CN111468715A - 一种制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置，属粉末冶金齿轮生产。本发明通过混料、压制、烧结、淬火等工序完成驱动齿轮的制备，生产过程中，通过特定的配比和特定的工艺参数，有效提高了产品成型精度和性能，降低了裂纹导致的废品率，使得工作效率得以提高，本发明制备的驱动齿轮固定稳定、耐磨性好、强度、压溃性能得以进一步提高，对企业良性发展具有积极的意义。

Description

一种制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置

技术领域

本发明涉及一种制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置，属粉末冶金齿轮生产。

背景技术

粉末冶金技术是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金烧结制品具有原材料利用率高、制造成本低、材料综合性好、可近净成型、产品精度高且稳定等优点，还可制造传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和难以加工的零件；同时，粉末冶金烧结制品还具有耐腐蚀、耐磨、精度和强度高、生产成本低、易于批量生产、整体性好等优点；因此，粉末冶金烧结制品的应用领域非常广泛；如；粉末冶金驱动齿轮，粉末冶金驱动齿轮是各种汽车、摩托车中普遍使用的传动部件。但是，由于制造粉末冶金制品工艺的特殊性，粉末冶金驱动齿轮在生产过程中其基体常会出现许多细小的缝隙，尤其是在淬火时更容易产生裂纹，而在在齿根部出现裂纹的情况更为突出，致使废品率较高，生产成本高；究其原因，粉末冶金材料的制备、产品结构、产品坯体的压制、烧结工艺等都有着直接或间接的关系；在另一方面，由于压制设备的结构原因，导致人工劳动强度大、工作效率低，；因此有必要对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可有效提高产品成型精度，降低废品率，以提高工作效率和产品质量；降低生产成本的制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置。

本发明的技术方案是：

一种粉末冶金驱动齿轮的生产工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

1）、首先将制备驱动齿轮的粉末冶金基体料的各原料放置于混合机内使其均匀混合；要求混合后的粉末冶金基体料松装密度（g/cm³）3.16；流动性（sec/50g）3.16；压缩性（600Mpa/ g/cm³）7.05;

2）、将均匀混合的粉末冶金基体料放置于成型机内，在8.3—8.5T/㎡压力下压制成型；得，粉末冶金驱动齿轮坯体；原则上压力越大粉末冶金驱动齿轮坯体密度越大，齿轮坯体的压制过程是一个基体料粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合的过程，但在粉末冶金基体料中所加入的便于压制和脱模的润滑剂，在压制过程中低压阶段减少了原料间的摩擦力，可使齿轮坯体快速增加密度；但在高压阶段，由于润滑剂填充在粉末颗粒的间隙中，反而阻碍了制品（坯体）的致密度；由此齿轮坯体在8.3—8.5T/㎡压力下压制成型后；保持该8.3—8.5T/㎡压力1—2秒钟，以使其咬合过程更加充分,防止回弹，得，密度在7.29—7.32g/cm³的驱动齿轮坯体;

3）、将压制成型驱动齿轮坯体放置于烧结炉内进行烧结，烧结过程中，首先在烧结炉对内对驱动齿轮坯体进行预热；以避免驱动齿轮坯体在高温烧结过程中出现裂纹或崩裂；预热过程为常温—850℃—1020℃—1080℃—1150℃—1240℃；其中，常温—850℃的升温时间为30分钟，850—1020℃的升温时间为40分钟，1020—1080℃的升温时间为40分钟，1080—1150℃的升温时间为40分钟， 1150—1240℃的升温时间为40；1240℃的烧结时间为40分钟，驱动齿轮坯体烧结完成冷却至常温后，得，密度为7.2—7.3g/cm³的粉末冶金驱动齿轮半成品；整体烧结时间为240±10分钟；

4）、粉末冶金驱动齿轮半成品放置于整形设备中对其齿部、上下端面进行整形，以去除毛刺；要求半成品上下端面的光洁度要求达到0.8 —0.9；

5）、将完成整形的驱动齿轮半成品放置于箱式淬火炉中，加热到900±10℃，并保温2.5小时；然后，用淬火油冷却；

6）、完成淬火驱动齿轮半成品送入回火炉中，加热到175±10℃，保温155±10min;得，驱动齿轮成品，将驱动齿轮成品置于抛光机，以去除毛刺，得驱动齿轮抛光成品。

所述的粉末冶金基体料由下述重量百分比的各原料混合制成：

铜1.0% 镍1.0% 润滑剂0.5%

钼1.5% 碳0.5% 余量为铁

所述的混合机它底座、混料器和上料装置构成，底座上设置有混料器，混料器上方的底座上设置有上料装置；所述的混料器由混料壳体、中心轴、混料叶片、齿轮组和混料电机构成，混料壳体呈纺锤形，混料壳体上通过对称设置的支撑套筒装有中心轴，中心轴与混料壳体滑动密封连接；混料壳体内的中心轴上设置有多个混料叶片；中心轴的一端延伸至支撑套筒外侧，延伸至支撑套筒外侧的中心轴通过齿轮组与支撑套筒连接；延伸至支撑套筒外侧的中心轴端头设置有皮带轮，皮带轮的下方设置有混料电机，混料电机通过皮带与皮带轮连接。

所述的成型机由压制机架、电动机、曲轴、上料机构构成，压制机架顶部安装有动力电机，动力电机的传动轴上装有不完全齿轮；动力电机下方的压制机架上装有曲轴，曲轴的端头装有曲轴传动轮，曲轴传动轮与不完全齿轮啮合连接；曲轴下方的压制机架上通过对称设置的导向滑轨活动安装有滑块，滑块通过传动连杆与曲轴连接；滑块下方通过连接杆装有压头，压头上装有冲压上模；对应冲压上模的压制机架1上设置有工作台面，工作台面上嵌装有冲压下模，冲压下模后端的工作台面上设置有上料机构，冲压下模前端的工作台面上设置有接料板。

所述的烧结炉由冷却槽、炉膛、隔离槽和上下料支撑架构成，冷却槽的一端设置有炉膛，冷却槽的另一端设置有隔离槽，冷却槽的一侧设置有上下料支撑架，上下料支撑架分别与炉膛和隔离槽连接；冷却槽内、炉膛内、隔离槽内以及上下料支撑架上分别设置有承载盘，承载盘上通过垫块活动安装有托盘；上下料支撑架上与炉膛对应状设置有进料液压缸；隔离槽上与上下料支撑架对应状设置有隔离槽液压缸；冷却槽上与隔离槽对应状设置有冷却槽液压缸。

本发明的有益效果在于：

本发明相对于现有技术，通过特定的配比和特定的工艺参数，有效提高了产品成型精度和性能，降低了裂纹导致的废品率，使得工作效率得以提高，本发明制备的驱动齿轮固定稳定、耐磨性好、强度、抗拉性能得以进一步提高，对企业良性发展具有积极的意义。

附图说明

图1为本发明的混合机的结构示意图；

图2为混合机的混料器的结构示意图；

图3为图2中A-A向的结构示意图；

图4为混合机的上料装置的结构示意图;

图5为发明的压制成型机的结构示意图；

图6为压制成型机的脱模杆的装配示意图；

图7为压制成型机的冲压下模结构示意图；

图8为压制成型机的冲压上模结构示意图；

图9为本发明压制的驱动齿轮坯体的结构示意图；

图10为本发明的烧结炉的结构示意图；

图11是图1中炉膛A-A向的结构示意图；

图12是烧结炉的燃气管的横截面示意图；

图13是图10中隔离槽B-B向的结构示意图；

图14是图10中冷却槽C-C向的结构示意图；

图15是图10中冷却槽D-D向的结构示意图；

图16是烧结炉的密封闸板的结构示意图；

图17是烧结炉的承载盘的结构示意图；

图18是1号件的金相图；

图19是2号件的金相图;

图20是1号件马氏体显微硬度曲线图；

图21是2号件马氏体显微硬度曲线图。

图中：1、底座，2、混料壳体，3、中心轴，4、混料叶片，5、混料电机，6、支撑套筒，7、进料口，8、压板，9、盖板电机，10、进料盖板，11、出料口，12、出料阀，13、连杆，14、传动轴，15、主动齿轮，16、从动齿轮，17、传动齿轮A，18、传动齿轮B，19、传动齿轮C，20、皮带轮，21、皮带，22、支架，23、电动葫芦，24、料斗，25、导轨，26、拉绳，27、料斗出料口，28、放料阀，29、支撑板，30、到位检测探头A，31、到位检测探头B，32、检测挡板，33、支撑轴，34、支腿，35、到位检测探头C，36、压制机架，37、动力电机，38、曲轴，39、不完全齿轮，40、曲轴传动轮，41、导向滑轨，42、滑块，43、传动连杆，44、安装固定板，45、压头导向杆，46、上模安装杆，47、冲压上模，48、有工作台面，49、冲压下模，50、壳体，51、中心柱，52、脱模环，53、脱模限位杆，54、限位固定板，55、冲压孔，56、上料盒，57、下料软管，58、推拉气缸，59、推板，60、脱模压块，61、连通孔，62、脱模杆，63、脱模顶杆，64、脱模压板，65、接料板，66、安装轴，67、棘爪，68、驱动齿轮坯体， 69、炉膛，70、隔离槽，71、上下料支撑架，72、保护气管，73、燃气管，74、空气管，75、出气孔，76、炉膛支撑杆，77、炉膛滑槽，78、温度检测探头，79、支座，80、隔离液压缸，81、隔离闸板，82、隔离槽滑道，83、外壳体，84、支撑槽，85、支撑槽支撑杆，86、水循环腔，87、密封壳体，88、密封闸板，89、密封液压缸，90、进水管，91、出水管，92、承载盘，93、垫块，94、托盘，95、进料液压缸，96、隔离槽液压缸，97、冷却槽液压缸，98、密封套筒，99、到位检测探头，100、排气管。

具体实施方式

该粉末冶金驱动齿轮的生产工艺，包括以下步骤：

首先将制备驱动齿轮的粉末冶金基体料的各原料放置于混合机内使其均匀混合；粉末冶金基体料由下述重量百分比的各原料混合制成：铜1.0%、镍1.0%、润滑剂（硬脂酸锂）0.5%、钼1.5%、碳0.5%，余量为铁。混合机由底座1、混料器和上料装置构成，底座1上设置有混料器，混料器由混料壳体2、中心轴3、混料叶片4、齿轮组和混料电机5构成，混料壳体2上对称设置有支撑套筒6，支撑套筒6通过轴承与底座1活动连接；混料壳体2的顶部设置有进料口7，进料口7上设置有压板8，压板8一侧的进料口7上设置有盖板电机9,盖板电机9的输出轴上装有进料盖板10，进料盖板10与压板8过盈连接并与进料口7密封连接，由此使进料盖板10在盖板电机9的作用下顺时针旋转插入压板8时，进料盖板10能在压板8和盖板电机9的作用下，能将进料口7密封，进料盖板10逆时针旋转脱离压板8时，能打开进料口7；混料壳体2的底部设置有出料口11，出料口11上设置有出料阀12，混料壳体呈纺锤形的目的是使混料壳体2出料口11一端相比于进料口7一端重量较大，而使混料壳体2停止转动时，混料壳体2能保持出料口11一端始终向下，进料口7一端始终向上的状态，而便于出料和进料；支撑套筒6上通过轴承套装有中心轴3，中心轴3与混料壳体2滑动密封连接；混料壳体2内的中心轴3上设置有多个混料叶片4，混料叶片4之间通过连杆13固定连接，连杆13的作用是对混料叶片4形成支撑而加强混料叶片4的强度，同时在混料叶片4旋转过程中，与金属粉末作用而对金属粉末进行搅拌；中心轴3的一端延伸至支撑套筒6外侧，延伸至支撑套筒6外侧的中心轴3通过齿轮组与支撑套筒6连接；齿轮组由传动轴14、主动齿轮15和从动齿轮16构成，传动轴14上呈间隔状设置有传动齿轮A17和传动齿轮B18，传动齿轮A17和传动齿轮B18通过传动轴14与底座1活动连接；传动齿轮A17一侧设置有主动齿轮15。主动齿轮15与传动齿轮A17之间通过支撑轴33安装有传动齿轮C19，支撑轴33通过轴承与底座1活动连接，主动齿轮15通过传动齿轮C19与传动齿轮A17啮合，主动齿轮15与中心轴3固定连接；传动齿轮B18一侧设置有从动齿轮16，从动齿轮16与传动齿轮B18啮合，从动齿轮16与支撑套筒6固定连接；延伸至支撑套筒6外侧的中心轴3端头设置有皮带轮20，皮带轮20的下方的底座1上设置有混料电机5，混料电机5通过皮带21与皮带轮20连接，混料电机5顺时针转动时，通过皮带21带动皮带轮20顺时针转动，进而带动中心轴3顺时针转动，中心轴3顺时针转动时，带动主动齿轮15顺时针转动，而带动传动齿轮C19逆时针转动，带动传动齿轮C19逆时针转动过程中带动传动齿轮A17顺时针转动，而通过传动轴14带动传动齿轮B18顺时针转动，传动齿轮B18顺时针转动过程中带动从动齿轮16逆时针转动，而带动支撑套筒6逆时针转动，进而带动混料壳体2逆时针转动，中心轴3顺时针转动过程中，同时带动中心轴3上的混料叶片4顺时针转动，由此混料叶片4与混料壳体2相向运动，而能加快金属粉末的搅拌速率，而加快金属粉末的混合，同时，混料壳体2逆时针转动过程中，带动金属粉末逆时针旋转，金属粉末转动至高位时，金属粉末在自身重力作用下下落，金属粉末下落过程中，与顺时针旋转的混料叶片4碰撞，而将下落的金属粉末击散而使金属粉末迅速分散而混合均匀，相比于现有的螺旋式搅拌机能大大提高混合效率，且能进行无死角地混合。

混料器上方的底座1上设置有上料装置，上料装置由支架22、电动葫芦23和料斗24构成，支架22与底座1固定连接；支架22上通过导轨25装有电动葫芦23，电动葫芦23上通过拉绳26吊挂有料斗24，料斗24的底部中心设置有料斗出料口27，料斗出料口27上设置有放料阀28，放料阀28下方的料斗出料口27圆周上通过支撑板29设置有料斗到位检测探头A30，料斗到位检测探头A30通过程控器与电动葫芦23电连接；料斗出料口27四周的料斗24上设置有支腿34；电动葫芦23一侧的导轨25上与进料口7对应状设置有料斗到位检测探头B31，料斗到位检测探头B31通过程控器分别与电动葫芦23和盖板电机9电连接，电动葫芦23上与料斗到位检测探头B31对应状设置有检测挡板32；电动葫芦23另一侧的导轨25端头与检测挡板32对应状设置有料斗到位检测探头C35，料斗到位检测探头C35与电动葫芦23电连接；工作时，通过料斗24配合程控器、料斗到位检测探头A30、料斗到位检测探头B31和盖板电机9而对金属粉末自动上料，而不用将金属粉末搬运至搅拌机顶部而能有效降低劳动强度。

混合机工作时，电动葫芦23通过拉绳26拉动装有金属粉末的料斗24上升，程控器控制电动葫芦23提升高度，料斗24的料斗出料口27端口超过混料器的进料口7时，程控器控制电动葫芦23停止提升料斗24；料斗24提升至超过混料器的进料口7后，程控器控制电动葫芦23沿着导轨25向混料器的进料口7一侧运动，电动葫芦23沿着导轨25运动过程中，带动料斗24向进料口7一侧运动，电动葫芦23运动过程中同时带动检测挡板32向料斗到位检测探头B31一侧运动，检测挡板32运动过程中，逐渐与料斗到位检测探头B31接触，检测挡板32与料斗到位检测探头B31接触后，料斗到位检测探头B31将到位信号上传至程控器，程控器控制电动葫芦23停止沿着导轨25移动，电动葫芦23沿着导轨25运动至料斗到位检测探头B31时，料斗24运动至混料器的上方，料斗24的料斗出料口27位于混料器的进料口7上方，电动葫芦23沿着导轨25运动至料斗到位检测探头B31时程控器同时控制盖板电机9工作，使进料盖板10逆时针旋转，而使进料口7打开；电动葫芦23沿着导轨25运动至料斗到位检测探头B31后，程控器控制电动葫芦23运行，使电动葫芦23将料斗24下方，使料斗24的料斗出料口逐渐插入混料壳体2的进料口7中，此过程中，料斗出料口27上的料斗到位检测探头A30逐渐与混料壳体2或进料口7上的压板8靠近，料斗到位检测探头A30与混料壳体2或进料口7上的压板8靠近时，料斗到位检测探头A30将料斗24到位信号上传至程控器，程控器控制电动葫芦23停止，电动葫芦23停止时，料斗24的料斗出料口插入混料壳体2的进料口7中；电动葫芦23停止后，程控器控制放料阀28开启，将料斗24内的金属粉末放料至混料器的混料壳体2中，一段时间后，即料斗24放空完成后，程控器控制放料阀28关闭，并控制电动葫芦23上行，电动葫芦23上行后，程控器控制电动葫芦23沿着导轨25向料斗到位检测探头C35一侧运动，电动葫芦23运动至检测挡板32与料斗到位检测探头C35接触时，程控器控制电动葫芦23停止沿着导轨25运动，并控制电动葫芦23将料斗24下放至地面；电动葫芦23将料斗24下放至地面的过程中，程控器控制盖板电机9运行，使进料盖板10的一端顺时针运动至压板8内，而将混料壳体2上的进料口7封闭；进料口7封闭后，程控器控制混料电机5运行，使混料电机5依次通过皮带21、皮带轮20带动中心轴3顺时针转动，中心轴3顺时针转动过程中，带动混料叶片4顺时针转动，混料叶片4转动时，对混料壳体2内的金属粉末进行搅拌；中心轴3顺时针转动过程中，同时带动主动齿轮15顺时针转动，主动齿轮15顺时针转动过程中依次通过传动齿轮C19、传动齿轮A17、传动轴14、传动齿轮B18和从动齿轮16带动支撑套筒6逆时针转动，进而带动混料壳体2逆时针转动，混料壳体2逆时针转动过程中，带动金属粉末逆时针转动，将金属粉末带动至高位时，金属粉末在自身重力作用下下落，并与顺时针转动的混料叶片4碰撞而将金属粉末击散而使金属粉末能迅速相互分散而混合均匀，且能对金属粉末无死角进行混合，同时混料壳体2底部的金属粉末在混料叶片4与混料壳体2的相向运动过程中，搅拌速度较快，进一步提高金属粉末的混合效率；一段时间后，即金属粉末混合完成后，程控器控制混料电机5停止，而使混料壳体2停止转动，混料壳体2停止转动后，打开混料壳体2底部的出料阀12，对混料壳体2内混合均匀的金属粉末进行放料，完成粉末冶金基体料的混合。要求混合后的粉末冶金基体料松装密度（g/cm³）3.16；流动性（sec/50g）3.16；压缩性（600Mpa/ g/cm³）7.05。

将均匀混合的粉末冶金基体料放置于压制成型机内，在8.3或8.5T/㎡的压力条件下压制成型粉末冶金驱动齿轮坯体68。

压制成型机由压制机架36、动力电机37、曲轴38、上料机构构成，压制机架36顶部安装有动力电机37，动力电机37的传动轴上装有不完全齿轮39；动力电机37下方的压制机架36上装有曲轴38，曲轴38的端头装有曲轴传动轮40，曲轴传动轮40与不完全齿轮39啮合连接。曲轴38下方的压制机架36上通过对称设置的导向滑轨41活动安装有滑块42，滑块42通过传动连杆43与曲轴38活动连接。滑块42下方通过连接杆装有压头；压头下方的压制机架36上设置有工作台面48。

压头由安装固定板44、压头导向杆45、上模安装杆46构成，安装固定板44的下表面对称装有压头导向杆45，压头导向杆45之间的安装固定板44上固装有上模安装杆46，上模安装杆46的端头固装有冲压上模47，压头由安装固定板44通过连接杆与滑块42固定连接，压头通过压头导向杆45与工作台面48滑动连接，以在工作中对压头整体进行导向。

对应冲压上模47的工作台面48上嵌装有冲压下模49，冲压下模49由壳体50、中心柱51构成，壳体50内壁上设置有轮齿槽，壳体50的中心部位设置有中心柱51，用于驱动齿轮坯体68中心孔的压制成型，中心柱51上滑动套装有脱模环52，用于将压制成型的坯体脱出。脱模环52的下表面对称设置有脱模限位杆53，脱模限位杆53的下方穿过壳体50底部延伸至工作台面48下方，延伸至工作台面48下方的脱模限位杆53端头固装有限位固定板54，以加强脱模限位杆53的安装强度。

冲压上模47呈圆盘状的凸字形，冲压上模47上设置有与中心柱51对应的冲压孔55。冲压下模49后端的工作台面48上设置有上料机构。上料机构由料桶、上料盒56、下料软管57和推拉气缸58构成；工作台面48上通过对称设置的导向滑轨41滑动安装有上料盒56。上料盒56为底部呈敞口状的矩形体，上料盒56顶部设置有进料口，上料盒56上方的压制机架36上设置有料桶（图中未示），上料盒56通过进料口和下料软管57与料桶连通，上料盒56前端通过安装杆装有推板59，用于推送成型后的坯体进入收集容器；上料盒后端通过安装杆装有脱模压块60。推板59、上料盒56和脱模压块60分别与工作台面48滑动接触连接。

导向轨滑41一端压制机架36的工作台面48上固装有推拉气缸58，推拉气缸58通过活塞杆与上料盒56连接。上料盒56与推拉气缸58之间的工作台面48上设置有连通孔61。

冲压下模49下方的压制机架36上装有脱模杆62；脱模杆62呈L型，脱模杆62一端通过销轴装有脱模顶杆63，脱模顶杆63与限位固定板54固定连接，从而在工作时推动脱模环52沿中心柱51上行，将驱动齿轮坯体58推出冲压下模49，以完成脱模。

脱模杆62另一端端头倾斜状装有脱模压板64；脱模压板64穿过连通孔61延伸至工作台面48上方并与脱模压块60间隙接触连接。冲压下模49前端的工作台面48上倾斜状安装有接料板65。脱模杆62通过安装轴66偏心安装在压制机架36上，正常状态下，脱模杆62一端呈下沉状（脱模顶杆63端）。另一端呈翘起状，以保证脱模压板64穿过连通孔61延伸至工作台面48上方。

该压制成型机的曲轴传动轮40下方的压制机架36上设置有安装板，安装板上通过弹簧装有棘爪67，棘爪67与曲轴传动轮40啮合连接，以在工作时限定曲轴传动轮40只能单向转动。

该压制成型机的动力电机37、推拉气缸58分别受控制器（西门子S7-200）控制，工作时，首先将混合好的粉末冶金基体料置于料桶内即可通过控制器启动该压制装置工作。初始状态下，脱模环52位于冲压下模49的壳体50底部，工作过程中首先通过推拉气缸58沿导向滑轨推动上料盒56前行，当上料盒56前行至冲压下模49上方时，上料盒56内的粉末冶金基体料瞬间掉落于冲压下模49内并将其填满，此时的推板59位于冲压下模49右侧、脱模压块60位于脱模压板右侧不与其接触。

冲压下模49内填满粉末冶金基体后，在控制器的作用下推拉气缸58回缩，与此同时，动力电机37的不完全齿轮39带动曲轴传动轮40转动；由此通过曲轴38的转动带动传动连杆43下行，进而带动滑块42、压头和冲压上模47下行，这一过程中，冲压上模47进入至冲压下模49内挤压冲压下模49内的粉末冶金基体料，使其在8.3—8.5T/㎡压力条件下压制成型为驱动齿轮坯体68。粉末冶金基体料压制过程为驱动齿轮坯体68的成型过程，是一个基体料粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合的过程，原则上压力越大粉末冶金驱动齿轮坯体密度越大，但在粉末冶金基体料中所加入的便于压制和脱模的润滑剂，在压制过程中低压阶段减少了原料间的摩擦力，可使驱动齿轮坯体68快速增加密度；但在高压阶段，由于润滑剂填充在粉末颗粒的间隙中，反而阻碍了制品的致密度；由此驱动齿轮坯体68在8.3—8.5T/㎡压力条件下压制成型后；保持8.3—8.5T/㎡的压力1—2秒钟，可使其咬合过程更加充分,防止坯体回弹松散或出现裂纹。而该压制成型机是由不完全齿轮39带动曲轴传动轮40转动；当曲轴38转动至至最大压制行程，即，冲压上模47的最大压制力时，不完全齿轮39转动至无齿部分，此时不完全齿轮39与曲轴传动轮40之间脱离啮合，曲轴传动轮40不再转动，且在棘爪67的作用下也不能反向转动，由此可使冲压上模47的最大压制力保持1—2秒钟；以使其咬合过程更加充分,防止回弹，从而制得密度在7.29—7.32g/cm³的粉末冶金驱动齿轮坯体68。最大压制力保持1—2秒钟后，不完全齿轮39与曲轴传动轮40之间再次啮合，冲压上模47开始复位。冲压上模47开始复位的同时，推拉气缸58回缩带动脱模压块60与脱模压板64开始接触，由于脱模压块60与脱模压板的接触端为斜面，由此可防止脱模压板64对脱模压块60形成阻挡，避免脱模压块60无法继续回缩的情况。当脱模压块60回缩过程中与脱模压板64开始接触并压迫脱模压板64时（此时的推板59由于推拉气缸58的回缩位于冲压下模49左侧），脱模杆62受压以安装轴36为轴心开始反时针转动，使得脱模顶杆63上行，由此通过限位固定板54、脱模限位杆53推动脱模环52沿中心柱51上行，将驱动齿轮坯体68推出冲压下模49以完成脱模，脱模完成后的脱模环52与工作台面48呈水平。脱模完成的同时，推拉气缸58回缩回缩到位，由于脱模压块60压迫脱模压板64的压迫行程大于推板59的推送行程，当推拉气缸58沿导向滑轨41推动上料盒56再次前行时，推板59首先与脱模完成后的驱动齿轮56坯体接触，当脱模压块60压迫脱模压板64的压迫行程结束时，即，脱模压块60不在压迫脱模压板64使；驱动齿轮坯体68已在推板59的推送作用下被推送至冲压下模49右侧，此时，脱模压板64由于失去压力，脱模杆62复位，脱模环52恢复至初始状态；随着推拉气缸58的继续推送；上料盒56前行至冲压下模49上方，上料盒56内的粉末冶金基体料瞬间掉落于冲压下模49内并将其填满，同时，推板59将驱动齿轮坯体68推落于接料板65并进入收集容器；在程控器的作用下推拉气缸58开始回缩、冲压上模47开始下行，进入下一工作循环。粉末冶金驱动齿轮坯体68包括齿轮坯体本体，齿轮坯体本体的圆周上设置有轮齿；轮齿高度为5mm。齿轮坯体本体的中心部位设置有中心孔，中心孔的内壁圆周上均布有齿槽，中心孔一端的齿轮坯体本体上设置有环形槽，轮齿的顶部形状为等距摆线齿形，轮齿的根部两边为平行的直线，轮齿根部直线部分的高度为轮齿高度的1/2，轮齿一端端面的边沿为坡面，轮齿端面与齿轮坯体本体的端面之间设置有4°的夹角。齿轮坯体本体最大外径为34mm，齿轮坯体本体的高度为14mm。

为了表明驱动齿轮坯体68压制成型的压力、保压对成型密度及裂纹的影响，申请人对其配比相同、但在不同压力条件下的3个批次齿轮坯体进行了比对检测试验，其结果见下表：

表1：压力、保压对成型密度及裂纹的影响:

3个批次全部通过涡流探伤仪进行检测。

结论：1批次与2、3批次的密度由一定的差别，无可比性；

2批次与3批次的密度相同，但裂纹率降低；且相比现有技术的10ppm左右的裂纹率；更是有较大的降幅，因此，2批次的工艺参数为本发明最佳选择。

本发明制备的驱动齿轮坯体相比现有驱动齿轮坯体结果见表2：

表2：坯体相比结果

将压制成型的驱动齿轮坯体68放置于烧结炉内进行烧结，烧结炉由冷却槽、炉膛69、隔离槽70和上下料支撑架71构成，冷却槽的一端设置有炉膛69，炉膛69的一端端头设置有保护气管72，炉膛69与冷却槽连通，工作时，通过保护气管72能向炉膛69内通入保护气（氮气）而保护炉膛69内的驱动齿轮坯体68（工件）不被氧化，同时通过保护气将冷却槽密封，使工件不会在冷却槽中被氧化，且使高温气体不会进入冷却槽中；保护气管72一侧的炉膛69上设置有燃气管73，燃气管73内套装有空气管74，空气管74延伸至燃气管73外侧，延伸至燃气管73外侧的空气管74端头设置有多个出气孔75，燃气管73内套装空气管74的目的是使燃气燃烧时，燃气包裹空气燃烧，而使空气内的氧气被完全消耗，由此对工件加热过程中不会将工件氧化；燃气管73延伸至炉膛69内侧，延伸至炉膛69内侧的燃气管73端头上方通过炉膛支撑杆76装有炉膛滑槽77；炉膛69的另一端端头设置有排气管100，排气管100与燃气管73之间的炉膛69上均布有温度检测探头78，以检测炉膛69内的温度，进而控制燃气管73和空气管74内燃气和空气的流量而控制炉膛69内火焰大小而控制温度。

冷却槽的另一端设置有隔离槽70，冷却槽的一侧设置有上下料支撑架71，上下料支撑架71分别与炉膛69和隔离槽70连接，上下料支撑架71的作用是在上下料支撑架71上对驱动齿轮坯体68进行上料以便进行烧结，烧结完成后，在上下料支撑架71上对工件进行下料；上下料支撑架71一侧的隔离槽70上设置有支座79，支座79上固装有隔离液压缸80，隔离液压缸80的活塞杆端头固装有隔离闸板81，隔离闸板81两侧的隔离槽70上分别设置有隔离槽滑道82，隔离闸板81通过隔离槽滑道82与隔离槽70滑动密封连接；隔离槽70的作用是使冷却槽和炉膛69与外界隔离，在出料过程中，通过隔离槽70进行换气，使外界的氧气不会进入冷却槽和炉膛69中。

冷却槽由外壳体83、支撑槽84和支撑槽支撑杆85构成，外壳体83内套装有支撑槽84，支撑槽84与外壳体83之间设置有支撑槽支撑杆85，支撑槽84通过支撑槽支撑杆85与外壳体83固定连接，支撑槽84分别与炉膛69和隔离槽70连通；外壳体83与支撑槽84呈间隔状设置，外壳体83与支撑槽84之间为水循环腔86；隔离槽70一侧的外壳体83上固装有密封壳体87，密封壳体87内插装有密封闸板88，密封闸板88分别与密封壳体87和支撑槽84滑动密封连接；密封壳体87顶部设置有密封液压缸89，密封液压缸89的活塞杆延伸至密封壳体87内，延伸至密封壳体87内的密封液压缸89活塞杆端头与密封闸板88固定连接；炉膛69一侧的外壳体83端头设置有进水管90，密封液压缸89一侧的外壳体83端头设置有出水管91，出水管91和进水管90分别与水循环腔86连通，工作时，通过进水管90向水循环腔86内注入冷却水，并通过出水管91排出水循环腔86内的冷却水而使水循环腔86内的冷却水循环，而降低支撑槽84内的温度，由此冷却支撑槽84内的工件。

冷却槽的支撑槽84内、炉膛69内、隔离槽70内以及上下料支撑架71上分别设置有承载盘92，承载盘92上通过垫块93活动安装有托盘94，工作时，工件均匀堆放在托盘上，垫块93的作用是将托盘94底部架空，而使高温气体能进入托盘94与承载盘92之间而由托盘94底部对托盘94及托盘94上的工件进行加热，使工件的上下左右前后六个面都能受热，由此使工件能受热均匀；承载盘92为石墨制成，使承载盘92具有较好的耐高温性能，在高温下也不会变形，且承载盘92之间不会拉扯，而使工件不易侧翻，由此能保证工件能受热均匀，且不会留在炉膛69内，同时通过石墨制作的承载盘92具有较小的摩擦系数，而易推动承载盘92运动；上下料支撑架71上与炉膛69对应状设置有进料液压缸95；隔离槽70上与上下料支撑架71对应状设置有隔离槽液压缸96，隔离槽液压缸96的活塞杆与隔离槽70滑动密封连接；冷却槽的外壳体83上与隔离槽70对应状设置有冷却槽液压缸97，冷却槽液压缸97的活塞杆通过密封套筒98分别与外壳体83和支撑槽84密封连接；上下料支撑架71、冷却槽和隔离槽70上分别设置有到位检测探头99。

到位检测探头99分别与程控器（图中未示，型号为西门子S7-400型PLC）连接，工作时将工件到位信号上传至程控器，隔离槽液压缸96、冷却槽液压缸97、进料液压缸95、保护气管72、燃气管73和空气管74分别与程控器连接，隔离液压缸80、密封液压缸89、隔离槽液压缸96、冷却槽液压缸97、进料液压缸95、保护气管72、燃气管73和空气管74分别受程控器控制，其中隔离液压缸80、密封液压缸89、隔离槽液压缸96和冷却槽液压缸97连锁，即密封液压缸89使密封闸板88关闭时，隔离液压缸80使隔离闸板81才能开启，隔离液压缸80使隔离闸板81关闭时，密封液压缸89使密封闸板88才能开启；隔离液压缸80使隔离闸板81开启时，隔离槽液压缸96才能运行；密封液压缸89使密封闸板88开启时，冷却槽液压缸97才能运行。

该烧结炉工作时，开启燃气管73和空气管74并点燃燃气，然后将放置有托盘94和工件的承载盘92逐个推动至上下料支撑架71的到位检测探头99处，承载盘92与到位检测探头99接触时，到位检测探头99将承载盘到位信号上传至程控器中，程控器控制进料液压缸95工作，推动带有工件的承载盘92进入炉膛69的炉膛滑槽77上而进入炉膛69内，进入炉膛69内的工件33在进料液压缸95的作用下，由炉膛69入口缓慢运动至炉膛69出口以完成烧结过程，烧结过程中，首先在烧结炉对内对驱动齿轮坯体68进行预热；以避免驱动齿轮坯体68在高温烧结过程中出现裂纹或崩裂；预热烧结过程为常温—850℃—1020℃—1080℃—1150℃—1240℃；其中，常温—850℃的升温时间为30分钟，850—1020℃的升温时间为40分钟，1020—1080℃的升温时间为40分钟，1080 —1150℃的升温时间为40分钟， 1150—1240℃的升温时间为40；1240℃的烧结时间为40分钟，驱动齿轮坯体68烧结完成冷却至常温后，得，密度为7.27g/cm³的粉末冶金驱动齿轮半成品；整体烧结时间为240±10分钟；

在烧结过程中，常温—850℃的升温时间对齿轮产品的性能有着直接的影响，申请人在相同温度段内，对不同的升温时间进行了比对检验，其结果见下表：

表3：升温时间比对

结论：常温—850℃的升温时间为40分钟时，产品性能最佳；升温时间为60分钟时，不利于提高工作效率；升温时间为20分钟时，产品表面起泡、性能有所降低，不能满足设计和使用要求。

将粉末冶金驱动齿轮半成品放置于整形设备中对其齿部、上下端面进行整形，要求半成品上下端面的光洁度要求达到0.8 —0.9；完成整形的驱动齿轮半成品放置于箱式淬火炉中，加热到900±10℃，并保温2.5小时；然后，用淬火油冷却；完成淬火的驱动齿轮半成品送入回火炉中，加热到175±10℃，保温155±10min;得，驱动齿轮成品，将驱动齿轮成品置于抛光机，以去除毛刺，得驱动齿轮最终的抛光成品（参见附图1—17）。

本发明制备的驱动齿轮相比现有驱动齿轮，其结果如下：

表四：驱动齿轮性能对比：

为了表明烧结温度对驱动齿轮产品的影响，申请人对不同温度烧结的产品进行了金相对比分析，参见附图18、19；其结果如下：

工艺：压制-烧结（本发明1号件烧结温度为1240℃，对比2号件烧结温度1200℃）-热处理。

分析项目：

1. 碳含量、宏观硬度和整体密度测试

2. 金相分析

结果讨论：

1、碳含量、宏观硬度和整体密度测试

碳含量测试标准：ISO15350:2000，硬度测试标准：ISO4498:2010，密度测试标准：ISO2738:1999。

1号件、2号件碳含量和硬度相近，1号件整体密度稍高于2号件。

2. 金相分析

分别选取横截面和纵截面进行金相分析。

1号件和2号件两个零件均整体硬化。

结论 （参见图20、图21）

1. 两个零件碳含量和宏观硬度相近，1号件密度较2号件稍高。

2. 两个零件烧结颈均正常，1号件较2号件稍好。

3. 两个零件均整体硬化，显微组织相近，由马氏体和微量富镍奥氏体组成。

Claims (5)

1.一种粉末冶金驱动齿轮的生产工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

1）、首先将制备驱动齿轮的粉末冶金基体料的各原料放置于混合机内使其均匀混合；要求混合后的粉末冶金基体料松装密度3.16；流动性3.16；压缩性7.05；

2）、将均匀混合的粉末冶金基体料放置于成型机内，在8.3—8.5T/㎡压力下压制成型；得，粉末冶金驱动齿轮坯体；原则上压力越大粉末冶金驱动齿轮坯体密度越大，齿轮坯体的压制过程是一个基体料粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合的过程，但在粉末冶金基体料中所加入的便于压制和脱模的润滑剂，在压制过程中低压阶段减少了原料间的摩擦力，可使齿轮坯体快速增加密度；但在高压阶段，由于润滑剂填充在粉末颗粒的间隙中，反而阻碍了制品的致密度；由此齿轮坯体在8.3—8.5T/㎡压力下压制成型后；保持该8.3—8.5T/㎡压力1—2秒钟，以使其咬合过程更加充分,防止回弹，得，密度在7.29—7.32g/cm³的驱动齿轮坯体（68）；

3）、将压制成型的驱动齿轮坯体（68）放置于烧结炉内进行烧结，烧结过程中，首先在烧结炉对内对驱动齿轮坯体（68）进行预热；以避免驱动齿轮坯体（68）在高温烧结过程中出现裂纹或崩裂；预热过程为常温—850℃—1020℃—1080℃—1150℃—1240℃；其中，常温—850℃的升温时间为30分钟，850—1020℃的升温时间为40分钟，1020—1080℃的升温时间为40分钟，1080 —1150℃的升温时间为40分钟， 1150—1240℃的升温时间为40；1240℃的烧结时间为40分钟，驱动齿轮坯体（68）烧结完成冷却至常温后，得，密度为7.2—7.3g/cm³的粉末冶金驱动齿轮半成品；整体烧结时间为240±10分钟；

4）、粉末冶金驱动齿轮半成品放置于整形设备中对其齿部、上下端面进行整形，要求半成品上下端面的光洁度要求达到0.8 —0.9；

5）、将完成整形的驱动齿轮半成品放置于箱式淬火炉中，加热到900±10℃，并保温2.5小时；然后，用淬火油冷却；

6）、完成淬火驱动齿轮半成品送入回火炉中，加热到175±10℃，保温155±10min;得，驱动齿轮成品，将驱动齿轮成品置于抛光机中，以去除毛刺，得驱动齿轮抛光成品。

2.根据权利要求1所述的种粉末冶金驱动齿轮的生产工艺，其特征在于：步骤1）所述的粉末冶金基体料由下述重量百分比的各原料混合制成：

铜1.0% 镍1.0% 润滑剂0.5%

钼1.5% 碳0.5% 余量为铁。

3.根据权利要求1所述的种粉末冶金驱动齿轮的生产工艺，其特征在于：步骤1）所述的混合机由底座（1）、混料器和上料装置构成，底座（1）上设置有混料器，混料器上方的底座（1）上设置有上料装置；所述的混料器由混料壳体（2）、中心轴（3）、混料叶片（4）、齿轮组和混料电机（5）构成，混料壳体（2）呈纺锤形，混料壳体（2）上通过对称设置的支撑套筒（6）装有中心轴（3），中心轴（3）与混料壳体（2）滑动密封连接；混料壳体（2）内的中心轴（3）上设置有多个混料叶片（4）；中心轴（3）的一端延伸至支撑套筒（6）外侧，延伸至支撑套筒（6）外侧的中心轴（3）通过齿轮组与支撑套筒（6）连接；延伸至支撑套筒（6）外侧的中心轴（3）端头设置有皮带轮（20），皮带轮（20）的下方设置有混料电机（5），混料电机（5）通过皮带（21）与皮带轮（20）连接。

4.根据权利要求1所述的种粉末冶金驱动齿轮的生产工艺，其特征在于：步骤2）所述的成型机由压制机架（36）、动力电机（37）、曲轴（38）、上料机构构成，压制机架（36）顶部安装有动力电机（37），动力电机（37）的传动轴上装有不完全齿轮（39）；动力电机（37）下方的压制机架（36）上装有曲轴（38），曲轴（38）的端头装有曲轴传动轮（40），曲轴传动轮（40）与不完全齿轮（39）啮合连接；曲轴（38）下方的压制机架（36）上通过对称设置的导向滑轨（41）活动安装有滑块（42），滑块（42）通过传动连杆（43）与曲轴（38）连接；滑块（42）下方通过连接杆装有压头，压头上装有冲压上模（47）；对应冲压上模（47）的压制机架（36）上设置有工作台面（48），工作台面（48）上嵌装有冲压下模（49），冲压下模（49）后端的工作台面（48）上设置有上料机构，冲压下模前端的工作台面（48）上设置有接料板（65）。

5.根据权利要求1所述的种粉末冶金驱动齿轮的生产工艺，其特征在于：步骤3）所述的烧结炉由冷却槽、炉膛（69）、隔离槽（70）和上下料支撑架（71）构成，冷却槽的一端设置有炉膛（69），冷却槽的另一端设置有隔离槽（70），冷却槽的一侧设置有上下料支撑架（71），上下料支撑架（71）分别与炉膛（69）和隔离槽（70）连接；冷却槽内、炉膛（69）内、隔离槽（70）内以及上下料支撑架（71）上分别设置有承载盘（92），承载盘（92）上通过垫块（93）活动安装有托盘（94）；上下料支撑架（71）上与炉膛（69）对应状设置有进料液压缸（95）；隔离槽（70）上与上下料支撑架（71）对应状设置有隔离槽液压缸（96）；冷却槽上与隔离槽（70）对应状设置有冷却槽液压缸（97）。

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