CN107262720B - 一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法 - Google Patents

一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，该方法包括设计材料的组成、压制、烧结过程，其中，齿轮或带轮设计成内层、外层以及中间层并对不同层进行材料组成设计，与现有技术相比，本发明的优点在于：中间层采用泡沫金属合金，泡沫金属合金与内外层相连接，外层受力部分通过泡沫金属传递到内层，齿轮或带轮转动时，减少了振动，增加了内外层连接的可靠性，解决齿或带轮的减振问题，提高了齿轮或带轮的使用寿命。

Description

一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法。
背景技术
汽车行业的发展趋势是降低能耗，减少排放，尤其是传统的燃油汽车，因此，降低汽车的排量，提升发动机的性能就显得尤为主要，而三缸发动机将会成为行业的主力发动机，但是，三缸发动机由于运转不平衡，发动机本身噪音大，振动大，乘员舒适性差，为了减少抖动，振动，往往需设计了平衡轴，抵消缸体的不平衡，以充分发挥三缸机的节能、低成本的优势，单平衡轴可以平衡占整个振动比例相当大的一阶振动，使发动机的振动得到明显改善，平衡轴的齿轮或带轮一般为钢材加工，但是钢材加工的齿轮或带轮噪音大，工序长，成本高；粉末冶金齿轮或带轮制造流程短，成本低，由于含有一定的孔隙，可以有效降低噪音，但噪音水平依然较高，满足不了汽车行业对噪音、振动的要求。
传统技术中用于支撑齿轮的减振元件一般是以橡胶为主体的减振元件，通过橡胶体的弹性和自身的滞后损失衰减振动能量。目前，随着技术的进步，各种减振元件被用于支撑齿轮以实现更好的减振、隔振效果；如，汽车工程2007年第11期介绍了《发动机曲轴多级橡胶阻尼式扭转减振器的设计》，该设计报道了一种曲轴带轮，采用在轮毂与皮带轮之间嵌入橡胶件，扭矩通过橡胶进行传递；金属轮毂、皮带轮与橡胶之间可以采用直接机械咬合或胶粘接加硫化的方式结合，后者的结合强度好于前者。由于橡胶本身的强度和耐温性能比金属的低，因此，齿轮或带轮的失效极有可能是橡胶失效，此外，金属与橡胶的粘接强度也会影响零件的使用。
因此，需要开发新的工艺，解决粉末冶金产品的减振问题，这对于粉末冶金齿轮、带轮的应用有着至关重要的意义。
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，提供一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，有效地解决粉末冶金齿轮或带轮的减振问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)齿轮或带轮包括外层、内层以及设置于外层和内层之间的中间层，所述外层的成分为铜：0～5％，碳：0～1.5％，镍：0～5.0％，钼：0～3.0％，铬：0～3.0％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层为泡沫金属合金；所述内层为内层粉料或钢材或铝合金；
2)将配比好的内层粉料、外层粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层混合粉料和外层混合粉料；
3)压制：将步骤2)所得的内层混合粉料和外层混合粉料分别在室温或130℃以下置于模具中压制成形齿轮或带轮的内层和外层生坯，成形压力为500～800MPa，成形后的生坯密度为6.8～7.3g/cm3；
4)烧结：将所得的齿轮或带轮的内层和外层生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050℃～1250℃，保温时间大于20min，烧结气氛为氮氢混合气氛；
5)热处理：对烧结坯的外层进行感应热处理或渗碳热处理；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的齿轮或带轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将中间层压装到外层内径处，再将内层压装到中间层内径处，或先将内层外径压装到中间层内径处形成装配体，再将装配体压装到外层内径处；
8)精加工：对齿轮或带轮大小进行精加工。
优选地，所述步骤1)中的内层粉料的成分为：铜：0～5％，碳：0～1.5％，镍：0～4.0％，钼：0～3.0％，铬：0～3.0％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量。
优选地，所述步骤1)中所述泡沫金属合金以金属或合金为骨架。
进一步优选，所述金属为铝、铜或镍；所述合金为NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiCrCo或NiFe合金。
优选地，所述步骤1)中间层的形状为圆环形。
优选地，所述步骤1)中间层的内外孔壁上加工出缺口，相应地，在内外层的位置有与中间层的缺口相配合的凸起。
优选地，所述步骤1)中间层的内外孔壁上加工出凸起，相应地，在内外层的位置有与中间层的凸起相配合的缺口。
进一步优选，所述凸起与缺口过盈配合。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在齿轮或带轮的内外层之间的中间层采用泡沫金属合金，提高了齿轮或带轮的强度和耐温性，同时泡沫金属合金与内外层相连接，外层受力部分通过泡沫金属传递到内层，齿轮或带轮转动时，减少了振动，增加了内外层连接的可靠性，解决齿或带轮的减振问题，提高了齿轮或带轮的使用寿命，结构和工艺更加合理实用。
附图说明
图1为本发明实施例粉末冶金齿轮或带轮的结构示意图；
图2为图1沿A-A方向的剖面图；
图3为图1中齿轮或带轮外层的结构示意图；
图4为图3沿B-B方向的剖面图；
图5为图1中齿轮或带轮中间层的结构示意图；
图6为图5沿C-C方向的剖面图；
图7为图1中内层的结构示意图；
图8为图7沿D-D方向的剖面图；
图9为粉末冶金齿轮或带轮带缺口和凸起的结构示意图；
图10为图9沿E-E方向的剖面图；
图11为齿轮或带轮外层带缺口的结构示意图；
图12为图11沿F-F方向的剖面图；
图13为中间层带凸起的结构示意图；
图14为图14沿G-G方向的剖面图；
图15为齿轮或带轮内层带缺口的结构示意图；
图16为图13沿H-H方向的剖面图。
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。
实施例1
如图1至图8所示，本实施例中的粉末冶金齿轮的制造方法包括以下步骤：
1)齿轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，外层1的成分为铜：2％，碳：0.8％，镍：1.0％，钼：0.5％，铬：1.5％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫铝，形状为圆环形；内层3的成分为：铜：2％，碳：0.3％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；
2)将配比好的内层3粉料、外层1粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层3混合粉料和外层1混合粉料，内层3混合粉料和外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得的内层3混合粉料和外层1混合粉料分别在室温下置于模具中压制成形得到齿轮的内层3生坯和外层1生坯，成形压力为600MPa，成形后的生坯密度为7.0g/cm3；
4)烧结：将所得的齿轮的内层3生坯和外层1生坯分别置于烧结炉中进行烧结得到烧结坯的内外层，烧结温度为1120℃，保温时间30分钟，烧结保护气氛为氮氢混合气氛；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行感应热处理并进行回火；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的齿轮或带轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将中间层2冷压装到外层1内径处，再将内层3冷压装到中间层2内径处；
8)精加工：对齿轮大小进行精加工。
实施例2
本实施例中的粉末冶金带轮的制造方法包括以下步骤：
1)带轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，其中，
外层1的成分为铜：1％，碳：0.3％，镍：1.0％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫铜，形状为圆环形；内层3的成分为：铜：2％，碳：0.7％，镍：2.0％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；
2)将配比好的内层3、外层1粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层3混合粉料和外层1混合粉料，内层3混合粉料和外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得的内层3混合粉料和外层1混合粉料分别在130℃以下置于模具中压制成形得到带轮的内层3生坯和外层1生坯，成形压力为600MPa，成形后的生坯密度为7.2g/cm3；
4)烧结：将所得的带轮的内层3生坯和外层1生坯分别置于烧结炉中进行烧结得到烧结坯的内外层，烧结温度为1150℃，保温时间25分钟，烧结保护气氛为氮氢混合气氛；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行渗碳热处理并回火；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的带轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将内层3外径热压装到中间层2内径处得到装配体，再将装配体热压装到外层1内径处；
8)精加工：对带轮大小进行精加工。
实施例3
本实施例中的粉末冶金齿轮的制造方法包括以下步骤：
1)齿轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，外层1的成分为铜：2.0％，碳：0.8％，镍：2.0％，钼：1.5％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫镍且形状为圆环形；内层3的成分为：铜：1.5％，碳：0.5％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；
2)将配比好的内层3粉料、外层1粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层3混合粉料和外层1混合粉料，内层3混合粉料和外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得的内层3混合粉料和外层1混合粉料分别在室温下置于模具中压制成形得到齿轮的内层3生坯和外层1生坯，成形压力为500MPa，成形后的生坯密度为7.0g/cm3；
4)将齿轮生坯的内层3生坯和外层1生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1120℃，保温时间30分钟，保护气氛为氮氢混合气氛，烧结后快速冷却；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行感应热处理并回火；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的齿轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将内层3外径冷压装到中间层2内径处得到装配体，再将装配体冷压装到外层1内径处；
8)精加工：对齿轮大小进行精加工。
实施例4
本实施例中的粉末冶金带轮的制造方法包括以下步骤：
1)带轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，外层1的成分为铜：2.0％，碳：0.8％，镍：2.0％，钼：1.5％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫ZnCu合金且形状为圆环形；内层3的成分为：铜：1.5％，碳：0.5％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；
2)将配比好的内层3粉料、外层1粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层3混合粉料和外层1混合粉料，内层3混合粉料和外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得的内层3混合粉料和外层1混合粉料分别在室温下置于模具中压制成形得到带轮的内层3生坯和外层1生坯，成形压力为500MPa，成形后的生坯密度为7.0g/cm3；
4)将带轮生坯的内层3生坯和外层1生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1120℃，保温时间30分钟，保护气氛为氮氢混合气氛，烧结后快速冷却；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行回火处理；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的带轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将内层3外径热压装到中间层2内径处得到装配体，再将装配体热压装到外层1内径处；
8)精加工：对带轮大小进行精加工。
实施例5
本实施例中的粉末冶金带轮的制造方法包括以下步骤：
1)带轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，外层1的成分为铜：2.0％，碳：0.8％，镍：2.0％，钼：1.5％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫NiCu合金，且形状为圆环形；内层3为20CrMo钢；
2)将配比好外层1粉料分别在混料机中进行充分混合得到外层1混合粉料，外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得的外层1混合粉料分别在室温下置于模具中压制成形得到带轮的外层1生坯，成形压力为700MPa，成形后的生坯密度为7.15g/cm3；
4)将带轮生坯的内层3和外层1生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1120℃，保温时间30分钟，保护气氛为氮氢混合气氛，烧结后快速冷却；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行感应热处理并回火；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的带轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将内层3外径热压装到中间层2内径处得到装配体，再将装配体热压装到外层1内径处；
8)精加工：对带轮大小进行精加工。
实施例6
本实施例中的粉末冶金齿轮的制造方法包括以下步骤：
1)齿轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，外层1的成分为铜：2.0％，碳：0.8％，镍：2.0％，钼：1.5％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫ZnCu合金且形状为圆环形；内层3为铝合金；
2)将配比好的外层1粉料在混料机中进行充分混合得到外层1混合粉料，外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得外层1混合粉料在130摄氏度以下置于模具中压制成形得到齿轮外层1生坯，成形压力为500MPa，成形后的生坯密度为7.0g/cm3；
4)将齿轮生坯的内层3和外层1生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1120℃，保温时间30分钟，保护气氛为氮氢混合气氛，烧结后快速冷却；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行回火处理；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的齿轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将内层3外径冷压装到中间层2内径处得到装配体，再将装配体冷压装到外层1内径处；
8)精加工：对齿轮大小进行精加工。
实施例7
本实施例中的粉末冶金带轮的制造方法包括以下步骤：
1)带轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，外层1的成分为碳：1.5％，钼：3％，铬：3％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫NiCrCo合金且形状为圆环形；内层3为铜：5.0％，镍：4.0％，铬：3％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；
2)将配比好的内层3粉料、外层1粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层3混合粉料和外层1混合粉料，内层3混合粉料和外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得的内层3混合粉料和外层1混合粉料分别在室温下置于模具中压制成形得到带轮的内层3生坯和外层1生坯，成形压力为800MPa，成形后的生坯密度为6.8g/cm3；
4)将带轮生坯的内层3生坯和外层1生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050℃，保温时间30分钟，保护气氛为氮氢混合气氛，烧结后快速冷却；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行感应热处理并回火；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的带轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将内层3外径热压装到中间层2内径处得到装配体，再将装配体热压装到外层1内径处；
8)精加工：对带轮大小进行精加工。
实施例8
本实施例中的粉末冶金齿轮的制造方法包括以下步骤：
1)齿轮包括外层1、内层3以及设置于外层1和内层3之间的中间层2，外层1的成分为铜：5.0％，钼：3％，镍：5％，铬：3％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层2为泡沫NiCrFe合金且形状为圆环形；内层3为碳：1.5％，镍：4.0％，钼：3％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；
2)将配比好的内层3粉料、外层1粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层3混合粉料和外层1混合粉料，内层3混合粉料和外层1混合粉料无肉眼可见的团聚及偏析；
3)压制：将步骤2)所得的内层3混合粉料和外层1混合粉料分别在室温下置于模具中压制成形得到齿轮的内层3生坯和外层1生坯，成形压力为800MPa，成形后的生坯密度为7.3g/cm3；
4)将齿轮生坯的内层3和外层1生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间30分钟，保护气氛为氮氢混合气氛，烧结后快速冷却；
5)热处理：对烧结坯的外层1进行回火处理；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的齿轮机械加工至内层、外层以及中间层能过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将内层3外径冷压装到中间层2内径处得到装配体，再将装配体冷压装到外层1内径处；
8)精加工：对齿轮大小进行精加工。
实施例9如图9至图16所示，本实施例中的粉末冶金齿轮的制造方法与上述实施例的不同之处在于：在步骤1)的中间层2的内外孔壁上加工出凸起，相应地，在内层和外层的位置设置有与中间层的凸起相配合的缺口且凸起和缺口过盈配合。在本实施例中，内层3的外径设置有3个第一缺口31，外层1的内径设置有3个第二缺口11，中间层2上分别成型有与内层3第一缺口31和外层1第二缺口11相配合的第一凸起41和第二凸起42，第一缺口31和第一凸起41过盈配合，第二缺口11与第二凸起42过盈配合。
本实施例中还可采用在步骤1)的中间层的内外孔壁上加工出缺口，相应地，在内外层的位置设有与中间层的缺口相配合的凸起，凸起和缺口过盈配合。

Claims (9)

1.一种粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)齿轮或带轮包括外层、内层以及设置于外层和内层之间的中间层，所述外层的成分为铜：0～5％，碳：0～1.5％，镍：0～5.0％，钼：0～3.0％，铬：0～3.0％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量；中间层为泡沫金属；所述内层为内层粉料；
2)将配比好的内层粉料、外层粉料分别在混料机中进行充分混合得到内层混合粉料和外层混合粉料；
3)压制：将步骤2)所得的内层混合粉料和外层混合粉料分别在130℃以下置于模具中压制成形齿轮或带轮的内层和外层生坯，成形压力为500～800MPa，成形后的生坯密度为6.8～7.3g/cm3；
4)烧结：将所得的齿轮或带轮的内层和外层生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050℃～1250℃，保温时间大于20min，烧结气氛为氮氢混合气氛；
5)热处理：对烧结坯的外层进行感应热处理或渗碳热处理；
6)机械加工：根据图纸技术要求将热处理后的齿轮或带轮机械加工至内层、外层以及中间层过盈装配为一体，配合过盈量小于2mm；
7)将中间层压装到外层内径处，再将内层压装到中间层内径处，或先将内层外径压装到中间层内径处形成装配体，再将装配体压装到外层内径处；
8)精加工：对齿轮或带轮大小进行精加工。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中的内层粉料的成分为：铜：0～5％，碳：0～1.5％，镍：0～4.0％，钼：0～3.0％，铬：0～3.0％，不超过2％的不可避免的杂质，铁：余量。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中所述泡沫金属以金属或合金为骨架。
4.根据权利要求3所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述泡沫金属的金属为铝、铜或镍；所述泡沫金属的合金为NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiCrCo或NiFe合金。
5.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述步骤7)压装为热压装或冷压装。
6.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中间层的形状为圆环形。
7.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中间层的内外孔壁上加工出缺口，相应地，在内外层的位置有与中间层的缺口相配合的凸起。
8.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中间层的内外孔壁上加工出凸起，相应地，在内外层的位置有与中间层的凸起相配合的缺口。
9.根据权利要求7或8所述的粉末冶金齿轮或带轮的制造方法，其特征在于：所述凸起与缺口过盈配合。
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