CN114889040A - 复合齿轮的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合齿轮的制造方法，该方法包括：提供预先处理得到的表面具有磺化物的齿轮坯件；提供塑料模具，将所述齿轮胚件置入所述塑料模具中；通过螺筒按预定注塑条件将PEEK材料注入所述塑料模具中，以将所述PEEK材料和所述磺化物相结合，得到表面具有预定厚度的注塑层的复合齿轮。本发明在嵌件注塑过程中，可以提升齿轮坯件和注塑层之间的结合力，减少了结合面的应力集中点，并且提升了整体的受力及耐疲劳能力，使得齿轮表面耐应力疲劳性能更高，齿轮传动噪音更小。

Description

复合齿轮的制造方法
技术领域
本发明涉及齿轮制造技术领域，具体涉及一种复合齿轮的制造方法。
背景技术
齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件，特种工程塑料是指综合性能较高，长期使用温度在150℃以上的一类工程塑料，特种工程塑料具有独特、优异的物理性能，主要应用于电子电气、特种工业等高科技领域，在相关技术中，金属齿轮在传动过程中的惯性量大，而纯树脂齿轮在传动过程中齿轮的耐受力矩小，而现有齿轮的嵌件注塑容易导致结合力不足，容易在结合面形成应力集中点，降低整件的受力及耐疲劳能力，导致齿轮表面耐应力疲劳性能较低，齿轮传动噪音大。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合齿轮的制造方法，包括：
提供预先处理得到的表面具有磺化物的齿轮坯件；
提供塑料模具，将所述齿轮胚件置入所述塑料模具中；
通过螺筒按预定注塑条件将PEEK材料注入所述塑料模具中，以将所述PEEK材料和所述磺化物相结合，得到表面具有预定厚度的注塑层的复合齿轮。
可选地，所述齿轮坯件的预先处理包括：
提供预处理的齿轮坯件；
将所述齿轮坯件置于酸性腐蚀液中，并在预定条件下对所述齿轮坯件进行阳极氧化处理，以形成具有氧化层的所述齿轮坯件；
将具有氧化层的所述齿轮坯件进行超声水洗处理后，并在所述预定条件下将所述齿轮坯件置入具有磺化物的二甲基亚砜溶液中进行电泳处理；
将所述齿轮坯件再次进行超声水洗处理，并进行恒温干燥，得到表面具有所述磺化物的齿轮坯件；其中，所述齿轮坯件的粗糙度为Ra3.2-Ra50。
可选地，所述齿轮坯件的预处理包括：
将所述齿轮坯件通过预定粒径的砂料进行喷砂抛光，以去除所述齿轮坯件的表面氧化层；
将去除表面氧化层的所述齿轮坯件置入去离子水溶液中进行去油处理；其中，去油处理的温度为50-75℃，处理的时间为5-10分钟；
将去油处理后的齿轮坯件进行超声水洗处理，以完成对所述齿轮坯件的预处理操作。
可选地，所述去离子水溶液中包括3-5％的碳酸钠、3-5％磷酸三钠和1-3％硅酸钠。
可选地，所述超声水洗的次数为3-4次，且清洗时间为2-3分钟，超声波的频率为100kHz。
可选地，所述酸性腐蚀液包括盐酸、硫酸及草酸，其中，所述盐酸、硫酸及所述草酸的比例为3-3.5：2-2.5：0.5-1，且所述酸性腐蚀液的总质量百分数为2-10％。
可选地，所述预定条件为温度30±5℃，电流密度为500±50mA/cm2，以及采用50±25kHz的超声波进行超声处理，且超声处理时间为3-10分钟。
可选地，所述二甲基亚砜溶液的浓度为1-10wt％，所述磺化物为磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚醚砜(S-PES)、磺化聚亚苯基砜(S-PPSU)、磺化聚醚醚酮(S-PEEK)、磺化聚醚酮(S-PEK)、磺化聚醚酮酮(S-PEKK)、磺化聚醚酮醚酮酮(S-PEKEKK)中的一种或多种的混合物。
可选地，所述氧化层的厚度为10-50um。
可选地，所述预定注塑条件包括：所述螺筒温度为385±20℃、395±20℃、400±20℃或410±20℃，所述塑料模具的温度为190±20℃，且注塑压力大于80Mpa，注塑周期小于0.9s。
可选地，所述PEEK材料的粘度为300～800Pa.s，所述预定厚度为1-10mm。
本发明提供的复合齿轮的制造方法，通过提供预先处理得到的表面具有磺化物的齿轮坯件；并提供塑料模具，将所述齿轮胚件置入所述塑料模具中；通过螺筒按预定注塑条件将PEEK材料注入所述塑料模具中，以将所述PEEK材料和所述磺化物相结合，得到表面具有预定厚度的注塑层的复合齿轮。由此在嵌件注塑过程中，可以提升齿轮坯件和注塑层之间的结合力，减少了结合面的应力集中点，并且提升了整体的受力及耐疲劳能力，使得齿轮表面耐应力疲劳性能更高，齿轮传动噪音更小。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例中提供的复合齿轮的制造方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中提供的齿轮的结构示意图；
图3是图2所示的A部放大图。
图4是本发明实施例中提供的齿轮坯件的局部结构示意图；
图5是图4所示的B部放大图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参照附图详细描述本发明实施例的复合齿轮的制造方法。
参照图1所示，本发明实施例中提供的复合齿轮的制造方法，其特征在于，包括：
S10、提供预先处理得到的表面具有磺化物的齿轮坯件；
S20、提供塑料模具，将齿轮胚件置入塑料模具中；
S30、通过螺筒按预定注塑条件将PEEK材料注入塑料模具中，以将PEEK材料和磺化物相结合，得到表面具有预定厚度的注塑层的复合齿轮。
其中，螺筒的温度可以是采用385±20℃，并且，塑料模具的温度可以控制在190±20℃，在注塑过程中，可以将注塑压力控制在大于120Mpa，在使PEEK材料和磺化物相结合后，可以将保压压力保持在注塑压力的60～95％，更优选的保压压力为80～90％，并且保压速率可以是注塑速率的50～95％，更优选地可以是75～85％；由此，能够在注塑保压过程中，提升整体的结合力，注塑效率更高。
在本实施例中，齿轮坯件的粗糙度为Ra3.2-Ra50，并且齿轮胚件可以采用铝合金材质，也可以采用特种铝合金材质，磺化物为磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚醚砜(S-PES)、磺化聚亚苯基砜(S-PPSU)、磺化聚醚醚酮(S-PEEK)、磺化聚醚酮(S-PEK)、磺化聚醚酮酮(S-PEKK)、磺化聚醚酮醚酮酮(S-PEKEKK)；其中，预定注塑条件包括：螺筒温度为385±20℃、395±20℃、400±20℃或410±20℃，塑料模具的温度为190±20℃，且注塑压力大于80Mpa，注塑周期小于0.9s；PEEK材料的粘度为300～800Pa.s，预定厚度为1-10mm。
综上可知，在注塑完成后，在齿轮坯件表面能够形成有预定厚度的注塑层，因此，本实施例中通过对不同预定厚度的注塑层所对应的齿轮进行测试，并且，齿轮的测试条件为：齿轮直径100mm，转动扭矩50N.m，转速1000rpm，润滑介质采用美孚速霸2000 5W-40全合成机油，控制润滑油温50±2℃，每4h停机检查齿轮状态，测试机台回到初始状态，再继续测试，经过上述测试调节测试后得到的结论如下表：
齿轮参数 纯铝合金 1mm 2mm 5mm 20mm
噪音 45db 40db 37db 36db 36db
出现点蚀时间 60h 96h 150h 160h 140h
由上表可知，在齿轮表面没有注塑层时，产生的噪音为45db，出现点蚀时间60h，在齿轮表面的注塑层为1mm时，产生的噪音为40db，出现点蚀时间96h，在齿轮表面的注塑层为2mm时，产生的噪音为37db，出现点蚀时间150h，在齿轮表面的注塑层为5mm时，产生的噪音为36db，出现点蚀时间160h，在齿轮表面的注塑层为20mm时，产生的噪音为36db，出现点蚀时间140h，因此，在注塑层为5mm时，齿轮的噪音最小，并且出现点蚀的时间最长，所需要的PEEK材料也比较合理，也就是说，在注塑过程中，优选的注塑层的预定厚度可以设定为5mm，由此能够使得齿轮表面耐应力疲劳性能更高，齿轮传动噪音更小。
本发明提供的复合齿轮的制造方法，通过提供预先处理得到的表面具有磺化物的齿轮坯件；并提供塑料模具，将所述齿轮胚件置入所述塑料模具中；通过螺筒按预定注塑条件将PEEK材料注入所述塑料模具中，以将所述PEEK材料和所述磺化物相结合，得到表面具有预定厚度的注塑层的复合齿轮。由此在嵌件注塑过程中，可以提升齿轮坯件和注塑层之间的结合力，减少了结合面的应力集中点，并且提升了整体的受力及耐疲劳能力，使得齿轮表面耐应力疲劳性能更高，齿轮传动噪音更小。
在一个可选的实施例中，本发明实施例中提供的齿轮坯件的预先处理包括：提供预处理的齿轮坯件。
具体的，齿轮坯件的预处理包括：
步骤一，将齿轮坯件通过预定粒径的砂料进行喷砂抛光，以去除齿轮坯件的表面氧化层；
步骤二，将去除表面氧化层的齿轮坯件置入去离子水溶液中进行去油处理；其中，去油处理的温度为50-75℃，处理的时间为5-10分钟；
步骤三，将去油处理后的齿轮坯件进行超声水洗处理，以完成对齿轮坯件的预处理操作。
其中，预定粒径可以是400-600目，齿轮坯件可以采用表面平整光洁的铝合金材料，例如可以采用具有高强度或兼具高强、耐疲劳特性的2系、5系、6系、7系铝合金材料，由于铝合金在空气下会产生表面氧化层，因此，可以通过喷砂抛光机对齿轮坯件进行喷砂抛光，使齿轮坯件的表面氧化层被抛光去除，在表面氧化层被去除后，可以将齿轮坯件置入去离子水溶液中进行去油处理，去油处理可以采用65℃，处理时间可以是8分钟，并且在去油处理后可以通过超声波清洗器进行反复水洗3次，每次水洗时间可以是3分钟，从而得到表面无氧化层、中性清洁的齿轮坯件。
可选地，去离子水溶液中包括3-5％的碳酸钠、3-5％磷酸三钠和1-3％硅酸钠；并且，超声水洗的次数为3-4次，且清洗时间为2-3分钟，超声波的频率为100kHz，超声水洗可以采用去离子水进行清洗，去离子水表示为除去了呈离子形式杂质后的纯水。
参照图3和图4所示，根据本发明提供的复合齿轮的制造方法，以下第一实施例至第六实施例采用了不同条件下处理得到表面具有磺化物的齿轮坯件，并对整体的处理工艺进行综合分析。
第一实施例
本发明第一实施例中提供的齿轮坯件的预先处理包括：
以齿轮坯件为阳极，石墨为阴极，将齿轮坯件置于盐酸、硫酸及草酸的比例为3：2：0.5的酸性腐蚀液中，并在温度25℃，电流密度为450mA/cm2，以及采用35kHz的超声波下对齿轮坯件进行阳极氧化处理，形成45um厚度的氧化层且表面形成有纳米级微孔的齿轮坯件；
将厚度为45um的氧化层的齿轮坯件置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件置入具有磺化物且浓度为1.5wt％的二甲基亚砜溶液中，同时将齿轮坯件作为阳极，石墨作为阴极，并在温度25℃，电流密度为450mA/cm2，以及采用35kHz的超声波下进行电泳处理；
将齿轮坯件再次置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件放置干燥箱中，以在200℃下恒温干燥20分钟，得到表面具有磺化物的齿轮坯件。
第二实施例
本发明第二实施例中提供的齿轮坯件的预先处理包括：
以齿轮坯件为阳极，石墨为阴极，将齿轮坯件置于盐酸、硫酸及草酸的比例为3.2：2.4：0.7的酸性腐蚀液中，并在温度25℃，电流密度为450mA/cm2，以及采用35kHz的超声波下对齿轮坯件进行阳极氧化处理，形成32um厚度的氧化层且表面形成有纳米级微孔的齿轮坯件；
将厚度为32um的氧化层的齿轮坯件置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件置入具有磺化物且浓度为2.8wt％的二甲基亚砜溶液中，同时将齿轮坯件作为阳极，石墨作为阴极，并在温度35℃，电流密度为550mA/cm2，以及采用75kHz的超声波下进行电泳处理；
将齿轮坯件再次置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件放置干燥箱中，以在200℃下恒温干燥20分钟，得到表面具有磺化物的齿轮坯件。
第三实施例
本发明第三实施例中提供的齿轮坯件的预先处理包括：
以齿轮坯件为阳极，石墨为阴极，将齿轮坯件置于盐酸、硫酸及草酸的比例为3.5：2.6：0.6的酸性腐蚀液中，并在温度35℃，电流密度为550mA/cm2，以及采用55kHz的超声波下对齿轮坯件进行阳极氧化处理，形成27um厚度的氧化层且表面形成有纳米级微孔的齿轮坯件；
将厚度为27um的氧化层的齿轮坯件置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件置入具有磺化物且浓度为3.7wt％的二甲基亚砜溶液中，同时将齿轮坯件作为阳极，石墨作为阴极，并在温度35℃，电流密度为550mA/cm2，以及采用55kHz的超声波下进行电泳处理；
将齿轮坯件再次置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件放置干燥箱中，以在200℃下恒温干燥20分钟，得到表面具有磺化物的齿轮坯件。
第四实施例
本发明第四实施例中提供的齿轮坯件的预先处理包括：
以齿轮坯件为阳极，石墨为阴极，将齿轮坯件置于盐酸、硫酸及草酸的比例为3.3：2.1：0.8的酸性腐蚀液中，并在温度25℃，电流密度为450mA/cm2，以及采用35kHz的超声波下对齿轮坯件进行阳极氧化处理，形成25um厚度的氧化层且表面形成有纳米级微孔的齿轮坯件；
将厚度为25um的氧化层的齿轮坯件置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件置入具有磺化物且浓度为4wt％的二甲基亚砜溶液中，同时将齿轮坯件作为阳极，石墨作为阴极，并在温度25℃，电流密度为450mA/cm2，以及采用35kHz的超声波下进行电泳处理；
将齿轮坯件再次置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件放置干燥箱中，以在200℃下恒温干燥20分钟，得到表面具有磺化物的齿轮坯件。
第五实施例
本发明第五实施例中提供的齿轮坯件的预先处理包括：
以齿轮坯件为阳极，石墨为阴极，将齿轮坯件置于盐酸、硫酸及草酸的比例为3.1：2.3：0.9的酸性腐蚀液中，并在温度35℃，电流密度为550mA/cm2，以及采用75kHz的超声波下对齿轮坯件进行阳极氧化处理，形成18um厚度的氧化层且表面形成有纳米级微孔的齿轮坯件；
将厚度为18um的氧化层的齿轮坯件置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件置入具有磺化物且浓度为4wt％的二甲基亚砜溶液中，同时将齿轮坯件作为阳极，石墨作为阴极，并在温度35℃，电流密度为550mA/cm2，以及采用75kHz的超声波下进行电泳处理；
将齿轮坯件再次置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件放置干燥箱中，以在200℃下恒温干燥20分钟，得到表面具有磺化物的齿轮坯件。
第六实施例
本发明第六实施例中提供的齿轮坯件的预先处理包括：
以齿轮坯件为阳极，石墨为阴极，将齿轮坯件置于盐酸、硫酸及草酸的比例为3.5：2.5：1的酸性腐蚀液中，并在温度35℃，电流密度为550mA/cm2，以及采用75kHz的超声波下对齿轮坯件进行阳极氧化处理，形成13um厚度的氧化层且表面形成有纳米级微孔的齿轮坯件；
将厚度为13um的氧化层的齿轮坯件置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件置入具有磺化物且浓度为2wt％的二甲基亚砜溶液中，同时将齿轮坯件作为阳极，石墨作为阴极，并在温度35℃，电流密度为550mA/cm2，以及采用75kHz的超声波下进行电泳处理；
将齿轮坯件再次置入100kHz的超声波清洗器中，以通过去离子水进行超声水洗3次，每次清洗的时间为2分钟；
在清洗完成后，将齿轮坯件放置干燥箱中，以在200℃下恒温干燥20分钟，得到表面具有磺化物的齿轮坯件。
综合上述的第一实施例至第六实施例可知，当酸性腐蚀液比例越高时，所形成的氧化层越薄，并且形成的纳米微孔更大，当酸性腐蚀液比例越低时，所形成的氧化层越厚，并且形成的纳米微孔更小；并且，磺化物的二甲基亚砜溶液浓度越高时，则在齿轮坯件的纳米微孔中渗入的磺化物结合力更为稳固，在用于将PEEK材料和齿轮坯件进行嵌件注塑时，结合力更为紧密。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合齿轮的制造方法，其特征在于，包括：
提供预先处理得到的表面具有磺化物的齿轮坯件；
提供塑料模具，将所述齿轮胚件置入所述塑料模具中；
通过螺筒按预定注塑条件将PEEK材料注入所述塑料模具中，以将所述PEEK材料和所述磺化物相结合，得到表面具有预定厚度的注塑层的复合齿轮。
2.根据权利要求1所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述齿轮坯件的预先处理包括：
提供预处理的齿轮坯件；
将所述齿轮坯件置于酸性腐蚀液中，并在预定条件下对所述齿轮坯件进行阳极氧化处理，以形成具有氧化层的所述齿轮坯件；
将具有氧化层的所述齿轮坯件进行超声水洗处理后，并在所述预定条件下将所述齿轮坯件置入具有磺化物的二甲基亚砜溶液中进行电泳处理；
将所述齿轮坯件再次进行超声水洗处理，并进行恒温干燥，得到表面具有所述磺化物的齿轮坯件；其中，所述齿轮坯件的粗糙度为Ra3.2-Ra50。
3.根据权利要求2所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述齿轮坯件的预处理包括：
将所述齿轮坯件通过预定粒径的砂料进行喷砂抛光，以去除所述齿轮坯件的表面氧化层；
将去除表面氧化层的所述齿轮坯件置入去离子水溶液中进行去油处理；其中，去油处理的温度为50-75℃，处理的时间为5-10分钟；
将去油处理后的齿轮坯件进行超声水洗处理，以完成对所述齿轮坯件的预处理操作。
4.根据权利要求2所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述去离子水溶液中包括3-5％的碳酸钠、3-5％磷酸三钠和1-3％硅酸钠。
5.根据权利要求2所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述酸性腐蚀液包括盐酸、硫酸及草酸，其中，所述盐酸、硫酸及所述草酸的比例为3-3.5：2-2.5：0.5-1，且所述酸性腐蚀液的总质量百分数为2-10％。
6.根据权利要求2所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述预定条件为温度30±5℃，电流密度为500±50mA/cm2，以及采用50±25kHz的超声波进行超声处理，且超声处理时间为3-10分钟。
7.根据权利要求2所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述二甲基亚砜溶液的浓度为1-10wt％，所述磺化物为磺化聚砜(S-PSU)、磺化聚醚砜(S-PES)、磺化聚亚苯基砜(S-PPSU)、磺化聚醚醚酮(S-PEEK)、磺化聚醚酮(S-PEK)、磺化聚醚酮酮(S-PEKK)、磺化聚醚酮醚酮酮(S-PEKEKK)中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求2所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述氧化层的厚度为10-50um。
9.根据权利要求1所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述预定注塑条件包括：所述螺筒温度为385±20℃、395±20℃、400±20℃或410±20℃，所述塑料模具的温度为190±20℃，且注塑压力大于80Mpa，注塑周期小于0.9s。
10.根据权利要求1所述的复合齿轮的制造方法，其特征在于，所述PEEK材料的粘度为300～800Pa.s，所述预定厚度为1-10mm。
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