、保持良好的润滑等均有现有技术不可相比的优点。另外，由于采用了整形工序，齿套的齿部在润滑良好及一定压力作用下，通过形状规则的整形模，因此，本发明粉末冶金齿套的齿部形状十分规则，对啮合、减少磨损等亦具有现有技术不可相比的优点。
具体实施例2
由于仅采用一次压制、烧结的粉末冶金制品的密度较低，通常不超过7.1g/cm3，其机械性能和物理性能较低，在要求较高的情况下不能满足使用要求。因此，需要进一步提高密度。本实施例仍然以某机动车变速器齿套为例(形状如附图1所示)，采用复压复烧的方法进一步提高齿套的密度。具体步骤为：
混粉：将铁粉和其他合金粉包括预合金粉及添加剂在V型混料机中混合15～60分钟，直到各种粉末均匀混合为止；
一次压制：将混合后的金属粉末填充入刚性模具中，在400～700MPa的压力下压制，此时齿部已成型，压坯密度大约为6.4—7.0g/cm3；
预烧结：在氨分解保护气体烧结炉中在780-850℃烧结；
二次压制：将预烧结后的坯件在刚性模具中在600～900MPa的压力下压制，此时预烧结坯件的密度大约为7.2—7.4g/cm3；
烧结：在氨分解保护气体烧结炉中在1100-1200℃下烧结；
整形：在一定的压力下使产品通过整形模；
根据需要还可进行切削加工和热处理，其具体要求与实施例1相同。
具体实施例3：
为提高粉末冶金齿套的密度，还可以采用粉末锻造的方法，具体步骤为：
混粉：将铁粉和其他合金粉包括预合金粉及添加剂在V型混料机中混合15～60分钟，直到各种粉末均匀混合为止；
锻坯压制：将混合后的金属粉末填充入刚性模具中，在400～700MPa的压力下压制，此时压坯密度大约为6.6—7.0g/cm3且锻坯的形状近似齿套成品；
烧结预成形坯：与常规粉末冶金烧结一样，其烧结温度为一般为1120℃—1150℃
粉末锻造：将加热后(870～1090℃)的锻坯在封闭磨具进行锻造，一般锻造压力在700～1000MPa之间。此时，齿套的齿部已成型，密度为7.4—7.7g/cm3；
此时，可以根据需要确定是否还要进行烧结，如果锻坯加热温度较高，且保温时间较长可以不再进行烧结，否则，还需要进行烧结，其烧结工艺与具体实施例1相同；
根据需要还可进行切削加工和热处理，其具体要求与实施例1相同。
由以上实施例可知，采用本发明粉末冶金齿套制作方法生产工艺简单、原材料利用率高，在保证产品质量的前提下，提高了生产效率，降低了产品成本。并且，可以根据不同的产品性能要求，选择或组合不同的生产工序，使得在保证产品质量的前提下，尽可能的降低资源消耗、缩短工艺，提高生产效率。

Claims (8)

1、一种粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：采用下列三种粉末冶金工艺之一生产、制作粉末冶金齿套：
(1)混粉—压制或温压—烧结—整形，即所谓常规或温压粉末冶金工艺；
(2)混粉—一次压制—预烧结—二次压制—烧结—整形，即所谓复压复烧粉末冶金工艺；
(3)混粉—锻坯压制—预成形坯烧结—粉末锻造，即所谓粉末锻造工艺；
所述混粉是指采用混料机将铁粉和其他合金粉包括预合金粉及添加剂的均匀混合；
所述压制是指采用油压机将混合后的金属粉末在封闭刚性模具中施加预定的压力；
所述温压是指采用油压机将混合后的金属粉末和封闭刚性模具加热到预定温度后施加预定的压力；
所述烧结或预烧结是指将压坯放在具有保护气体或真空的加热炉中加热到预定温度并保温预定的时间；
所述整形是指将烧结后的产品在预定压力下通过整形模；
所述粉末锻造是指将经过烧结的预成形坯加热后在封闭模具中进行锻造。
2、根据权利要求1所述粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：压制时金属粉末在刚性模具中所施加的预定压力为400～1000MPa。
3、根据权利要求1所述粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：温压时金属粉末和刚性模具的加热温度为100℃—200℃。
4、根据权利要求1所述粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：烧结的温度为1100℃—1250℃。
5、据权利要求1所述粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：预烧结的温度为600℃—900℃。
6、据权利要求1所述粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：粉末锻造的加热温度为870℃—1100℃。
7、据权利要求1所述粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：粉末锻造的压力为700～1000MPa。
8、据权利要求1所述粉末冶金齿套的制作方法，其特征在于：烧结或预烧结的保温时间为25—60分钟。
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