CN105665711A - 一种粉末冶金转毂齿轮的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉末冶金转毂齿轮的制备方法，该方法包括设计材料组成、压制及烧结焊接过程，其中，该过程采用了一种全新的焊接方法将转毂齿轮基体与转毂齿轮轴连接在一起，与现有技术中一体成形转毂齿轮相比，本发明无需制备结构复杂的模具，不用专门配备高端设备，降低了生产成本；与现有技术中普通的焊接方式相比，本发明采用烧结焊接的方式，并通过导流槽将钎焊剂引入连接缝隙中，从三个部位对焊接连接进行了加强，增加了转毂齿轮基体与转毂齿轮轴的连接强度和定位精度，从而使制备的转毂齿轮结构牢固，且本发明制备方法简单，便于进行大批量生产。

Description

一种粉末冶金转毂齿轮的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金零件的制备技术领域，具体指一种粉末冶金转毂齿轮的制备方法。
背景技术
转毂齿轮被广泛用于变速箱中，转毂齿轮是具有多个台阶的零件，外形结构十分复杂，一般通过机加工的方式制造，机加工制造成本较高，且速度较慢、生产效率低，产品的一致性差，所以目前转毂齿轮一般采用粉末冶金工艺生产。
现有的转毂齿轮粉末冶金制造工艺主要有以下几种：
1、零件整体一次成形的方式进行成形，由于零件结构复杂，有很多台阶，按照零件结构需要3个上冲，5个下冲，这就需要国际先进水平的具有5个下冲的CNC压机成形，这样的模具结构十分复杂，大大提高了模具的制作成本，各模具冲头容易损坏，而且，由于转毂齿轮整体高度较高，会导致成形密度分布不均，对零件尺寸控制以及力学性能造成较大影响；
2、转毂齿轮基体与转毂齿轮轴分别成形，分别烧结。烧结完成后将两部分进行焊接，但是对于粉末冶金零件，由于存在孔隙，孔隙的数量、形态和分布等均会影响材料的物理性能(如热传导率、热膨胀率、淬硬性等)，这些物理性能直接影响材料可焊性，而且在普通焊接冷却过程中焊缝收缩会产生较大的张应力，由于粉末冶金材料的延伸率较低，在该张应力作用下往往容易产生裂纹，导致焊接强度降低，甚至无法完成焊接过程。
因此，现有技术中采用粉末冶金技术制备转毂齿轮的方法，均有待于改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种粉末冶金转毂齿轮的制备方法，该方法制备的转毂齿轮结构牢固，且在制备过程中无需专门配备高端设备，制备方法简单、制备成本低，可进行大批量生产。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成
按质量百分比计，转毂齿轮基体所采用的材料包括以下组分：碳0～1.0％，铜0～5％，2％以下的其它元素，余量为铁；
按质量百分比计，转毂齿轮轴所采用的材料包括以下组分：碳0～1.0％，铜0～5％，2％以下的其它元素，余量为铁；
上述转毂齿轮基体与转毂齿轮轴所采用的材料相同或不同；
(2)压制
将上述转毂齿轮基体材料、转毂齿轮轴材料分别压制成密度为6.5～7.5g/cm3的转毂齿轮基体、转毂齿轮轴；
其中，所述转毂齿轮基体的中心成形有一用于容置转毂齿轮轴的通孔，且所述转毂齿轮基体的至少一个侧面上具有围绕通孔边缘布置的导流槽；所述转毂齿轮轴的端部成形有与转毂齿轮基体上的通孔相插配的插接柱，所述转毂齿轮基体与转毂齿轮轴插配完成状态下，所述插接柱上端的转毂齿轮轴抵压在转毂齿轮基体的侧面上；
(3)烧结焊接：将转毂齿轮基体与转毂齿轮轴组装在一起，将钎焊剂围绕转毂齿轮基体与转毂齿轮轴结合处的外周放置在转毂齿轮基体侧面上，并将该整体放置在烧结炉中进行烧结焊接，烧结焊接温度在1000～1300℃，保温时间为5～50分钟。
在上述方案中，步骤(3)完成后，对所得零件进行尺寸和精度测量，确定是否需要对零件进行必要的机加工。
作为改进，步骤(3)中所述转毂齿轮基体与转毂齿轮轴组装完成状态下，所述插接柱的外表面与通孔的内表面之间形成有0.01～1.00mm的缝隙，以便于钎焊剂在烧结过程中填充在该缝隙中，加强转毂齿轮基体与转毂齿轮轴焊接的牢固性。
进一步改进，所述导流槽的底部成形为自外向内逐渐向下倾斜的斜面，且所述导流槽底部的外边沿与转毂齿轮基体的外侧面相齐平，所述导流槽底部的内边沿延伸至通孔内壁上。采用这样的结构，便于将烧结前放置在转毂齿轮基体与转毂齿轮轴结合处的钎焊剂导流至插接柱与通孔之间的缝隙内，烧结完成后，一部分钎焊剂通过导流槽流入缝隙内使插接柱与通孔焊接在一起，一部分钎焊剂填充在导流槽内使转毂齿轮基体与转毂齿轮轴具有上下面的结合，剩余的钎焊剂直接堆叠在转毂齿轮基体与转毂齿轮轴结合处的外周，加强焊接处的牢固性；上述导流槽的设置，使得钎焊剂从三个方面对连接处进行焊接，结构极为牢固。
在上述各方案中，所述的通孔为圆形、多边形或内花键形，相应的，所述的插接柱成形为与通孔相匹配的形状。根据通孔形状的不同，本发明中的导流槽可以为一个整体也可以为间隔布置的多个，优选为间隔布置的多个，例如，当通孔成形为内花键形时，相邻两花键齿之间可布置一个导流槽，这样不仅确保了焊接的牢固性，也使各处焊接的牢固度均匀一致。
优选地，所述的焊接剂为采用镍基、铜基或银基合金粉末压制而成的钎焊剂或钎焊膏。
优选地，烧结时所采用的烧结炉为网带炉、真空炉、推杆炉、钟罩炉中的一种。
优选地，烧结时采用氮基气体、纯氢气体、吸热性气氛中的任意一种作为助焊气。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用了一种全新的焊接方法将转毂齿轮基体与转毂齿轮轴连接在一起，与现有技术中一体成形的转毂齿轮相比，本发明无需制备结构复杂的模具，不用专门配备高端设备，降低了生产成本；与现有技术中普通的焊接方式相比，本发明采用烧结焊接的方式，并通过导流槽将钎焊剂引入连接缝隙中，从三个部位对焊接连接进行了加强，增加了转毂齿轮基体与转毂齿轮轴的连接强度和定位精度，从而使制备的转毂齿轮结构牢固，且本发明制备方法简单，便于进行大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例中转毂齿轮的结构示意图；
图2为本发明实施例1、2中转毂齿轮基体的结构示意图；
图3为图2另一角度的结构示意图；
图4为本发明实施例1、2中转毂齿轮轴的结构示意图；
图5为本发明实施例3、4中转毂齿轮基体的结构示意图；
图6为图5另一角度的结构示意图；
图7为本发明实施例3、4中转毂齿轮轴的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～7所示，本发明中转毂齿轮基体1的中心成形有一用于容置转毂齿轮轴2的通孔10，且转毂齿轮基体1的侧面上具有围绕通孔10边缘布置的导流槽11，转毂齿轮轴2的端部成形有与转毂齿轮基体1上的通孔10相插配的插接柱21，转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2插配完成状态下，插接柱21上端的转毂齿轮轴2抵压在转毂齿轮基体1的侧面上。转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2组装完成状态下，插接柱21的外表面与通孔10的内表面之间形成有0.01～1.00mm的缝隙。
导流槽11的底部成形为自外向内逐渐向下倾斜的斜面，且导流槽11底部的外边沿与转毂齿轮基体1的外侧面相齐平，导流槽11底部的内边沿延伸至通孔10内壁上。通孔10为圆形、多边形或内花键形，当然也可以为其它形状，相应的，插接柱21成形为与通孔10相匹配的形状。本发明中的导流槽11为间隔布置的多个，当通孔10成形为内花键形时，相邻两花键齿之间可布置一个导流槽11。
实施例1：
本实施例粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成
按质量百分比计，转毂齿轮基体所采用的材料包括以下组分：铜5％，2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
按质量百分比计，转毂齿轮轴所采用的材料包括以下组分：铜5％，2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
(2)压制
如图2～4所示，将上述转毂齿轮基体材料压制成密度为6.5g/cm3的转毂齿轮基体，将上述转毂齿轮轴材料压制成密度为6.5g/cm3的转毂齿轮轴；转毂齿轮基体1的中心成形有一用于容置转毂齿轮轴2的圆形通孔10，转毂齿轮轴2的端部成形有与转毂齿轮基体1上的通孔10相插配的插接柱21；
(3)烧结：将转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2组装在一起，将钎焊剂3围绕转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2结合处的外周放置在转毂齿轮基体1侧面上，并将该整体放置在烧结炉中进行烧结焊接，在氮基气体气氛中，烧结焊接温度在1120℃，保温时间为30分钟；
(4)对所得零件进行尺寸和精度测量，对零件进行必要的机加工。
实施例2：
本实施例粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成
按质量百分比计，转毂齿轮基体所采用的材料包括以下组分：碳0.2％，铜3％，2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
按质量百分比计，转毂齿轮轴所采用的材料包括以下组分：铜5％，2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
(2)压制
如图2～4所示，将上述转毂齿轮基体材料压制成密度为7g/cm3的转毂齿轮基体，将上述转毂齿轮轴材料压制成密度为6.5g/cm3的转毂齿轮轴；转毂齿轮基体1的中心成形有一用于容置转毂齿轮轴2的圆形通孔10，转毂齿轮轴2的端部成形有与转毂齿轮基体1上的通孔10相插配的插接柱21；
(3)烧结：将转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2组装在一起，将钎焊剂3围绕转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2结合处的外周放置在转毂齿轮基体1侧面上，并将该整体放置在烧结炉中进行烧结焊接，在氮基气体气氛中，烧结焊接温度在1300℃，保温时间为30分钟；
(4)对所得零件进行尺寸和精度测量，对零件进行必要的机加工。
实施例3：
本实施例粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成
按质量百分比计，转毂齿轮基体所采用的材料包括以下组分：碳0.2％，2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
按质量百分比计，转毂齿轮轴所采用的材料包括以下组分：碳1.0％，2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
(2)压制
如图5～7所示，将上述转毂齿轮基体材料压制成密度为7.2g/cm3的转毂齿轮基体，将上述转毂齿轮轴材料压制成密度为7.5g/cm3的转毂齿轮轴；转毂齿轮基体1的中心成形有一用于容置转毂齿轮轴2的内花键形通孔10，转毂齿轮轴2的端部成形有与转毂齿轮基体1上的通孔10相插配的插接柱21；
(3)烧结：将转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2组装在一起，将钎焊剂3围绕转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2结合处的外周放置在转毂齿轮基体1侧面上，并将该整体放置在烧结炉中进行烧结焊接，在氮基气体气氛中，烧结焊接温度在1300℃，保温时间为50分钟；
(4)对所得零件进行尺寸和精度测量，对零件进行必要的机加工。
实施例4：
本实施例粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成
按质量百分比计，转毂齿轮基体所采用的材料包括以下组分：2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
按质量百分比计，转毂齿轮轴所采用的材料包括以下组分：碳0.5％，2％以下不可避免杂质元素，余量为铁；
(2)压制
如图5～7所示，将上述转毂齿轮基体材料压制成密度为6.8g/cm3的转毂齿轮基体，将上述转毂齿轮轴材料压制成密度为7.0g/cm3的转毂齿轮轴；转毂齿轮基体1的中心成形有一用于容置转毂齿轮轴2的内花键形通孔10，转毂齿轮轴2的端部成形有与转毂齿轮基体1上的通孔10相插配的插接柱21；
(3)烧结：将转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2组装在一起，将钎焊剂3围绕转毂齿轮基体1与转毂齿轮轴2结合处的外周放置在转毂齿轮基体1侧面上，并将该整体放置在烧结炉中进行烧结焊接，在氮基气体气氛中，烧结焊接温度在1000℃，保温时间为50分钟；
(4)对所得零件进行尺寸和精度测量，对零件进行必要的机加工。
上述各实施例中的钎焊剂采用熔点为850～1200℃的镍基合金粉末或钎焊膏。钎焊剂如果使用钎焊膏，则不需要成形环形的钎焊剂，直接将钎焊膏挤入钎焊剂容置槽中即可。本发明的钎焊剂的化学成分及性能如下：
钎焊剂的化学成分
Ni Cu Mn B Si Fe 松装密度
41.5％ 39.1％ 15.4％ 1.5％ 1.9％ 其余 2.14g/cm3
根据焊接强度的不同要求，可以使用铜基、银基钎焊剂，但要求熔点范围要比较宽，应当大于30℃以上，优选为镍基钎焊剂，这是由于镍是铁基粉末冶金零件中常见的合金元素，焊缝的强度最高，完全可以满足零件高可靠性的使用要求。

Claims (8)

1.一种粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成
按质量百分比计，转毂齿轮基体所采用的材料包括以下组分：碳0～1.0％，铜0～5％，2％以下的其它元素，余量为铁；
按质量百分比计，转毂齿轮轴所采用的材料包括以下组分：碳0～1.0％，铜0～5％，2％以下的其它元素，余量为铁；
上述转毂齿轮基体与转毂齿轮轴所采用的材料相同或不同；
(2)压制
将上述转毂齿轮基体材料、转毂齿轮轴材料分别压制成密度为6.5～7.5g/cm3的转毂齿轮基体、转毂齿轮轴；
其中，所述转毂齿轮基体的中心成形有一用于容置转毂齿轮轴的通孔，且所述转毂齿轮基体的至少一个侧面上具有围绕通孔边缘布置的导流槽；所述转毂齿轮轴的端部成形有与转毂齿轮基体上的通孔相插配的插接柱，所述转毂齿轮基体与转毂齿轮轴插配完成状态下，所述插接柱上端的转毂齿轮轴抵压在转毂齿轮基体的侧面上；
(3)烧结：将转毂齿轮基体与转毂齿轮轴组装在一起，将钎焊剂围绕转毂齿轮基体与转毂齿轮轴结合处的外周放置在转毂齿轮基体侧面上，并将该整体放置在烧结炉中进行烧结焊接，烧结焊接温度在1000～1300℃，保温时间为5～50分钟。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于：步骤(3)完成后，对所得零件进行尺寸和精度测量，确定是否需要对零件进行必要的机加工。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述转毂齿轮基体与转毂齿轮轴组装完成状态下，所述插接柱的外表面与通孔的内表面之间形成有0.01～1.00mm的缝隙。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于：所述导流槽的底部成形为自外向内逐渐向下倾斜的斜面，且所述导流槽底部的外边沿与转毂齿轮基体的外侧面相齐平，所述导流槽底部的内边沿延伸至通孔内壁上。
5.根据权利要求4所述的粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于：所述的通孔为圆形、多边形或内花键形，相应的，所述的插接柱成形为与通孔相匹配的形状。
6.根据权利要求1所述的粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于：所述的焊接剂为采用镍基、铜基或银基合金粉末压制而成的钎焊剂或钎焊膏。
7.根据权利要求1所述的粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于：烧结时所采用的烧结炉为网带炉、真空炉、推杆炉、钟罩炉中的一种。
8.根据权利要求1所述的粉末冶金转毂齿轮的制备方法，其特征在于：烧结时采用氮基气体、纯氢气体、吸热性气氛中的任意一种作为助焊气。
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