CN116689779B - 梯度齿轮的制造方法及应用其的生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明创造公开了梯度齿轮的制造方法及应用其的生产设备，该制造方法包括以下步骤：S1.采用合金钢加工出不带有轮齿的齿轮盘；S2.激光增材单元采用梯度配比的第一混合粉末在齿轮盘的周面上加工出具有多个第一沉积层的齿芯；S3.减材单元对齿芯的轮缘进行精加工；S4.激光增材单元采用梯度配比的第二混合粉末在齿芯的表面上加工出具有多个第二沉积层的齿面，第二沉积层的合金元素配比不同于第一沉积层的合金元素配比；S5.减材单元对齿面的轮缘进行精加工。可分别对齿芯和齿面进行差异化加工，使得两者具有不同的材料特性，例如可将齿芯加工成高韧耐疲劳区，而将齿面加工成高硬耐磨区，从而解决现有重载齿轮的技术痛点。
Description
技术领域
本发明创造涉及生产制造技术领域，特别涉及梯度齿轮的制造方法及应用其的生产设备。
背景技术
重载齿轮作为大型机械设备中必不可少的传递动力及运动的零部件，在风电、起重运输、航天、矿山、冶金等重型装备领域中得到了广泛的应用。由于该类齿轮服役时常处于工况复杂、大冲击等工作环境中，受载时齿轮根部在弯曲应力的作用下产生裂纹并逐步扩大，进而使轮齿发生折断失去工作能力。对于重载齿轮来说，如何使齿轮具有坚硬的齿面同时还能保持心部的韧性是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明创造旨在提供一种梯度齿轮的制造方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
根据本发明创造的第一方面实施例的梯度齿轮的制造方法，包括以下步骤：
S10.采用合金钢加工出不带有轮齿的齿轮盘；
S20.激光增材单元采用梯度配比的第一混合粉末在所述齿轮盘的周面上加工出具有多个第一沉积层的齿芯；
S30.减材单元对所述齿芯的轮缘进行精加工；
S40.激光增材单元采用梯度配比的第二混合粉末在所述齿芯的表面上加工出具有多个第二沉积层的齿面，任意一个所述第二沉积层的合金元素配比均不同于任意一个所述第一沉积层的合金元素配比；
S50.减材单元对所述齿面的轮缘进行精加工。
根据本发明创造实施例的梯度齿轮的制造方法，至少具有如下有益效果：所述齿芯是由多个第一沉积层堆叠成型，鉴于所有的第一沉积层是通过激光增材单元根据梯度配比的第一混合粉末进行冶金结合，所以上述的增材工艺能够减少所述齿芯因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配，由于增材加工后的齿芯其尺寸以及粗糙度并不一定符合设计要求，因此还需要通过减材工艺来对其进行精加工，同理，所述齿面是由多个第二沉积层堆叠成型，增材后的齿面也需要进行精加工；由于所述齿面是附着在所述齿芯的外周，而且两者的合金元素配比并不相同，因此可分别对所述齿芯和所述齿面进行差异化加工，使得两者具有不同的材料特性，例如可将所述齿芯加工成高韧耐疲劳区，而将所述齿面加工成高硬耐磨区，从而解决现有重载齿轮的技术痛点。
根据本发明创造的一些实施例，所述齿芯与所述齿轮盘连接的第一沉积层选择与所述齿轮盘原料一致的基体材料，使得所述齿芯的根部与所述齿轮盘具有良好的结合强度。
根据本发明创造的一些实施例，在步骤S20当中，所述第一混合粉末包括基体材料粉末和第一合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第一合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元的加工下形成具有高韧度的第一沉积层，从而将所述齿芯加工成高韧耐疲劳区。
根据本发明创造的一些实施例，所述第一混合粉末中的基体材料粉末与第一合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第一沉积层的逐渐加工而递减，以减少所述齿芯因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配。
根据本发明创造的一些实施例，所述齿面具有与所述齿轮盘原料一致的基体材料，在步骤S40当中，所述第二混合粉末包括基体材料粉末和第二合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第二合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元的加工下形成具有高硬度的第二沉积层，从而将所述齿面加工成高硬耐磨区。
根据本发明创造的一些实施例，所述第二混合粉末中的基体材料粉末与第二合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第二沉积层的逐渐加工而递减，以减少所述齿面因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配。
根据本发明创造的一些实施例，在步骤S20当中，在完成对所述齿芯的沉积后，对工件进行保温缓冷处理，以降低工件的温度梯度和冷却速率，进而减小成形后的残余应力。
根据本发明创造的一些实施例，在步骤S40当中，为了减少沉积过程中热量过多累积而造成第二沉积层的塌陷，每加工出一个第二沉积层后，静置工件5min至8min，每加工出五个第二沉积层后，静置工件10min至20min，在完成对所述齿面的沉积后，对工件进行保温缓冷处理，以降低工件的温度梯度和冷却速率，进而减小成形后的残余应力。
根据本发明创造的一些实施例，为了提升增材工艺中的加工质量，超声波振动单元在每个第一沉积层或者每个第二沉积层的增材过程中均加以超声辅助，为了提升减材工艺中的加工质量，超声波振动单元在所述齿芯或者所述齿面的减材过程中均加以超声辅助。
根据本发明创造的第二方面实施例的梯度齿轮生产设备，应用如上述的梯度齿轮的制造方法，包括：
基座，其安装有摇篮式工作台，所述摇篮式工作台具有绕X轴旋转的自由度以及绕Z轴旋转的自由度，所述摇篮式工作台设有可固定所述齿轮盘的夹具；
激光增材单元，其包括激光打印喷头、第一运动模组和定量进粉器，所述激光打印喷头通过所述第一运动模组安装在所述摇篮式工作台的上方，所述第一运动模组具有X、Y、Z三轴自由度，所述定量进粉器设有多个储粉罐，每个所述储粉罐均设有连通于所述激光打印喷头的送粉管；
减材单元，其包括加工主轴和第二运动模组，所述加工主轴通过所述第二运动模组安装在所述摇篮式工作台的上方，所述第二运动模组具有X、Y、Z三轴自由度；
超声波振动单元，其包括超声输出模组和多轴机器人，所述超声输出模组通过所述多轴机器人安装在所述基座上。
根据本发明创造实施例的梯度齿轮生产设备，至少具有如下有益效果：所述定量进粉器能够将梯度配比的材料粉末输送至所述激光打印喷头进行分层打印，在每打印完一个轮齿后，所述摇篮式工作台带动所述齿轮盘旋转一定的角度，使得所述激光打印喷头能够在所述齿轮盘的周面上打印出所有轮齿，而所述减材单元能够对增材后的工件进行减材精加工，以获得符合设计要求的产品，所述超声波振动单元在增材工艺中以及减材工艺中起到提高加工质量的作用；与现有的齿轮生产设备相比，所述梯度齿轮生产设备能够生产出高性能的齿轮，以满足特种行业的需求。
本发明创造的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明创造的实践了解到。
附图说明
本发明创造的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明创造实施例的梯度齿轮生产设备的立体结构示意图；
图2是图1所示的梯度齿轮生产设备的侧视图；
图3是本发明创造实施例的梯度齿轮的立体结构示意图；
图4是图3所示的梯度齿轮在A处的局部放大图。
附图中：100-基座、200-激光增材单元、300-减材单元、400-超声波振动单元、500-摇篮式工作台、510-电机箱、520-摇臂、530-夹具、601-轮齿、600-齿轮盘、531-定位块、110-立柱、210-激光打印喷头、220-第一运动模组、230-定量进粉器、240-激光器、250-保护气瓶、231-储粉罐、211-送粉管、310-旋转刀具库、320-换刀机构、330-加工主轴、340-第二运动模组、321-换刀杆、350-刀具、410-超声发生器、420-超声输出模组、430-多轴机器人、421-超声换能器、422-变幅杆、423-超声波工具头、600-控制器、611-第一沉积层、610-齿芯、621-第二沉积层、620-齿面。
具体实施方式
下面详细描述本发明创造的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明创造，而不能理解为对本发明创造的限制。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
在本发明创造的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明创造的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明创造中的具体含义。
如图1和图2所示，根据本发明创造的第一方面实施例的梯度齿轮生产设备，其包括基座100、激光增材单元200、减材单元300和超声波振动单元400，其中所述基座100为基准件，其他所有的组件均装配在所述基座100上，所述基座100上安装有摇篮式工作台500，所述摇篮式工作台500设有两个对向设置的电机箱510，两个所述电机箱510之间共同转动连接有摇臂520，所述摇臂520在其中间位置上转动连接有夹具530，所述夹具530用于固定不带有轮齿601的齿轮盘600。由于所述齿轮盘600的中心开设有轴孔以及键槽，因此为了固定所述齿轮盘600，所述夹具530设有匹配于所述齿轮盘600中心孔位的定位块531。基于图1中的坐标轴，所述摇臂520具有绕X轴旋转的自由度，所述夹具530具有绕Y轴旋转的自由度，所述摇臂520和所述夹具530的转动均通过伺服电机进行精准控制。
可以理解的是，除了所述摇篮式工作台500，本发明创造还可以采用其他可绕X轴旋转以及绕Y轴旋转的工作台，而不限定工作台的具体结构形式。
此外，所述基座100在所述摇篮式工作台500的旁侧设有用于安装所述激光增材单元200和所述减材单元300的立柱110，所述激光增材单元200具体为激光3D打印机，其包括激光打印喷头210、第一运动模组220、定量进粉器230、激光器240和保护气瓶250，所述激光打印喷头210通过所述第一运动模组220安装在所述立柱110上，所述第一运动模组220具有X、Y、Z三轴自由度，所述第一运动模组220的Z轴移动机构连接有所述激光打印喷头210，使得所述激光打印喷头210能够对固定在所述夹具530上的齿轮盘600进行增材加工。由于本发明创造并没有对所述第一运动模组220进行改进，因此所述第一运动模组220可选用现有的三轴移动机构，并由伺服电机进行驱动，以实现对所述激光打印喷头210空间位置的精准控制。
具体地，所述定量进粉器230设有多个储粉罐231，所有的储粉罐231分别储存有不同的材料粉末，每个所述储粉罐231均设有由气动输送的送粉管211，对应地，所述激光打印喷头210的同轴外管与所有的送粉管211进行连接，所述激光打印喷头210的同轴内管通过所述激光器240向外射出高能激光束，并辅以保护气体进行防氧化保护。
工作时，高能激光束对齿轮盘600加热以形成熔池，所述定量进粉器230通过所述送粉管211将一定比例的混合粉末输送至所述激光打印喷头210，所述激光打印喷头210将混合粉末送入激光光斑形成的熔池中，激光熔化混合粉末并与齿轮盘600和后续沉积各层呈冶金结合。每沉积完一层后，所述第一运动模组220带动所述激光打印喷头210上升一定距离，以继续沉积下一层，直至完成一个轮齿601的材料沉积。成形过程中使用纯度为99.99％的氩气作为激光保护气体，使熔池处于局部的惰性气体环境下，防止熔池被氧化。在每打印完一个轮齿601后，所述摇篮式工作台500带动所述齿轮盘600绕Y轴旋转一定的角度，重复上述步骤，最终使得所述激光打印喷头210能够在所述齿轮盘600的周面上打印出所有的轮齿601。
由于经过增材加工后的工件其尺寸以及粗糙度并不一定符合设计要求，因此还需要通过所述减材单元300来对工件进行精加工。所述减材单元300包括旋转刀具库310、换刀机构320、加工主轴330和第二运动模组340，所述加工主轴330通过所述第二运动模组340安装在所述立柱110上，所述第二运动模组340具有X、Y、Z三轴自由度，所述第二运动模组340的Z轴移动机构连接有所述加工主轴330，使得所述加工主轴330能够对固定在所述夹具530上的齿轮盘600进行减材加工。由于本发明创造并没有对所述第二运动模组340进行改进，因此所述第二运动模组340可选用现有的三轴移动机构，并由伺服电机进行驱动，以实现对所述加工主轴330空间位置的精准控制。
具体地，所述换刀机构320位于所述旋转刀具库310与所述加工主轴330之间，所述旋转刀具库310中存放有铣削、磨削各种型号的专用刀具350，所述换刀机构320设有可水平转动的换刀杆321，所述换刀杆321可平行于所述旋转刀具库310的旋转轴。当需要更换刀具350时，所述第二运动模组340带动所述加工主轴330移动至所述换刀杆321的卸载端，由此让所述换刀杆321接替所述加工主轴330的刀具350，然后所述加工主轴330向上移动以卸下当前的刀具350，与此同时，所述旋转刀具库310将所需更换的刀具350旋转并推送至所述换刀杆321的装载端，由此让所述换刀杆321接替所需更换的刀具350，随后所述旋转刀具库310复位以卸下所需更换的刀具350，最后所述换刀杆321沿水平方向旋转180°，所述加工主轴330和所述旋转刀具库310同时进给并装载对应的刀具350，至此完成对刀具350的更换。
可以理解的是，本发明创造并没有限定所述减材单元300的换刀结构，上述实施例仅作为其中一个可选实施例，无论所述减材单元300具有何种的换刀结构，均属于本发明创造的保护范围之内。
工作时，通过所述摇篮式工作台500和所述第二运动模组340的五轴联动，使得所述减材单元300能够对经过增材工艺的工件进行精加工，以加工出符合设计要求的产品。
为了提高增材工艺以及减材工艺的加工质量，本发明创造在增材工艺以及减材工艺的过程中引入了所述超声波振动单元400，以此来对增材加工以及减材加工进行超声辅助。超声波振动单元400包括超声发生器410、超声输出模组420和多轴机器人430，所述超声输出模组420通过所述多轴机器人430安装在所述基座100上，所述超声发生器410外置于所述多轴机器人430，所述超声发生器410为所述超声输出模组420提供超声能量。所述多轴机器人430可选为五轴机器人或者六轴机器人，以实现对所述超声输出模组420空间位置的精准控制。由于所述多轴机器人430为现有技术，故在此不对其具体结构进行详细描述。
具体地，所述超声输出模组420包括超声换能器421、变幅杆422和超声波工具头423，所述变幅杆422安装在所述超声换能器421与所述超声波工具头423之间，所述超声发生器410所生成的超声能量依次经过所述超声换能器421、变幅杆422、超声波工具头423。在本实施例中，所述超声输出模组420的超声振动频率可选为20kHz至30kHz，超声输出功率可选为200w至500w，超声波振幅可选为0至50μm。
工作时，通过所述多轴机器人430的空间移动，使得所述超声波工具头423能够对处于增材工艺或者减材工艺中的工件进行超声辅助。研究表明，在增材加工中施加以非接触式的超声振动，可使工件内部的枝晶发生断裂，还可细化晶粒、提高增材制造层硬度。此外，在减材加工中施加以非接触式的超声振动，有望提高工件的表面质量，以有效提高其拉伸性能以及疲劳性能。
如图3和图4所示，根据本发明创造的第二方面实施例的梯度齿轮的制造方法，其用于根据本发明创造上述第一方面实施例的梯度齿轮生产设备，包括如下步骤：
S100.下料锻造不带有轮齿601的齿轮盘600，对锻件坯料进行等温正火，然后对锻件坯料进行冷却。所述齿轮盘600的原料为合金钢，可选为42CrMo材料，其各化学成分组成及其质量百分比(wt.％)如下表：
| C | Si | Mn | Mo | Cr | S | Ni | Fe |
| 0.38～0.43 | 0.18～0.36 | 0.53～0.75 | 0.16～0.25 | 0.90～1.20 | ≤0.035 | ≤0.30 | 余量 |
待所述齿轮盘600完全冷却后，使用较粗糙的金相砂纸对齿轮盘600的表面进行打磨，使其表面平整，并去除所述齿轮盘600表面上的有机物。
需要说明的是，所述定量进粉器230的多个储粉罐231需事先分别储存有基体材料、第一合金材料粉末和第二合金材料粉末，所述基体材料为与所述齿轮盘600原料一致的材料。在本实施例中，鉴于所述齿轮盘600的原料为42CrMo，因此所述基体材料也选择为42CrMo粉末，而所述第一合金材料粉末需选择为与42CrMo粉末进行冶金结合后可产生具有高韧度沉积层的材料，在本实施例中，所述第一合金材料粉末可选为WC粉末，WC以不同含量存在于42CrMo，可使沉积层具有良好的韧性；所述第二合金材料粉末需选择为与42CrMo粉末进行冶金结合后可产生具有高硬度沉积层的材料，在本实施例中，所述第二合金材料粉末可选为TiC粉末，TiC与42CrMo可形成新的碳化物强化相，沉积层上的碳化物具有比基体材料更强的硬度和耐磨性。
S200.将锻造好的齿轮盘600固定在所述摇篮式工作台500的夹具530上，并调整好激光打印喷头210的光斑大小、送粉管211的流量大小。在控制器600的控制下，所述激光增材单元200采用梯度配比的第一混合粉末在所述齿轮盘600的周面上加工出具有多个第一沉积层611的齿芯610。其中，所述第一混合粉末为42CrMo粉末和WC粉末的混合物，梯度配比指的是Xiwt.％42CrMo与(100-Xi)wt.％WC的配比(其中0<Xi<100,i为第一沉积层611的个数)，每层梯度的合金含量变化为0.5wt.％，以减少所述齿芯610因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配。在增材加工的过程中，通过所述超声波振动单元400，对激光熔化沉积制备梯度齿芯610的每一层沉积成型均加以超声辅助，直至WC的梯度成分为10％，至此将所述齿芯610加工成高韧耐疲劳区。为了使得所述齿芯610的根部与所述齿轮盘600具有良好的结合强度，所述齿芯610与所述齿轮盘600连接的第一沉积层611选择与所述齿轮盘600原料基本一致的基体材料，即在形成首个第一沉积层611的混合粉末中，42CrMo粉末占99wt.％以上。
S300.由于在步骤S200当中，仅能在所述齿轮盘600的周面上增材加工出一个齿芯610，因此可在每增材加工出一个齿芯610后，通过所述摇篮式工作台500的Y轴旋转而增材加工出下一个齿芯610，直至所述齿芯610铺满所述齿轮盘600的周面。在完成对所有齿芯610的沉积后，将工件进行保温缓冷处理，以降低工件的温度梯度和冷却速率，进而减小成形后的残余应力。
S400.在所述减材单元300与所述摇篮式工作台500的五轴联动下，对所有齿芯610的轮缘进行精加工，以获得符合设计要求的半成品。在减材加工的过程中，所述超声波振动单元400加以超声辅助，在降低铣削力和铣削温度,提高合金材料的加工质量等方面具有明显的效果。
S500.在控制器600的控制下，所述激光增材单元200采用梯度配比的第二混合粉末在所述齿芯610的表面上加工出具有多个第二沉积层621的齿面620。其中，所述第二混合粉末为42CrMo粉末和TiC粉末的混合物，梯度配比指的是Xnwt.％42CrMo与(100-Xn)wt.％TiC的配比(其中0<Xn<100,n为第二沉积层621的个数)，在形成首个第二沉积层621的混合粉末中，42CrMo粉末占95wt.％，TiC粉末占5wt.％，每层梯度的合金含量变化为0.5wt.％，以减少所述齿面620因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配。在增材加工的过程中，通过所述超声波振动单元400，对激光熔化沉积制备梯度齿面620的每一层沉积成型均加以超声辅助，直至TiC的梯度成分为15％，至此将所述齿面620加工成高硬耐磨区。由图可知，此时所述高韧耐疲劳区的沉积层厚度和所述高硬耐磨区的沉积层厚度分别为δ1和δ2-δ1。
进一步地，为了减少沉积过程中热量过多累积而造成第二沉积层621的塌陷，每加工出一个第二沉积层621后，静置工件5min至8min，每加工出五个第二沉积层621后，静置工件10min至20min。
S600.由于在步骤S500当中，仅能在一个所述齿芯610的表面增材加工出一个齿面620，因此可在每增材加工出一个齿面620后，通过所述摇篮式工作台500的Y轴旋转而增材加工出下一个齿面620，直至所述齿面620铺满所述齿芯610的表面。在完成对所有齿面620的沉积后，将工件进行保温缓冷处理，以降低工件的温度梯度和冷却速率，进而减小成形后的残余应力。
S700.在所述减材单元300与所述摇篮式工作台500的五轴联动下，对所有齿面620的轮缘进行精加工，以获得符合设计要求的梯度齿轮。在减材加工的过程中，所述超声波振动单元400加以超声辅助，在降低铣削力和铣削温度,提高合金材料的加工质量等方面具有明显的效果。
需要注意的是，在所述储粉罐231储存材料粉末之前，最好将材料粉末放到烘干箱中进行烘干处理，设置温度120℃至150℃，烘干6小时至8小时，从而提高材料粉末的流动性。
所述梯度齿轮从齿轮盘600基体到齿顶合金元素组分呈梯度分布，从而使其性能也呈梯度变化，有效地提升了所述齿芯610的韧性以及所述齿面620的硬度、耐磨性，最终得到一个高性能的梯度齿轮。上述制造方法采用等材加工锻造的方式成形齿轮盘600结构，基于增材制造技术来完成不同材料的均匀过渡，并且按高韧耐疲劳区和高硬耐磨区对材料合理布局，以满足齿轮的齿芯610和齿面620分别对于韧性以及硬度、耐磨性的要求，减材加工处理可降低齿芯610的粗糙度，以便其与齿面620进行良好结合，并可降低齿面620的粗糙度，提高齿面620的抛光质量。与此同时，梯度齿轮具备渗碳或表面淬火后单质齿轮的各种优点，对于解决热处理后齿轮的弯曲应力不足、齿面620硬度低等技术问题具有重大的意义。
除此之外，由于上述的制造方法可加工出不同合金元素配比的齿芯610和齿面620，因此只需通过重新选择所述第一合金材料和所述第二合金材料，便可加工出不同材料特性的齿芯610和齿面620，而并非一定需要将所述齿芯610和所述齿面620分别加工成高韧耐疲劳区和高硬耐磨区。
上面结合附图对本发明创造实施例作了详细说明，但是本发明创造不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明创造宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.梯度齿轮的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.采用合金钢加工出不带有轮齿(601)的齿轮盘(600)；
S20.激光增材单元(200)采用梯度配比的第一混合粉末在所述齿轮盘(600)的周面上加工出具有多个第一沉积层(611)的齿芯(610)；所述齿芯(610)与所述齿轮盘(600)连接的第一沉积层(611)选择与所述齿轮盘(600)原料一致的基体材料，所述第一混合粉末包括基体材料粉末和第一合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第一合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元(200)的加工下形成所述第一沉积层(611)，通过所述第一合金材料粉末与所述基体材料粉末的冶金结合以提高所述第一沉积层(611)的韧度，所述第一混合粉末中的基体材料粉末与第一合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第一沉积层(611)的逐渐加工而递减；
S30.减材单元(300)对所述齿芯(610)的轮缘进行精加工；
S40.激光增材单元(200)采用梯度配比的第二混合粉末在所述齿芯(610)的表面上加工出具有多个第二沉积层(621)的齿面(620)，任意一个所述第二沉积层(621)的合金元素配比均不同于任意一个所述第一沉积层(611)的合金元素配比；所述齿面(620)具有与所述齿轮盘(600)原料一致的基体材料，所述第二混合粉末包括基体材料粉末和第二合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第二合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元(200)的加工下形成所述第二沉积层(621)，通过所述第二合金材料粉末与所述基体材料粉末的冶金结合以提高所述第二沉积层(621)的硬度，所述第二混合粉末中的基体材料粉末与第二合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第二沉积层(621)的逐渐加工而递减；
S50.减材单元(300)对所述齿面(620)的轮缘进行精加工。
2.根据权利要求1所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：在步骤S20当中，在完成对所述齿芯(610)的沉积后，对工件进行保温缓冷处理。
3.根据权利要求1所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：在步骤S40当中，每加工出一个第二沉积层(621)后，静置工件5min至8min，每加工出五个第二沉积层(621)后，静置工件10min至20min，在完成对所述齿面(620)的沉积后，对工件进行保温缓冷处理。
4.根据权利要求1所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：超声波振动单元(400)在每个第一沉积层(611)或者每个第二沉积层(621)的增材过程中均加以超声辅助，超声波振动单元(400)在所述齿芯(610)或者所述齿面(620)的减材过程中均加以超声辅助。
5.梯度齿轮生产设备，其特征在于，应用如权利要求1至4任意一项所述的梯度齿轮的制造方法，包括：
基座(100)，其安装有摇篮式工作台(500)，所述摇篮式工作台(500)具有绕X轴旋转的自由度以及绕Z轴旋转的自由度，所述摇篮式工作台(500)设有可固定所述齿轮盘(600)的夹具(530)；
激光增材单元(200)，其包括激光打印喷头(210)、第一运动模组(220)和定量进粉器(230)，所述激光打印喷头(210)通过所述第一运动模组(220)安装在所述摇篮式工作台(500)的上方，所述第一运动模组(220)具有X、Y、Z三轴自由度，所述定量进粉器(230)设有多个储粉罐(231)，每个所述储粉罐(231)均设有连通于所述激光打印喷头(210)的送粉管(211)；
减材单元(300)，其包括加工主轴(330)和第二运动模组(340)，所述加工主轴(330)通过所述第二运动模组(340)安装在所述摇篮式工作台(500)的上方，所述第二运动模组(340)具有X、Y、Z三轴自由度；
超声波振动单元(400)，其包括超声输出模组(420)和多轴机器人(430)，所述超声输出模组(420)通过所述多轴机器人(430)安装在所述基座(100)上。
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