一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法及应用
阅读说明：本技术 一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法及应用 (Manufacturing method and application of powder metallurgy gear with enhanced torsion and crushing strength ) 是由 包敢锋 吕廷镇 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及粉末冶金齿轮制造技术领域,具体涉及一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法及应用。所述制造方法包括如下工艺步骤：(1)原料配比：0～1％的C粉、1～6％的Ni粉、0～2％的Mo粉、0～1％的Mn粉、1～5％的Cu粉和余量的Fe粉；(2)压坯：齿坯的密度在7.1g/cm<Sup>3</Sup>以上；(3)烧结：将齿坯放入烧结炉进行高温结炉,在保护气氛的作用下,经1120-1150℃的高温烧结30-40min,烧结完成后以2-5℃/min的冷却速度冷却至常温；(4)回火：将烧结后的齿坯放入网带式回火炉进行低温回火,制成粉末冶金齿轮；其中,所述网带的移动速度为0.10～0.25m/min,所述低温回火的温度为180-250℃。本发明提高了粉末冶金齿轮的扭力强度和压溃强度,同时提高了粉末冶金齿轮批量制造的稳定性。(Hair brushThe invention relates to the technical field of powder metallurgy gear manufacturing, in particular to a powder metallurgy gear manufacturing method for enhancing torsion and crushing strength and application. The manufacturing method comprises the following process steps: (1) the raw material ratio is as follows: 0-1% of C powder, 1-6% of Ni powder, 0-2% of Mo powder, 0-1% of Mn powder, 1-5% of Cu powder and the balance of Fe powder; (2) pressing: the density of the tooth blank is 7.1g/cm 3 The above; (3) and (3) sintering: putting the gear blank into a sintering furnace for high-temperature sintering, sintering at the high temperature of 1150 ℃ for 30-40min under the action of protective atmosphere, and cooling to normal temperature at the cooling speed of 2-5 ℃/min after sintering; (4) tempering: putting the sintered gear blank into a mesh belt type tempering furnace for low-temperature tempering to prepare a powder metallurgy gear; wherein the moving speed of the mesh belt is 0.10-0.25 m/min, and the temperature of the low-temperature tempering is 180-250 ℃. The invention improves the torsion strength and the crushing strength of the powder metallurgy gear, and simultaneously improves the stability of the batch manufacturing of the powder metallurgy gear.)
技术领域
本发明涉及粉末冶金齿轮制造技术领域，具体涉及一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法及应用。
背景技术
汽车刹车间隙自动调整臂，也称“自动间隙调整臂”或“自动调整臂”。自动调整臂在载重车、客车、及挂车上均已将其作为整车的标准配置。
汽车刹车间隙自动调整臂中的单向离合器齿轮(如图3所示)和齿环(如图2所示)是重要的受力元件，其性能直接影响到刹车间隙自动调整臂的可靠性和使用寿命。现有技术中，单向离合器齿轮和齿环是采用C-Cu-Fe系粉末冶金制造，其采用Fe粉为主要原料，添加一定比例的C粉和Cu粉，经过压坯、高温烧结、淬火、回火而制得。
上述采用C-Cu-Fe系粉末冶金制造的单向离合器齿轮和齿环还存在以下问题：
一是制成的粉末冶金齿轮在测试其扭力强度和压溃强度时其数值不高，例如单向离合器齿轮的扭力强度低于35Nm(牛顿米)，齿环的压溃强度低于2800N(牛顿)，无法满足客户(汽车厂商)提出的更高强度的要求。
二是粉末冶金齿轮在批量制造时，其扭力强度和压溃强度数据的一致性较差，例如单向离合器齿轮的扭力强度数据和压溃强度的波动值可以达到±15％以上，由此降低了批量制造粉末冶金齿轮的成品率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法及应用，旨在提高粉末冶金齿轮的扭力强度和压溃强度，同时提高粉末冶金齿轮批量制造的稳定性。具体的技术方案如下：
一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法，包括如下工艺步骤：
(1)原料配比：配比粉末原料，以重量百分比计，所述粉末原料的组成为:0～1％的C粉、1～6％的Ni粉、0～2％的Mo粉、0～1％的Mn粉、1～5％的Cu粉和余量的Fe粉，将上述粉末原料混合均匀；
(2)压坯：将上述混合均匀的粉末原料放入成型机的压模中，加压成型为齿坯，且所述齿坯的密度在7.1g/cm3以上；
(3)烧结：将齿坯放入烧结炉进行高温结炉，在保护气氛的作用下，经1120-1150℃的高温烧结30-40min，烧结完成后控制冷却速度，以2-5℃/min的冷却速度冷却至常温，且所述冷却为匀速冷却；
(4)回火：将烧结后的齿坯放入网带式回火炉进行低温回火，制成粉末冶金齿轮；其中，所述网带的移动速度为0.10～0.25m/min，所述低温回火的温度为180-250℃。
其中，所述保护气氛为氮氢保护气氛。
其中，所述C粉为石墨粉。
作为进一步的改进，所述原料配比工序中，以重量百分比计，所述粉末原料的组成为:0.4～0.6％的C粉、2～4％的Ni粉、0.5～1.5％的Mo粉、0.4～0.6％的Mn粉、1～5％的Cu粉和余量的Fe粉。
优选的，所述烧结工序中，烧结完成后控制冷却速度，以2.5-4℃/min/min的冷却速度冷却至常温，且所述冷却为匀速冷却。
优选的，所述回火工序中，网带的移动速度为0.15～0.20m/min。
一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法的应用，所述制造方法应用于汽车刹车间隙自动调整臂中单向离合器齿轮的制造。
一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法的应用，所述制造方法应用于汽车刹车间隙自动调整臂中齿环的制造。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法及应用，以C-Cu-Fe系粉末冶金为基础，通过添加一定比例的Ni、Mo和Mn，采用高压成型制成高密度的齿坯，同时改进了烧结工艺，在高温烧结后进行了严格的冷却速度控制，最后进行低温回火，实现了高扭力强度和高压溃强度的粉末冶金齿轮的制造。采用上述制造方法制成的齿轮，应用于汽车刹车间隙自动调整臂中单向离合器齿轮和齿环的制造，相比常规制造方法制得的C-Cu-Fe系粉末冶金齿轮，其扭力强度提高43.7％、压溃强度提高58.7％，从而完全满足了客户对于齿轮的高扭力强度和高压溃强度的要求。
第二，本发明的一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法及应用，将常规的“压制-烧结-淬火-回火”粉末冶金齿轮制造工艺路线改进为“压制-烧结-低温回火”工艺路线，并对烧结后的冷却速度进行了优化控制，其通过烧结后较低的冷却速度的均匀控制，并与后续的低温回火工序相配合，不但省去了淬火工序而降低了制造成本，而且还使得制成的粉末冶金齿轮其扭力强度、压溃强度数值的一致性更好，从而较大幅度的提高了粉末冶金齿轮批量生产的稳定性和合格率。另外，工序的简化还提高了烧结后齿轮零件的尺寸稳定性和尺寸精度。
附图说明
图1是本发明的一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法的工艺流程示意图；
图2是汽车刹车间隙自动调整臂中齿环的示意图；
图3是汽车刹车间隙自动调整臂中单向离合器齿轮的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至3所示为本发明的一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法的实施例，包括如下工艺步骤：
(1)原料配比：配比粉末原料，以重量百分比计，所述粉末原料的组成为:0～1％的C粉、1～6％的Ni粉、0～2％的Mo粉、0～1％的Mn粉、1～5％的Cu粉和余量的Fe粉，将上述粉末原料混合均匀；
(2)压坯：将上述混合均匀的粉末原料放入成型机的压模中，加压成型为齿坯，且所述齿坯的密度在7.1g/cm3以上；
(3)烧结：将齿坯放入烧结炉进行高温结炉，在保护气氛的作用下，经1120-1150℃的高温烧结30-40min，烧结完成后控制冷却速度，以2-5℃/min的冷却速度冷却至常温，且所述冷却为匀速冷却；
(4)回火：将烧结后的齿坯放入网带式回火炉进行低温回火，制成粉末冶金齿轮；其中，所述网带的移动速度为0.10～0.25m/min，所述低温回火的温度为180-250℃。
其中，所述保护气氛为氮氢保护气氛。
其中，所述C粉为石墨粉。
作为进一步的改进，所述原料配比工序中，以重量百分比计，所述粉末原料的组成为:0.4～0.6％的C粉、2～4％的Ni粉、0.5～1.5％的Mo粉、0.4～0.6％的Mn粉、1～5％的Cu粉和余量的Fe粉。
优选的，所述烧结工序中，烧结完成后控制冷却速度，以2.5-4℃/min/min的冷却速度冷却至常温，且所述冷却为匀速冷却。
优选的，所述回火工序中，网带的移动速度为0.15～0.20m/min。
实施例2：
一种采用实施例1的增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法的应用，所述制造方法应用于汽车刹车间隙自动调整臂中单向离合器齿轮的制造。
实施例3：
一种采用实施例1的增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法的应用，所述制造方法应用于汽车刹车间隙自动调整臂中齿环的制造。
实施例4：
在实施例1的原料配比基础上，进一步对原料配比进行如下优化：
所述粉末原料的组成为:0.4％的C粉、2.5％的Ni粉、0.5％的Mo粉、0.4％的Mn粉、2％的Cu粉和余量的Fe粉。
实施例5：
在实施例1的原料配比基础上，进一步对原料配比进行如下优化：
所述粉末原料的组成为:0.6％的C粉、4％的Ni粉、1.5％的Mo粉、0.6％的Mn粉、5％的Cu粉和余量的Fe粉。
实施例6：
在实施例1的原料配比基础上，进一步对原料配比进行如下优化：
所述粉末原料的组成为:0.5％的C粉、3％的Ni粉、1％的Mo粉、0.5％的Mn粉、3％的Cu粉和余量的Fe粉。
实施例7：扭力强度对比试验
一、采用常规原料配比和常规制造方法制得汽车刹车间隙自动调整臂用的C-Cu-Fe系粉末冶金单向离合器齿轮，并进行扭力强度试验，其试验情况如下：
1、原料配比见下表：
2、工艺路线：压制-烧结-淬火-回火
3、扭力强度试验数据(共1～10计10个零件)，见下表：
根据上表进行计算，上述常规工艺制造的单向离合器齿轮其扭力强度的平均值为33.9Nm，数据相对于平均值的波动误差为-14.5％～+12％。
二、采用实施例1的一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法，制成一批汽车刹车间隙自动调整臂中的单向离合器齿轮，随机抽取其中的10个单向离合器齿轮，进行扭力强度试验，其试验结果如下表：
根据上表进行计算，采用本发明制造的单向离合器齿轮其扭力强度的平均值为48.7Nm，数据相对于平均值的波动误差为-7.6％～+8.8％。
由以上扭力强度对比试验可以知道，相对于常规的单向离合器齿轮扭力强度的平均值为33.9Nm，本发明的单向离合器齿轮扭力强度的平均值为48.7Nm，提高了43.7％。且本发明的单向离合器齿轮扭力强度数据的波动值较小。
实施例8：压溃强度对比试验
一、采用常规原料配比和常规制造方法制得汽车刹车间隙自动调整臂用的C-Cu-Fe系粉末冶金齿环，并进行压溃强度试验，其试验情况如下：
1、原料配比见下表：
2、工艺路线：压制-烧结-淬火-回火
3、压溃强度试验数据共1～10计10个零件，见下表：
根据上表进行计算，上述常规工艺制造的齿环其压溃强度的平均值为2532.7N，数据相对于平均值的波动误差为-15％～+9.5％。
二、采用实施例1的一种增强扭力和压溃强度的粉末冶金齿轮制造方法，制成一批汽车刹车间隙自动调整臂中的齿环，随机抽取其中的10个齿环，进行压溃强度试验，其试验结果如下表：
根据上表进行计算，采用本发明制造的齿环其压溃强度的平均值为4018.8N，数据相对于平均值的波动误差为-3.9％～+5％。
由以上压溃强度对比试验可以知道，相对于常规的齿环压溃强度的平均值为2532.7N，本发明的齿环压溃强度的平均值为4018.8N，提高了58.7％。且本发明的齿环压溃强度数据的波动值较小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。