CN107262723B - 一种粉末冶金齿轮或带轮的制备方法 - Google Patents

一种粉末冶金齿轮或带轮的制备方法 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备方法，本发明的制备方法在齿轮或带轮的外齿圈的内表面上设置了径向突出的键，并在内环的外表面上开设了与键相对应的凹槽，键下部的一部分插置于凹槽中，注塑之后一方面增加了橡胶圈与外齿圈、内环的接触面积，增强了橡胶的强度，提高了橡胶圈与外齿圈、内环之间连接的可靠性，使得减振基元与金属部分结合强度高，有效提高了齿轮或带轮的机械性能；另一方面，齿轮或带轮运转时橡胶圈承受的扭力会部分转化为压力，该部分压力由外齿圈上的金属键承担，从而减轻了橡胶的应力，提升了橡胶圈的安全系数及使用寿命，降低了齿轮或带轮的振动。

Description

一种粉末冶金齿轮或带轮的制备方法
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齿轮或带轮的制备方法。
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。欧盟规定车企2020年所销售的95％的新车，二氧化碳排放必须达到每公里不超过95克的平均水平。在此背景下，三缸发动机将会成为行业的主力发动机，一方面是车厂为了应对世界各国的节能减排政策，增加自身产品的实力；另一方面是技术条件允许三缸布局的发动机出现。以通过结合其它技术，使三缸机达到或超过四缸机的功率，从而实现降低能耗减少排放的目的。
目前，三缸发动机由于运转不平衡，发动机本身噪音大，振动大，导致汽车乘员的舒适性较差。为了减少抖动、振动，往往需设计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。平衡轴系统利用齿(带)轮传动方式进行工作，通过曲轴旋转带动固连的平衡轴驱动齿(带)轮、平衡轴从动齿(带)轮以及平衡轴运行。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。
现有技术中，平衡轴的齿(带)轮一般采用钢材加工，钢材加工的齿(带)轮噪音大、工序长、成本高。因此，对于目前的齿(带)轮制造方式，有待于做进一步的改进。
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，提供一种工序短、成本低的粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，该方法制备的齿轮或带轮减振基元与金属部分结合强度高，有效提高了齿轮或带轮的机械性能，降低了齿轮或带轮的振动。
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备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)齿轮或带轮的结构设计：所述的齿轮或带轮包括外齿圈、内环及橡胶圈，
所述外齿圈的外表面上具有若干个沿周向间隔布置的轮齿，所述外齿圈的中部开有前后贯通并成形为圆形的安装孔，该安装孔的内壁上凸设有沿轴向延伸的键，所述内环中间开设有轴向贯通的轴孔，所述内环上还开设有多个围绕该轴孔间隔布置的通孔，所述内环套置于外齿圈的安装孔中并与外齿圈的内壁之间形成有第一间隙，且所述内环的外周面上开有与外齿圈上的键相对应的凹槽，所述键的端部插置于凹槽中并与凹槽壁之间形成与第一间隙相连通的第二间隙，所述橡胶圈通过向外齿圈与内环之间的第一间隙、第二间隙中注塑获得；
(2)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行充分混合；
(3)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；
(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050～1250℃，保温时间大于20分钟；或者将外齿圈生坯、内环生坯分别置于烧结硬化炉中进行烧结，烧结后的冷却速度每秒大于1摄氏度，烧结结束后进行回火处理；
(5)将步骤(4)所得外齿圈、内环进行喷砂处理；
(6)将喷砂后的外齿圈、内环进行锌磷化处理，在外齿圈、内环的表面形成一层致密的磷酸盐膜；
(7)在锌磷化处理后的外齿圈、内环的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；
(8)将涂胶后的外齿圈、内环套置在一起并进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；
(9)对步骤(8)所得齿轮或带轮进行硫化处理；
(10)对步骤(9)所得齿轮或带轮进行感应热处理并回火；
(11)对步骤(10)所得齿轮或带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。
在上述方案中，所述的键个数为1～20个，该键沿齿轮或带轮圆周方向的长度L1为1～40mm，沿齿轮或带轮直径方向的宽度L2为0.3～20mm。
所述凹槽的个数与键的个数相等，且所述凹槽沿齿轮或带轮圆周方向的长度L3为2～50mm，沿齿轮或带轮直径方向的宽度L4为1.3～30mm，且该凹槽壁与所述键之间形成的第二间隙宽度1mm≤L5≤10mm。
所述的键在轴向上成型为圆弧形，对应的，所述的凹槽也成型为圆弧形。所述键的曲率半径1～40mm；所述凹槽曲率半径1～50mm。
作为优选，步骤(3)中模压成型的温度在130摄氏度以下，压强为500～800MPa，成形密度为6.8～7.3g/cm3。
优选地，步骤(4)中烧结的保护气氛为氮氢混合气氛。
优选地，按照重量百分比计，所述外齿圈的材料组成为0～5％Cu，0～1.5％C，0～5.0％Ni，0～3.0％Mo，0～3.0％Cr，杂质含量小于2％，以及余量的Fe。
优选地，按照重量百分比计，所述内环的材料组成为0～5％Cu，0～1.5％C，0～4.0％Ni，0～3.0％Mo，0～3.0％Cr，杂质含量小于2％，以及余量的Fe。当然，内环的材料还可以采用钢材、铝合金等。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在齿轮或带轮的外齿圈的内表面上设置了径向突出的键，并在内环的外表面上开设了与键相对应的凹槽，键下部的一部分插置于凹槽中，注塑之后一方面增加了橡胶圈与外齿圈、内环的接触面积，增强了橡胶的强度，提高了橡胶圈与外齿圈、内环之间连接的可靠性，使得减振基元与金属部分结合强度高，有效提高了齿轮或带轮的机械性能；另一方面，齿轮或带轮运转时橡胶圈承受的扭力会部分转化为压力，该部分压力由外齿圈上的金属键承担，从而减轻了橡胶的应力，提升了橡胶圈的安全系数及使用寿命，降低了齿轮或带轮的振动。
附图说明
图1为本发明实施例中齿轮或带轮的结构示意图；
图2为沿图1中A–A方向的剖面图；
图3为本发明实施例中外齿圈的结构示意图；
图4为沿图3中B–B方向的剖面图；
图5为本发明实施例中橡胶圈的结构示意图；
图6为沿图5中C–C方向的剖面图；
图7为本发明实施例中内环的结构示意图；
图8为沿图7中D–D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。
如图1～8所示，本发明中制备的齿轮或带轮包括外齿圈1、内环2及橡胶圈3，外齿圈1的外表面上具有若干个沿周向间隔布置的轮齿11，外齿圈1的中部开有前后贯通并成形为圆形的安装孔12，该安装孔12的内壁上凸设有沿轴向延伸的键13。内环2中间开设有轴向贯通的轴孔21，内环2上还开设有多个围绕该轴孔21间隔布置的通孔22，内环2套置于外齿圈1的安装孔12中并与外齿圈1的内壁之间形成有第一间隙4，且内环2的外周面上开有与外齿圈1上的键13相对应的凹槽23。键13的端部插置于凹槽23中并与凹槽壁之间形成与第一间隙4相连通的第二间隙5。橡胶圈3通过向外齿圈1与内环2之间的第一间隙4、第二间隙5中注塑获得。
实施例1：
本实施例中粉末冶金齿轮的制备方法包括以下步骤：
(1)齿轮的结构设计：外齿圈上键的个数为5个，该键沿齿轮圆周方向的长度L1为5mm，沿齿轮直径方向的宽度L2为2mm；内环上凹槽的个数与键的个数相等，且凹槽沿齿轮圆周方向的长度L3为9mm，沿齿轮直径方向的宽度L4为6mm，第一间隙宽度为1mm，第二间隙宽度为5mm；
按照重量百分比计，外齿圈的材料组成1％Cu，0.5％C，2.0％Ni，以及余量的Fe。
按照重量百分比计，内环的材料组成为2％Cu，0.8％C，2％Ni，1.5％Mo，以及余量的Fe。
(2)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行充分混合；
(3)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；模压成型的温度为120摄氏度，压强为500MPa，成形密度为6.8g/cm3；
(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为30分钟；保护气氛为氮氢混合气氛；
(5)将步骤(4)所得外齿圈、内环进行喷砂处理；
(6)将喷砂后的外齿圈、内环进行锌磷化处理，在外齿圈、内环的表面形成一层致密的磷酸盐膜；
(7)在锌磷化处理后的外齿圈、内环的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；
(8)将涂胶后的外齿圈、内环套置在一起并进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；
(9)对步骤(8)所得齿轮进行硫化处理；
(10)对步骤(9)所得齿轮进行感应热处理并回火；
(11)对步骤(10)所得齿轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。
实施例2：
本实施例中粉末冶金带轮的制备方法包括以下步骤：
(1)带轮的结构设计：外齿圈上键的个数为4个并在轴向上成型为圆弧形，且该圆弧键的曲率半径5mm，内环上凹槽的个数与键的个数相等，且凹槽也成型为圆弧形，凹槽的曲率半径为10mm；
按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为1％Cu，1％C，2％Ni，1％Mo，1.5％Cr，以及余量的Fe；
按照重量百分比计，内环的材料组成为2％Cu，1％C，1％Ni，1％Mo，1％Cr，以及余量的Fe。
(2)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行充分混合；
(3)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；模压成型的温度为50摄氏度，压强为800MPa，成形密度为7.3g/cm3；
(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于烧结硬化炉中进行烧结，烧结温度为1050℃，保温时间为60分钟，烧结后的冷却速度每秒大于1摄氏度，烧结结束后进行回火处理；
(5)将步骤(4)所得外齿圈、内环进行喷砂处理；
(6)将喷砂后的外齿圈、内环进行锌磷化处理，在外齿圈、内环的表面形成一层致密的磷酸盐膜；
(7)在锌磷化处理后的外齿圈、内环的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；
(8)将涂胶后的外齿圈、内环套置在一起并进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；
(9)对步骤(8)所得带轮进行硫化处理；
(10)对步骤(9)所得带轮进行感应热处理并回火；
(11)对步骤(10)所得带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。
实施例3：
本实施例中粉末冶金齿轮的制备方法包括以下步骤：
(1)齿轮的结构设计：外齿圈上键的个数为3个，该键沿齿带轮圆周方向的长度L1为10mm，沿齿带轮直径方向的宽度L2为5mm；内环上凹槽的个数与键的个数相等，且凹槽沿齿带轮圆周方向的长度L3为20mm，沿齿带轮直径方向的宽度L4为10mm，第一间隙宽度为2mm，第二间隙宽度为7mm。
按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为1.5％Cu，0.5％C，2.0％Cr，以及余量的Fe。
按照重量百分比计，内环的材料组成为3％Cu，1％C，2.0％Ni，以及余量的Fe。
(2)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行充分混合；
(3)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；模压成型的温度为70摄氏度，压强为700MPa，成形密度为7.0g/cm3；
(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1150℃，保温时间为70分钟；保护气氛为氮氢混合气氛；
(5)将步骤(4)所得外齿圈、内环进行喷砂处理；
(6)将喷砂后的外齿圈、内环进行锌磷化处理，在外齿圈、内环的表面形成一层致密的磷酸盐膜；
(7)在锌磷化处理后的外齿圈、内环的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；
(8)将涂胶后的外齿圈、内环套置在一起并进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；
(9)对步骤(8)所得齿带轮进行硫化处理；
(10)对步骤(9)所得齿带轮进行感应热处理并回火；
(11)对步骤(10)所得齿带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。

Claims (6)

1.一种粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)齿轮或带轮的结构设计：所述的齿轮或带轮包括外齿圈、内环及橡胶圈，
所述外齿圈的外表面上具有若干个沿周向间隔布置的轮齿，所述外齿圈的中部开有前后贯通并成形为圆形的安装孔，该安装孔的内壁上凸设有沿轴向延伸的键，所述内环中间开设有轴向贯通的轴孔，所述内环上还开设有多个围绕该轴孔间隔布置的通孔，所述内环套置于外齿圈的安装孔中并与外齿圈的内壁之间形成有第一间隙，且所述内环的外周面上开有与外齿圈上的键相对应的凹槽，所述键的端部插置于凹槽中并与凹槽壁之间形成与第一间隙相连通的第二间隙，所述橡胶圈通过向外齿圈与内环之间的第一间隙、第二间隙中注塑获得；
所述的键个数为1～20个，该键沿齿轮或带轮圆周方向的长度L1为1～40mm，沿齿轮或带轮直径方向的宽度L2为0.3～20mm；
所述凹槽的个数与键的个数相等，且所述凹槽沿齿轮或带轮圆周方向的长度L3为2～50mm，沿齿轮或带轮直径方向的宽度L4为1.3～30mm，且该凹槽壁与所述键之间形成的第二间隙宽度1mm≤L5≤10mm；
(2)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行充分混合；
(3)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；
(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050～1250℃，保温时间大于20分钟；或者，将外齿圈生坯、内环生坯分别置于烧结硬化炉中进行烧结，烧结后的冷却速度每秒大于1摄氏度，烧结结束后进行回火处理；
(5)将步骤(4)所得外齿圈、内环进行喷砂处理；
(6)将喷砂后的外齿圈、内环进行锌磷化处理，在外齿圈、内环的表面形成一层致密的磷酸盐膜；
(7)在锌磷化处理后的外齿圈、内环的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；
(8)将涂胶后的外齿圈、内环套置在一起并进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；
(9)对步骤(8)所得齿轮或带轮进行硫化处理；
(10)对步骤(9)所得齿轮或带轮进行感应热处理并回火；
(11)对步骤(10)所得齿轮或带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，其特征在于：所述的键在轴向上成型为圆弧形，对应的，所述的凹槽也成型为圆弧形。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，其特征在于：步骤(3)中模压成型的温度在130摄氏度以下，压强为500～800MPa，成形密度为6.8～7.3g/cm3。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，其特征在于：步骤(4)中烧结的保护气氛为氮氢混合气氛。
5.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，其特征在于：按照重量百分比计，所述外齿圈的材料组成为0～5％Cu，0～1.5％C，0～5.0％Ni，0～3.0％Mo，0～3.0％Cr，杂质含量小于2％，以及余量的Fe。
6.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，其特征在于：按照重量百分比计，所述内环的材料组成为0～5％Cu，0～1.5％C，0～4.0％Ni，0～3.0％Mo，0～3.0％Cr，杂质含量小于2％，以及余量的Fe。
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