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电机制造业 粉末冶金 齿轮 设计 的应用技术

粉末冶金齿轮的材料适合于粉末冶金材料标准,粉末冶金材料有多种材料标准,多数国家和部分大公司都有自己的标准,由于日本和美国在粉末冶金的研究方面走在世界前列,所以目前广泛采用的材料标准是JIS(日本),MPIF(美国)两种标准。


齿轮通常对强度都有一定的要求,故其选用材料的性能要好,目前齿轮使用较广泛的材料是Fe-Cu-C-Ni的材料,(其符合JIS SMF5030,SMF5040标准 ;符合MPIF FN-0205,FN-0205-80HT标准);也有厂家选择Cu,Fe-Cu-C材料。材料一栏中要注明材料等级:如 JIS SMF5030,在材料标准中包含了推荐的相应密度和硬度范围。


粉末冶金齿轮密度

由于齿轮用于传动,对齿轮的强度要求较高,故要求产品的密度也较高(通常是齿轮密度越高则齿抗越高,强度越好),常温压制成形齿轮密度通常控制在6.60g/cm3 min OR 6.80 g/cm3 min,温压压制成形齿轮密度通常控制在7.00g/cm3 min。

粉末冶金齿轮硬度

齿轮硬度与产品的材料、密度等级及后处理密切相关,以材料Fe-Cu-C-Ni为例,其相应的硬度建议为:

密度6.6g/cm3 min 时:烧结态硬度控制在 HRB 40 min;(FN-0205-20 烧结态硬度典型值为 HRB 44),水蒸汽处理硬度控制在 HRB 50 min,渗碳处理硬度控制在HRC 20 min,其中FN-0205-80HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 23。

密度6.8g/cm3 min 时:烧结态硬度控制在 HRB55 min,(FN-0205-25 烧结态硬度典型值为 59HRB),水蒸汽处理硬度控制在 HRB70 min,渗碳处理硬度控制在HRC25 min,其中FN-0205-105HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 29。

密度7.0g/cm3 min 时:烧结态硬度控制在 HRB 65 min,其中FN-0205-30 烧结态硬度典型值为 HRB 69;渗碳处理硬度控制在HRC 30 min,其中FN-0205-130HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 33。


粉末冶金齿轮后处理

为提高齿轮的强度和赖磨性,齿轮有时需要在烧结后,追加后处理工程,以便提高其使用性能。齿轮的后处理工程通常有两种方式:

1).表面水蒸汽处理:在高温环境下,使水蒸汽在齿轮的表面与Fe反应形成一种致密物质Fe3O4,Fe3O4硬度较高,可以增加产品的耐磨性和表面硬度。

2).渗碳处理:同普通机加工齿轮渗碳处理一样;碳氮共渗,淬火一体化处理。硬度范围同上。

粉末冶金齿轮形状设计

由于粉末冶金齿轮是依靠模具压制成形,对齿轮的面取形状有一定的要求(设计面取的目的主要是防止毛边(批锋)高于产品端面,影响客户使用):

1.齿面面取设计:齿面面取目前有两种常用方式,详细如下:


2.内径面取设计:

3.Boss齿轮形状设计,毛边高度0.2 max。

粉末冶金齿轮齿形条件:

制造齿轮通常需要有:模数(径节)、齿数、压力角,跨齿厚、齿顶径、齿根径、齿轮精度等齿形参数。粉末冶金齿轮齿形条件与机加工齿轮齿形参数一致,主要是在公差带与机加工齿轮有差异。

1.齿顶径公差以及烧结态齿顶径公差可以控制的范围:

1).齿顶径在20以内,公差建议为±0.1,2).齿顶径在40以内,公差建议为±0.13,3).齿顶径在60以内,公差建议为±0.15;

注:齿顶径,齿根径因为对齿轮传动的影响较小,公差没有必要要求很严,较严则会提高成本。


烧结态齿根径公差控制的范围同齿顶径公差范围一致,烧结态齿轮的跨齿厚控制范围,注:如对跨齿厚(影响齿轮啮合的间隙)公差范围要求较窄,则要追加精整工程(利用加工模具精整)。

A.跨齿厚(跨n齿)5以内,公差建议为(0/-0.04);B.跨齿厚(跨n齿)10以内,公差建议为(0/-0.05);C.跨齿厚(跨n齿)15以内,公差建议为(0/-0.06);

4.齿轮孔内径公差确定:当内径公差小时烧结态齿轮会用加工的方式确保尺寸在公差范围内,当内径公差小时热处理态齿轮会用机加工的方式确保尺寸在公差范围内。

5.齿顶齿根的R弧:齿顶的R弧建议R0.15min,齿根的R弧(0.38*m)建议R0.2min。

粉末冶金齿轮齿形精度

未精整的粉末冶金齿轮齿形精度:烧结态齿轮齿形精度可以控制在JIS6级,热处理态齿轮齿形精度可以控制在JIS7级,经过精整模具处理后的齿轮。齿形精度将有大的提高:烧结态精整齿形精度可以控制在JIS4~5级,热处理态精整齿形精度可以控制在JIS6级,在图纸中一般要注明齿轮齿形精度等级。

粉末冶金齿轮是依靠模具成形,其表面粗度通常都很好,烧结品的表面粗度可以控制在Ra3.2,其经过模具精整后面粗度会有提高,但由于粉末冶金齿轮表面有孔隙,面粗度提高有限(粉末冶金齿轮表面粗度无法控制在Ra0.8)。粉末冶金齿轮的检查项目与机加工的齿轮基本一致,主要包括如下项目:齿顶径、跨齿厚、内径、硬度、密度、齿抗、齿形精度等。

结论

粉末冶金齿轮浸防锈油,齿轮严禁生锈,在齿轮完成生产后,为防止齿轮在存储和运输过程中生锈,通常在包装齿轮前要在其表面喷一定的防锈油,以便防止齿轮生锈。防锈油种类有很多,每个厂家使用的防锈油都不同。如对产品含油种类没有要求,则只要在图面上注明产品防锈即可,生产厂商就会浸防锈油。


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