一种角磨机粉末冶金面齿制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金处理技术领域，具体说是一种角磨机粉末冶金面齿制备方法。

背景技术

现有技术中角磨机内部使用的齿轮多数为螺旋伞齿轮，而螺旋伞齿轮上的面齿由于其结构特点通常是选择机加工制作而成，比如说通过插齿机等制作，但是生产效率较低，材料利用率低、单品成本也较高。

而现有技术中也有采用模具等形式制作角磨机面齿，但是通过模具等现有技术中制作出的角磨机面齿的强度都不够理想。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的不足，提供一种角磨机粉末冶金面齿制备方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种角磨机粉末冶金面齿制备方法，包括以下步骤：

1)面齿齿形分析：制定一角磨机面齿的各尺寸，通过KISSsoft软件对该角磨机面齿的齿形进行分析，建立该面齿的三维模型，进行强度校核，满足强度要求；

2)面齿初步模具设计：根据步骤1)中面齿三维模型的几何参数，通过KISSsoft软件给出该面齿初步模具的设计方案,该面齿初步模具的上冲齿面按照三维模型进行制作；

3)面齿粉末冶金模具设计：按照粉末冶金齿轮的生产工艺，向面齿初步模具内填入所需要的金属粉末，在成形机上压制出粉末冶金生坯；

4)温压成形技术处理：将步骤3)中的得到粉末冶金生坯经过温压成形技术处理；在该过程中，铁基粉末的加工硬化率较低，塑性变形能力有所增强，因而更有利于成形压制过程中的铁基粉末的塑性变形，采用温压技术后生坯密度均匀性会得到提高，生坯的孔隙度能够达到94％以上。

5)烧结热处理工艺：将步骤4)得到的粉末冶金生坯经过烧结热处理工艺；得到带有误差的粉末冶金面齿；在该过程中，产品的内部组织结构产生变化，组织内部的马氏体结构迅速增加，使产品的强度以及硬度得到非常明显的提高。

6)倒推原则：将步骤5)中带有误差的粉末冶金面齿的尺寸与步骤1)中所制定的面齿的各尺寸进行对比，按照倒推原则计算在经过温压成形技术处理以及烧结热处理工艺后粉末冶金面齿的变化率，从而确定模具的回弹率，确定面齿初步模具的正确尺寸，将其定义为最终的面齿粉末冶金模具；

7)角磨机粉末冶金面齿制备：按照步骤6)中确定的最终的面齿粉末冶金模具的尺寸制作面齿粉末冶金模具，向该面齿粉末冶金模具内填入所需要的金属粉末，按照步骤3)、4)、5)的顺序最终得到符合尺寸要求的角磨机粉末冶金面齿。

进一步地，所述的步骤4)的温压成形技术处理中，将合金粉末生坯在130℃～150℃的温度下进行成形压制。

进一步地，所述步骤5)的烧结热工艺处理中将成形压制后的粉末冶金生坯在1120℃的温度范围下进行烧结，在热处理温度890℃，碳势0.6条件下保温2个小时，之后在180℃回火2个小时条件下进行渗碳提高强度。

进一步地，所述步骤7)中最终得到的面齿粉末冶金模具中阴模采用40CrNiMo材质，上下冲采用DRM2材质，芯棒采用SKH9材质。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明中采用粉末冶金来制备角磨机面齿，并且在制备过程中采用低温成形技术以及烧结热处理工艺技术，因此实际制备的粉末冶金面齿与所需要的粉末冶金面齿的尺寸是有误差的，本发明通过倒退原则，根据处理后的粉末冶金面齿的尺寸变化，计算模具的回弹率，从而确定面齿粉末冶金模具的最终尺寸，可以通过多次倒退原则对模具的尺寸进行验证，因此本发明的粉末冶金面齿模具的尺寸设计精确，误差小；

2)本发明面齿通过金属粉末制作，与传统螺旋伞齿传动相比，该粉末冶金面齿结构的重量降低40％，且振动小，传动过程中不需要进行放错位设置，能够带来一定的经济效益；另一方面，应用粉末冶金取代传统的齿轮机加工成形，粉末冶金在批量生产时具有生产效率高、产品一致性好、材料利用率高、环境污染小等特点，能够进一步提高产品的经济效益和社会效益；

3)本发明的粉末冶金面齿采用的温压成形技术能够提高坯料密度，有效提高生坯的强度，有利于提高产品力学性能；而采用的烧结热处理工艺技术中烧结硬化加快了孔隙的变化过程，改变产品内部微观组织结构，产品硬度可以达到HRC38，马氏体大量增加，拉伸强度提高26％，延伸率下降至0.6％；面齿完成品性能检测表明，面齿密度达到7.38g/cm，孔隙度7.17％，扭力值580N，相关性能满足产品设计要求，具有很好的实用性。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种角磨机粉末冶金面齿制备方法，包括以下步骤：

1)面齿齿形分析：制定一角磨机面齿的各尺寸，通过KISSsoft软件对该角磨机面齿的齿形进行分析，建立该面齿的三维模型，进行强度校核，满足强度要求；

2)面齿初步模具设计：根据步骤1)中面齿三维模型的几何参数，通过KISSsoft软件给出该面齿初步模具的设计方案,该面齿初步模具的上冲齿面按照三维模型进行制作；

3)面齿粉末冶金模具设计：按照粉末冶金齿轮的生产工艺，向面齿初步模具内填入所需要的金属粉末，在成形机上压制出粉末冶金生坯；

4)温压成形技术处理：将步骤3)中的得到粉末冶金生坯经过温压成形技术处理；

5)烧结热处理工艺：将步骤4)得到的粉末冶金生坯经过烧结热处理工艺；得到带有误差的粉末冶金面齿；

6)倒推原则：将步骤5)中带有误差的粉末冶金面齿的尺寸与步骤1)中所制定的面齿的各尺寸进行对比，按照倒推原则计算在经过温压成形技术处理以及烧结热处理工艺后粉末冶金面齿的变化率，从而确定模具的回弹率，确定面齿初步模具的正确尺寸，将其定义为最终的面齿粉末冶金模具；

7)角磨机粉末冶金面齿制备：按照步骤6)中确定的最终的面齿粉末冶金模具的尺寸制作面齿粉末冶金模具，向该面齿粉末冶金模具内填入所需要的金属粉末，按照步骤3)、4)、5)的顺序最终得到符合尺寸要求的角磨机粉末冶金面齿。

步骤4)的温压成形技术处理中，将合金粉末生坯在130°～150°的温度下进行成形压制；在该过程中，铁基粉末的加工硬化率较低，塑性变形能力有所增强，因而更有利于成形压制过程中的铁基粉末的塑性变形，采用温压技术后生坯密度均匀性会得到提高，生坯的孔隙度能够达到94％以上。

步骤5)的烧结热处理工艺中将成形压制后的粉末冶金生坯在1120℃的温度范围下进行烧结，在热处理温度890℃，碳势0.6保温2个小时，在180℃回火2个小时条件下进行渗碳提高强度；在该过程中，产品的内部组织结构产生变化，组织内部的马氏体结构迅速增加，使产品的强度以及硬度得到非常明显的提高。

步骤7)中最终得到的面齿粉末冶金模具中阴模采用40CrNiMo材质，上下冲采用DRM2材质，芯棒采用SKH9材质。

本发明中采用粉末冶金来制备角磨机面齿，并且在制备过程中采用低温成形技术以及烧结热工艺处理技术，因此实际制备的粉末冶金面齿与所需要的粉末冶金面齿的尺寸是有误差的，本发明通过倒退原则，根据处理后的粉末冶金面齿的尺寸变化，计算模具的回弹率，从而确定面齿粉末冶金模具的最终尺寸，可以通过多次倒退原则对模具的尺寸进行验证，因此本发明的粉末冶金面齿模具的尺寸设计精确，误差小。

本发明面齿通过金属粉末制作，与传统螺旋伞齿传动相比，该粉末冶金面齿结构的重量降低40％，且振动小，传动过程中不需要进行放错位设置，能够带来一定的经济效益；另一方面，应用粉末冶金取代传统的齿轮机加工成形，粉末冶金在批量生产时具有生产效率高、产品一致性好、材料利用率高、环境污染小等特点，能够进一步提高产品的经济效益和社会效益。

本发明的粉末冶金面齿采用的温压成形技术能够提高坯料密度，有效提高生坯的强度，有利于提高产品力学性能；而采用的烧结热处理工艺技术中烧结硬化加快了孔隙的变化过程，改变产品内部微观组织结构，产品硬度可以达到HRC38，马氏体大量增加，拉伸强度提高26％，延伸率下降至0.6％；面齿完成品性能检测表明，面齿密度达到7.38g/cm，孔隙度7.17％，扭力值580N，相关性能满足产品设计要求，具有很好的实用性。

具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。