CN101417337A - 一种制造伞齿轮的方法 - Google Patents

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一种制造伞齿轮的方法，所述方法包括：将铁基合金粉与粘结剂在165－180℃的温度下混合，将所得混合物注射成型形成伞齿轮坯件，对所得伞齿轮坯件进行脱脂处理以脱除其中的粘结剂，然后进行烧结，从而制备得到伞齿轮。本发明提供的制造伞齿轮的方法由于利用因混合有粘结剂而具有流动性的混合配料通过注射成型工艺制得伞齿轮坯体，并通过之后的脱脂工序将其中的粘结剂脱除，因此最终成品的密度高、成型性好，因而使得制得的齿轮精度高，齿面光洁度好，而且即使对于尺寸小且形状复杂的伞齿轮，也无需进行后续机加工，因此制造工序简单。

Description

一种制造伞齿轮的方法
技术领域
本发明涉及传动齿轮制造领域，更具体地说，涉及一种制造伞齿轮的方法。
背景技术
广泛用于小型电动工具中的伞齿轮是轻型机械齿轮箱中的关键零件之一，伞齿轮通常采用压制成型工艺生产。例如，CN1704189A中公开了一种伞齿轮的制造方法，具体为：首先将铁钼预合金粉、镍粉、石墨粉以及硬脂酸锌充分混合，然后将混合后的粉末置于模具中，压制成压坯，之后在高温下对所述压坯进行烧结，最后对经烧结的压坯进行淬火处理得到伞齿轮。
但是，现有的这种采用粉末冶金工艺制造伞齿轮的方法的缺陷在于，由于压坯是通过压制粉末而形成的，因此导致最终成品的密度低，成型性差，尤其是齿部密度低可能引起烧结变形，造成齿轮精度低，齿面光洁度差。而且对于尺寸小且形状复杂的伞齿轮，通常还需要进行后续机加工，因此导致制造工序多且复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种成型性好、加工精度高且工序简单的制造伞齿轮的方法。
本发明提供的制造伞齿轮的方法包括：将铁基合金粉与粘结剂在165-180℃的温度下混合，将所得混合物注射成型形成伞齿轮坯件，对所得伞齿轮坯件进行脱脂处理以脱除其中的粘结剂，然后进行烧结，从而制备得到伞齿轮。
本发明提供的制造伞齿轮的方法由于利用因混合有粘结剂而具有流动性的混合配料通过注射成型工艺制得伞齿轮坯体，并通过之后的脱脂工序将其中的粘结剂脱除，因此最终成品的密度高、成型性好，因而使得制得的齿轮精度高，齿面光洁度好，而且即使对于尺寸小且形状复杂的伞齿轮，也无需进行后续机加工，因此制造工序简单。
具体实施方式
本发明提供的制造伞齿轮的方法包括：将铁基合金粉与粘结剂在165-180℃的温度下混合，将所得混合物注射成型形成伞齿轮坯件，对所得伞齿轮坯件进行脱脂处理以脱除其中的粘结剂，然后进行烧结，从而制备得到伞齿轮。
根据本发明提供的制造伞齿轮的方法，所述粘结剂的作用是粘结铁基合金粉颗粒，使粘结剂与铁基合金粉的混合物在注射成型机料筒中加热具有流变性和润滑性，即带动铁基合金粉流动的载体。优选情况下，所述粘结剂为含有10-25重量份的聚乙烯、50-70重量份的石蜡、5-15重量份的巴西棕榈蜡、1-10重量份的硬脂酸的混合粘结剂。更优选情况下，所述粘结剂通过将所述混合粘结剂在160-180℃的温度下混合1-3小时而得到。在所述粘结剂中，所述石蜡和巴西棕榈蜡作为增塑剂，用来调节聚合物的流动特性。所述的硬脂酸作为表面活性剂，用于改善粉末与粘结剂的相容性。所述聚乙烯可以增加所述粘结剂的粘结强度。此外，可以将所述粘结剂成分置于混料机中，在160-180℃温度下混合1-3小时，以使其熔化并混合均匀。
根据本发明提供的制造伞齿轮的方法，可以采用本领域公知的制造伞齿轮的铁基合金粉，作为具体的实施方式，所述铁基合金粉含有92-97重量份的铁、1.5-3重量份的镍、0.1-0.3重量份的碳，余量为铜。可以根据实际需要来选择所述铁基合金粉的颗粒大小，从理论上讲，颗粒越细，比表面积越大，越易于成型和烧结。作为一种具体的实施方式，所述铁基合金粉的颗粒大小为不大于20μm，例如10-15μm。
优选情况下，在将铁基合金粉与粘结剂进行混合时，铁基合金粉与粘结剂的体积比为65-80：20-35，混合的时间为1-3小时，以使铁基合金粉与粘结剂充分混合均匀。
所述注射成型的条件是：注射温度为130-150℃、注射压力为40-60MPa、模温为40-60℃。在所述注射成型过程中，铁基合金粉和粘结剂的混合物在注射成型机料筒内以130-150℃的温度被加热成具有流动性的塑性物料，并在40-60MPa的注射压力下注入模具中，在模温40-60℃的条件下形成伞齿轮坯件。
所述脱脂处理的作用是去除坯件内所含有的有机粘结剂，使粘结剂从坯件的不同部位沿着颗料之间的微小通道逐渐地排出，而不降低毛坯的强度。所述脱脂处理可以包括：将所述坯件放入三氯乙烯液体中加热到40-60℃保温3-6小时，然后将所述坯件放到脱脂炉中，在氢气保护下以10-15℃/min的升温速度加热至200-350℃并保温0.5-2小时，然后继续升温至450-600℃并保温0.5-2小时。从而可以使部分粘结剂(例如部分石蜡)先溶入三氯乙烯中而脱去；然后使剩余的粘结剂在高温下熔化而脱去。所述氢气可以保护坯件在脱脂过程中不被氧化，逐步升温可以使所述坯件在脱脂的同时保持一定的强度。
烧结能使多孔的脱脂坯件收缩致密化，成为具有一定组织和性能的制品。优选情况下，所述烧结包括：先将脱脂坯件加热至800-900℃预烧结1-3小时，以使所述脱脂坯件收缩，并脱去残留的粘结剂；再置于真空炉中，在1200-1400℃的温度下烧结1-3小时，以使所述坯件进一步收缩致密化，形成具有所需性能的伞齿轮。
下面通过实施例来详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
制备粘结剂：将含有15重量份的聚乙烯、70重量份的石蜡、5重量份的巴西棕榈蜡、以及10重量份的硬脂酸的混合粘结剂在160℃温度下混合3小时；
配料：将铁基合金粉与粘结剂以65:35的比例在165℃温度下混合3小时，其中所述铁基合金粉含有94重量份的铁、1.5重量份的镍、0.1重量份的碳，4.4重量份的铜；
注射成型：将所述铁基合金粉与粘结剂的混合物在注射温度130℃、注射压力40MPa、模温40℃的条件下注射成型，形成伞齿轮坯件；
脱脂：将所述坯件放入三氯乙烯液体中加热到40℃保温6小时，然后将坯件放到脱脂炉中，在氢气保护下以10℃/min的升温速度加热至200℃并保温2小时，然后继续升温至450℃并保温2小时；
烧结：先将脱脂坯件加热至800℃预烧结1小时，再置于真空炉中，在1230℃下烧结1小时。
实施例2：
制备粘结剂：将含有20重量份的聚乙烯、60重量份的石蜡、10重量份的巴西棕榈蜡、以及10重量份的硬脂酸的混合粘结剂在170℃温度下混合2小时；
配料：将铁基合金粉与粘结剂以70:30的比例在175℃温度下混合2小时，其中所述铁基合金粉含有96重量份的铁、2.0重量份的镍、0.2重量份的碳，1.8重量份的铜；
注射成型：将所述铁基合金粉与粘结剂的混合物在注射温度140℃、注射压力50MPa、模温50℃的条件下注射成型，形成伞齿轮坯件；
脱脂：将所述坯件放入三氯乙烯液体中加热到50℃保温4小时，然后将坯件放到脱脂炉中，在氢气保护下以12℃/min速度加热至300℃并保温1小时，继续升温至550℃并保温1小时；
烧结：先将脱脂坯件加热至850℃预烧结2小时，再置于真空炉中，在1290℃下烧结2小时。
实施例3：
制备粘结剂：将含有20重量份的聚乙烯、55重量份的石蜡、15重量份的巴西棕榈蜡、以及10重量份的硬脂酸的混合粘结剂在180℃温度下混合1小时；
配料：将铁基合金粉与粘结剂以80:20的比例在180℃温度下混合1小时，其中所述铁基合金粉含有97重量份的铁、2.5重量份的镍、0.3重量份的碳，0.2重量份的铜；
注射成型：将所述铁基合金粉与粘结剂的混合物在注射温度150℃、注射压力60MPa、模温60℃的条件下注射成型，形成伞齿轮坯件；
脱脂：将所述坯件放入三氯乙烯液体中加热到60℃保温3小时，然后将坯件放到脱脂炉中，在氢气保护下以15℃/min速度加热至350℃并保温0.5小时，然后继续升温至600℃并保温0.5小时；
烧结：先将脱脂坯件加热至900℃作预烧结3小时，再置于真空炉中，在1350℃下烧结3小时。
对比例：
通过现有技术的粉末压制工艺来制造伞齿轮，该工艺包括：将含有96重量份的铁、2重量份的镍、0.3重量份的碳，1.7重量份的铜的铁基合金粉末装入模具中在600MPa的压力下压制成形，然后脱模将压坯取出，再将压坯置于真空炉中，在1350℃下烧结2小时，得到伞齿轮。
表1 对比例的伞齿轮性能与本发明实施例的伞齿轮性能比较
 
性能 对比例 实施例1 实施例2 实施例3
相对密度/％ 92 98.5 99.3 99.8
抗拉强度/MPa 910 1080 1120 1260
尺寸精度/％ ±0.8％ ±0.4％ ±0.3％ ±0.3％
表面粗糙度/μm 5 3 2 2
从上述表1中的比较结果可以看出，本发明提供的金属注射成型的伞齿轮制造方法与对比例现有技术的粉末压制的伞齿轮制造方法相比较，所获得的伞齿轮的相对密度、抗拉强度和尺寸精度都要高，而且表面粗糙度要低。

Claims (9)

1、一种制造伞齿轮的方法，所述方法包括：将铁基合金粉与粘结剂在165-180℃的温度下混合，将所得混合物注射成型形成伞齿轮坯件，对所得伞齿轮坯件进行脱脂处理以脱除其中的粘结剂，然后进行烧结，从而制备得到伞齿轮。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铁基合金粉的颗粒大小为不大于20μm。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述铁基合金粉含有92-97重量份的铁、1.5-3重量份的镍、0.1-0.3重量份的碳，余量为铜。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘结剂为含有10-25重量份的聚乙烯、50-70重量份的石蜡、5-15重量份的巴西棕榈蜡、以及1-10重量份的硬脂酸的混合粘结剂。
5、根据权利要求4所述的方法，其中，所述粘结剂通过将所述混合粘结剂在160-180℃的温度下混合1-3小时而得到。
6、根据权利要求1、3、4或5所述的方法，其中，在将铁基合金粉与粘结剂混合时，铁基合金粉与粘结剂的体积比为65-80：20-35，混合的时间为1-3小时。
7、根据权利要求1所述的方法，其中，所述注射成型的条件是：注射温度为130-150℃、注射压力为40-60MPa、模温为40-60℃。
8、根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱脂处理包括：将所述坯件放入三氯乙烯液体中加热到40-60℃保温3-6小时，然后将所述坯件放到脱脂炉中，在氢气保护下以10-15℃/min的升温速度加热至200-350℃并保温0.5-2小时，然后继续升温至450-600℃并保温0.5-2小时。
9、根据权利要求1所述的方法，其中，所述烧结包括：先将脱脂处理后的坯件加热至800-900℃预烧结1-3小时，再置于真空炉中，在1200-1400℃的温度下烧结1-3小时。
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