CN110434344A - 一种电机齿轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机齿轮及其制备方法，将含有铜、钼、碳、润滑剂和铁的原料经压制，形成齿轮坯件，把齿轮坯件送入网带烧结炉内预热、烧结和冷却，得到洛氏硬度的HRC值不小于30、密度不小于6.8g/cm3的齿轮。本发明利用粉末冶金制造齿轮的方法与现有的粉末冶金烧结硬化制造齿轮的方法相比，省略了齿轮烧结后的低温回火消除应力的过程，减少了生产齿轮的时间，从而提高粉末冶金制造齿轮的效率，降低了生产齿轮的成本，提升齿轮的市场竞争力；由于生产齿轮的成本降低了，以及省略了齿轮烧结后的低温回火过程，从而减轻了生产齿轮的人力成本和低温回火成本，使得企业的负担减轻，有利于优化企业的经济效益。

Description

一种电机齿轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及齿轮的技术领域，尤其是涉及一种电机齿轮及其制备方法。
背景技术
齿轮是能够相互啮合的有齿机械零件，同时，齿轮也是常见的传动件。
目前，齿轮常见的齿轮制备方法有两种，一种是将原料融成铁水，把铁水注入模具内浇筑成型，在经过一系列加工程序制得；另一种是利用粉末冶金制备，需要经过混料、成型、烧结、整形、机加工、热处理、磁粉探伤全检裂纹、退磁、洗净干燥等步骤制得。由于粉末冶金制备齿轮具有成本低、生产效率高、一次成型和成型后不需要再加工齿轮的优点，因此，粉末冶金制备齿轮被广泛使用。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：一方面，齿轮在热处理淬火时存在缺陷，如齿轮变形、油污染等，降低了齿轮的成品率；另一方面，齿轮的生产周期相对较长，耗能大，使得生产成本提高，降低了齿轮的竞争力。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机齿轮及其制备方法，它解决了如下问题：一方面，齿轮在热处理淬火时存在缺陷，如齿轮变形、油污染等，降低了齿轮的成品率；另一方面，齿轮的生产周期相对较长，耗能大，使得生产成本提高，降低了齿轮的竞争力。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：混料，按质量百分比含量为1.77-2.17%的铜粉、1.33-1.63%的钼粉、0.72-0.88%的碳粉和0.54-0.66%的润滑剂，其余为铁粉为原材料，通过混料机对原材料进行搅拌，搅拌的速度为650-850r/Min，搅拌的时长不少于0.5H，得到搅拌均匀的原料；
步骤二：压制成型，将原料送入成型压机的压膜中，压膜将原料压制成型，得到齿轮坯件；
步骤三：烧结，将齿轮坯件在保护气氛的保护下送入网带烧结炉内烧结，网带烧结炉包括RBO脱蜡区、预热区、烧结区和烧结硬化快速冷却区，RBO脱蜡区的温度为650-700℃，预热区的温度为930-1070℃，烧结区的温度为1100-1200℃，烧结时间不少于2H；
步骤四：出炉冷却，得到齿轮。
通过采用上述技术方案，将一定比例的铜粉、钼粉、碳粉、润滑剂和铁粉加入到混料机，启动混料机，使得铜粉、钼粉、碳粉、润滑剂和铁粉在混料机内充分混合均匀，从而得到原料，将原料添加到成型压机中，成型压机的压膜对原料压制，从而形成齿轮坯件；将齿轮坯件送入网带烧结炉内，齿轮坯件在网带烧结炉内的烧结时间不宜太短，否则无法让齿轮坯件经烧结金属化；保护气氛起到保护齿轮坯件的作用，从而保障齿轮坯件烧结成齿轮的成品率；RBO脱蜡区对坯件加热升温，使得齿轮坯件内的润滑剂烧结蒸发掉；预热区对齿轮坯件预热，使得齿轮坯件适应烧结环境；烧结区对齿轮坯件进行烧结，从而得到半成品的齿轮；半成品的齿轮在烧结硬化快速冷却区冷却，从而得到成品的齿轮。本发明利用粉末冶金制造齿轮的方法与现有的粉末冶金烧结硬化制造齿轮的方法相比，省略了齿轮烧结后的低温回火消除应力的过程，减少了生产齿轮的时间，从而提高粉末冶金制造齿轮的效率，降低了生产齿轮的成本，提升齿轮的市场竞争力；由于生产齿轮的成本降低了，以及省略了齿轮烧结后的低温回火过程，从而减轻了生产齿轮的人力成本和低温回火成本，使得企业的负担减轻，有利于优化企业的经济效益。
本发明进一步设置为：所述步骤一中的润滑剂为腊基润滑剂。
通过采用上述技术方案，腊基润滑剂添加到原料内，使得原料便于压制成型，且腊基润滑剂便于烧结挥发，从而腊基润滑剂不影响齿轮的性能。
本发明进一步设置为：按质量百分比含量计数，所述步骤一中的原料包括1.97%的铜、1.44的钼、0.76的碳和0.62的腊基润滑剂，其余为铁。
通过采用上述技术方案，在实际正常过程中，上述配比的原料生产出来的齿轮成品率较高。
本发明进一步设置为：所述步骤二中的原料压制成型的压力不小于5t/cm2。
通过采用上述技术方案，在实际生产过程中，压力为5t/cm2压制出来的齿轮坯件的密度较佳，便于齿轮坯件加工得到合格的齿轮。
本发明进一步设置为：所述步骤三的保护气氛的气体为氮气。
通过采用上述技术方案，齿轮坯件在烧结过程中，氮气限制齿轮坯件的表面与氧气发生氧化反应。
本发明进一步设置为：所述步骤三中的RBO脱蜡区的温度为690℃，RBO脱蜡区的脱蜡保温时间不小于0.5H；预热区分为两个阶段，第一阶段的温度为950℃，第一阶段的预热保温时间不小于0.5H，第二阶段的温度为1050℃，第二阶段的预热保温时间不小于0.5H；烧结区的温度为1120℃，烧结区的烧结保温时间不少于0.5H。
通过采用上述技术方案，在实际生产过程中，烧结炉内的RBO脱蜡区温度为690℃，便于齿轮坯件烧结蒸发掉腊基润滑剂；预热区的950℃和1050℃便于齿轮坯件适应烧结环境，有利于齿轮坯件在1120℃的烧结区烧结金属化。
本发明进一步设置为：所述步骤三中的烧结硬化快速冷却区的冷却速率为1.5℃/s。
通过采用上述技术方案，1.5℃/s的冷却速率能使齿轮迅速降温，使得齿轮的表面在冷却过程中硬化。
本发明进一步设置为：所述步骤四中检验合格标准为HRC值不小于30且密度不小于6.8g/cm3。
通过采用上述技术方案，HRC值不小于30且密度不小于6.8g/cm3的检验标准有利于保障成品齿轮的使用性能，从而优化齿轮的使用体验。
本发明的另一个目的为：电机齿轮的制备方法制备的齿轮。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
本发明利用粉末冶金制造齿轮的方法与现有的粉末冶金烧结硬化制造齿轮的方法相比，省略了齿轮烧结后的低温回火消除应力的过程，减少了生产齿轮的时间，从而提高粉末冶金制造齿轮的效率，降低了生产齿轮的成本，提升齿轮的市场竞争力；由于生产齿轮的成本降低了，以及省略了齿轮烧结后的低温回火过程，从而减轻了生产齿轮的人力成本和低温回火成本，使得企业的负担减轻，有利于优化企业的经济效益。
具体实施方式
实施例1
原料的制备：按质量百分比计数，取1.78%的铜粉、1.33%的钼粉、0.73%的碳粉和0.55%的腊基润滑剂，将其放置到混料机内进行搅拌混合，混料机的速度为650-850r/Min，为了让上述各种粉末充分搅拌均匀，因此搅拌的时间不能太短，通常的搅拌时长为 0.5H，从而得到原料，备用。
齿轮的制备：将上述的原料放置在成型压机上，使得安装在成型压机上的压膜将原料压制成型，成型压机的压制压力为5t/cm2，从而得到齿轮坯件；把齿轮坯件在保护气体的保护下送入网带烧结炉内烧结，保护气体在网带烧结炉内形成烧结气氛，从而限制齿轮坯件在烧结时与氧气接触，避免齿轮坯件在烧结时与氧气发生氧化反应；保护气体可以为氮气,网带烧结炉的网带速度为80mm/min，坯件在网带烧结炉内的烧结时间不小于2H；网带烧结炉包括RBO脱蜡区、预热区、烧结区和烧结硬化快速冷却区，其中RBO脱蜡区的温度保持在650-700℃之间，通常情况下，将RBO脱蜡区的温度设置为690℃，坯件在RBO脱蜡区停留0.5H,使得RBO脱蜡区的保温时间为0.5H，从而齿轮坯件能够脱去腊基润滑剂，使得腊基润滑剂不影响齿轮的性能；预热区的温度保持在930-1070℃之间，预热区包括两个阶段，通常情况下，第一阶段的温度设置为950℃，坯件在第一阶段停留0.5H，使得第一阶段的保温时间为0.5H，第二阶段的温度设置为1050℃，坯件在第二阶段停留0.5H，使得第二阶段的保温时间为0.5H，便于齿轮坯件适应烧结环境；烧结区的温度保持在1100-1200℃之间，通常情况下，烧结炉的烧结温度设置为1120℃，烧结保温时间不小于0.5H，使得齿轮坯件金属化，从而得到半成品的齿轮；烧结硬化快速冷却区设有风机，风机的频率为27Hz，使得烧结硬化快速冷却区的冷却速率为1.5℃/s，以便于半成品齿轮冷却硬化，从而得到齿轮。将齿轮移出网带烧结炉，置于常温下降温，降温后对齿轮抽样，测试齿轮硬度，其洛氏硬度的HRC值不小于30，测试齿轮的密度，其密度值不小于6.8g/cm3，其为合格的齿轮。
实施例2
原料的制备：按质量百分比计数，取1.98%的铜粉、1.43%的钼粉、0.76%的碳粉和0.62%的腊基润滑剂，其余为铁粉和不可避免的杂质，将其放置到混料机内进行搅拌混合，混料机的速度为650-850r/Min，为了让上述各种粉末充分搅拌均匀，因此搅拌的时间不能太短，通常的搅拌时长为 0.5H，从而得到原料，备用。
齿轮的制备与实施例1制备齿轮的方法相同，将得到的齿轮移出网带烧结炉，置于常温下降温，经温后对齿轮抽样，测试齿轮硬度，其洛氏硬度的HRC值不小于30，测试齿轮的密度，其密度值不小于6.8g/cm3。
实施例3
原料的制备：按质量百分比计数，取2.15%的铜粉、1.63%的钼粉、0.87%的碳粉和0.66%的腊基润滑剂，其余为铁粉和不可避免的杂质，将其放置到混料机内进行搅拌混合，混料机的速度为650-850r/Min，为了让上述各种粉末充分搅拌均匀，因此搅拌的时间不能太短，通常的搅拌时长为 0.5H，从而得到原料，备用。
齿轮的制备与实施例1制备齿轮的方法相同，将得到的齿轮移出网带烧结炉，置于常温下降温，经温后对齿轮抽样，测试齿轮硬度，其洛氏硬度的HRC值不小于30，测试齿轮的密度，其密度值不小于6.8g/cm3。
对比例1
原料的制备：按质量百分比计数，取2.01%的铜粉、1.51%的钼粉、0.81%的碳粉和0.61%的腊基润滑剂，其余为铁粉和不可避免的杂质，将其放置到混料机内进行搅拌混合，混料机的速度为650-850r/Min，为了让上述各种粉末充分搅拌均匀，因此搅拌的时间不能太短，通常的搅拌时长为 0.5H，从而得到原料，备用。
齿轮的制备：将上述的原料放置在成型压机上，使得安装在成型压机上的压膜将原料压制成型，成型压机的压制压力为4.8t/cm2。从而得到齿轮坯件，利用密度计对齿轮坯件的密度测试，齿轮坯件的密度在6.6-6.9g/cm3之间；把齿轮坯件在保护气体的保护下送入网带烧结炉内烧结，保护气体在网带烧结炉内形成烧结气氛，从而限制齿轮坯件在烧结时与氧气接触，避免齿轮坯件在烧结时与氧气发生氧化反应；保护气体可以为氮气，网带烧结炉的网带速度为80mm/min，坯件在网带烧结炉内的烧结时间不小于2H；网带烧结炉包括RBO脱蜡区、预热区、烧结区和烧结硬化快速冷却区，其中RBO脱蜡区的温度保持在650-700℃之间，通常情况下，将RBO脱蜡区的温度设置为690℃，坯件在RBO脱蜡区停留0.5H，使得RBO脱蜡区的保温时间为0.5H，从而齿轮坯件内的腊基润滑剂被烧结蒸发掉；预热区的温度保持在930-1070℃之间，预热区包括两个阶段，通常情况下，第一阶段的温度设置为950℃，坯件在第一阶段停留0.5H，使得第一阶段的保温时间为0.5H，第二阶段的温度设置为1050℃，坯件在第二阶段停留0.5H，使得第二阶段的保温时间为0.5H，便于齿轮坯件适应烧结环境；烧结区的温度保持在1100-1200℃之间，通常情况下，烧结炉的烧结温度设置为1120℃，烧结保温时间不小于0.5H，使得齿轮坯件金属化，从而得到半成品的齿轮；烧结硬化快速冷却区设有风机，风机的频率为27Hz，使得烧结硬化快速冷却区的冷却速率为1.5℃/s，以便于半成品齿轮冷却硬化，从而得到齿轮。将齿轮移出网带烧结炉，置于常温下降温，经温后对齿轮抽样，测试齿轮硬度，其洛氏硬度HRC值不小于27，测试齿轮的密度，其密度值不小于6.6g/cm3，其硬度和密度均有所下降。
对比例2
原料的制备：按质量百分比计数，取1.96 %的铜粉、1.48%的钼粉、0.79%的碳粉和0.59%的腊基润滑剂，其余为铁粉和不可避免的杂质，将其放置到混料机内进行搅拌混合，混料机的速度为650-850r/Min，为了让上述各种粉末充分搅拌均匀，因此搅拌的时间不能太短，通常的搅拌时长为 0.5H，从而得到原料，备用。
齿轮的制备：将上述的原料放置在成型压机上，使得安装在成型压机上的压膜将原料压制成型，成型压机的压制压力为5.2t/cm2。从而得到齿轮坯件，利用密度计对齿轮坯件的密度测试，齿轮坯件的密度在6.8-7.0g/cm3之间；把齿轮坯件在保护气体的保护下送入网带烧结炉内烧结，保护气体在网带烧结炉内形成烧结气氛，从而限制齿轮坯件在烧结时与氧气接触，避免坯件在烧结时与氧气发生氧化反应；保护气体可以为氮气，网带烧结炉的网带速度为80mm/min，坯件在网带烧结炉内的烧结时间不小于2H；网带烧结炉包括RBO脱蜡区、预热区、烧结区和烧结硬化快速冷却区，其中RBO脱蜡区的温度保持在650-700℃之间，通常情况下，将RBO脱蜡区的温度设置为690℃，坯件在RBO脱蜡区停留0.5H，使得RBO脱蜡区的保温时间为0.5H，从而齿轮坯件内的腊基润滑剂被烧结蒸发掉；预热区的温度保持在930-1070℃之间，预热区包括两个阶段，通常情况下，第一阶段的温度设置为950℃，齿轮坯件在第一阶段停留0.5H，使得第一阶段的保温时间为0.5H，第二阶段的温度设置为1050℃，齿轮坯件在第二阶段停留0.5H，使得第二阶段的保温时间为0.5H，使得齿轮坯件适应烧结环境；烧结区的温度保持在1100-1200℃之间，通常情况下，烧结炉的烧结温度设置为1120℃，烧结保温时间不小于0.5H，使得齿轮坯件金属化，从而得到半成品的齿轮；烧结硬化快速冷却区设有风机，风机的频率为27Hz，使得烧结硬化快速冷却区的冷却速率为1.5℃/s，以便于半成品齿轮冷却硬化，从而得到齿轮。将齿轮移出网带烧结炉，置于常温下降温，经温后对齿轮抽样，测试齿轮硬度，其洛氏硬度的HRC值不小于30，测试齿轮的密度，其密度值不小于6.8g/cm3。
对比例3
原料的制备：按质量百分比计数，取1.79 %的铜粉、1.48%的钼粉、0.79%的碳粉和0.59%的腊基润滑剂，其余为铁粉和不可避免的杂质，将其放置到混料机内进行搅拌混合，混料机的速度为650-850r/Min，为了让上述各种粉末充分搅拌均匀，因此搅拌的时间不能太短，通常的搅拌时长为 0.5H，从而得到原料，备用。
齿轮的制备：将上述的原料放置在成型压机上，使得安装在成型压机上的压膜将原料压制成型，成型压机的压制压力为5.0t/cm2。从而得到齿轮坯件，利用密度计对齿轮坯件的密度测试，齿轮坯件的密度在6.8-7.0g/cm3之间；把齿轮坯件在保护气体的保护下送入网带烧结炉内烧结，保护气体在网带烧结炉内形成烧结气氛，从而限制齿轮坯件在烧结时与氧气接触，避免坯件在烧结时与氧气发生氧化反应；保护气体可以为氮气，网带烧结炉的网带速度为80mm/min，坯件在网带烧结炉内的烧结时间不小于2H；网带烧结炉包括RBO脱蜡区、预热区、烧结区和烧结硬化快速冷却区，其中RBO脱蜡区的温度保持在650-700℃之间，通常情况下，将RBO脱蜡区的温度设置为690℃，坯件在RBO脱蜡区停留0.5H，使得RBO脱蜡区的保温时间为0.5H，使得齿轮坯件被烧结蒸发掉；预热区的温度保持在930-1070℃之间，预热区包括两个阶段，通常情况下，第一阶段的温度设置为950℃，齿轮坯件在第一阶段停留0.5H，使得第一阶段的保温时间为0.5H，第二阶段的温度设置为1050℃，齿轮坯件在第二阶段停留0.5H，使得第二阶段的保温时间为0.5H，便于齿轮坯件适应烧结环境；烧结区的温度保持在1100-1200℃之间，通常情况下，烧结炉的烧结温度设置为1120℃，烧结保温时间不小于0.5H，使得齿轮坯件金属化，从而得到半成品的齿轮；烧结硬化快速冷却区停止工作，使得齿轮自然降温，将齿轮移出网带烧结炉，置于常温下降温，经温后对齿轮抽样，测试齿轮硬度，其洛氏硬度的HRC值在24-28之间，测试齿轮的密度，其密度值不小于6.8g/cm3，可见，烧结硬化快速冷却区不对齿轮快速降温冷却，齿轮无法得到达标的硬度。
对比例4
对比例4和对比例3的不同之处在于，烧结硬化快速冷却区设有风机，风机的频率为35Hz，使得烧结硬化快速冷却区的冷却速率为2.0℃/s，烧结硬化快速冷却区对半成品齿轮冷却硬化，从而得到齿轮。将齿轮移出网带烧结炉，置于常温下降温，经温后对齿轮抽样，测试齿轮硬度，其洛氏硬度的HRC值不小于30，测试齿轮的密度，其密度值不小于6.8g/cm3。但是，由于齿轮在烧结硬化快速冷却区的冷却速度过快，使得部分齿轮开裂，导致废品的数量增多。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：混料，按质量百分比含量为1.77-2.17%的铜粉、1.33-1.63%的钼粉、0.72-0.88%的碳粉和0.54-0.66%的润滑剂，其余为铁粉为原材料，通过混料机对原材料进行搅拌，搅拌的速度为650-850r/Min，搅拌的时长不少于0.5H，得到搅拌均匀的原料；
步骤二：压制成型，将原料送入成型压机的压膜中，压膜将原料压制成型，得到齿轮坯件；
步骤三：烧结，将齿轮坯件在保护气氛的保护下送入网带烧结炉内烧结，网带烧结炉包括RBO脱蜡区、预热区、烧结区和烧结硬化快速冷却区，RBO脱蜡区的温度为650-700℃，预热区的温度为930-1070℃，烧结区的温度为1100-1200℃，烧结时间不少于2H；
步骤四：出炉冷却，得到齿轮。
2.根据权利要求1所述的一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的润滑剂为腊基润滑剂。
3.根据权利要求2所述的一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：按质量百分比含量计数，所述步骤一中的原料包括1.97%的铜、1.44的钼、0.76的碳和0.62的腊基润滑剂，其余为铁。
4.根据权利要求1所述的一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的原料压制成型的压力不小于5t/cm2。
5.根据权利要求1所述的一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：所述步骤三的保护气氛的气体为氮气。
6.根据权利要求1所述的一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的RBO脱蜡区的温度为690℃，RBO脱蜡区的脱蜡保温时间不小于0.5H；预热区分为两个阶段，第一阶段的温度为950℃，第一阶段的预热保温时间不小于0.5H，第二阶段的温度为1050℃，第二阶段的预热保温时间不小于0.5H；烧结区的温度为1120℃，烧结区的烧结保温时间不少于0.5H。
7.根据权利要求6所述的一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的烧结硬化快速冷却区的冷却速率为1.5℃/s。
8.根据权利要求1所述的一种电机齿轮的制备方法，其特征在于：所述步骤四中检验合格标准为HRC值不小于30且密度不小于6.8g/cm3。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的一种电机齿轮，其特征在于：电机齿轮的制备方法制备的齿轮。
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