CN109868422B - 一种粉末冶金刚轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种少/无加工、工作过程中可自润滑的谐波减速器用粉末冶金刚轮及其制备方法。本发明的制备方法采用粉末冶金方法，包括高成分均匀性的粘结粉末制备、压制、烧结、后处理等工序。本发明制备的粉末冶金刚轮具有成分均匀、耐磨减摩性好、噪音低、寿命长、少/无加工、成本低等优点，可替代目前采用钢材、铸铁等材料加工制备的刚轮。

Description

一种粉末冶金刚轮及其制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及用于谐波减速器的一种粉末冶金刚轮及其制备方法。
背景技术
谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的波发生器组成。与普通减速器相比，具有结构简单、体积小、重量轻、传动比范围大、定位和重复定位精度高、同轴性好、可实现向密闭空间传递运动及动力等优点，广泛应用于电子、航天航空、机器人、化工等行业。由于刚轮与柔轮、柔轮与波发生器发生长时间的变形接触摩擦，导致零件发生磨损，从而引起定位和重复定位精度变差，影响其使用寿命。目前以日本为主的国际谐波减速器生产厂家，采用球墨铸铁材质制造刚轮，利用球墨铸铁的减摩性能，配合刚轮与柔轮之间的脂润滑，实现谐波减速器工作过程的耐磨减摩效果；国内厂家目前仍以合金钢材质制造刚轮，减摩效果较国际厂家不足。同时，刚轮主要制造方案仍为机加工，存在工序长、成本高等不足。
粉末冶金零件具有近净成形、自润滑等优势，已广泛应用于含油轴承、齿轮等零件中，但是并未在谐波减速器方面取得应用。刚轮零件为小模数齿轮零件，对材料成分的均匀性提出了更高的要求。目前已公开的专利CN201711059299，仅仅提出利用粉末冶金技术及材料进行刚轮坯件的制备，无具体的生产工艺数据指标，不具备可操作性。
同时常规混粉技术不足以保证混合后粉体成分的均匀性，对于小模数齿轮零件，压制烧结后变形及性能会有较大波动，使得粉末冶金材料制备的刚轮较常规合金钢或铸铁材质，优势不再明显。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种粉末冶金刚轮及其制备方法。具体技术方案如下。
一种粉末冶金刚轮，由铁基粉末冶金材料制成，密度≥6.9g/cm3，硬度HRC30-40。
所述粉末冶金刚轮，以铁为主，添加0-2.0％Cu、0-5.0％Ni、0-1.0％Mo、0-1.0％Cr、0-1.0％Mn、0-0.5％Si和0.5-3.0％石墨诸元素中的两种或两种以上。
所述粉末冶金刚轮，其制备方法是根据成分设计，将原料粉末进行配料、混合粘结、压制成形、烧结和后处理等工序制备完成。
所述原料粉末，包括雾化、扩散等工艺制备的粉末。
所述混合粘结工序，是将原料粉末按设定比例配好后，进行混合、粘结，使原料粉体具有更好的成分均匀性、流动性、产品一致性。
所述压制工序，是将混合或粘结粉末进行压制成形，压制压强为500～800MPa，压制温度为室温～140℃，生坯密度≥6.9g/cm3。
所述烧结工序，是将刚轮生坯进行烧结，烧结温度为1000～1300℃，烧结时间为10～120分钟，气氛可以是真空、氢气、分解氨等中的一种。
所述后处理工序，包括整形、热处理、精加工、表面处理和浸润滑介质中一项或一项以上步骤。所述整形步骤工序，是根据产品的尺寸精度要求，采用全整形或齿形整形提高烧结刚轮的尺寸精度。
所述热处理步骤工序，是根据产品的硬度要求，采用淬火、回火等工艺，对烧结或整形后的刚轮进行热处理，提高刚轮的硬度。
所述精加工步骤工序，是对刚轮进行精加工，满足刚轮的尺寸精度要求。
所述表面处理步骤工序，是根据产品的硬度要求，采用表面渗碳渗氮、蒸汽处理等工艺，对烧结或整形后的刚轮进行表面处理，提高表面硬度和耐磨性。
所述浸润滑介质，是根据产品的应用场合与工况要求，选择向刚轮零件浸润滑油或润滑脂，使得润滑介质填充于刚轮零件的微小孔隙内，装配后工作过程中实现刚轮零件的自润滑特性，提高谐波减速器整体的减摩效果与使用寿命；
本发明的有益效果是粉末冶金刚轮具有成分均匀、成分可控、近净成形、耐磨减摩性好、噪音低、成本低、提高谐波减速器使用寿命等优点，可以满足谐波减速器的使用要求。
附图说明
图1为本发明粉末冶金刚轮的照片。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提出一种粉末冶金刚轮及其制备方法，所述方法包括原料粉末配料、混合粘结、压制成形、烧结和后处理等工序。下面以实施例进一步对本发明予以说明。
实施例1
按FLC4805粉末成分配方，将FeNiMoCu雾化粉末与石墨粉，按98.3:0.7(质量百分比)进行配料，加入1％的粘结剂溶液(粘结剂与丙酮的比例为1:10)进行粘结，粘结30分钟，然后将粉末干燥，再添加0.8％润滑剂进行混料，混料时间15分钟，然后进行压制，生坯密度7.0g/cm3，再进行1120℃、30分钟烧结，气氛为分解氨气氛，出炉后零件真空高温浸入润滑油，之后进行整形，使得尺寸符合图纸要求，然后进行表面蒸汽处理，蒸汽处理温度为560℃，时间为1小时。
实施例2
按FLC2-4808粉末成分中除石墨外的合金元素配比，制备FeNiMoCu雾化粉末，与石墨粉按照97.0:3.0(质量百分比)进行配料，加入3％的粘结剂溶液(粘结剂与丙酮的比例为1:10)进行粘结，粘结30分钟，然后将粉末干燥，再添加0.8％润滑剂进行混料，混料时间15分钟，然后进行压制，生坯密度6.95g/cm3，再进行1120℃、30分钟烧结，气氛为真空。出炉后零件真空高温浸入润滑油，之后进行整形，使得尺寸符合图纸要求，然后进行低温渗氮处理。
实施例3
将Fe粉、Ni粉、Cu粉、石墨粉按照按95.2:2.0:2.0:0.8(质量百分比)进行配料，加入1％的粘结剂溶液(粘结剂与丙酮的比例为1:10)进行粘结，粘结30分钟，然后将粉末干燥，再添加0.8％润滑剂进行混料，混料时间15分钟，然后进行压制，生坯密度7.0g/cm3，再进行1120℃、30分钟烧结，气氛为氢气气氛，出炉后零件真空高温浸入润滑油，之后进行整形，使得尺寸符合图纸要求，然后进行表面蒸汽处理，蒸汽处理温度为560℃，时间为1小时。
实施例4
将Fe粉、Ni粉、石墨粉按照按96.7:2.5:0.8(质量百分比)进行配料，加入1％的粘结剂溶液(粘结剂与丙酮的比例为1:10)进行粘结，粘结30分钟，然后将粉末干燥，再添加0.8％润滑剂进行混料，混料时间15分钟，然后进行压制，生坯密度7.0g/cm3，再进行1120℃、30分钟烧结，气氛为真空气氛，出炉后零件真空高温浸入润滑油，之后进行整形，使得尺寸符合图纸要求，然后低温渗氮处理。
实施例5
按FD0408粉末成分配方，将FeCuNiMo扩散粉末与石墨粉、按98.2:0.8(质量百分比)进行混合15分钟，加入1％的粘结剂溶液(粘结剂与丙酮的比例为1:10)进行粘结，粘结30分钟，然后将粉末干燥，再添加0.8％润滑剂进行混料，混料时间15分钟，然后进行压制，生坯密度7.0g/cm3，再进行1120℃、30分钟烧结，在分解氨气氛中，出炉后零件真空高温浸入润滑脂，然后进行整形，使得尺寸符合图纸要求，然后进行淬火、回火调质处理，零件硬度HRC33。
实施例6
将实施例5中的FD0408粉末更换为FD0205，压制温度120℃，生坯密度7.3g/cm3，渗氮处理后，再进行蒸汽处理，蒸汽处理温度为560℃，0.5小时，其他工艺与实施例1一致。
实施例7
将实施例6中模具改为留有加工余量的圆环模具，烧结坯进行渗碳淬火，硬度HRC30-40，然后按产品图纸进行机加工。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种粉末冶金刚轮的制备方法，其特征在于，所述刚轮是铁基粉末冶金材料，密度≥6.9g/cm3，硬度HRC30-40；所述制备方法包括以下步骤：
1）将原料粉末配料、混合粘结，制备高成分均匀性的粘结粉末；所述原料粉末配料以铁为主，添加0-2.0% Cu、0-5.0% Ni、0-1.0% Mo、0-1.0% Cr、0-1.0% Mn、0-0.5% Si和0.8-3.0%石墨，诸元素均不为0；
2）将步骤1）制备的粘结粉末进行压制成形、烧结；所述压制成形，是将粘结粉末压制成形，压制压强为500~800MPa，压制温度为室温~140℃，生坯密度≥6.9g/cm3；所述烧结是将刚轮生坯进行烧结，烧结温度为1000~1300℃，烧结时间为10~120分钟，烧结气氛是真空、氢气和分解氨中的一种；
3）后处理工序；
所述后处理工序包括整形、热处理、精加工、表面处理和浸润滑介质步骤；所述整形，采用全整形或齿形整形提高烧结刚轮的尺寸精度；所述热处理，采用淬火、回火工艺，对烧结或整形后的刚轮进行热处理；所述精加工，是对刚轮进行精加工，满足刚轮的尺寸精度要求；所述表面处理，采用表面渗碳渗氮、蒸汽处理工艺，对烧结或整形后的刚轮进行表面处理；所述浸润滑介质，选择向刚轮零件浸润滑油或润滑脂，保证工作过程的自润滑特性。
2.根据权利要求1所述粉末冶金刚轮的制备方法，其特征在于，所述混合粘结是将原料粉末配好后，进行混合、粘结；所述原料粉末，除石墨粉之外，采用雾化或扩散工艺制备。
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