粉末冶金双面齿轮的研制

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作  者】：陈焕贤,梁雄东
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【机  构】：福建龙岩粉末冶金厂!福建龙岩364002
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【关键词】：粉末冶金;双面齿轮;模架改造;光亮淬火

【摘  要】：多台阶、形状复杂、表面光亮的粉末冶金双面齿轮原为国外厂家生产。作者通过采用Ｆｅ Ｃｕ Ｃ材料,借助于改造压机模架和压模结构,以及采用光亮淬火处理研制出这种零件,其硬度可达到或超过ＨＲＣ30。
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: ^' F8 _2 H- M. C0 z% `- f+ y【全  文】：
  
# t, A2 j0 m1 P) \  F9 ~! k    1　前言
    粉末冶金方法可以成形近乎最终形状的产品。但是,对于台阶较多,形状较为复杂的零件,通常需要通过多功能的压机和模架来完成产品的成形工序。如何对现有的普通压机和模架进行技术改造,使之能够压制异形多台阶零件,从而达到既提高原有设备水平,又可以节省投资和降低产品成本的目的,这是很多厂家所企盼解决的问题。同时,用户现在对产品性能和表面质量的要求也越来越高,如何选择适当的热处理工艺,使产品达到既有高的性能,又有良好的表面质量,这也是实际生产中需要解决的问题。实践证明,通过采用适当的方法,这些问题都是可以解决的[1,2]。
. _: y4 \+ g  M, e    粉末冶金双面齿轮,是一国外客户要求提供的产品,产品形状如图1所示。该零件两端为对称的齿轮,中间是一环形带,两端面还各有一内凹小台阶,环形带钻两Ｍ8螺孔。要求材质为Ｆｅ Ｃｕ Ｃ,密度大于6.4ｇ/ｃｍ3,零件经热处理后表面硬度达到ＨＢ286(ＨＲＣ30)。该齿轮的特点是多台阶、形状复杂,热处理后要求表面光亮。此零件原为国外厂家生产。经试制,我们成功制造出该产品。本文介绍该齿轮的研制过程。
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' }+ D5 x1 K" D* v; T: i2　试制工艺过程
- A5 h* A! j, `% F* A6 O( G1 A    试制工艺过程:
( C* b: \' j' ^9 P( H    混料—成形—烧结—钻孔、攻牙—热处理—浸油—成品
    混料于Ｖ型混粉机中进行;在ＹＡ79 125型液压机上压制;在推进式烧结炉中烧结,烧结温度为1100℃,时间为90ｍｉｎ,分解氨气氛保护。样品烧结后进行钻孔,攻牙,淬火和低温回火。最后在真空浸油机中浸油。
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3　试制结果
    3.1　成形该产品的难点在成形上。因该产品形状为上、下各3个台阶,也就是说,成形时必须采用上、下各3个模冲。现有的ＹＡ79 125型液压机为单一上、下油缸,一般模架只配上、下各1个模冲,缺少成形多台阶件的功能。通过分析,我们把模具简化为上、下各两个模冲的结构,即将成形内凹小台阶与端面合为1个模冲。同时,对原有的普通模架进行改造,使其具有双下冲结构。对上冲结构也进行了改造,使其能安装两个模冲,并在外上冲附加了弹簧浮动结构,保证压制时粉料分布均匀,压缩比一致。此外,在内上冲增加了一脱模顶出机构。压制时,外上冲先进入阴模,进入深度约两倍于台阶的高度,内上冲也跟着进入阴模。随后,外上冲相对内上冲向上浮动,而外下冲和阴模则向下浮动,最后完成压制。脱模时,采用保护式脱模:两上冲顶住压坯,先拉下(脱出)阴模、外下冲和芯杆;然后,两上冲上升,内上冲在上升过程中依靠顶出机构把压坯从外上冲中顶出。压制过程示意图见图2。
    3.2　烧结烧结是控制产品性能的关键工序。为了使产品达到所要求的性能,必须控制好烧结质量。一是控制变形,保证所要求的尺寸精度。主要保证烧结盒平整,排放产品时要排列整齐并留有间隙,防止升温时膨胀和盒变形挤压,控制升温速度和降温速度。二是控制化合碳含量,以使热处理后产品达到所要求的组织和性能。因为采用分解氨气氛,脱碳倾向较大,且脱碳不均匀,所以烧结时必须予以适当的保护。采用在烧结盒内加盖和炭封的办法得到了较满意的效果。如表1所示。
: P/ U" V- B+ n9 i5 t5 ^' L% ]# W( }: q    从表1可以看出,炭封有效地减少了脱碳,使产品的组织和性能较为均匀。
2 |: J+ z+ {+ q9 ~9 C) M0 C+ L' ~    3.3　热处理
. M9 e! t/ l& ^' u% V/ T    该产品表面质量要求高,一般热处理方法难以保证。所以我们采用网带式连续光亮淬火炉进行光亮淬火。加热温度为860℃,网速50ｍｍ/ｍｉｎ,分解氨气氛保护。加热后自动淬入光亮油中,然后在200℃回火2ｈ。处理后表面光亮,硬度均匀,变形小。结果示于表2。从表2可看出,热处理后尺寸均略有变化,主要为胀大,这可能是淬火后相变的缘故,但可控制在允许公差范围内。同时,也可以看出,只要密度大于6.4ｇ/ｃｍ3,就能保证热处理硬度大于ＨＲＣ30。
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6 y1 i# b# [; G4 ~2 B3 N9 l4　结论
    (1)采用Ｆｅ Ｃｕ Ｃ材料,压制密度≥6.4ｇ/ｃｍ3,所制造的粉末冶金双面齿轮,经光亮淬火处理后硬度可达到或超过ＨＲＣ30。
    (2)通过对ＹＡ79 125型液压机的模架和上模冲结构的改造,成功地实现了压制异型多台阶零件。
5 }& M) f( g5 @4 t- O3 z* o( P    (3)对粉末冶金结构零件进行光亮淬火处理,既达到所要求的性能,又得到了理想的表面质量。
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$ c7 S2 T) M! M; ?# j参考文献
[1]　韩凤麟.粉末冶金零件实用手册:汽车、摩托车零件[Ｍ].北京:兵器工业出版社,1996.
[2]　韩凤麟.粉末冶金模具模架实用手册[Ｍ].北京:冶金工业出版社,1998.