CN114472891A - 一种高精密小模数齿轮高效成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及小模数齿轮技术领域，尤其是一种高精密小模数齿轮高效成形方法；包括以下步骤：S1：将金属粉末与高分子粘结剂混合搅拌，并经过造粒，形成喂料；S2：通过注射成型机注入高精密小模数齿轮的成形模具中，形成高精密小模数齿轮的注射坯；S3：注射坯进行表面喷砂处理；S4：将S3中所制备的高精密小模数齿轮注射坯经过脱脂烧结工序，形成高精密小模数齿轮烧结坯；S5：针对S4烧结完成的高精密小模数齿轮/坯，采用挤出模具进行挤出整形处理；通过粉末注射成形技术，配合喷砂处理、整形以及抛光等技术，实现了低成本高精密小模数齿轮的高效制备，解决了精密传动组件中高精密小模数齿轮的低成本批量化制备问题。
Description
技术领域
本发明涉及小模数齿轮技术领域，尤其是一种高精密小模数齿轮高效成形方法。
背景技术
齿轮作为传动机构的主要零部件，在各行业内都具有十分广泛的应用。随着传动结构向精密化、小型化的方向发展，对齿轮的精度要求日益提升，尤其是高精密小模数齿轮的高效制备已成为行业的难点问题。传统的高精密小模数齿轮制备方法主要依赖于机加工技术，该技术可以制备精度等级较高的齿轮，但加工效率低下，量产成本高昂，难以满足行业的大规模应用。目前，虽有专利披露了采用粉末冶金/粉末注射成形技术批量制备齿轮的方案，但一方面仅仅是采用粉末冶金/粉末注射成形的固有工序：压制/注射→脱脂→烧结来制备齿轮，其制备的小模数齿轮精度等级较差，尺寸公差难以满足高精密传动组件的应用需求；另一方面，对原材料(造粒粉/喂料)的制备关键参数——混炼时间未作深入研究，导致造粒粉/喂料的均匀性较差，从而使得所制备的小模数齿轮尺寸波动大。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种制备效率高、成本低，且精度等级达到国标7级以上的高精密小模数齿轮高效成形方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种高精密小模数齿轮高效成形方法，所述成形方法包括以下步骤：
S1：将金属粉末与高分子粘结剂按照一定的重量百分比在120～200℃之间进行均匀混合，混合搅拌，并经过造粒，形成喂料；
S2：将S1中所制备的喂料，在160～250℃的条件下，通过注射成型机注入高精密小模数齿轮的成形模具中，形成高精密小模数齿轮的注射坯；
S3：将S2中所制备的高精密小模数齿轮注射坯，进行表面喷砂处理；
S4：将S3中所制备的高精密小模数齿轮注射坯经过脱脂烧结工序，形成高精密小模数齿轮烧结坯；
S5：针对S4烧结完成的高精密小模数齿轮/坯，采用挤出模具进行挤出整形处理。
进一步的，所述步骤S1中金属粉末的质量百分比为85％～95％，高分子粘结剂的质量百分比为5％～15％。
进一步的，所述金属粉末的粒径范围为4～25μm，其中D10为4～6μm，D50为8～12μm，D90为18～25μm。
进一步的，所述步骤S1中的混合搅拌时间为90+5*ρ1/ρ2≤t≤120+10*ρ1/ρ2；
其中ρ1为金属粉末的理论密度，ρ2为高分子粘结剂的理论密度，t为喂料混炼时间，单位为分钟。
进一步的，所述步骤S2中成形模具的尺寸公差控制为±3μm。
进一步的，所述步骤S3中的喷砂采用塑料粒子，粒径范围为：20～120目。
进一步的，所述塑料粒子的材质为PP。
进一步的，所述步骤S4中挤出模具的挤出口部设置有倒角。
进一步的，所述形成方法还包括对挤出整形后的高精密小模数齿轮进行抛光表面处理。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
通过粉末注射成形技术，配合喷砂处理、整形以及抛光等技术，实现了低成本高精密小模数齿轮的高效制备，解决了精密传动组件中高精密小模数齿轮的低成本批量化制备问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种高精密小模数齿轮高效成形方法，所述成形方法包括以下步骤：
S1：将金属粉末与高分子粘结剂按照一定的重量百分比在120～200℃之间进行均匀混合，混合搅拌，并经过造粒，形成喂料；金属粉末的质量百分比为85％～95％，金属粉末的粒径范围为4～25μm，其中D10为4～6μm，D50为8～12μm，D90为18～25μm，高分子粘结剂的质量百分比为5％～15％。说明：金属粉末的粒径对所制备的小模数齿轮精度影响非常大，粒径过小，会导致粉末流动性变差，为了保证喂料的流动性，需要添加更多的粘结剂，从而造成烧结收缩变大，尺寸精度较差；过大的粒径，则会造成所制备的小模数齿轮表面出现凹凸不平的现象，也会造成尺寸精度差。
本发明中粉末粒径D10/D50/D90的设定，可以通过小粒径粉末填充大粒径粉末的堆积间隙，使得烧结收缩更加均匀，降低烧结收缩不均造成的变形和精度差的风险。
混合搅拌时间为90+5*ρ1/ρ2≤t≤120+10*ρ1/ρ2。
其中ρ1为金属粉末的理论密度，ρ2为高分子粘结剂的理论密度，t为喂料混炼时间，单位为分钟。说明：喂料混炼均匀性与金属粉末和高分子粘结剂的密度比值强相关，密度比值越大，越难以混炼均匀，需要延长混炼时间，但混炼时间不宜过长，混炼时间过长，会导致高分子粘结剂发生分解。
S2：将S1中所制备的喂料，在160～250℃的条件下，通过注射成型机注入高精密小模数齿轮的成形模具中(成形模具的尺寸公差控制在±3μm)，形成高精密小模数齿轮的注射坯；说明：成形模具的精度直接影响齿轮的最终精度等级，高精密小模数齿轮的尺寸精度需要达到微米级。
S3：将S2中所制备的高精密小模数齿轮注射坯，进行表面喷砂处理；喷砂采用塑料粒子，塑料粒子的材质为PP，粒径范围为：20～120目。说明：因注射坯强度较低，需要采用塑料粒子进行喷砂处理，并且齿轮的齿槽宽度较小，必须采用20～120目范围的塑料粒子才能有效的去除齿槽内附着的粘结剂、金属粉末颗粒以及飞边等影响精度的缺陷，塑料粒子的材质为聚丙烯。
S4：将S3中所制备的高精密小模数齿轮注射坯经过脱脂烧结工序，形成高精密小模数齿轮烧结坯；说明：粉末注射成形齿轮在烧结过程中，因收缩/热胀冷缩等原因，会发生变形，通过挤出整形工艺，矫正烧结变形，挤出整形工装的型腔尺寸按照齿轮最终成品尺寸设计加工，并在口部设置倒角，以便于高精密小模数齿轮烧结坯能够顺利进入整形工装的型腔，具体倒角的角度不做限定，实际生产过程中根据经验调整即可。
S5：针对S4烧结完成的高精密小模数齿轮/坯，采用挤出模具进行挤出整形处理。
S6：针对S5挤出整形后的高精密小模数齿轮进行抛光表面处理(视齿轮最终状态的要求选择做或不做)。说明：通过对齿轮表面进行抛光处理，去除表面的毛刺和凸起，进一步提升齿轮的精度等级。
本发明中的小模数齿轮的模数为0.1～0.5。
实施例1
将92％的17-4PH不锈钢粉末与8％高分子粘结剂(组分：75％的聚甲醛、10％的聚乙烯、10％的聚丙烯、5％的硬脂酸)，不锈钢粉末的粒径D10为4.8μm，D50为11μm，D90为20μm，在密炼机混炼3小时，混炼温度为180℃，混炼完成后进行造粒，形成喂料，然后通过注射成型机将喂料注入高精密小模数齿轮成形模具(成形模具的尺寸公差控制在±3μm)内，获得注射坯，对注射坯采用塑料粒子(粒径范围：40～100目)进行喷砂处理，去除注射坯表面的毛边以及附着的金属粉末颗粒和粘结剂，随后进行硝酸催化脱脂(脱脂时间为240min，硝酸流量为3g/min)，脱脂完成后在连续炉进行烧结，烧结温度为1280℃，保温时间为2小时，获得高精密小模数齿轮烧结坯，随后对烧结坯进行整形处理，获得高精密小模数齿轮成品，其精度等级可达到国标7级精度。
实施例2
将90％的420不锈钢粉末与10％高分子粘结剂(组分：80％的聚甲醛，8％的聚乙烯，9％的聚丙烯，3％的硬脂酸)，不锈钢粉末粒径D10为5.5μm，D50为10μm，D90为21μm，在密炼机混炼2.8小时，混炼温度为190℃，混炼完成后进行造粒，形成喂料，然后通过注射成型机将喂料注入高精密小模数齿轮成形模具(成形模具的尺寸公差控制在±3μm)内，获得注射坯，对注射坯采用塑料粒子(粒径范围：30～120目)进行喷砂处理，去除注射坯表面的毛边以及附着的金属粉末颗粒和粘结剂，随后进行硝酸催化脱脂(脱脂时间为300min，硝酸流量为3g/min)，脱脂完成后在石墨炉进行烧结，烧结温度为1325℃，保温时间为3小时，获得高精密小模数齿轮烧结坯，随后对烧结坯进行整形和抛光处理，获得高精密小模数齿轮成品，其精度等级可达到国标6级精度。
对比例1
将92％的17-4PH不锈钢粉末与8％高分子粘结剂(组分：75％的聚甲醛、10％的聚乙烯、10％的聚丙烯、5％的硬脂酸)，不锈钢粉末的粒径D10为4.8μm，D50为11μm，D90为20μm，在密炼机混炼1小时，混炼温度为180℃，混炼完成后进行造粒，形成喂料，然后通过注射成型机将喂料注入高精密小模数齿轮成形模具(成形模具的尺寸公差控制在±3μm)内，获得注射坯，随后进行硝酸催化脱脂(脱脂时间为240min，硝酸流量为3g/min)，脱脂完成后在连续炉进行烧结，烧结温度为1280℃，保温时间为2小时，获得小模数齿轮烧结坯，其精度等级较差，只能达到国标10级。
对比例2
将90％的420不锈钢粉末与10％高分子粘结剂(组分：80％的聚甲醛，8％的聚乙烯，9％的聚丙烯，3％的硬脂酸)，不锈钢粉末粒径D10为3μm，D50为10μm，D90为30μm，在密炼机混炼2.8小时，混炼温度为190℃，混炼完成后进行造粒，形成喂料，然后通过注射成型机将喂料注入高精密小模数齿轮成形模具(成形模具的尺寸公差控制在±3μm)内，获得注射坯，随后进行硝酸催化脱脂(脱脂时间为300min，硝酸流量为3g/min)，脱脂完成后在石墨炉进行烧结，烧结温度为1325℃，保温时间为3小时，获得小模数齿轮烧结坯，其精度等级最高只能达到国标11级。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的权利方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述成形方法包括以下步骤：
S1：将金属粉末与高分子粘结剂按照一定的重量百分比在120～200℃之间进行均匀混合，混合搅拌，并经过造粒，形成喂料；
S2：将S1中所制备的喂料，在160～250℃的条件下，通过注射成型机注入高精密小模数齿轮的成形模具中，形成高精密小模数齿轮的注射坯；
S3：将S2中所制备的高精密小模数齿轮注射坯，进行表面喷砂处理；
S4：将S3中所制备的高精密小模数齿轮注射坯经过脱脂烧结工序，形成高精密小模数齿轮烧结坯；
S5：针对S4烧结完成的高精密小模数齿轮/坯，采用挤出模具进行挤出整形处理。
2.根据权利要求1所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述步骤S1中金属粉末的质量百分比为85％～95％，高分子粘结剂的质量百分比为5％～15％。
3.根据权利要求2所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述金属粉末的粒径范围为4～25μm，其中D10为4～6μm，D50为8～12μm，D90为18～25μm。
4.根据权利要求1所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述步骤S1中的混合搅拌时间为90+5*ρ1/ρ2≤t≤120+10*ρ1/ρ2；
其中ρ1为金属粉末的理论密度，ρ2为高分子粘结剂的理论密度，t为喂料混炼时间，单位为分钟。
5.根据权利要求1所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述步骤S2中成形模具的尺寸公差控制为±3μm。
6.根据权利要求1所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述步骤S3中的喷砂采用塑料粒子，粒径范围为：20～120目。
7.根据权利要求6所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述塑料粒子的材质为PP。
8.根据权利要求1所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述步骤S4中挤出模具的挤出口部设置有倒角。
9.根据权利要求1所述的一种高精密小模数齿轮高效成形方法，其特征在于：所述形成方法还包括对挤出整形后的高精密小模数齿轮进行抛光表面处理。
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|---|---|
| CN114472891B (zh) | 2023-11-24 |
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