一种粉末冶金齿轮或带轮的制备方法与流程

本发明涉及粉末冶金零件的制备技术领域，具体指一种粉末冶金齿轮或带轮的制备方法。

背景技术：

汽车行业的发展趋势是降低能耗，减少排放，尤其是传统的燃油汽车。因此，降低汽车的排量，提升发动机的性能就显得尤为主要。欧盟规定车企2020年所销售的95％的新车，二氧化碳排放必须达到每公里不超过95克的平均水平。在此背景下，三缸发动机将会成为行业的主力发动机，一方面是车厂为了应对世界各国的节能减排政策，增加自身产品的实力；另一方面是技术条件允许三缸布局的发动机出现。以通过结合其它技术，使三缸机达到或超过四缸机的功率，从而实现降低能耗减少排放的目的。

目前，三缸发动机由于运转不平衡，发动机本身噪音大，振动大，导致汽车乘员的舒适性较差。为了减少抖动、振动，往往需设计平衡轴抵消缸体的不平衡，以充分发挥三缸机的节能、低成本的优势。平衡轴系统利用齿(带)轮传动方式进行工作，通过曲轴旋转带动固连的平衡轴驱动齿(带)轮、平衡轴从动齿(带)轮以及平衡轴运行。单平衡轴可以平衡占整个振动比例相当大的一阶振动，使发动机的振动得到明显改善。

现有技术中，平衡轴的齿(带)轮一般采用钢材加工，钢材加工的齿(带)轮噪音大、工序长、成本高。因此，对于目前的齿(带)轮制造方式，有待于做进一步的改进。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种工序短、成本低的粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，该方法制备的齿轮或带轮减振基元与金属部分结合强度高，有效提高了齿轮或带轮的机械性能，降低了齿轮或带轮的振动。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金齿轮或带轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)齿轮或带轮的结构设计：所述的齿轮或带轮包括外齿圈、内环、圆柱销及橡胶圈，

所述外齿圈的外表面上具有若干个沿周向间隔布置的轮齿，所述外齿圈的中部开有前后贯通并成形为圆形的安装孔，该安装孔的内壁上开有沿周向间隔布置的多个第一凹槽，所述内环中间开设有前后贯通的轴孔，所述内环上还开设有多个围绕该轴孔间隔布置的通孔，所述内环套置于外齿圈的安装孔中并与外齿圈的内壁之间形成有一间隙，且所述内环的外周面上开有与第一凹槽相对布置的第二凹槽，所述圆柱销横向插置于第一凹槽与第二凹槽围合成的空间中，所述橡胶圈通过向外齿圈与内环之间的间隙中注塑获得；

(2)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行充分混合；

(3)将外齿圈、内环的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；

(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050～1250℃，保温时间大于20分钟；将内环套置在外齿圈的安装孔中，然后将圆柱销横向插置在外齿圈的第一凹槽与内环的第二凹槽围合成的空间中并进行焊接，使圆柱销与外齿圈、内环连接形成一个组合整体；或者

将内环套置在外齿圈的安装孔中，然后将圆柱销横向插置在外齿圈的第一凹槽与内环的第二凹槽围合成的空间中，并向该空间中放入钎焊剂，置于烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050～1250℃，保温时间大于20分钟；

(5)将步骤(4)所得组合整体进行喷砂处理；

(6)将喷砂后的组合整体进行锌磷化处理，在组合整体的表面形成一层致密的磷酸盐膜；

(7)在锌磷化处理后的组合整体的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；

(8)对涂胶后的组合整体进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；

(9)对步骤(8)所得齿轮或带轮进行硫化处理；

(10)对步骤(9)所得齿轮或带轮进行感应热处理并回火；

(11)对步骤(10)所得齿轮或带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。

在上述方案中，所述第一凹槽的个数为1～20个，该第一凹槽沿齿轮或带轮圆周方向的长度l1为1～40mm，沿齿轮或带轮直径方向的宽度l2为0.3～20mm，沿齿轮或带轮轴向的深度h1为1～20mm，且该深度低于齿轮或带轮轴向高度的80％。

所述第二凹槽的个数与第一凹槽相等，该第二凹槽沿齿轮或带轮圆周方向的长度l3为1～40mm，沿齿轮或带轮直径方向的宽度l4为0.3～20mm，沿齿轮或带轮轴向的深度h2为1～20mm，且该深度低于齿轮或带轮轴向高度的80％。

作为优选，步骤(3)中模压成型的温度在130摄氏度以下，压强为500～800mpa，成形密度为6.8～7.3g/cm³。

优选地，步骤(4)中烧结的保护气氛为氮氢混合气氛。

优选地，按照重量百分比计，所述外齿圈的材料组成为0～5％cu，0～1.5％c，0～5.0％ni，0～3.0％mo，0～3.0％cr，杂质含量小于2％，以及余量的fe。

优选地，按照重量百分比计，所述内环的材料组成为0～5％cu，0～1.5％c，0～4.0％ni，0～3.0％mo，0～3.0％cr，杂质含量小于2％，以及余量的fe。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在齿轮或带轮的外齿圈的外表面及内环的内表面上对应设置了凹槽，并在该凹槽中放置圆柱销，一方面焊接后便于将外齿圈、内环进行初步连接，另一方面也可以对凹槽内部空间形成一定的填充作用，增强注塑后橡胶圈与外齿圈、内环之间的结合力；本发明的齿轮或带轮在使用时，外齿圈所受到的部分力可通过圆柱销传递给内环，再通过齿轮或带轮中间安装的轴进行传递，减少了橡胶圈的承受力，提高了橡胶圈与外齿圈、内环之间连接的可靠性，使得减振基元与金属部分结合强度高，有效提高了齿轮或带轮的机械性能，提升了橡胶圈的安全系数及使用寿命，降低了齿轮或带轮的振动。

附图说明

图1为本发明实施例中齿轮或带轮的结构示意图；

图2为沿图1中a–a方向的剖面图；

图3为本发明实施例中外齿圈的结构示意图；

图4为沿图3中b–b方向的剖面图；

图5为本发明实施例中橡胶圈的结构示意图；

图6为沿图5中c–c方向的剖面图；

图7为本发明实施例中内环的结构示意图；

图8为沿图7中d–d方向的剖面图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～8所示，本发明的齿轮或带轮包括外齿圈1、内环2、圆柱销3及橡胶圈4。其中，外齿圈1的外表面上具有若干个沿周向间隔布置的轮齿11，外齿圈1的中部开有前后贯通并成形为圆形的安装孔12，该安装孔12的内壁上开有沿周向间隔布置的多个第一凹槽13。内环2中间开设有前后贯通的轴孔21，内环2上还开设有多个围绕该轴孔21间隔布置的通孔22，内环2套置于外齿圈1的安装孔12中并与外齿圈1的内壁之间形成有一间隙5，且内环2的外周面上开有与第一凹槽13相对布置的第二凹槽23，圆柱销3横向插置于第一凹槽13与第二凹槽23围合成的空间6中，橡胶圈4通过向外齿圈1与内环2之间的间隙5中注塑获得。

实施例1：

本实施例的粉末冶金齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)齿轮的结构设计：如图1～8所示，齿轮的第一凹槽13个数为3个，该第一凹槽13沿齿轮圆周方向的长度l1为5mm，沿齿轮直径方向的宽度l2为2mm，沿齿轮轴向的深度h1为4mm，齿轮沿轴向的厚度为15mm。第二凹槽23的个数与第一凹槽13相等，该第二凹槽23沿齿轮圆周方向的长度l3为2mm，沿齿轮直径方向的宽度l4为5mm，沿齿轮轴向的深度h2为4mm。

按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为1％cu，0.5％c，2％ni，以及余量的fe。

按照重量百分比计，内环的材料组成为2％cu，0.8％c，2％ni，1.5％mo，以及余量的fe。

(2)将外齿圈1、内环2的原料粉末分别在混料机中进行充分混合，直至无肉眼可见的团聚及偏析；

(3)将外齿圈1、内环2的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；模压成型的温度为50摄氏度，压强为700mpa，成形密度为7.0g/cm³；

(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1150℃，保温时间50分钟，保护气氛为氮氢混合气氛；

(5)将内环2套置在外齿圈1的安装孔12中，然后将圆柱销3横向插置在外齿圈1的第一凹槽13与内环2的第二凹槽23围合成的空间6中并进行焊接，使圆柱销3与外齿圈1、内环2连接形成一个组合整体；

(6)将步骤(5)所得组合整体进行喷砂、去焊渣处理；

(7)将喷砂后的组合整体进行锌磷化处理，在组合整体的表面形成一层致密的磷酸盐膜；

(8)在锌磷化处理后的组合整体的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；

(9)在真空平板硫化机中对涂胶后的组合整体进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；

(10)对步骤(9)所得齿轮进行硫化处理；

(11)对步骤(10)所得齿轮进行感应热处理并回火；

(12)对步骤(11)所得齿轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。

实施例2：

本实施例的粉末冶金齿轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)齿轮的结构设计：齿轮的第一凹槽13的个数为3个，该第一凹槽沿齿轮圆周方向的长度l1为10mm，沿齿轮直径方向的宽度l2为5mm，沿齿轮轴向的深度h1为7mm，齿轮沿轴向的厚度为20mm。第二凹槽23的个数与第一凹槽13相等，该第二凹槽23沿齿轮圆周方向的长度l3为10mm，沿齿轮直径方向的宽度l4为5mm，沿齿轮轴向的深度h2为7mm。

按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为1.5％cu，0.4％c，1.5％ni，1％mo，1.2％cr，以及余量的fe。

按照重量百分比计，内环的材料组成为2％cu，1％c，2.5％ni，2.0％mo，1％cr，以及余量的fe。

(2)将外齿圈1、内环2的原料粉末分别在混料机中进行充分混合，直至无肉眼可见的团聚及偏析；

(3)将外齿圈1、内环2的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；模压成型的温度为25摄氏度，压强为500mpa，成形密度为6.8g/cm³；

(4)将内环2套置在外齿圈1的安装孔12中，然后将圆柱销3横向插置在外齿圈1的第一凹槽13与内环2的第二凹槽23围合成的空间6中，并向该空间6中放入钎焊剂，置于烧结硬化炉中进行烧结，烧结温度为1050～1250℃，保温时间大于20分钟；

(5)烧结后的冷却速度为每秒大于1摄氏度，烧结结束后进行回火处理；

(6)将步骤(5)所得组合整体进行喷砂处理；

(7)将喷砂后的组合整体进行锌磷化处理，在组合整体的表面形成一层致密的磷酸盐膜；

(8)在锌磷化处理后的组合整体的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；

(9)在真空平板硫化机中对涂胶后的组合整体进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；

(10)对步骤(9)所得齿轮进行硫化处理；

(11)对步骤(10)所得齿轮进行感应热处理并回火；

(12)对步骤(11)所得齿轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。

实施例3：

本实施例的粉末冶金带轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)带轮的结构设计：带轮的第一凹槽13的个数为4个，该第一凹槽13沿带轮圆周方向的长度l1为8mm，沿带轮直径方向的宽度l2为4mm，沿带轮轴向的深度h1为3mm，带轮沿轴向的厚度为12mm。第二凹槽23沿带轮圆周方向的长度l3为8mm，沿带轮直径方向的宽度l4为4mm，沿带轮轴向的深度h2为3mm。

按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为1.5％c，2％ni，1％mo，以及余量的fe。

按照重量百分比计，内环的材料组成为1.5％c，1.5％ni，1％mo，2％cr，以及余量的fe。

(2)将外齿圈1、内环2的原料粉末分别在混料机中进行充分混合，直至无肉眼可见的团聚及偏析；

(3)将外齿圈1、内环2的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯；模压成型的温度为80摄氏度，压强为800mpa，成形密度为7.3g/cm³；

(4)将外齿圈生坯、内环生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050℃，保温时间为70分钟，保护气氛为氮氢混合气氛；

(5)将内环2套置在外齿圈1的安装孔12中，然后将圆柱销3横向插置在外齿圈1的第一凹槽13与内环2的第二凹槽23围合成的空间6中并进行焊接，使圆柱销3与外齿圈1、内环2连接形成一个组合整体；

(6)将步骤(5)所得组合整体进行喷砂、去焊渣处理；

(7)将喷砂后的组合整体进行锌磷化处理，在组合整体的表面形成一层致密的磷酸盐膜；

(8)在锌磷化处理后的组合整体的包胶面上依次涂覆底胶、面胶，并进行干燥处理；

(9)在真空平板硫化机中对涂胶后的组合整体进行橡胶注塑，使外齿圈与内环之间形成橡胶圈；

(10)对步骤(9)所得带轮进行硫化处理；

(11)对步骤(10)所得带轮进行感应热处理并回火；

(12)对步骤(11)所得带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。