粉末冶金齿轮设计指南.pdf

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1、粉末冶金齿轮设计指南编制：李宏成2014-01-15目录1概述4粉末冶金齿轮设计方法及步骤2粉末冶金齿轮工艺流程5粉末冶金齿轮的公差2.1混料6直齿轮、斜齿轮精度等级不同标准对照表2.2成形7行星齿轮内孔与行星齿轮轴的配合尺寸2.2.1成形方式8粉末冶金齿轮的检测2.2.2成形条件9粉末冶金齿轮的设计原则2.3烧结10粉末冶金产品面取设计实例2.3.1烧结基本原理11粉末冶金产品毛刺的形成机理2.3.2铜基烧结2.3.3铁基烧结2.3.4高温烧结2.3.5烧结气氛2.4精整2.5热处理2.6蒸汽处理2.7浸油3原料及选用标准3.1原料标准类型3.2材质的

2、选用3.3MPIF，JIS，DIN标准材质对照表１概述粉末冶金法制造齿轮是一种高效、精密、灵活的金属加工工艺，适于大批量低成本生产高强度、高精度公差的齿轮。目前，用粉末冶金法制造的齿轮种类有：直齿轮、斜齿轮（螺旋角小于35°）、面齿轮、直齿锥齿轮、螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮。当齿轮含有凹槽、通孔、台阶或者凸台时，这种工艺更显示出其优越性。随着金属粉末材料的不断改进和粉末冶金成形技术与设备的快速发展，用粉末冶金工艺制造的齿轮质量不断提高，齿轮品种也日渐增多。目前，粉末冶金齿轮已被机械制造业，特别是汽车、摩托车、电动工具、小家电行业普遍认同，粉末冶金齿轮制造技

3、术日臻完善，粉末冶金齿轮的市场不断扩大。在传统的制造方法中，齿轮首先通过铸造、锻造和冲压等方式来获得毛坯，然后将这些毛坯通过滚齿、插齿等方法加工而成。为了能在精密和高速运转的情况下使用，齿轮还要经过剃齿和磨齿这些二次加工来完成。按照这些方法来生产齿轮存在如下不足之处：①加工周期长，特别是对难加工的材料更是如此；②材料利用率低；③机加工齿轮齿部会存在不良的刀痕。与传统的齿轮制造工艺相比，粉末冶金齿轮具有一系列的优点，因此在机械制造工业，特别是汽车、摩托车、电动工具、办公机械、家用电器和机床等行业得到了广泛的应用。粉末冶金齿轮的优点：1）适合大批量生产，生产

4、效率高，成本低。2）当齿轮具有不规则曲线、不规则的孔、花键、键槽、径向和轴向上凸台和凹槽等形状以及成形复合齿轮之类的齿轮时，用粉末冶金法制造，不需或只需少量切削加工。3）由于可近终成形成品齿轮，粉末冶金法制造齿轮的材料利用率可高达95%以上。4）粉末冶金齿轮的重复性和尺寸均一性非常好，避免了机加工齿轮过程中，由于切削刀具的磨损、加工装置的刚性差、机床的轴承间隙不同和人为因素所造成的齿轮形状、尺寸和精度的不同。5）粉末冶金可将几个零件一体化制造，生产出多联齿轮或复合齿轮。6）粉末冶金齿轮的密度可控。利用这一点可制造用于特殊场合的多孔性齿轮或将齿轮的不同部分

5、做成不同密度。如齿毂部分具有较低的密度，可浸润滑油以增强自润滑，而齿部具有较高密度，以提高韧性和冲击强度。7）减少或消除了传统切削加工中不可避免的刀痕，改善了粉末冶金齿轮齿面的表面粗糙度。８）与同等质量的机加工齿轮相比，粉末冶金齿轮的多孔性结构的声音阻尼作用可以降低齿轮运转时的噪声。此外，粉末冶金齿轮的表面粗糙度较小和齿形一致性良好，也能使齿轮运转中的整体噪声减小。９）由于材料的密度降低或可根据需要设计齿轮的减重孔（或相近形状），使得粉末冶金齿轮的整体质量减小。粉末冶金齿轮的不足：１）中低产量生产时并不经济。与机加工工艺相比，粉末冶金工艺制造齿轮的最小经

6、济批量取决于零件的大小、复杂程度、精度以及其它性能要求。在很多小批量的场合，粉末冶金齿轮的生产成本可能比传统制造方法的成本高。２）粉末冶金齿轮的尺寸大小受到压机压制能力的限制。３）由于压制和模具上的原因，一般不适宜生产蜗轮、人字形齿轮和螺旋角大于35°的斜齿轮。４）因为模腔深度和压机行程必须是齿轮厚度的2～2.5倍，同时考虑到齿轮高度纵向密度的均匀性，所以齿轮的厚度受到限制。2粉末冶金齿轮工艺流程混料常温成形温压成形成形铜系烧结铁系烧结高温烧结烧结浸油浸油浸油热处理蒸汽处理出货精整机加工浸油浸油清洗清洗出货出货浸油浸油出货出货2.1混料在压制成形前必须对

7、原料进行混合，例如，在生产铁基制品时，根据产品的性能要求，确定出粉末混合料的化学成分。然后，根据此成分配制混合料。混合料中除铁粉、石墨粉以外,为了改善铁粉的压制性、使产品密度分布均匀和使产品最终孔隙互相连通，需加入少量硬脂酸锌(硬脂酸钙、硬脂酸钡效果较差)。在生产中，有时还加入少量的硫，以减小摩檫，改善压坯的密度分布。同时，硫在烧结过程中，生成硫化铁,它是一种良好的固体润滑剂,可提高制品的减摩性能。有时在铁粉中加入少量的机油，使铁粉和石墨粉的混合均匀性得到改善。2.2成形2.2.1成形方式（1）单向压制成形单向压制时，阴模和下模冲不动，由上模冲单向加压。

8、在这种情况下，因摩擦力的作用使制品上下两端密度不均匀。即压坯直径越大或高度越小，