CN114247888B - 一种粉末冶金制作传动齿轮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，包括以下步骤：1）制备胶粘剂：按质量比为（2‑3）:（1‑1.5）:（0.2‑0.4）分别称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合后，按料液比为1:100‑150加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用；2）混合原料和辅料：按重量份计，称取铁粉100‑120份、石墨5‑10份、硬脂酸镁1‑6份和胶粘剂15‑20份混合均匀；3）压制得到毛坯；4）脱胶：将毛坯置于热水中浸泡后烘干；5）烧结；6）精加工；7）表面处理。本发明通过在原料中添加由聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯制备的胶粘剂，增大了传动齿轮的抗压强度、耐磨性和使用寿命；其脱胶步骤采用热水浸泡的方式，缩短了毛坯在烧结炉内高温处理的时间，保证了传动齿轮的精度和质量。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及一种基于粉末冶金制作传动齿轮的方法。
背景技术
传动齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合用于传递运动和动力的机械元件，是一种传动机械器件，其按照应用用途可以划分为塑料齿轮、汽车齿轮和粉末冶金齿轮。粉末冶金齿轮是采用粉末冶金的方法制备的齿轮，粉末冶金是以制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形、脱胶和烧结等工序，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。
目前，已有许多采用粉末冶金的方法制作传动齿轮，如专利申请号为CN201410129782.9 公开了一种基于粉末冶金的传动齿轮制造工艺，包括以下步骤：原材料预备；成型；烧结；刷齿；热处理；清洗；真空浸油；终验，其中，烧结，烧结工艺参数如下：脱脂阶段，持续时间10min，烧结炉温为645-655℃；预热阶段，持续时间20min，前10min的烧结炉温为745-755℃，后10min的烧结炉温为845-855℃；保温阶段，持续时间30min，烧结炉温为1115-1125℃；均温阶段，持续时间10min，烧结炉温为995-1005℃；由采用本发明工艺所制得传动齿轮的性能和品质好，其在启停寿命和工作时长明显得到提升。
上述传动齿轮在制备过程中，只添加了润滑剂，而为了提高制备的传动齿轮的抗压强度及使用寿命，通常在原料中还需要添加胶粘剂，然后再在烧结过程中采用烧结炉进行升温处理以进行脱脂脱胶的工序。然而，在烧结炉中进行脱脂排胶过程中，由于烧结炉内的温度一般高于400℃，而在烧结过程中还需要进行脱脂排胶处理，则会延长传动齿轮在烧结炉内高温下的处理时间，不仅会增大传动齿轮在高温加热下出现易变形的风险，延长了烧结时间，增大了热能的消耗，而且润滑剂和胶粘剂在高温下还易分解生成一氧化碳、二氧化碳等气体造成对环境的污染，增大了齿轮制作过程中尾气的处理成本，进而提高了齿轮的制作成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种制作方法简单，可有效降低脱胶时间和烧结时间的粉末冶金制作传动齿轮的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，包括以下步骤：1）制备胶粘剂：按质量比为（2-3）:（1-1.5）:（0.2-0.4）分别称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合后，按料液比为1:100-150加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用；2）混合原料和辅料：按重量份计，称取铁粉100-120份、石墨5-10份、硬脂酸镁1-6份和所述胶粘剂15-20份混合均匀；3）压制得到毛坯；4）脱胶：将毛坯置于热水中浸泡后进行烘干处理；5）烧结；6）精加工；7）表面处理。
优选地，所述步骤1）中聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合时的质量比为2:1:0.3。
优选地，所述步骤2）中，按重量份计，铁粉为100份、石墨为8份、硬脂酸镁为4份和所述胶粘剂为18份。
进一步，所述步骤3）的具体操作步骤为：将步骤2）中混合均匀的粉料放入压机内将粉料压成所需齿轮形状，压制成型得到毛坯。
进一步，所述压力为120-150T。
进一步，所述步骤4）中热水的温度为95-100℃，所述浸泡时间为30-40min，所述烘干的温度为50-60℃，烘干的时间为30-40min。
进一步，所述步骤5）的具体操作步骤为：将步骤4）处理后得到的生胚送入烧结炉内，先抽真空后进行烧结，并持续向烧结炉内输入惰性气体。
进一步，烧结的温度为1100-1250℃，烧结时间为2-3h。
进一步，所述步骤6）的具体操作步骤为：将烧结后的生坯进行倒角处理和去毛刺处理，得到半成品。
进一步，所述步骤7）的具体操作步骤为：将半成品置于放置有油液的真空容器中浸油后风干，再在表面进行镀锌处理后得到传动齿轮。
本发明一种粉末冶金制作传动齿轮的方法的有益效果：
（1）本发明通过在原料中添加采用由聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯制备而成的胶粘剂，可有效提高原料混合后的流动性，增大各组分之间的粘结力，进而有效增大制备的传动齿轮的抗压强度、耐磨性和使用寿命；
（2）本发明在后续的脱胶步骤采用热水浸泡的方式，可省略在烧结过程中还需要在烧结炉中进行脱胶的工序，有效缩短了毛坯在烧结炉内进行高温处理的时间，避免了毛坯长期处于高温条件下发生变形的现象，保证了传动齿轮的精度和质量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但这些具体实施方案不以任何方式限制本发明的保护范围。
实施例1
一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，包括以下步骤：
1）制备胶粘剂：按质量比为2:1:0.3分别称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合后，按料液比为1:120加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用；
2）混合原料和辅料：按重量份计，称取铁粉100份、石墨8份、硬脂酸镁4份和所述胶粘剂18份混合均匀；
甲苯二氰酸酯中的-NCO基是具有高反应活性的基团，其会与聚丙烯酰胺中的NH基和聚乙烯醇中的OH基团发生交联反应形成粘结强度高的胶粘剂，当其加入原料和辅料后，不仅能够提高物料的流动性，还可均匀的包覆在各物料的表面，提高各物料之间的粘结性，进而提高制备的传动齿轮的抗压强度、耐磨性和使用寿命；
3）压制得到毛坯：将步骤2）中混合均匀的粉料放入压机内，在压力为130T下将粉料压成所需齿轮形状，压制成型得到毛坯；
4）脱胶：将毛坯置于温度为98℃的热水中浸泡35 min后，在温度为55℃下进行烘干处理，烘干的时间为35min；
该脱胶工序设置于烧结之前，而非在烧结炉内进行高温脱胶，其与胶粘剂中各组分密切相关，由于聚乙烯醇、聚丙烯醇和甲苯二氰酸酯均含有大量亲水性基团，在温度为95-100℃下易溶于热水中，进而使大部分胶粘剂得以溶解于热水中而去除，实现了脱胶的步骤，该脱胶步骤采用热水浸泡的方式，其浸泡的温度显著小于烧结时的温度，有效减少了毛坯在高温处理下的处理时间，避免发生毛坯变形的风险，提高了传动齿轮的精度和质量；且由于浸泡的温度未达到聚乙烯醇、聚丙烯醇和甲苯二氰酸酯在高温下分解成一氧化碳、二氧化碳等挥发性气体的温度，可有效避免分解的挥发性气体对环境的污染，减少了尾气处理成本，使脱胶过程符合环保的要求；
5）烧结：将步骤4）处理后得到的生胚送入烧结炉内，先抽真空后再进行烧结，并持续向烧结炉内输入氮气，烧结的温度为1200℃，烧结时间为2.5h；
6）精加工：将烧结后的生坯进行倒角处理和去毛刺处理，得到半成品；
7）表面处理：将半成品置于放置有油液的真空容器中浸油后风干，再在表面进行镀锌处理后得到传动齿轮，通过浸油和镀锌处理可防止传动齿轮被氧化的现象，延长传动齿轮的使用时间。
实施例2
一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，包括以下步骤：
1）制备胶粘剂：按质量比为2.5: 1.5:0.2-0.4分别称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合后，按料液比为1:100加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用；
2）混合原料和辅料：按重量份计，称取铁粉100份、石墨5份、硬脂酸镁1份和所述胶粘剂15份混合均匀；
3）压制得到毛坯：将步骤2）中混合均匀的粉料放入压机内，在压力为120T下将粉料压成所需齿轮形状，压制成型得到毛坯；
4）脱胶：将毛坯置于温度为95-℃的热水中浸泡30min后，在温度为50-℃下进行烘干处理，烘干的时间为30min；
5）烧结：将步骤4）处理后得到的生胚送入烧结炉内，先抽真空后再进行烧结，并持续向烧结炉内输入氮气，烧结的温度为1100℃，烧结时间为2h；
6）精加工：将烧结后的生坯进行倒角处理和去毛刺处理，得到半成品；
7）表面处理：将半成品置于放置有油液的真空容器中浸油后风干，再在表面进行镀锌处理后得到传动齿轮。
实施例3
一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，包括以下步骤：
1）制备胶粘剂：按质量比为3: 1.5: 0.4分别称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合后，按料液比为1: 150加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用；
2）混合原料和辅料：按重量份计，称取铁粉120份、石墨10份、硬脂酸镁6份和所述胶粘剂20份混合均匀；
3）压制得到毛坯：将步骤2）中混合均匀的粉料放入压机内，在压力为150T下将粉料压成所需齿轮形状，压制成型得到毛坯；
4）脱胶：将毛坯置于温度为100℃的热水中浸泡40 min后，在温度为60℃下进行烘干处理，烘干的时间为40min；
5）烧结：将步骤4）处理后得到的生胚送入烧结炉内，先抽真空后再进行烧结，并持续向烧结炉内输入氮气，烧结的温度为1250℃，烧结时间为3h；
6）精加工：将烧结后的生坯进行倒角处理和去毛刺处理，得到半成品；
7）表面处理：将半成品置于放置有油液的真空容器中浸油后风干，再在表面进行镀锌处理后得到传动齿轮。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：不包括步骤1）和步骤4），步骤2）中不添加胶粘剂。
对比例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤1）制备胶粘剂：取聚乙烯醇，按料液比为1:120加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用。
对比例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤1）制备胶粘剂：按质量比为2:1分别称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺混合后，按料液比为1:120加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用。
对比例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤1）制备胶粘剂：按质量比为2:0.3分别称取聚乙烯醇、甲苯二氰酸酯混合后，按料液比为1:120加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用。
对比例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：不包括步骤4），直接将步骤3）中的毛坯放入烧结炉中先进行脱胶，后进行烧结，脱胶的温度为650℃，时间为35min，烧结的温度为1250℃，烧结时间为3h。
本发明对实施例1-3及对比例1-5中制备的传动齿轮的合格率、启停寿命及采用电液伺服试验机对传动齿轮进行弯曲疲劳试验，试验过程中，齿轮始终处于静止状态，通过压在轮齿上的压头进行脉动循环加载，使轮齿发生弯曲疲劳断裂，试验力为120 kN，采用正弦波加载，应力比为0.6，加载频率为10 Hz。结果如下表所示：
由上表可知，采用本发明的方法制作的传动齿轮的合格率均高于90%，且与对比例1-5相比，实施例1中传动齿轮的启停寿命和弯曲疲劳寿命均显著高于对比例1-5，表明本发明的方法可延长传动齿轮的使用寿命及其弯曲疲劳寿命，提高传动齿轮的抗压强度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：包括以下步骤：1）制备胶粘剂：按质量比为（2-3）:（1-1.5）:（0.2-0.4）分别称取聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合后，按料液比为1:100-150加入水，搅拌混合均匀后得到胶粘剂，备用；2）混合原料和辅料：按重量份计，称取铁粉100-120份、石墨5-10份、硬脂酸镁1-6份和所述胶粘剂15-20份混合均匀；3）压制，得到毛坯；4）脱胶：将毛坯置于热水中浸泡后进行烘干处理，所述热水的温度为95-100℃，所述浸泡时间为30-40min；5）烧结，烧结的温度为1100-1250℃，烧结时间为2-3h；6）精加工；7）表面处理。
2.如权利要求1所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述步骤1）中聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和甲苯二氰酸酯混合时的质量比为2:1:0.3。
3.如权利要求1所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述步骤2）中，按重量份计，铁粉为100份、石墨为8份、硬脂酸镁为4份和所述胶粘剂为18份。
4.如权利要求1所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述步骤3）的具体操作步骤为：将步骤2）中混合均匀的粉料放入压机内将粉料压成所需齿轮形状，压制成型得到毛坯。
5.如权利要求4所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述步骤3）中压制时的压力为120-150T。
6.如权利要求1所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述烘干的温度为50-60℃，烘干的时间为30-40min。
7.如权利要求1所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述步骤5）的具体操作步骤为：将步骤4）处理后得到的生胚送入烧结炉内，先抽真空后进行烧结，并持续向烧结炉内输入惰性气体。
8.如权利要求1所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述步骤6）的具体操作步骤为：将烧结后的生坯进行倒角处理和去毛刺处理，得到半成品。
9.如权利要求8所述一种粉末冶金制作传动齿轮的方法，其特征在于：所述步骤7）的具体操作步骤为：将半成品置于放置有油液的真空容器中浸油后风干，再在表面进行镀锌处理后得到传动齿轮。
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