一種燒結(jié)接合的減振輕量化齒輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種燒結(jié)接合的減振輕量化齒輪，屬于齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種燒結(jié)接合的粉末冶金齒輪。
【背景技術(shù)】
[0002]減振阻尼性是齒輪的一項(xiàng)重要性能，高阻尼齒輪可以緩解因振動(dòng)加劇的齒輪磨損、降低噪聲，延長(zhǎng)齒輪的工作壽命。輕量化是齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要指標(biāo)，輕量化齒輪不僅減輕傳動(dòng)齒輪箱的總重，而且有利于降低沖擊，提高系統(tǒng)啟動(dòng)與剎車的靈敏度。粉末冶金齒輪具有減振性與減摩潤(rùn)滑性、可(近)凈成形、大批量制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、工業(yè)裝備、機(jī)電工具等行業(yè)。然而，高致密度粉末冶金齒輪整體成形的難度較大，尤其是具有復(fù)雜輻板結(jié)構(gòu)的輕量化齒輪，容易在鍛壓時(shí)導(dǎo)致開(kāi)裂，其可制造性限制了齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于燒結(jié)接合的減振輕量化齒輪，不僅降低了整體成形的工藝難度，而且可以使齒輪的輪緣、輻板與輪轂分別用不同特性與致密度的材料制成，大大增加了齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度。輪齒輪緣部位采用高強(qiáng)度合金材料，并采用致密化工藝制造，以保證輪齒的抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度與耐磨性；輻板采用強(qiáng)度與塑性綜合性能良好的合金材料，輻板結(jié)構(gòu)可以是均質(zhì)、異構(gòu)或具有功能梯度的多孔金屬件，在保證強(qiáng)度與剛度的前提下，可以大大提高齒輪的減振阻尼性與輕量化程度。此外，還可以利用多孔質(zhì)材料來(lái)儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，提高齒輪的失油潤(rùn)滑性能，即在齒輪箱因故障失去潤(rùn)滑油時(shí)，仍能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，為避免故障發(fā)展為災(zāi)難性事故。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種燒結(jié)接合的減振輕量化齒輪，其特征在于:由輪緣、輪轂與輻板等預(yù)制件燒結(jié)接合制成；所述輪緣上分布有用于嚙合傳動(dòng)的輪齒，所述輪轂內(nèi)含有用于連接傳動(dòng)軸的內(nèi)孔；所述輪緣預(yù)制件為精鍛或粉末鍛造成形件，所述輪轂預(yù)制件為機(jī)械加工件，所述輻板預(yù)制件為多孔金屬或鋼板夾芯-多孔金屬預(yù)成形件，所述鋼板夾芯中的鋼板可以是平鋼板，也可以是預(yù)成形的曲面鋼板；所述燒結(jié)接合的方式是燒結(jié)擴(kuò)散焊或燒結(jié)釬焊。
[0006]作為一種優(yōu)先實(shí)施的方案，所述輪緣的輪齒在齒槽底部設(shè)有連通多孔金屬輻板的微孔潤(rùn)滑油通道，所述微孔直徑為0.2?0.5_。
[0007]作為一種優(yōu)先實(shí)施的方案，輪緣預(yù)制件是一種高強(qiáng)度鐵基合金粉末鍛造成形件，所述高強(qiáng)度鐵基合金粉料內(nèi)含有石墨、銅、鉬、鎳等減摩性材料，粉末鍛造成形件的致密度不低于96%。
[0008]作為一種實(shí)施方案，所述輻板預(yù)制件是一種多孔金屬預(yù)成形件，所述多孔金屬預(yù)成形件的孔隙率為15?60%，所述多孔金屬預(yù)成形件所用材料是一種強(qiáng)度與塑性綜合性能良好的合金材料，可以是但不限于鐵基合金或鐵鎳合金。
[0009]作為另一種實(shí)施方案，所述輻板預(yù)制件是一種鋼板夾芯-多孔金屬預(yù)成形件，由多孔金屬層與鋼板層相間疊加并預(yù)連接制成，預(yù)連接方式可以是但不限于粘接、釬焊或擴(kuò)散焊等；所述鋼板夾芯-多孔金屬預(yù)成形件中鋼板的層數(shù)為I?3，鋼板可以是平鋼板，也可以是預(yù)成形的曲面鋼板，曲面鋼板的軸向截面輪廓為“盆形”或“波形”，其中“波形”輪廓可以是單峰波、雙峰波或類正弦波；所述鋼板夾芯-多孔金屬預(yù)成形件中多孔金屬層的孔隙率為20?80%，多孔金屬層所用材料是一種強(qiáng)度與塑性綜合性能良好的合金材料，可以是但不限于鐵基合金或鐵鎳合金。
[0010]作為一種優(yōu)先實(shí)施的方案，所述鋼板夾芯-多孔金屬輻板中的鋼板上可以分布有許多小孔，小孔的直徑為0.5?5_。
[0011]作為一種實(shí)施方案，所述輪緣、輪轂與輻板預(yù)制件燒結(jié)接合的方式是燒結(jié)擴(kuò)散焊。所述燒結(jié)擴(kuò)散焊的方法是:在燒結(jié)擴(kuò)散焊之前，首先將輪緣、輪轂與輻板預(yù)制件以過(guò)盈配合方式進(jìn)行組裝，在接合界面處形成預(yù)壓力。過(guò)盈組裝前分別對(duì)輻板預(yù)制件的外圓與內(nèi)圓表面進(jìn)行機(jī)械加工，以獲得所需的過(guò)盈量，并用較大的切削力對(duì)加工表面進(jìn)行擠壓，以實(shí)現(xiàn)多孔金屬表面的致密化，將過(guò)盈連接的齒輪組裝件放入氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)擴(kuò)散焊接合。
[0012]作為另一種實(shí)施方案，所述輪緣、輪轂與輻板預(yù)制件燒結(jié)接合的方式是燒結(jié)釬焊。所述燒結(jié)釬焊的方法是:在燒結(jié)釬焊之前，首先將輪緣、輪轂與輻板預(yù)制件在陶瓷工裝上進(jìn)行固定，在輪緣與輻板預(yù)制件、輻板與輪轂預(yù)制件的鄰接表面留適當(dāng)間隙，并在間隙中填充釬焊料，將工裝固定的齒輪組裝件放入氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)釬焊接合。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是一種多孔金屬輻板齒輪示意圖。
[0014]圖2是一種傳統(tǒng)的輻板式圓柱齒輪示意圖。
[0015]圖3是一種含微孔潤(rùn)滑油通道的多孔金屬輻板齒輪示意圖。
[0016]圖4是一種雙層平鋼板夾芯-多孔金屬輻板齒輪示意圖。
[0017]圖5是一種盆形鋼板夾芯-多孔金屬輻板齒輪示意圖。
[0018]圖6是一種雙層波形鋼板夾芯-多孔金屬輻板齒輪示意圖。
[0019]圖7是輪緣預(yù)制件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖8是輪轂預(yù)制件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖9是一種雙層平鋼板夾芯-多孔金屬輻板預(yù)制件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，用具體實(shí)施案例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0023]實(shí)施例一:
[0024]一種燒結(jié)接合的減振輕量化齒輪，具體的是一種直齒圓柱齒輪，如圖1所示，所述齒輪結(jié)構(gòu)包括輪緣10、輪轂20與輻板30，所述輪緣10上分布有用于嚙合傳動(dòng)的輪齒11，所述輪轂內(nèi)含有用于連接傳動(dòng)軸的內(nèi)孔，圖2顯示了相應(yīng)的傳統(tǒng)輻板式齒輪結(jié)構(gòu)。
[0025]所述齒輪的制造方法為，首先制作輪緣預(yù)制件10 (圖7)、輪轂預(yù)制件20 (圖8)與輻板預(yù)制件30，然后將各預(yù)制件組裝在一起，再放入氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)接合為整體。
[0026]所述輪緣預(yù)制件10 (圖1、7)是用一種高強(qiáng)度鐵基合金粉料壓制、燒結(jié)并經(jīng)過(guò)鍛造致密化的工藝成形的，所述高強(qiáng)度鐵基合金粉料中各合金元素的質(zhì)量百分比為:1.5CU、4N1、0.5Mo、0.8C，其余為Fe，其中C是石墨形式，混料時(shí)加入適量潤(rùn)滑劑，所述潤(rùn)滑劑為EBS蠟。所述高強(qiáng)度鐵基合金粉料在模具中壓制成坯，壓制壓力為600MPa。將壓坯放入氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，首先加熱到550°C，保溫0.5小時(shí)，進(jìn)行熱脫脂，然后加熱到1150°C，燒結(jié)I?2小時(shí)。將燒結(jié)坯稍冷卻后，裝入熱鍛模中，在壓力機(jī)上軸向加壓，得到輪緣的致密化粉末鍛件，粉末鍛件的密度達(dá)到合金理論密度的96%以上。
[0027]所述輪轂預(yù)制件20 (圖1、8)用合金鋼棒料機(jī)械加工而成，所述合金鋼為40Cr。
[0028]所述輻板預(yù)制件30 (圖1)是用一種鐵基合金粉料壓制并燒結(jié)成形的，所述合金粉料中合金元素的質(zhì)量百分比為:4N1、0.5Cu、0.3C，其余為Fe，混料時(shí)加入適量聚乙烯粉作為潤(rùn)滑與填充劑。將所述粉料在模具中壓制坯件，壓制壓力為100?500MPa。將壓坯后放入氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行熱脫脂與燒結(jié)，燒結(jié)溫度為850?1150°C。根據(jù)粉體顆粒粗細(xì)、壓制壓力與加入填充劑含量的不同，可以得到孔隙率為15?60%的輻板燒結(jié)件。
[0029]作為一種改進(jìn)的實(shí)施方式，所述輻板預(yù)制件30可以是