CN105312583A - 一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,属于粉末冶金齿轮技术领域。本发明的齿轮本体的中心处开设有轴孔,轴孔设置为倒锥形,且轴孔上开设有键槽,该齿轮本体的轴孔的周围均匀分布有通孔;该粉末冶金齿轮是由结合剂和粉末冶金基料制成,其中:结合剂由聚乙二醇、糠醇树脂、羟丙基甲基纤维素、沥青、淀粉、酚醛树脂、苏州土和环烷酸钴组成;粉末冶金基料由硬脂酸锌、烧结矿、合金粉、碳粉、转炉风淬渣、瓦斯灰、废弃砼和硼砂组成。本发明的由于轴孔设置为倒锥形,轴孔孔径由上端面至下端面逐渐减小,使得齿轮在与轴进行装配时简单方便,且通过创造性的成分配比,使得生产的齿轮齿面硬度、强度得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域,更具体地说,涉及一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮。
背景技术
粉末冶金通过一次成形和精整工艺,不需要其他后处理工艺,可以完全达到尺寸精度要求。粉末冶金齿轮能够以与制品形状极其相近的形状生产要求高尺寸精度、复杂的形状的部件,能够大幅度地减少切削成本。
一般而言,向铁基粉末中混合石墨粉等合金用粉末和硬脂酸、硬脂酸锌等润滑剂粉末而形成铁基粉末混合粉体后,将该铁基粉末混合粉体填充到金属模具,加压成形而制造粉末冶金用铁基粉末成形体。其中,铁基粉末根据成分可分为铁粉、合金钢粉等。并且,铁基粉末根据制造方法还可分为雾化铁粉、还原铁粉等。
铁基粉末成形体的密度一般为6.6-7.1mg/m3。对于这些铁基粉末成形体进一步实施烧结处理而形成烧结体,并且根据需要实施精整、切削加工而形成粉末冶金制品。
齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件,是能互相啮合的有齿的机械零件,齿轮通过与其它齿状机械零件传动,可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。目前齿轮传动已成为应用最广泛的传动方式。但是,现有的齿轮在与齿轮轴进行装配时,必须要将齿轮轴放的很正的才能进行装配,使得装配困难;而且,现有齿轮的轴孔与齿圈间的部分为实心结构,因此齿轮的重量较大,用料也较多,成本较高,此问题有待解决。在齿轮制造领域,粉末冶金法制造齿轮是一种高效、精密、灵活的金属加工工艺,适于大批量低成本生产高强度、高精度公差的齿轮。大大减少了传统钢材机加工所导致的质量、性能差的不足。
但是,现有的粉末冶金零件,由于配方不够完善、混料不均匀,导致压制成的生坯的不均匀,通过热处理所得的零件的整体密度不均匀,耐磨性、强度和硬度较差,达不到使用的目标,该一系列的问题亟待解决。
经专利检索,已有相关的技术方案公开。中国专利申请号:201310107609.4,申请公布日为:2013-07-31,发明创造的名称为:一种粉末冶金双联齿轮,由下列重量份的粉末原料压制而成:铁粉100、铜粉1.8-2.0、钼粉0.5-0.8、钒粉0.1-0.3、镍粉0.8-1.2、石墨粉0.5-0.8、改性树木灰烬0.1-0.3、稀土硅铁合金0.2-0.6、硬脂酸锌0.1-0.3、乙撑双硬脂酸酰胺0.1-0.2、二硫化钼0.1-0.3、三氧化二铝0.2-0.4、氮化硼0.2-0.4、LiF0.4-0.5;该申请案虽然提高了粉末冶金齿轮的耐磨性,具有硬度高、切削性好,耐腐蚀的性能,但是该申请案生产的齿轮成本较高,没有资源化应用工业废弃物,有待进一步降低成本。
此外,中国专利申请号:201210493191.0,申请公布日为:2013-03-27,发明创造的名称为:一种粉末冶金齿轮,其组成按重量百分比包括,0.5-1.0%的碳、1.0-1.2%的铜、0.3-0.5%的锰、0.3-0.5%的铬、0.1-0.3%的硼、0.5-1.0%的硬脂酸锌,余量为铁;该申请案虽然提高了生产效率、节省材料,但其生产的齿轮的强度和硬度有待提高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中,现有的粉末冶金齿轮的不易装配、耐磨性、强度和硬度较差的不足,提供了一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,该粉末冶金齿轮,不但将冶金行业的废弃物重新利用,而且通过特定的成分配比和处理,使得生产得到的粉末冶金齿轮的性能得到了改善,而且便于装配,节省原料。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,齿轮本体的中心处开设有轴孔,所述的轴孔设置为倒锥形,且轴孔上开设有键槽,所述的齿轮本体的轴孔的周围均匀分布有通孔;
所述的粉末冶金齿轮是由结合剂和粉末冶金基料制成。
更进一步地,所述的结合剂各组分按如下质量份组成:
所述的粉末冶金基料各组分按如下质量份组成:
所述的合金粉的成分的质量百分含量为:铁粉:95.8%,铜粉:1.39%,镍粉:0.85%,钼粉:0.72%,铝粉:0.74%,铬粉:0.25%,钛粉:0.25%;
上述的粉末冶金基料与结合剂的质量比为200∶2.0-3.0。
更进一步地,所述的烧结矿和瓦斯灰的平均粒径为30-40微米。
更进一步地,各组分按如下质量份组成:
结合剂,其各组分按如下质量份组成:
粉末冶金基料,其各组分按如下质量份组成:
所述的合金粉的成分的质量百分含量为:铁粉:95.8%,铜粉:1.39%,镍粉:0.85%,钼粉:0.72%,铝粉:0.74%,铬粉:0.25%,钛粉:0.25%;
上述的粉末冶金基料与结合剂的质量比为200∶2.5。
更进一步地,所述的转炉风淬渣的平均粒径为0.2-1.0mm。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
本发明的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,由于轴孔设置为倒锥形,轴孔孔径由上端面至下端面逐渐减小,使得齿轮在与轴进行装配时简单方便,降低了装备难度,且轴孔上开设有键槽,便于将齿轮定位在轴上,防止齿轮发生偏移,另外,齿轮本体的轴孔的均匀分布有通孔,即节省原料,也减小齿轮自身重量;此外,本发明混合料时分步混合,使得混合料的密度和成分更均匀,并通过合理的烧结、热处理,使得粉末冶金齿轮的强度和硬度都得到了提高,另外,将废弃的转炉风淬渣、瓦斯灰和废弃砼作为粉末冶金齿轮的特定组分使用,资源化利用了冶金废弃物;
本发明通过创造性的组分配比,使得生产的齿轮齿面硬度高、强度大,耐磨性得到提高,且适于大批量快速生产高性能齿轮。
附图说明
图1为本发明的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮的剖面结构示意图;
图2为本发明的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮的整体结构示意图;
图3为本发明的生产方法的流程图。
示意图中的标号说明:
1、齿轮本体;2、轴孔;3、键槽;4、通孔。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
结合图1、图2和图3,本实施例的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,齿轮本体1的中心处开设有轴孔2,轴孔2设置为倒锥形,轴孔2孔径由上端面至下端面逐渐减小,使得齿轮在与轴进行装配时简单方便,降低了装备难度,且轴孔2上开设有键槽3,便于将齿轮定位在轴上,防止齿轮发生偏移;另外,齿轮本体1的轴孔2的周围均匀分布有通孔4,通孔4位于齿轮的轴孔2与齿圈之间,即节省原料,也减小齿轮自身重量。
本实施例的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮是由结合剂和粉末冶金基料制成,其中:结合剂各组分按如下质量份组成:聚乙二醇1kg,糠醇树脂2kg,羟丙基甲级纤维素1kg,沥青1kg,淀粉2kg,酚醛树脂3kg,苏州土1kg,环烷酸钴1kg。
本发明的粉末冶金基料各组分按如下质量份组成:硬脂酸锌3kg,烧结矿4kg,合金粉240kg,碳粉2kg,转炉风淬渣5kg,瓦斯灰7kg,废弃砼1kg,硼砂2kg。
值得说明的是,聚乙二醇为PEG-3000,分子量在2700至3300之间,熔点为51-53℃,常温下为乳白色固体粉末;上述的羟丙基甲基纤维素又称为羟丙甲纤维素,是非离子型纤维素醚,常温时为白色的粉末状,采用高度纯净的棉纤维素作为原料,在碱性条件下醚化而制得,且羟丙基甲基纤维素加入到200目筛的通过率为80%。
另外,本实施例的淀粉为马铃薯淀粉、酯化淀粉和小麦淀粉的混合物,其中各组分的质量百分含量为:马铃薯淀粉:28.9%,酯化淀粉:37.7%,小麦淀粉:33.4%,且马铃薯淀粉、酯化淀粉和小麦淀粉加入到200目筛的通过率为75%。本实施例中的苏州土为中低温热液蚀变残余型高岭土,其成分的质量百分含量为:Al2O3:38.8%,SiO2:46.5%,其余杂质:14.7%。
所述的烧结矿为烧结矿筛分时筛下的细料,并将细料细磨,其成分的质量百分含量为:TFe:56.5%,FeO:9.1%,CaO:9.8%,SiO2:8.4%,MgO:1.5%,Al2O3:1.1%,S:0.05%,其余为不可避免的杂质。
本实施例的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,所采用的合金粉成分的质量百分含量为:铁粉:95.8%,铜粉:1.39%,镍粉:0.85%,钼粉:0.72%,铝粉:0.74%,铬粉:0.25%,钛粉:0.25%;本发明的上述的转炉风淬渣是转炉渣在风淬工位,液态转炉渣从渣罐车的中间罐流出,通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散,将转炉渣破碎成颗粒状,同时在罩式锅炉内捕集的渣粒,所述的转炉渣的粒径为0.2-1.0mm,且是由不同粒径的转炉风淬渣组成,其质量百分比组成如下:20%的0.2-0.5mm,50%的0.5-0.8mm,30%的0.8-1.0mm。
本实施例所采用的酚醛树脂即为电木。另外,炼铁高炉的煤气除尘系统由重力除尘和精细除尘两段组成,本实施例所采用的瓦斯灰是第二段精细除尘器中,干式除尘得到的干式细粒粉尘。上述的废弃砼即为废弃的混泥土。
本实施例的烧结矿和瓦斯灰分别在研磨机中研磨成平均粒径为30-40微米的粉末。
本发明的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮的生产方法,其步骤为:
步骤一:结合剂和粉末冶金基料制备
(1)结合剂制备
按质量比称取聚乙二醇1kg、糠醇树脂2kg、羟丙基甲级纤维素1kg、沥青1kg、淀粉2kg、酚醛树脂3kg、苏州土1kg和环烷酸钴1kg加入到搅拌机中,并在38℃温度下搅拌混合40min,搅拌速度为180r/min,混合均匀即得结合剂;
(2)粉末冶金基料制备
(A)按质量比称取硬脂酸锌3kg、烧结矿4kg和合金粉240kg加入搅拌机中,搅拌40min,搅拌速度为250r/min,混合均匀得混合物A;
(B)按质量比称取碳粉2kg、转炉风淬渣5kg、瓦斯灰7kg、废弃砼1kg和硼砂2kg加入搅拌机中,搅拌30min,搅拌速度为200r/min,混合均匀得混合物B;
(C)将步骤(A)中得到的混合物A与步骤(B)中得到的混合物B,加入搅拌机中,混合均匀,即得粉末冶金基料;
步骤二:混合搅拌
将步骤一得到的结合剂加入到粉末冶金基料中,其中:粉末冶金基料与结合剂的质量比为200∶2.5,在搅拌机内充分混合,混合均匀后即得到粉末冶金混合料;
步骤三:压制成形
将步骤二混合好的粉末冶金混合料放入压机,由压机完成将所述混合料末送入预设的产品模具,并在500MPa压力下压制成生坯件,压制成形的齿轮本体1的中心处开设有轴孔2,轴孔2设置为倒锥形,且轴孔2上开设有键槽3,所述的齿轮本体1的轴孔2的周围均匀分布有通孔4;
步骤四:高温烧结
将步骤三压制成形的生坯件放在烧结炉中,在氢气和氮气混合气体的保护气氛中,其中氢气占混合气体的3%,氮气占混合气体的97%;先在550℃下,预烧结40min;而后:
(1)首先,以升温速率10℃/min,从550℃升温至700℃,并保温30min;
(2)其二,以升温速率20℃/min,从700℃升温至900℃,并保温10min;
(3)其三,以升温速率25℃/min,从900℃升温至1050℃,并保温15min;
(4)最后,以升温速率15℃/min,从1050℃升温至1250℃,并在此温度下烧结130min;
步骤五:齿轮热处理
(1)淬火:将上步得到的工件进行淬火,淬火温度为820℃,淬火时间40min;
(2)升温:将淬火后的工件先以10℃/min的升温速率升温至900℃,保温30min,再以5℃/min的升温速率升温至920℃,并保温50min;
(3)回火:将升温后的工件进行回火,回火温度为220℃,回火保温时间70min;
(4)渗碳:将回火后工件在渗碳炉中850℃碳氮气氛下共渗60min,而后冷却至120℃,保温180min;最后冷却至室温,精加工,即得成品。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1,其不同之处在于:结合剂各组分按如下质量份组成:聚乙二醇2kg,糠醇树脂3kg,羟丙基甲基纤维素2kg,沥青1kg,淀粉3kg,酚醛树脂4kg,苏州土2kg,环烷酸钴1kg。
本发明的粉末冶金基料各组分按如下质量份组成:硬脂酸锌4kg,烧结矿5kg,合金粉250kg,碳粉2kg,转炉风淬渣6kg,瓦斯灰8kg,废弃砼2kg,硼砂3kg。
本发明的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮的生产方法,其步骤为:
步骤一:结合剂和粉末冶金基料制备
(1)结合剂制备
按质量比称取聚乙二醇2kg、糠醇树脂3kg、羟丙基甲基纤维素2kg、沥青1kg、淀粉3kg、酚醛树脂4kg、苏州土2kg和环烷酸钴1kg加入到搅拌机中,并在40℃温度下搅拌混合40min,搅拌速度为180r/min,混合均匀即得结合剂;
(2)粉末冶金基料制备
(A)按质量比称取硬脂酸锌4kg、烧结矿5kg和合金粉250kg加入搅拌机中,搅拌40min,搅拌速度为250r/min,混合均匀得混合物A;
(B)按质量比称取碳粉2kg、转炉风淬渣6kg、瓦斯灰8kg、废弃砼2kg和硼砂3kg加入搅拌机中,搅拌30min,搅拌速度为200r/min,混合均匀得混合物B;
(C)将步骤(A)中得到的混合物A与步骤(B)中得到的混合物B,加入搅拌机中,混合均匀,即得粉末冶金基料;
步骤二:混合搅拌
将步骤一得到的结合剂加入到粉末冶金基料中,其中:粉末冶金基料与结合剂的质量比为200∶3.0,在搅拌机内充分混合,混合均匀后即得到粉末冶金混合料;
步骤三:压制成形
将步骤二混合好的粉末冶金混合料放入压机,由压机完成将所述混合料末送入预设的产品模具,并在500MPa压力下压制成生坯件,压制成形的齿轮本体1的中心处开设有轴孔2,轴孔2设置为倒锥形,且轴孔2上开设有键槽3,所述的齿轮本体1的轴孔2的周围均匀分布有通孔4;
步骤四:高温烧结
将步骤三压制成形的生坯件放在烧结炉中,在氢气和氮气混合气体的保护气氛中,其中氢气占混合气体的3%,氮气占混合气体的97%;先在600℃下,预烧结30min;而后:
(1)首先,以升温速率10℃/min,从600℃升温至700℃,并保温30min;
(2)其二,以升温速率20℃/min,从700℃升温至900℃,并保温10min;
(3)其三,以升温速率25℃/min,从900℃升温至1050℃,并保温15min;
(4)最后,以升温速率15℃/min,从1050℃升温至1250℃,并在此温度下烧结120min;
步骤五:齿轮热处理
(1)淬火:将上步得到的工件进行淬火,淬火温度为820℃,淬火时间40min;
(2)升温:将淬火后的工件先以10℃/min的升温速率升温至900℃,保温30min,再以5℃/min的升温速率升温至920℃,并保温50min;
(3)回火:将升温后的工件进行回火,回火温度为220℃,回火保温时间70min;
(4)渗碳:将回火后工件在渗碳炉中850℃碳氮气氛下共渗60min,而后冷却至120℃,保温180min;最后冷却至室温,精加工,即得成品。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1,其不同之处在于:结合剂各组分按如下质量份组成:聚乙二醇1kg,糠醇树脂2kg,羟丙基甲基纤维素1kg,沥青1kg,淀粉1kg,酚醛树脂3kg,苏州土1kg,环烷酸钴1kg。
本发明的粉末冶金基料各组分按如下质量份组成:硬脂酸锌2kg,烧结矿3kg,合金粉230kg,碳粉2kg,转炉风淬渣4kg,瓦斯灰6kg,废弃砼1kg,硼砂2kg。
本发明的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮的生产方法,其步骤为:
步骤一:结合剂和粉末冶金基料制备
(1)结合剂制备
按质量比称取聚乙二醇1kg、糠醇树脂2kg、羟丙基甲基纤维素1kg、沥青1kg、淀粉1kg、酚醛树脂3kg、苏州土1kg和环烷酸钴1kg加入到搅拌机中,并在35℃温度下搅拌混合40min,搅拌速度为180r/min,混合均匀即得结合剂;
(2)粉末冶金基料制备
(A)按质量比称取硬脂酸锌2kg、烧结矿3kg和合金粉230kg加入搅拌机中,搅拌40min,搅拌速度为250r/min,混合均匀得混合物A;
(B)按质量比称取碳粉2kg、转炉风淬渣4kg、瓦斯灰6kg、废弃砼1kg和硼砂2kg加入搅拌机中,搅拌30min,搅拌速度为200r/min,混合均匀得混合物B;
(C)将步骤(A)中得到的混合物A与步骤(B)中得到的混合物B,加入搅拌机中,混合均匀,即得粉末冶金基料;
步骤二:混合搅拌
将步骤一得到的结合剂加入到粉末冶金基料中,其中:粉末冶金基料与结合剂的质量比为200∶2.0,在搅拌机内充分混合,混合均匀后即得到粉末冶金混合料;
步骤三:压制成形
将步骤一混合好的粉末冶金混合料放入压机,由压机完成将所述混合料末送入预设的产品模具,并在500MPa压力下压制成生坯件,压制成形的齿轮本体1的中心处开设有轴孔2,轴孔2设置为倒锥形,且轴孔2上开设有键槽3,所述的齿轮本体1的轴孔2的周围均匀分布有通孔4;
步骤四:高温烧结
将步骤三压制成形的生坯件放在烧结炉中,在氢气和氮气混合气体的保护气氛中,其中氢气占混合气体的3%,氮气占混合气体的97%;先在500℃下,预烧结50min;而后:
(1)首先,以升温速率10℃/min,从500℃升温至700℃,并保温30min;
(2)其二,以升温速率20℃/min,从700℃升温至900℃,并保温10min;
(3)其三,以升温速率25℃/min,从900℃升温至1050℃,并保温15min;
(4)最后,以升温速率15℃/min,从1050℃升温至1250℃,并在此温度下烧结120min;
步骤五:齿轮热处理
(1)淬火:将上步得到的工件进行淬火,淬火温度为820℃,淬火时间40min;
(2)升温:将淬火后的工件先以10℃/min的升温速率升温至900℃,保温30min,再以5℃/min的升温速率升温至920℃,并保温50min;
(3)回火:将升温后的工件进行回火,回火温度为220℃,回火保温时间70min;
(4)渗碳:将回火后工件在渗碳炉中850℃碳氮气氛下共渗60min,而后冷却至120℃,保温180min;最后冷却至室温,精加工,即得成品。
表1为实施例1-3制得的粉末冶金齿轮的性能检测,并与市售的粉末冶金齿轮进行性能对比。通过对比可以发现,本发明生产的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,齿面硬度、抗弯曲疲劳强度均超过市售的粉末冶金齿轮;另外本发明的粉末冶金齿轮的耐磨性得到提高,将废弃的转炉风淬渣、瓦斯灰和废弃砼作为粉末冶金齿轮的特定组分使用,资源化利用了工业废弃物。
表1实施例1-3制得的粉末冶金齿轮的性能检测及性能对比
抗弯曲疲劳强度(Kgf) | 硬度(HRC) | |
实施例1 | 953 | 74 |
实施例2 | 930 | 71 |
实施例3 | 911 | 73 |
市售 | 600-800 | 58-68 |
本实施例的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,轴孔2设置为倒锥形,轴孔2孔径由上端面至下端面逐渐减小,使得齿轮在与轴进行装配时简单方便,降低了装备难度,且轴孔2上开设有键槽3,便于将齿轮定位在轴上,防止齿轮发生偏移,另外,齿轮本体1的轴孔2的周围均匀分布有通孔4,既节省原料,也减小齿轮自身重量。
Claims (5)
1.一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,齿轮本体(1)的中心处开设有轴孔(2),其特征在于:所述的轴孔(2)设置为倒锥形,且轴孔(2)上开设有键槽(3),所述的齿轮本体(1)的轴孔(2)的周围均匀分布有通孔(4);所述的粉末冶金齿轮是由结合剂和粉末冶金基料制成。
2.根据权利要求1所述的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,其特征在于:所述的结合剂各组分按如下质量份组成:
所述的粉末冶金基料各组分按如下质量份组成:
所述的合金粉的成分的质量百分含量为:铁粉:95.8%,铜粉:1.39%,镍粉:0.85%,钼粉:0.72%,铝粉:0.74%,铬粉:0.25%,钛粉:0.25%;
上述的粉末冶金基料与结合剂的质量比为200∶2.0-3.0。
3.根据权利要求2所述的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,其特征在于:所述的烧结矿和瓦斯灰的平均粒径为30-40微米。
4.根据权利要求2或3所述的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,其特征在于:各组分按如下质量份组成:
结合剂,其各组分按如下质量份组成:
粉末冶金基料,其各组分按如下质量份组成:
所述的合金粉的成分的质量百分含量为:铁粉:95.8%,铜粉:1.39%,镍粉:0.85%,钼粉:0.72%,铝粉:0.74%,铬粉:0.25%,钛粉:0.25%;
上述的粉末冶金基料与结合剂的质量比为200∶2.5。
5.根据权利要求4所述的一种便于装配的高性能粉末冶金齿轮,其特征在于:所述的转炉风淬渣的平均粒径为0.2-1.0mm。
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