CN112893845A - 粉末冶金高精度斜齿轮制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度粉末冶金压制斜齿轮制备方法，该方法包括：将预先混合好的金属粉末材料加入到安装于成形压机的模具内成形以获得压制坯；在三段式的烧结炉内进行烧结，高温烧结段温度1110‑1130℃，高温烧结时间不低于30分钟；将烧结坯至于两个高精度斜齿轮之间进行滚压以获得7级精度的斜齿轮。该制备方法使用滚压工艺，较烧结件粉末冶金斜齿轮齿形精度至少提升1级，相较于传统的整形工艺，工装模具寿命大幅提高，可实现大规模低成本生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种斜齿轮制备方法，特别是一种粉末冶金工艺制备传动零件的方法，应用于金属零件成形制备和精度调控技术领域。
背景技术
相对于直齿轮，斜齿轮啮合重合度高，传动平稳，冲击和噪音小。传统生产方式为减材制造，利用切削的方式加工齿轮，例如滚齿、剃齿和磨齿等。利用粉末冶金工艺制造的斜齿轮可实近成形，大幅减少材料及能源的浪费。但是，未经整形的烧结件的齿形精度往往无法超过8级。若对斜齿轮进行整形，尤其是较大螺旋角的斜齿轮整形有着先天的缺陷，模具和设备无法使烧结坯主动旋转，烧结坯外齿在进入阴模有效段时与阴模内齿接触，被强制旋转，这将使阴模内齿受到很大的扭矩，大大影响阴模使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，采用滚压的方式代替整形这一传统粉末冶金后加工工艺，提高齿形精度并实现大规模低成本生产。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，使用滚压工艺，使斜齿轮齿形精度达到7级或7级以上，齿面粗糙度不高于Ra1.6，包含以下步骤：
(1)材料准备：根据材料标准进行粉末原材料准备；
(2)成形：将准备好的粉末原材料装入粉末成形机内压制成形，得到齿轮坯料；
(3)烧结：将齿轮坯料放入烧结炉中进行烧结，控制高温烧结段温度为1120℃±10℃，高温烧结时间不低于30分钟；得到齿轮烧结坯件；
(4)滚压：使用两个与齿轮烧结坯件旋向相反的高精度斜齿轮作为滚压轮，利用两个滚压轮对齿轮烧结坯件进行滚压处理，得到齿轮零件；
(5)后加工：对齿轮零件进行清洗，浸油，包装，得到斜齿轮成品。
优选地，在所述步骤(1)中，采用MPIF35-FLN2-4405材料作为粉末原材料，按照元素组分质量百分比计算，具有以下为成分配比：
C：0.6～0.9％；
Ni：1.0～3.0％；
Mo：0.7～1.0％；
Fe：93.3～97.9％。
优选地，在步骤(2)中，将制备好的粉末原材料装入粉末成形机，以不小于50kN/cm2的成形压力进行压制成形，获得齿轮坯料，使压坯密度不低于7.0g/cm3。
优选地，在所述步骤(3)中，将压坯放入烧结炉中进行烧结时，烧结分三个阶段：预热脱蜡、高温烧结、冷却；控制高温烧结段温度为1110-1130℃，高温烧结时间不低于30分钟；出炉后立即浸油，使齿轮烧结坯件的表面硬度不低于80HRB。进一步优选，控制高温烧结段温度为1115-1125℃。
优选地，在所述步骤(4)中，使用两个与齿轮烧结坯件旋向相反的高精度斜齿轮作为滚压轮，利用两个滚压轮对齿轮烧结坯件进行滚压处理，将齿轮零件精度提高到不低于7级，将齿面粗糙度控制在不高于Ra1.6，得到齿轮零件。
优选地，在所述步骤(4)中，采用的滚压轮的精度不低于5级，齿面粗糙度不超过Ra0.4，硬度为HRC60-62。
优选地，在所述步骤(4)中，在进行滚压处理时，在滚压初期，滚压轮与齿轮烧结坯件仅单侧齿面接触；在滚压中期，使滚压轮与齿轮烧结坯件的中心距减小，在中心距进一步减少后，滚压轮与齿轮烧结坯件之间的侧面间隙减少直至两侧面均接触，使齿轮烧结坯件获得渐开线齿形，开始对齿轮烧结坯件滚压的塑性变形；在滚压后期，使滚压轮与齿轮烧结坯件的中心距进一步减小，保持滚压轮和齿轮烧结坯件之间的啮合为共轭形式，使齿轮烧结坯件的齿厚被挤压，产生塑性变形，塑性变形后的齿轮烧结坯件渐开线基圆大小受齿轮烧结坯件基圆大小、滚压轮基圆大小及滚压量影响和控制。
更优选地，在所述步骤(4)中，在滚压后期，使滚压轮与齿轮烧结坯件维持当前中心距和转速至少5秒，来完成塑性变形过程。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明制备方法使用滚压工艺，较烧结件粉末冶金斜齿轮齿形精度至少提升1级，相较于传统的整形工艺，工装模具寿命大幅提高，可实现大规模低成本生产；
2.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。
附图说明
图1所示为案例零件示意图。
图2所示为滚压工艺工作时示意图。
图3为滚压初期滚压坯料和滚压斜齿轮的接触形式示意图。其中，图3A所示为滚压坯料和滚压斜齿轮的端面形状示意图，此图为初始啮合状态，滚压轮与滚压坯料仅单侧齿面接触，类似齿轮传动。其中，图3B所示图3A的放大图，可观察到单侧齿面接触。
图4为滚压中期滚压坯料和滚压斜齿轮的接触形式示意图。其中，图4A所示为图3A与图3B的下一个阶段状态，相较于图3A和图3B，滚压坯料和滚压斜齿轮的中心距缩小，两侧齿面都已相互接触。其中，图4B所示图4A的放大图，可观察到双侧齿面接触。
图5为滚压末期滚压坯料和滚压斜齿轮的接触形式示意图。其中，图5A所示为滚压坯料和滚压斜齿轮的端面形状示意图，相较于图4A和图4B，滚压坯和滚压斜齿轮的中心距进一步缩小，滚压坯的齿厚减小。其中，图5B所示图5A的放大图，可观察到齿顶间隙变小，滚压坯齿厚减小。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，使用一种粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，目标零件为一右旋斜齿轮，法向模数1.5，螺旋角19.37°，齿宽12mm，齿形精度等级不低于7级，齿面粗糙度不超过Ra1.6；技术要求规定材料须符合MPIF35-FLN2-4405标准，使用滚压工艺，包含以下步骤：
(1)材料准备：按照元素组分质量百分比计算，具有以下为成分配比：
C：0.6～0.9％；
Ni：1.0～3.0％；
Mo：0.7～1.0％；
Fe：93.3～97.9％。
(2)成形：将准备好的粉末原材料装入粉末成形机内压制成形，成形压力900kN-1100kN，整体密度>7.0g/cm3，得到齿轮坯料；
(3)烧结：将齿轮坯料放入烧结炉中进行烧结，控制高温烧结段温度为1120℃±5℃，高温烧结时间不低于30分钟；得到齿轮烧结坯件；
(4)滚压：使用两个与齿轮烧结坯件旋向相反的高精度斜齿轮作为滚压轮对烧结坯进行滚压，得到滚压件。滚压轮为左旋斜齿轮，螺旋角19.37°，齿宽14mm，硬度HRC60-62，齿形精度等级不低于5级，齿面粗糙度不超过Ra0.4。利用两个滚压轮对齿轮烧结坯件进行滚压处理，转速35转/分钟，在最终中心距位置保持滚动8秒。滚压后齿轮齿形精度不低于7级，齿面粗糙度不高于Ra1.6。
(5)后加工：对齿轮零件进行清洗，浸油，包装，得到斜齿轮成品。
本实施例粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，采用滚压的方式代替整形这一传统粉末冶金后加工工艺，提高齿形精度并实现大规模低成本生产。
实施例二
在本实施例中，使用一种粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，目标零件为一左旋斜齿轮，法向模数1.5，螺旋角26.8°，齿宽11.5mm，齿形精度等级不低于7级，齿面粗糙度不超过Ra1.6；技术要求规定材料须符合MPIF35-FLN2-4405标准，使用滚压工艺，包含以下步骤：
(1)材料准备：按照元素组分质量百分比计算，具有以下为成分配比：
C：0.6～0.9％；
Ni：1.0～3.0％；
Mo：0.7～1.0％；
Fe：93.3～97.9％。
(2)成形：将准备好的粉末原材料装入粉末成形机内压制成形，成形压力450kN-600kN，整体密度>7.0g/cm3，得到齿轮坯料；
(3)烧结：将齿轮坯料放入烧结炉中进行烧结，控制高温烧结段温度为1120℃±5℃，高温烧结时间不低于30分钟；得到齿轮烧结坯件；
(4)滚压：使用两个与齿轮烧结坯件旋向相反的高精度斜齿轮作为滚压轮对烧结坯进行滚压，得到滚压件。滚压轮为右旋斜齿轮，螺旋角26.8°，齿宽13.5mm，硬度HRC60-62，齿形精度等级不低于5级，齿面粗糙度不超过Ra0.4。利用两个滚压轮对齿轮烧结坯件进行滚压处理，转速35转/分钟，在最终中心距位置保持滚动6秒。滚压后齿轮齿形精度不低于7级，齿面粗糙度不高于Ra1.6。
(5)后加工：对齿轮零件进行清洗，浸油，包装，得到斜齿轮成品。
本实施例粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，采用滚压的方式代替整形这一传统粉末冶金后加工工艺，提高齿形精度并实现大规模低成本生产。
实施例三
在本实施例中，使用一种粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，目标零件为一左旋斜齿轮，法向模数1.5，螺旋角29.4°，齿宽14mm，齿形精度等级不低于7级，齿面粗糙度不超过Ra1.6；技术要求规定材料须符合MPIF35-FLN2-4405标准，使用滚压工艺，包含以下步骤：
(1)材料准备：按照元素组分质量百分比计算，具有以下为成分配比：
C：0.6～0.9％；
Ni：1.0～3.0％；
Mo：0.7～1.0％；
Fe：93.3～97.9％。
(2)成形：将准备好的粉末原材料装入粉末成形机内压制成形，成形压力1850kN-2000kN，整体密度>7.0g/cm3，得到齿轮坯料；
(3)烧结：将齿轮坯料放入烧结炉中进行烧结，控制高温烧结段温度为1120℃±5℃，高温烧结时间不低于30分钟；得到齿轮烧结坯件；
(4)滚压：使用两个与齿轮烧结坯件旋向相反的高精度斜齿轮作为滚压轮对烧结坯进行滚压，得到滚压件。滚压轮为右旋斜齿轮，螺旋角29.4°，齿宽16mm，硬度HRC60-62，齿形精度等级不低于5级，齿面粗糙度不超过Ra0.4。利用两个滚压轮对齿轮烧结坯件进行滚压处理，转速40转/分钟，在最终中心距位置保持滚动8秒。滚压后齿轮齿形精度不低于7级，齿面粗糙度不高于Ra1.6。
(5)后加工：对齿轮零件进行清洗，浸油，包装，得到斜齿轮成品。
本实施例粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，采用滚压的方式代替整形这一传统粉末冶金后加工工艺，提高齿形精度并实现大规模低成本生产。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于，使用滚压工艺，使斜齿轮齿形精度达到7级或7级以上，齿面粗糙度不高于Ra1.6，包含以下步骤：
(1)材料准备：根据材料标准进行粉末原材料准备；
(2)成形：将准备好的粉末原材料装入粉末成形机内压制成形，得到齿轮坯料；
(3)烧结：将齿轮坯料放入烧结炉中进行烧结，控制高温烧结段温度为1120℃±10℃，高温烧结时间不低于30分钟；得到齿轮烧结坯件；
(4)滚压：使用两个与齿轮烧结坯件旋向相反的高精度斜齿轮作为滚压轮，利用两个滚压轮对齿轮烧结坯件进行滚压处理，得到齿轮零件；
(5)后加工：对齿轮零件进行清洗，浸油，包装，得到斜齿轮成品。
2.根据权利要求1所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，优选地采用MPIF35-FLN2-4405材料作为粉末原材料，按照元素组分质量百分比计算，具有以下为成分配比：
3.根据权利要求1所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，将制备好的粉末原材料装入粉末成形机内，以不小于50kN/cm2的成形压力进行压制成形，获得齿轮坯料，使压坯密度不低于7.0g/cm3。
4.根据权利要求1所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，将压坯放入烧结炉中进行烧结时，烧结分三个阶段：预热脱蜡、高温烧结、冷却；控制高温烧结段温度为1110-1130℃，高温烧结时间不低于30分钟；出炉后立即浸油，使齿轮烧结坯件的表面硬度不低于80HRB。
5.根据权利要求1所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，控制高温烧结段温度为1110-1130℃，优选地可采用1115-1125℃。
6.根据权利要求1所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，使用两个与齿轮烧结坯件旋向相反的高精度斜齿轮作为滚压轮，利用两个滚压轮对齿轮烧结坯件进行滚压处理，将齿轮零件精度提高到不低于7级，将齿面粗糙度控制在不高于Ra1.6，得到齿轮零件。
7.根据权利要求1所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，采用的滚压轮的精度不低于5级，齿面粗糙度不超过Ra0.4，硬度为HRC60以上。
8.根据权利要求1所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，在进行滚压处理时，在滚压初期，滚压轮与齿轮烧结坯件仅单侧齿面接触；在滚压中期，使滚压轮与齿轮烧结坯件的中心距减小，在中心距进一步减少后，滚压轮与齿轮烧结坯件之间的侧面间隙减少直至两侧面均接触，使齿轮烧结坯件获得渐开线齿形，开始对齿轮烧结坯件滚压的塑性变形；在滚压后期，使滚压轮与齿轮烧结坯件的中心距进一步减小，保持滚压轮和齿轮烧结坯件之间的啮合为共轭形式，使齿轮烧结坯件的齿厚被挤压，产生塑性变形，以达到提高齿形精度的目的。
9.根据权利要求8所述粉末冶金高精度斜齿轮制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，在滚压后期，滚压轮到达最终滚压位置后，滚压轮与齿轮烧结坯件维持当前中心距和转速至少5秒，来完成塑性变形过程。
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