60度轴交角小模数直伞齿轮制作方法与流程

本发明涉及粉末冶金制品技术，尤其是一种60度轴交角小模数直伞齿轮制作方法。

背景技术：

现有的粉末制品成型均采用上下模冲组合来成型，由阴模共同作用完成。如专利公告号为cn103273678b设计的一种能自动脱模的双向压制粉末成形装置，上模架与下模架用导柱相连，下模架固定在底板上；上模冲与上模连接杆连接，上模连接杆与第一液压缸相连；下模冲固定在下模架上；阴模通过两侧的四个孔安装在各自导柱上，阴模的下面与下模架上面的各自导柱均套有弹簧，阴模能在弹簧上浮动，阴模内装有加热棒和热电偶；四根顶杆的一端固定在顶杆固定板上，四根顶杆的另一端穿过上模架位于阴模上方，顶杆固定板与第二液压缸相连；推动上模冲与四根顶杆同时下压，四根顶杆推动浮动于四个弹簧上的阴模向下运动，若上模冲与四根顶杆的速度比为2:1，则上模冲与下模冲将以相对于阴模的同等速度对被压制粉末双向压制。又如专利公开号为cn101776137a，公开的一种粉末冶金双联斜齿轮及其制备方法，该粉末冶金双联斜齿轮,包括直齿轮体和斜齿轮体,直齿轮体与斜齿轮体为一次成形制作出的整体。该方法将预混合好的材料加入模具中，在压力80t成型机中一次成形，控温1050℃～1200℃，控速100mm/min，烧结3小时。随着工业化的发展，各种新型机械越来越普及，复种结构复杂零件层出不穷，且要求尺寸精密化、轻量化，这对产品的加工也提出更苛刻的要求，使许多产品的加工和生产面临更多困难和挑战。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决60度轴交角小模数直伞小齿轮的粉末制品一次性成型的问题，提供一种充分利用压机现有功能，避免生产中模具开裂现象，过程稳定高效的60度轴交角小模数直伞齿轮及其制作方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种60度轴交角小模数直伞齿轮制作方法，包括以下步骤：

（1）电极设计：通过计算机模拟计算出伞齿工作状态时的接触区，通过精雕机制备实物，检验装配结构，进一步优化模拟结果，加工出模具；

（2）配料：其中ni4%、mo0.5%、cu0.5%、c0.2%、剩余为fe，质量成分配比制备出扩散合金粉，并配入润滑剂0.45%；

（3）毛坯成型：采用双阴模方式进行毛坯成型，即上阴模为齿轮（8）成型阴模，下阴模为装粉及浮动阴模；

（4）将成型好的压坯齿面向下放置于莫来石板上，在分解氨和氮气混合气氛下，在温度1120℃下进行烧结，烧结时间为35min；

（5）在多用炉中860℃进行强渗，然后冷却至830℃，保温均质后，在100℃齿轮油中淬火；

（6）进行清洗，清洗后在190℃状态下回火120分钟。

作为优选，在粉末压制和成型时，上内冲为辅助成型脱模冲。

作为优选，下阴模为装粉浮动阴模，下二冲为成型和脱模冲。

作为优选，芯棒由下阴模浮动量控制。

作为优选，上阴模包括上外冲，上外冲下端芯部设置齿轮成型部；上外冲的下端外部设有过盈保护套。

作为优选，上外冲内设有上内冲，上内冲位于齿轮成型部的正上方。

作为优选，下阴模包括成型阴模，成型阴模的内孔中设有下外冲，下外冲芯部设有下二冲。

作为优选，60度轴交角小模数直伞齿其轴交角为60度，传动比为15:18，分度锥角为24度-30度。

本发明的有益效果是：本技术方案针对高密度、大扭矩，其轴交角为60度，小传动比，分度锥角约为27度的伞齿进行成型工艺设计，通过双阴模方式，即上阴模作为齿轮成型阴模，下阴模为装粉和浮动阴模，在成型时能起到装粉和保护下冲的作用。

先确定电极，通过模拟伞齿工作状态时的接触区，进行实物制备，通过检验装配结构，进一步优化模拟结果，最后制造出理想模具。然后通过压制、烧结、热处理获得毛坯零件，再加工其压装面。

通过双阴模成型工艺的设计，解决了常规方式无法用上冲来形成设定锥角的伞齿，达到了内孔为方形且有台阶等技术要求产品的一次成型，经常规处理、机加工后的金相组织、机械强度等技术指标均达到设计要求，对其他类似产品也具有借鉴作用。

附图说明

图1是本发明所成型的一种齿轮成品结构示图。

图2是本发明的一种成型装备局部示意图。

图3是本发明的一种上阴模结构示意图。

图4～图6是本发明的一种模具装配成型过程示意图。

图中：1.上外冲，2.下外冲，3.过盈保护套，4.上内冲，5.成型阴模，6.下二冲，7.过程粉体，8.齿轮成品。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例一种60度轴交角小模数直伞齿轮制作方法，所研究的小模数直伞齿轮成品规格是：轴交角为60度，传动比为15:18，分度锥角为27度±3°度；其中密度要求≥7.05g/cm3，硬度≥67hra，渗层厚度在0.2-1mm之间，扭矩≥28.5nm。

制作方法具有以下内容：

一、电极设计，根据图1产品相关参数，建立3d模型，在软件中进行仿真模拟，通过改变技术参数，即通过计算机模拟计算出伞齿工作状态时的满意接触区，如深色部位即为模拟齿轮旋转时，在不同旋转角度下齿面的模拟接触区。经过多次修正后，得到理想的认可接触区，然后利用雕刻机雕刻实物，进行验证，并检验装配结构，进一步优化模拟结果。验证通过后制备相关电极并预留火花间隙，加工出双阴式模具。

二、扩散合金粉配制，按ni4%、mo0.5*%、cu0.5%、c0.2%、剩余为fe，质量成分配比制备，并配入润滑剂0.45%。

三、毛坯成型，参见图2，采用双阴模方式进行毛坯成型，即上阴模为齿轮成型阴模，下阴模为装粉及浮动阴模。在粉末压制和成型时，上内冲为辅助成型脱模冲，下阴模为装粉浮动阴模，下二冲为成型和脱模冲，芯棒由下阴模浮动量来控制。

下面对模具结构进一步陈述，上阴模包括上外冲1，如图3所示，在上外冲1的下端芯部设置齿轮8成型部，上外冲1的下端外部设有45号钢制过盈保护套3。上外冲1内设有杆状上内冲4，上内冲4位于齿轮8成型部的正上方。下阴模包括成型阴模5，成型阴模5的内孔中设有下外冲2，下外冲2芯部设有下二冲6。成型时，上阴模保持固定不动，过程粉体7通过下外冲2内腔、下外冲2和下二冲6上段之间的空隙进行输送推压，其过程如图4至图6所示，由于芯棒由下阴模浮动量来控制，可以准确控制内孔台阶尺寸。

四、将成型好的压坯齿面向下放置于莫来石板上，在分解氨和氮气混合气氛下，在1120℃/35min条件下烧结。

将成型好的压坯齿面向下防止与莫来石板上，在分解氨和氮气混合气氛下，在1120℃/35min条件下烧结。烧结后经检验，产品的整体密度为7.08g/cm3，其中上段齿形台密度为7.10g/cm3，咀部密度为6.95g/cm3。烧结后的齿部金相组织经分析，伞齿内组织结构和空隙分布均匀。

五、将烧结件整齐的摆放在渗碳淬火炉料框中，在多用炉中860℃进行强渗，然后冷却至830℃，保温均质后，在100℃齿轮油中淬火。

六、清洗后，在190℃状态下回火120分钟。经检验，其硬度为70-73hra。从金相图中可以看出，伞齿回火后的金相为：表面针状马氏体和富镍区，芯部为板条马氏体、富镍区和少量上贝氏体。

最后，将热处理产品齿形端面向里，使用专用夹具，在高速车床上，使用具有cbn涂层的刀具加工安装距及相应部位，再测试力矩，经检验，扭力力矩均高于35nm。取样测度宏观硬度为70-73hra，显微硬度为650—740hv（0.1kg），渗层深1mm。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的配方、方法等均属于本发明的保护范围。