CN113857481A - 一种高密度驻车齿轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密度驻车齿轮及其制备方法。高密度驻车齿轮包括以下重量百分比的原料：铁钼合金粉99％，石墨粉0.5～0.7％，润滑剂0.4～0.6％。制备方法为：(1)将原料混合均匀得到混合料，室温下将混合料放入压制模具被进行压制；(2)将压制后的原料进行烧结，烧结完成后得到驻车齿轮；(3)将烧结得到的驻车齿轮放入整形模具中进行整形，使驻车齿轮的直径缩小0.8～2mm，整形完成后得到高密度驻车齿轮。本发明制备的高密度驻车齿轮，提高了驻车齿轮的性能、制备方法提高了生产效率，节约了生产成本，实现了节能减排。

Description

一种高密度驻车齿轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种高密度驻车齿轮及其制备方法。

背景技术

驻车齿轮作为汽车减速机的重要组成零件，其作用是在汽车行驶至P档时，起到停止机构转动的作用。汽车减速机驻车齿轮包括圆形板本体，圆形板本体设有中心孔，其外侧设有外齿面、内侧设有内齿面。齿轮主要是通过传统的切削加工或采用热锻与切削相结合的方式来加工，不足之处是切削加工生产效率低下，仅适合单件或小批量生产应用，其次是应用切削加工工艺成形齿面，浪费原材料，成本高，金属流线被切断，齿面强度低，容易出现齿损而挂不上档的现象。近年来，为了提高齿轮零件的安全性能和力学性能，同时应对汽车零部件企业的成本压力，越来越多的齿轮开始采用精锻形成技术。齿轮的冷精锻成形工艺主要通过下料、球化退火、制坯、抛丸、磷皂化、成形等工艺制备驻车齿轮，工艺较为复杂、能耗大且制备的驻车齿轮性能一般。由于现在的汽车生产企业对驻车齿轮的硬度和使用寿命等要求也越来越高，所以需要一种新的加工方法生产出密度更高，强度更高，使用寿命更长的驻车齿轮。

发明内容

本发明的目的是提供一种高密度驻车齿轮及其制备方法。本发明针对现有生产驻车齿轮存在的技术能耗大、空气污染、工序多、成本高等问题，通过制备高密度驻车齿轮，提高了驻车齿轮的性能、制备方法提高了生产效率，节约了生产成本，实现了节能减排。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种高密度驻车齿轮，包括以下重量百分比的原料：

铁钼合金粉99％，石墨粉0.5～0.7％，润滑剂0.3～0.5％。

优选的，所述铁钼合金粉的粒径为45～250μm，其中，粒径为45～150μm的占75wt％，其余占25wt％。

本发明的第二方面，提供高密度驻车齿轮的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料混合均匀得到混合料，室温下将混合料放入压制模具被进行压制；

(2)将压制后的原料进行烧结，烧结完成后得到驻车齿轮；

(3)将烧结得到的驻车齿轮放入整形模具中进行整形，施加280～300T压力使驻车齿轮的直径缩小0.8～2mm，整形完成后得到高密度驻车齿轮。

优选的，步骤(1)中，所述混合料的松装密度为3.40g/cm³，流动性为26.8s/50g，压缩性达到7.5～7.54g/cm³。

优选的，步骤(2)中，所述烧结温度为1200～1250℃，烧结时间为3～4h。

优选的，步骤(2)中，烧结时通入氮气和氨气，氮气的流量为30～35m³/h，氨气的流量为10～15m³/h。

优选的，步骤(3)中，烧结完成后的两小时内完成整形；整形过程中，驻车齿轮的温度保持在30～70℃。

优选的，步骤(3)中，所述整形为：驻车齿轮通过由上向下的压力依次被压入导向层的导向口、第一模具的第一齿轮孔、第二模具的第二齿轮孔、第三模具的第三齿轮孔、第四模具的第四齿轮孔进行整形，最后从托盘的出料口出来，完成整形；

所述导向口、第一齿轮孔、第二齿轮孔、第三齿轮孔、第四齿轮孔的直径依次递减0.2～0.5mm。

优选的，步骤(3)中，所述第一模具、第二模具、第三模具和第四模具均为YG15合金模具；

优选的，所述压力为280～300T；

优选的，驻车齿轮在稳定的压力作用下，在第一模具、第二模具、第三模具和第四模具中停留的时间大于或等于5s。

本发明的第三方面，提供上述制备方法在制备高密度驻车齿轮中的应用。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过在室温下将合金粉末通过压制成形外齿面和内齿面，再经过高温烧结后，再在室温下依次通过多次整形，提高整体密度和表面密度的方法，达到与锻件相对应的性能要求，产品整体密度可达到7.6g/cm³以上。

(2)本发明的制造工艺技术路线合理，加工后产品齿面强度高，产品的过程废品率降低了一半，完成同样数量的订单生产时间减少了40％，节能40％。使用寿命与钢件相比提高50％，具有较高的效益。

(3)本发明的制备方法提高了驻车齿轮的密度、硬度和强度，提高了生产效率，节约了生产成本，实现了节能减排。

附图说明

图1：本实用新型的结构示意图(剖面图)；

图2：第一模具的俯视图；

图中所示：1.第一模具，2.第二模具，3.第三模具，4.第四模具，5.导向层，6.托盘，7.第一模壳，8.第二模壳，9.第三模壳，10.第四模壳，11.导向口，12.出料口，13.螺纹孔，14.螺栓孔，15.第一齿轮孔，16.第二齿轮孔，17.第三齿轮孔，18.第四齿轮孔。

图3：(a)实施例制备的驻车齿轮表面的金相图；(b)对比例制备的驻车齿轮表面的金相图，注：图3中，(a)和(b)的标距相同。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术部分介绍的，现有生产驻车齿轮存在的技术能耗大、空气污染、工序多、成本高等问题。基于此，本发明的目的是提供一种高密度驻车齿轮及其制备方法。本发明将铁钼合金粉和润滑剂、石墨混合后，能有效降低粉末的摩擦力，提高粉末的压缩性，再经过高温烧结1200～1250℃在3～4小时烧结后，使粉末中的合金元素完全融入到产品中且在产品表面形成合金硬化层，再经过多次整形使产品表面的密度、致密性提高，密度达到7.6g/cm³以上。带温(30～70℃)整形可提高产品整形时的塑性变化量，使产品外部齿形密度提供、致密层厚度增加。

本发明所使用的整形模具如图1～2所示(已单独申请实用新型)，包括由上至下依次设置的第一模具1、第二模具2、第三模具3和第四模具4；所述第一模具1、第二模具2、第三模具3和第四模具4的高度均相同；所述第一模具1、第二模具2、第三模具3和第四模具4的中心分别设有第一模壳7、第二模壳8、第三模壳9和第四模壳10；所述第一模壳7、第二模壳8、第三模壳9和第四模壳10的中央分别设有纵向贯通的第一齿轮孔15、第二齿轮孔16、第三齿轮孔17和第四齿轮孔18；所述第一齿轮孔15、第二齿轮孔16、第三齿轮孔17和第四齿轮孔18的形状相同且直径依次递减；所述第一模具1的上方设有导向层5，所述第四模具4的下方设有托盘6；所述导向层5的中央设有导向口11，所述导向口11的形状与第一齿轮孔15的形状相同，所述导向口11的直径大于第一齿轮孔15的直径；所述托盘6的中央设有出料口12，所述出料口12的形状与第四齿轮孔18的形状相同，所述出料口12的直径大于或等于第四齿轮孔18的直径；所述第一齿轮孔15、第二齿轮孔16、第三齿轮孔17、第四齿轮孔18、导向口11和出料口12的圆心位于同一轴线上。

导向口11顶部的直径大于底部的直径，所述导向口11底部的直径比第一齿轮孔15的直径大0.2～0.5mm。第一齿轮孔15、第二齿轮孔16、第三齿轮孔17和第四齿轮孔18的直径依次减少0.2～0.5mm。所述导向层5、第一模具1、第二模具2、第三模具3和第四模具4上均设有若干直径相同且位置相对应的螺纹孔13。所述导向层5、第一模具1、第二模具2、第三模具3、第四模具4和托盘6上均设有若干直径相同且位置相对应的螺栓孔14。导向层5上的螺纹孔13和螺栓孔14均分布于导向口11的四周；第一模具1上的螺纹孔13和螺栓孔14均分布于第一模壳7的四周；托盘6上的螺纹孔13和螺栓孔14均分布于出料口12的四周。所述出料口12的直径比第四齿轮孔18的直径大0.2～1.0mm。所述第一模具1、第二模具2、第三模具3和第四模具4均为YG15合金模具。

导向口可以确保驻车齿轮顺利对准模具的位置。驻车齿轮从导向口进入第一模壳实现驻车齿轮的第一次整形。驻车齿轮从第一模壳依次向下，至第四模壳，又完成了三次整形。驻车齿轮通过四个模具的整形，其直径减少0.8～2mm。通过逐层整形，最终得到的驻车齿轮其直径可以缩小0.8～2mm，提高了驻车齿轮的密度和硬度，整形后的驻车齿轮表面致密性。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例

1.原料的准备：

铁钼合金粉99kg，石墨粉0.6kg，润滑剂0.4kg。

铁钼合金粉的粒径为45～250μm；铁钼合金粉中粒径为45～150μm的铁钼合金粉有74.25kg，其余粒径的铁钼合金粉有24.75kg。

2.制备高密度驻车齿轮

(1)将称量好的铁钼合金粉、石墨粉、润滑剂混合得到混合料，混合料的松装密度为3.40g/cm³，流动性为26.8s/50g，压缩性达到7.50g/cm³。

室温下将混合料放入压制模具中进行压制。

(2)将压制后的原料在1225℃下烧结3.5h，烧结时通入氮气和氨气，氮气的流量为33m³/h，氨气的流量为13m³/h。烧结完成后得到驻车齿轮。

(3)先用带螺纹的螺栓将导向层、第一模具、第二模具、第三模具、第四模具固定住。再通过螺栓依次将导向层、第一模具、第二模具、第三模具、第四模具和托盘固定在一起。

将烧结得到的驻车齿轮放入整形模具的导向口中，驻车齿轮的温度保持在50℃。施加290T压力使驻车齿轮通过由上向下的压力依次被压入导向层的导向口、第一模壳的第一齿轮孔、第二模壳的第二齿轮孔、第三模壳的第三齿轮孔、第四模壳第四的齿轮孔进行整形，最后从托盘的出料口出来，完成整形。驻车齿轮在290T压力作用下，在第一模壳、第二模壳、第三模壳和第四模壳中分别停留5s。整形在烧结完成后的两小时内完成。

导向口、第一齿轮孔、第二齿轮孔、第三齿轮孔、第四齿轮孔的直径依次减小0.3mm，整形过后驻车齿轮的直径缩小1.2mm。

对比例

(1)将称量好的铁钼合金粉、石墨粉、润滑剂混合得到混合料，混合料的松装密度为3.40g/cm³，流动性为26.8s/50g，压缩性达到7.50g/cm³。

室温下将混合料放入压制模具中进行压制。

(2)将压制后的原料在1225℃下烧结3.5h，烧结时通入氮气和氨气，氮气的流量为33m³/h，氨气的流量为13m³/h。烧结完成后得到驻车齿轮。

(3)将烧结得到的驻车齿轮放入封闭的整形模具中，施加轴向压力(550T)进行整形，整形模具的直径与实施例中导向口的直径相同。整形后得到驻车齿轮，其密度分布偏差较大，产品工作部齿面耐磨性差。

对实施例制备的高密度驻车齿轮与对比例制备的驻车齿轮进行性能比较：

1.直径：实施例制备的驻车齿轮直径较对比例制备的驻车齿轮缩小1.2mm。

2.平均密度：

实施例：7.60g/cm³；

对比例：7.17g/cm³。

3.表面致密层深度：

实施例：0.3-0.4mm，表面更致密(见图3)；

对比例：0-0.05mm。

4.硬度：

实施例齿部HRC40-45\芯部HRC35-38；

对比例齿部HRC38-40\芯部HRC38-40。

由此可见，本发明的方法制备的驻车齿轮与对比例的常规制备方法得到的驻车齿轮相比，其密度高，齿部硬度高耐磨性好，芯部硬度适中，综合性能好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高密度驻车齿轮，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：

铁钼合金粉99％，石墨粉0.5～0.7％，润滑剂0.3～0.5％。

2.根据权利要求1所述的高密度驻车齿轮，其特征在于，所述铁钼合金粉的粒径为45～250μm，其中，粒径为45～150μm的铁钼合金粉占铁钼合金粉总质量的75wt％，其余粒径的铁钼合金粉占铁钼合金粉总质量的25wt％。

3.权利要求1或2所述的高密度驻车齿轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将原料混合均匀得到混合料，室温下将混合料放入压制模具中进行压制；

(2)将压制后的原料进行烧结，烧结完成后得到驻车齿轮；

(3)将烧结得到的驻车齿轮放入整形模具中进行整形，使驻车齿轮的直径缩小0.8～2mm，整形完成后得到高密度驻车齿轮。

4.根据权利要求3所述的制备方，其特征在于，步骤(1)中，所述混合料的松装密度为3.40g/cm³，流动性为26.8s/50g。

5.根据权利要求3所述的制备方，其特征在于，步骤(2)中，所述烧结温度为1200～1250℃，烧结时间为3～4h。

6.根据权利要求3所述的制备方，其特征在于，步骤(2)中，烧结时通入氮气和氨气，氮气的流量为30～35m³/h，氨气的流量为10～15m³/h。

7.根据权利要求3所述的制备方，其特征在于，步骤(3)中，烧结完成后的两小时内完成整形；整形过程中，驻车齿轮的温度保持在30～70℃。

8.根据权利要求3所述的制备方，其特征在于，步骤(3)中，所述整形为：驻车齿轮通过由上向下的压力依次被压入导向层的导向口、第一模具的第一齿轮孔、第二模具的第二齿轮孔、第三模具的第三齿轮孔、第四模具的第四齿轮孔进行整形，最后从托盘的出料口出来，完成整形；

所述导向口、第一齿轮孔、第二齿轮孔、第三齿轮孔、第四齿轮孔的直径依次递减0.2～0.5mm。

9.根据权利要求8所述的制备方，其特征在于，所述第一模具、第二模具、第三模具和第四模具均为YG15合金模具；

优选的，所述压力为280～300T；

优选的，驻车齿轮在稳定的压力作用下，在第一模具、第二模具、第三模具和第四模具中停留的时间大于或等于5s。

10.权利要求3～9任一项所述的制备方法在制备高密度驻车齿轮中的应用。

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