CN114131024B - 利用双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金领域，具体利用双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的方法与装置，将传统粉末冶金法压制螺旋伞齿轮装置的凸模分拆成齿根凸模和齿顶凸模两部分，通过两次压制分别对齿轮整体和在对齿轮整体保压的前提下对齿部施加压力，从而完成螺旋伞齿轮的成型和齿部组织的致密化过程。一次压制时，齿根凸模、齿顶凸模与凹模共同作用，将粉末压制成型。当一次压制快要完成时，在对螺旋伞齿轮整体持续保压状态下，由齿顶凸模对齿顶再次压制，从而使齿部组织实现致密化。整个过程不存在加压—卸压‑‑再加压的反复过程，彻底避免了粉末分层问题。从而根本上解决了齿轮齿部组织致密化程变不高、力学性能不强的问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别涉及一种利用粉末冶金来制备小型螺旋伞齿轮的方法与装置。
背景技术
螺旋伞齿轮广泛应用于各类机床、工程机械、冶金设备、船舶机械、航空航天、减速机、飞机制造等许多行业领域。在各种机械传动中，螺旋伞齿轮的传动效率最高，对各类传动，尤其是大功率传动具有很大的经济效益；传动同等扭矩时，需要的传动件、传动副最省空间，比皮带、链传动所需的空间尺寸小；传动比永久稳定，这往往是各类机械设备对传动性能的基本要求，工作可靠、寿命长。
目前，螺旋伞齿轮生产的主要方法有：切削加工、铸造和锻造成型等方法。
切削加工法是传统的生产方法，也是目前齿轮生产最主要的方法。生产时，先铸成齿轮坯，然后再经切削加工成完整的齿轮。这种齿轮的生产方法加工难度大、工序复杂、生产数率低、原材料浪费严重，生产成本极大。而螺旋伞齿轮的加工更为复杂，加工成本更高，这对企业的经济效益造成很不利的影响。同时，由于在切削加工时，齿轮齿部的全属流线被切断，导致齿轮强度不高，影响其承载能力。
铸造法是通过铸造工艺成型带有齿形的齿轮坯。由子螺旋伞齿轮尺寸小且结构复杂，需要很精确的模型，因而在成型过程中齿形部位极易变形。同时，由于铸态组织往往存在各向异性、成分偏析、疏松缩孔等缺陷，导致机械性能较低。
铸造法生产的零件组织致密度和力学性能都较高，但由于经历了过多的生产环节而导致生产成本大幅增加。特别是成型模具结构复杂，易出现应力集中，精度低，寿命短。压力机能量也不能全部用于齿形成型。
铸锻一体成型技术，是在压铸成型过程中，型腔内的金属液还没有完全凝固时，就启动锻压功能。锻压力使得晶体组织得到一定程度的破碎，因而达到细晶强化的效果，铸件的机械性能得到较大程度提高。但由于在液态下进行锻造，温度越高，模具所受到的热侵蚀越严重。加压时，易出现毛刺，卡住模具，甚至导致模具出现热裂纹。
使用粉末冷金技术制造齿轮则能规避上述缺点，还可以大幅调控材料成分。但由于传统粉末冶金法制造的齿轮不够致密，力学性能较差。在压制成型后，需要二次对粉末齿部加压，在卸压---加压过程中，易导致粉末分层，严童影响齿轮强度和性能。若燃结后二次锻造，易造成齿部开裂。现阶段，虽有喷丸、机械研磨表面和滚压等方法可以强化材料表面，但都需要专门的致密化工艺和设备，均不能从根本上解决粉末冶金齿轮表面密度不够的问题，这些，都导致粉末冶金齿轮的应用受到很大限制。
发明内客
本发明公开了一种双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的方法和装置。需要二次对粉末齿部加压使齿部组织实现致密化，整个过程不存在加压—卸压--再加压的反复过程，彻底避免了粉末分层问题。这种方法压制成型的螺旋伞齿轮经烧结后，齿轮齿部组织的致密度高，力学性能高，工艺再现性好。
本发明的技术方案是：一种双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的装置，包括双动液压机平台，其特征是由凹模、齿根凸模、压缩弹簧，齿顶凸模、压板、锁紧螺栓组成；
所述凹模设置于双动液压机平台上，用于放置粉末，与齿根凸模和齿顶凸模配合成型螺旋伞齿轮；
所述齿根凸模，下端设置成小齿，小齿的轮廓与待成型的螺旋伞齿轮的齿根吻合，上端设置为立柱，立柱上方设有螺栓孔；
所述压缩弹簧，内径与齿根凸模的立柱配合，套设在立柱上，保持齿根凸模与齿顶凸模之间形成间隙，以便为二次压制留出空间；
所述齿顶凸模，下端设置有大齿，大齿的轮廓与待成型的螺旋伞齿轮的齿顶吻合，且高度高于螺旋伞齿轮的齿高，上端设置成环状，套设在齿根凸模的立柱上，使齿顶凸模能够沿齿根凸模的立柱上下滑动，齿顶凸模的内部设有可容纳压缩弹簧的空腔，且空腔上缘与压缩弹簧紧密贴合，以控制齿顶凸模的位置，齿顶凸模的上部设有凹槽，用于放置压板，压板顶部可对压缩弹簧施加压力；
所述压板放置在齿顶凸模上部的凹槽内，上表面与齿顶凸槽的上表面齐平，保证在压制过程中螺旋伞齿轮受力均匀，压板与齿根凸模的立柱通过锁紧螺栓连接，保证压板与齿根凸模3为一体。
一种双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的方法，其特征是采用权利1所述的装置，具体包括以下步骤：
第一步，根据螺旋伞齿轮的尺寸及齿部所需锻造的下压量，安装模具；将凹模装在双动液压机平台上，加入合金粉末；将压缩弹簧套入齿根凸模上端的立柱上，确保弹簧底部与齿根凸模紧密接触；随后，将齿顶凸模套入齿根凸模上端的立柱上，将压缩弹簧放置在齿顶凸模的空腔内，压缩弹簧的上部与齿顶凸模空腔上缘接触，保证压缩弹簧能够将齿项凸模向上顶起，与压板紧缩贴合，同时，保征齿根凸模的小齿与齿顶凸模的大齿配合，形成螺旋伞齿轮的齿部形状；随后，将压板放置在齿顶凸模上部的凹槽内，并用锁紧螺将压板与齿根凸模的立柱相连接，保证压板与齿根凸模为一体，调整锁紧螺栓，确定合模状态下螺旋伞齿轮齿部的压缩量；
第二步，进行一次压制，模具装好后，压板与齿根凸模通过锁紧螺栓刚性连接，压缩弹簧将齿顶凸模向上顶起，使齿顶凸模与压板下缘紧密贴合，齿顶凸模与齿根凸模存在的间隙用于齿顶凸模的二次下压；在一次压制合模时，双动液压机压头作用在压板及齿顶凸模的上表面，带动齿根凸模和齿顶凸模同时向下运动，进行一次压制，整个过程中，齿根凸模和齿顶凸模所形成的间隙保持不变；
第三步，进行二次压制，一次压制合模完成时，双动液压机压头一持续保持压力不变，同时启动双动液压机压头二，进行边部二次加压；双动液压机压头二作用在齿顶凸模上，压缩弹簧受到压缩，齿顶凸模向下运动，齿顶凸模与齿根凸模存在的间隙减小，直至为零；此时齿轮整体尺寸，除齿高外，在其余保持不变的前提下，齿顶产生与间隙大小相同的压缩量，而齿顶凸模与压板间由紧密贴合状态变为两者之间存在间隙，间隙大小与压缩量大小相同；这样，螺旋伞齿轮在保压状态下，进行了二次压制，完成了对螺旋伞齿轮齿部致密化的过程；
第四步，通过液压顶出系统将螺旋伞齿轮顶出，至此，完成了一次螺旋伞齿轮的粉末双重压制成型生产过程。
本发明具有如下有益效果
本发明利用双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的方法与装置，将传统粉末冶金法压制螺旋伞齿轮装置的凸模分拆成齿根凸模和齿顶凸模两部分，通过两次压制分别对齿轮整体和在对齿轮整体保压的前提下对齿部施加压力，从而完成螺旋伞齿轮的成型和齿部组织的致密化过程。一次压制时，齿根凸模、齿顶凸模与凹模共同作用，将粉末压制成型。当一次压制快要完成时，在对螺旋伞齿轮整体持续保压状态下，由齿顶凸模对齿顶再次压制，从而使齿部组织实现致密化。整个过程不存在加压—卸压--再加压的反复过程，彻底避免了粉末分层问题。从而根本上解决了齿轮齿部组织致密化程变不高、力学性能不强的问题。这种方法压制成型的螺旋伞齿轮经烧结后，齿轮齿部组织的致密度高，力学性能高，工艺再现性好。
这种方法和装置可运应于不同齿高，在一定范围可以调整控制齿部致密化程度。这种方法和装置在充分发挥粉末冶金法省工、省料、生产效率高、使用设备少、节能、生产成本显着减少等优点的同时，制备的螺旋伞轮质量好、模具损员伤小、工艺简单、工艺再现性好。
附图说明
图1是本发明整体装置结构示意图。
图2是凹模1结构示意图。
图3是齿根凸模3结构示意图。
图4是压缩弹簧4结构示意图。
图5是齿顶凸模5结构示意图。
图6是压板6的结构示意图。
图7为本发明装置一次压制成型时的合模状态示意图。
图8为本发明装置二次压制成型时的合模状态示意图。
附图标号说明：凹模1、螺旋伞齿轮2、齿根凸模3、压缩弹簧4，齿顶凸模5、压板6、锁紧螺栓7，小齿31，立柱32、间隙72、大齿51、空腔52，空腔上缘53、凹槽54、压缩间隙82。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做详细说明，以使本领域技术人员参照附图能够实施。
一种双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的装置，如图1所示，本发明装置由凹模1、齿根凸模3、压缩弹簧4，齿顶凸模5、压板6、锁紧螺栓7组成，
其中凹模1，采用模具钢，设置于双动液压机平台上，用于放置粉末，与齿根凸模3和齿顶凸模5配合成型螺旋伞齿轮2。
如图1、图3所示，齿根凸模3，下端设置成小齿31，小齿31的轮廓与待成型的螺旋伞齿轮2的齿根吻合，上端设有立柱32，立柱32上方设有螺栓孔，与压板6通过锁紧螺栓7相连，供压缩弹簧4及齿顶凸模5套设并上下滑动。
如图1、图4所示，压缩弹簧4，内径与齿根凸模3的立柱32配合，套设在立柱32上，用作二次压制前保持齿根凸模3与齿顶凸模5之间的间隙72，以便为二次压制留出空间。
如图1、图5所示，齿顶凸模5，套设在齿根凸模3上端的立柱32上，下端设置成大齿51，大齿51的轮廓与待成型的螺旋伞齿轮2的齿顶吻合，且高度略高于螺旋伞齿轮2的齿高。上端设置成环状，套设在齿根凸模3的立柱32上，齿顶凸模5的内部设有容纳压缩弹簧4的空腔52，且空腔上缘53与压绵弹簧4紧密贴合，以控制齿顶凸模5的位置。齿顶凸模5的上部设有凹槽54,用于放置压板6，压板6可对压缩弹簧施加压力，使齿顶凸模5能够沿齿根凸模3的立柱32上下滑动。
在压制过程中，齿顶凸模5与齿根凸模3、凹模1配合，形成齿轮结构。大齿51的高度略高于螺旋伞齿轮2的齿高，以形成间隙72，供齿顶凸模5在二次压制过程中向下运动对螺旋伞齿轮2的齿部进行致密化加压。
如图1、图6所示。压板6放置在齿顶凸模5上部的凹槽54内，上表面与齿顶凸槽5的上表面齐平，保证在压制过程中螺旋伞齿轮2受力均匀。压板6与齿根凸模3上端的立柱32通过锁紧螺栓7连接，保证压板6与齿根凸模3为一体。
下面以双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮装置的工作过程为例，对本发明内容作进一步说明。
首先，根据螺旋伞齿轮2的尺寸及齿部所需锻造的下压量，安装模具。将凹模1装在双动液压机平台上，加入合金粉末。将压缩弹簧4套入齿根凸模3上端的立柱32上，确保弹簧底部与齿根凸模3紧密接触。随后，将齿顶凸模5套入齿根凸模3上端的立柱32上，将压缩弹簧4放置在齿顶凸模5的空腔52内，压缩弹簧4的上部与齿顶凸模5空腔的上缘53接触，保证压缩弹簧4能够将齿项凸模5向上顶起，与压板6紧缩贴合，如图7所示。同时，保征齿根凸模3的小齿31齿顶凸模5的大齿51配合，形成螺旋伞齿轮2的齿部形状，随后，将压板6放置在齿顶凸模5上部的凹槽54内，并用锁紧螺栓7与齿根凸模3的立柱32相连接。调整锁紧螺栓7，确定合模状态下齿部的压缩量。
第二步，进行一次压制，如图7所示。模具装好后，压板6与齿根凸3通过锁紧螺栓7刚性连接。压缩弹簧4将齿顶凸模5向上顶起，齿顶凸模5与压板6下缘紧密贴合，齿顶凸模5与齿根凸模3齿形上表面存在的间隙72用于齿顶凸模5的二次下压，在一次压制合模时，双动液压机压头作用在压板6及齿顶凸模5的上表面，带动齿根凸模3和齿顶凸模5同时向下运动，进行一次压制。整个过程中，齿根凸模3和齿顶凸模5所形成的间隙72保持不变。
第三步，进行二次压制，如图8所示。一次压制合模完成时，双动液压机压头一持续保持压力不变，同时启动双动液压机压头二，进行边部二次加压。双动液压机压头二作用在齿顶凸模5上，压缩弹簧4受到压缩，齿顶凸模5向下运动，齿根凸模3上表面存在的间隙72减小，直至为零，如图8所示。此时螺旋伞齿轮2整体尺寸，除齿高外，在其余保持不变的前提下，齿顶产生与间隙72大小相同的压缩间隙82，而齿顶凸模5与压板6间由紧密贴合状态变为两者之间存在间隙，间隙大小与压缩间隙82大小相同。这样，螺旋伞齿轮2在保压状态下，进行了二次压制，完成了对齿部致密化的过程。
第四步，通过液压顶出系统将螺旋伞齿轮2顶出。至此，完成了一次螺旋伞齿轮的粉末双重压制成型生产过程。
Claims (2)
1.一种双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的装置，包括双动液压机平台，其特征是由凹模(1)、齿根凸模(3)、压缩弹簧(4)，齿顶凸模(5)、压板(6)、锁紧螺栓(7)组成；
所述凹模(1)设置于双动液压机平台上，用于放置粉末，与齿根凸模(3)和齿顶凸模(5)配合成型螺旋伞齿轮(2)；
所述齿根凸模(3)，下端设置成小齿(31)，小齿(31)的轮廓与待成型的螺旋伞齿轮(2)的齿根吻合，上端设置为立柱(32)，立柱(32)上方设有螺栓孔；
所述压缩弹簧(4)，内径与齿根凸模(3)的立柱(32)配合，套设在立柱(32)上，保持齿根凸模(3)与齿顶凸模(5)之间形成间隙(72)，以便为二次压制留出空间；
所述齿顶凸模(5)，下端设置有大齿(51)，大齿(51)的轮廓与待成型的螺旋伞齿轮(2)的齿顶吻合，且高度高于螺旋伞齿轮(2)的齿高，上端设置成环状，套设在齿根凸模(3)的立柱(32)上，使齿顶凸模(5)能够沿齿根凸模(3)的立柱(32)上下滑动，齿顶凸模(5)的内部设有容纳压缩弹簧(4)的空腔(52)，且空腔上缘(53)与压缩弹簧(4)紧密贴合，以控制齿顶凸模(5)的位置，齿顶凸模(5)的上部设有凹槽(54)，用于放置压板(6)，压板(6)顶部对压缩弹簧施加压力；
所述压板(6)放置在齿顶凸模(5)上部的凹槽(54)内，上表面与齿顶凸模(5)的上表面齐平，保证在压制过程中螺旋伞齿轮(2)受力均匀，压板(6)与齿根凸模(3)的立柱(32)通过锁紧螺栓(7)连接，保证压板(6)与齿根凸模(3)为一体。
2.一种双重压制粉末冶金法制备小型螺旋伞齿轮的方法，其特征是采用权利要求1所述的装置，具体包括以下步骤：
第一步，根据螺旋伞齿轮(2)的尺寸及齿部所需的压缩量，安装模具；将凹模(1)装在双动液压机平台上，加入合金粉末；将压缩弹簧(4)套入齿根凸模(3)上端的立柱(32)上，确保弹簧底部与齿根凸模(3)紧密接触；随后，将齿顶凸模(5)套入齿根凸模(3)上端的立柱(32)上，将压缩弹簧(4)放置在齿顶凸模(5)的空腔(52)内，压缩弹簧(4)的上部与齿顶凸模(5)空腔上缘(53)接触，保证压缩弹簧(4)能够将齿项凸模(5)向上顶起，与压板(6)紧密贴合，同时，保征齿根凸模(3)的小齿(31)与齿顶凸模(5)的大齿(51)配合，形成螺旋伞齿轮(2)的齿部形状；随后，将压板(6)放置在齿顶凸模(5)上部的凹槽(54)内，并用锁紧螺栓(7)将压板(6)与齿根凸模(3)的立柱(32)相连接，保证压板(6)与齿根凸模(3)为一体，调整锁紧螺栓(7)，确定合模状态下螺旋伞齿轮(2)齿部的压缩量；
第二步，进行一次压制，模具装好后，压板(6)与齿根凸模(3)通过锁紧螺栓(7)刚性连接，压缩弹簧(4)将齿顶凸模(5)向上顶起，使齿顶凸模(5)与压板(6)下缘紧密贴合，齿顶凸模(5)与齿根凸模(3)存在的间隙(72)用于齿顶凸模(5)的二次下压；在一次压制合模时，双动液压机压头作用在压板(6)及齿顶凸模(5)的上表面，带动齿根凸模(3)和齿顶凸模(5)同时向下运动，进行一次压制，整个过程中，齿根凸模(3)和齿顶凸模(5)所形成的间隙(72)保持不变；
第三步，进行二次压制，一次压制合模完成时，双动液压机压头一持续保持压力不变，同时启动双动液压机压头二，进行边部二次加压；双动液压机压头二作用在齿顶凸模(5)上，压缩弹簧(4)受到压缩，齿顶凸模(5)向下运动，齿顶凸模(5)与齿根凸模(3)存在的间隙(72)减小，直至为零；此时螺旋伞齿轮(2)整体尺寸，除齿高外，在其余保持不变的前提下，齿顶产生与间隙(72)大小相同的压缩量，而齿顶凸模(5)与压板(6)间由紧密贴合状态变为两者之间存在压缩间隙(82)，压缩间隙(82)大小与压缩量大小相同；这样，螺旋伞齿轮(2)在保压状态下，进行了二次压制，完成了对螺旋伞齿轮(2)齿部致密化的过程；
第四步，通过液压顶出系统将螺旋伞齿轮(2)顶出，至此，完成了一次螺旋伞齿轮的粉末双重压制成型生产过程。
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| CN (1) | CN114131024B (zh) |
Citations (6)
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2021
- 2021-11-12 CN CN202111336908.6A patent/CN114131024B/zh active Active
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