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、内环及中间层，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，所述内环中间开设有轴向贯通的轴孔，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，所述中间层设于该间隙中；

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；

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；

按照重量百分比计，所述中间层的材料组成为0～10％cu，0～1.0％c，杂质含量小于2％，以及余量的fe；

(2)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末分别进行充分混合；

(3)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯、中间层生坯；

(4)将外齿圈生坯、内环生坯、中间层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；

(5)将步骤(4)所得外齿圈、中间层、内环由外而内的套置组装在一起；

(6)对步骤(5)所得齿轮或带轮进行热处理；

(7)对步骤(6)所得齿轮或带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。

作为优选，所述外齿圈的内壁上开设有沿轴向延伸的第一凹槽，对应的，所述内环的外周面上开有沿轴向延伸的第二凹槽，且所述第二凹槽在圆周方向上的长度小于第一凹槽在圆周方向上的长度。采用这样的结构，可增强中间层与外齿圈、内环之间的连接强度及可靠性，有效提高了齿轮或带轮的机械性能，降低齿轮或带轮的振动。

优选地，按照重量百分比计，所述中间层的材料组成为3％～8％cu，0.2％～0.7％c，杂质含量小于2％，以及余量的fe。

优选地，所述外齿圈、内环的模压成型压强为500～800mpa，成形密度为6.8～7.3g/cm³；所述中间层的模压成型压力100～600mpa，成型密度4.0～6.6g/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，步骤(5)中采用冷压装或热压装方式对外齿圈、内环及中间层进行组装。

进一步优选，采用冷压装时，先将中间层进行冷却，然后将冷却收缩的中间层套入外齿圈中，待中间层恢复室温后，再将冷却后的内环套入中间层中；采用热压装时，先将中间层进行加热，然后将内环套入中间层中，待中间层冷却至室温后，再将外齿圈加热，并将中间层套入外齿圈中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在外齿圈及内环之间设置了多孔烧结铁合金的中间层，并通过该中间层将外齿圈与内环进行连接，外齿圈所受的力部分通过烧结铁合金中间层传递到内环，再通过齿轮或带轮中间安装的轴进行传递，减少了振动，提升了外齿圈与内环连接的可靠性，提升了零件的安全系数，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，提升了齿轮或带轮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为本发明实施例中中间层的结构示意图；

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及中间层3，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，内环2中间开设有轴向贯通的轴孔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10，中间层3设于该间隙10中。本实施例中的外齿圈1的内壁上还可以开设有沿轴向延伸的第一凹槽13，该第一凹槽13为三个并沿外齿圈1的周向间隔布置，对应的，内环2的外周面上开有沿轴向延伸的第二凹槽23，且第二凹槽23在圆周方向上的长度小于第一凹槽13在圆周方向上的长度，第二凹槽23个数与第一凹槽13个数相等。

实施例1：

本实施例的粉末冶金齿轮的制备方法，包括以下步骤：

(1)齿轮的结构设计：按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为2％cu，0.8％c，1.0％ni，0.5％mo，1.5％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，0.3％c，以及余量的fe；

按照重量百分比计，中间层的材料组成为3％cu，0.2％c，以及余量的fe；

(2)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末在混料机中分别进行充分混合，直至无肉眼可见的团聚及偏析；

(3)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯、中间层生坯；其中，外齿圈、内环的模压成型压强为500mpa，成形密度为6.8g/cm³；中间层的模压成型压力100mpa，成型密度4.0g/cm³；

(4)将外齿圈生坯、内环生坯、中间层生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为70分钟；保护气氛为氮氢混合气氛；

(5)将步骤(4)所得外齿圈、中间层、内环采用冷压装方式由外而内的套置组装在一起；

(6)对步骤(5)所得齿轮进行热处理；

(7)对步骤(6)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，包括以下步骤：

(1)齿轮的结构设计：按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为0.8％c，2.0％ni，1.5％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，0.3％c，1.0％ni，1.5％cr，以及余量的fe；

按照重量百分比计，中间层的材料组成为8％cu，0.7％c，以及余量的fe；

(2)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末在混料机中分别进行充分混合，直至无肉眼可见的团聚及偏析；

(3)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯、中间层生坯；其中，外齿圈、内环的模压成型压强为800mpa，成形密度为7.3g/cm³；中间层的模压成型压力600mpa，成型密度6.6g/cm³；

(4)将外齿圈生坯、内环生坯、中间层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80分钟；保护气氛为氮氢混合气氛；

(5)将步骤(4)所得外齿圈、中间层、内环采用热压装方式由外而内的套置组装在一起；

(6)对步骤(5)所得齿轮进行热处理；

(7)对步骤(6)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，包括以下步骤：

(1)带轮的结构设计：按照重量百分比计，外齿圈的材料组成为0.8c，2.0％ni，1.5％mo，以及余量的fe；

按照重量百分比计，内环的材料组成为2％cu，0.3％c，以及余量的fe；

按照重量百分比计，中间层的材料组成为5％cu，0.2％c，以及余量的fe；

(2)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末在混料机中分别进行充分混合，直至无肉眼可见的团聚及偏析；

(3)将外齿圈、内环、中间层的原料粉末分别进行模压成型得到外齿圈生坯、内环生坯、中间层生坯；其中，外齿圈、内环的模压成型压强为700mpa，成形密度为7.1g/cm³；中间层的模压成型压力300mpa，成型密度5.0g/cm³；

(4)将外齿圈生坯、内环生坯、中间层生坯分别置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1150℃，保温时间为60分钟；保护气氛为氮氢混合气氛；

(5)将步骤(4)所得外齿圈、中间层、内环采用热压装方式由外而内的套置组装在一起；

(6)对步骤(5)所得带轮进行热处理；

(7)对步骤(6)所得带轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。