权利要求

1.一种粉末冶金高速齿轮制造方法，所述高速齿轮包括齿轮主体和铜轴套;齿轮主体具有一级直齿轮部和二级直齿轮部组成，齿轮主体在中间开设有贯穿一级直齿轮部和二级直齿轮部的轴套孔;铜轴套安装在齿轮主体的轴套孔内;其特征在于，

所述高速齿轮的制备方法包括以下步骤：

原料混合：分别按比例混合齿轮主体的原料和铜轴套的原料;

压制成型：向齿轮主体模腔内填入齿轮主体的原料，以成型齿轮主体模胚;向铜轴套模腔内填入铜轴套的原料，以成型铜轴套模胚;

后续处理：对成型后的齿轮主体模胚和铜轴套模胚进行烧结;对烧结后的齿轮主体进行热处理，对烧结后的铜轴套进行浸油;

组装：将铜轴套对准齿轮轴套孔缓慢压入，压装后铜轴套底端与齿轮主体底面平齐。

2.根据权利要求1所述的粉末冶金高速齿轮制造方法，其特征在于，所述齿轮主体由以下按重量百分比的原料制备得到：

1.2-2.5%铜粉、0.5-0.8%石墨粉、0.4-0.7%润滑剂、余量为铁粉;

所述铜轴套的原料为铜粉。

3.根据权利要求2所述的粉末冶金高速齿轮制造方法，其特征在于，混合所述齿轮主体的原料时，将铁粉、铜粉、石墨粉投入料仓，低速预混5min，再加入润滑剂，正转搅拌20min，反转搅拌20min。

4.根据权利要求3所述的粉末冶金高速齿轮制造方法，其特征在于，混合后所述齿轮主体的原料经200目筛网振动过筛;所述铜轴套的原料经200目筛网振动过筛。

5.根据权利要求1所述的粉末冶金高速齿轮制造方法，其特征在于，所述齿轮主体压制时，齿轮主体模腔预热至40℃-50℃，压制压力控制在600-650MPa，保压30s，得到密度7.2g/cm3的齿轮主体模胚;

所述铜轴套压制时，模腔在恒温下压制，压制压力500-550MPa，保压20s，得到密度5.8-5.9g/cm3的铜轴套模胚。

6.根据权利要求1所述的粉末冶金高速齿轮制造方法，其特征在于，烧结后的所述铜轴套采用液压整形机进行整形;整形后的所述铜轴套送入真空浸油设备，真空度控制在小于5Pa，注入机械润滑油，油温50℃-60℃，浸油时间20-25min。

7.根据权利要求1所述的粉末冶金高速齿轮制造方法，其特征在于，对所述齿轮主体进行热处理时，将齿轮主体送入箱式电阻炉，先升温至850℃-900℃，保温1-2小时，随后快速转移至30℃-40℃的淬火油中，油冷至室温;淬火后齿轮主体1送入回火炉，升温至200℃-250℃，保温1-1.5小时，随炉冷却至室温。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及高速齿轮制造的技术领域，特别是涉及一种粉末冶金高速齿轮制造方法。

背景技术

[0002]齿轮作为机械传动系统的核心基础部件，广泛应用于汽车动力总成、航空航天设备、工业精密机床等领域，其传动精度、抗磨损能力及使用寿命直接决定整机运行稳定性与可靠性;随着装备向高速化、高功率密度方向发展，齿轮常需在超高转速(如24000转/分钟及以上)、高负载的严苛工况下长期运行，此时现有齿轮结构及制造工艺出现以下问题：

一方面，齿轮上的轴孔与轴类部件长期高速摩擦，容易引发轴孔表面材料损耗，进而出现孔径异常增大现象，破坏轴孔与轴的传动配合精度，不仅导致动力传递偏差增大，还可能伴随高频异响、振动加剧等问题，严重时引发传动系统卡滞或失效;

另一方面，齿轮的齿面在高频啮合传动过程中，承受周期性接触应力与滑动摩擦，现有齿轮齿面抗磨损能力不足，易出现齿面剥落、齿厚减薄等磨损故障，导致齿形精度下降，缩短齿轮自身使用寿命，传动效率降低，动力传递损耗增大，增加整机能耗与维护成本。

为此，现有技术中，采用在齿轮轴孔内加装轴套以隔离轴孔与轴的直接摩擦，缓解轴孔磨损，配合中模加温提升压坯密度叠加烧结后进行热处理工艺提升齿轮基体硬度，增强齿面抗磨损性能;然而，该方式依赖传统机加工实现齿轮及轴套的制造与装配，传统机加工需经原料切削、轴孔钻孔、齿面磨削、轴套加工等多道独立工序，生产流程长，工序间转运与调整耗时，导致生产周期长、效率低下;机加工精度受设备精度、刀具磨损、操作误差等因素影响，齿轮轴孔与轴套的尺寸公差、形位公差难以精准匹配，尤其在超高转速工况下，微小配合间隙易引发轴套窜动或摩擦加剧，无法实现稳定传动;传统机加工通过切削去除材料成型，易破坏齿轮材料的微观组织结构连续性，导致齿轮基体存在应力集中隐患，整体抗疲劳强度与冲击韧性不足，难以承受超高转速、高负载下的周期性应力，易出现齿轮断裂等严重故障。

发明内容

[0003]本发明的目的是提供一种粉末冶金高速齿轮制造方法，能够大幅精简生产工序，不仅显著缩短生产周期，还能有效降低制造成本，实现了性能与经济性的双重优化。

[0004]本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种粉末冶金高速齿轮制造方法，所述高速齿轮包括齿轮主体和铜轴套;齿轮主体具有一级直齿轮部和二级直齿轮部组成，齿轮主体在中间开设有贯穿一级直齿轮部和二级直齿轮部的轴套孔;铜轴套安装在齿轮主体的轴套孔内;

所述高速齿轮的制备方法包括以下步骤：

原料混合：分别按比例混合齿轮主体的原料和铜轴套的原料;

压制成型：向齿轮主体模腔内填入齿轮主体的原料，以成型齿轮主体模胚;向铜轴套模腔内填入铜轴套的原料，以成型铜轴套模胚;

后续处理：对成型后的齿轮主体模胚和铜轴套模胚进行烧结;对烧结后的齿轮主体进行热处理，对烧结后的铜轴套进行浸油;

组装：将铜轴套对准齿轮轴套孔缓慢压入，压装后铜轴套底端与齿轮主体底面平齐。

[0005]在上述技术方案的基础上，本发明可以做如下改进：

进一步地，所述齿轮主体由以下按重量百分比的原料制备得到：

1.2-2.5%铜粉、0.5-0.8%石墨粉、0.4-0.7%润滑剂、余量为铁粉;

所述铜轴套的原料为铜粉。

[0006]进一步地，混合所述齿轮主体的原料时，将铁粉、铜粉、石墨粉投入料仓，低速预混5min，再加入润滑剂，正转搅拌20min，反转搅拌20min。

[0007]进一步地，混合后所述齿轮主体的原料经200目筛网振动过筛;所述铜轴套的原料经200目筛网振动过筛。

[0008]进一步地，所述齿轮主体压制时，齿轮主体模腔预热至40℃-50℃，压制压力控制在600-650MPa，保压30s，得到密度7.2g/cm3的齿轮主体模胚;

所述铜轴套压制时，模腔温度为恒温，压制压力500-550MPa，保压20s，得到密度5.8-5.9g/cm3的铜轴套模胚。

[0009]进一步地，烧结后的所述铜轴套采用液压整形机进行整形;整形后的所述铜轴套送入真空浸油设备，真空度控制在小于5Pa，注入机械润滑油，油温50℃-60℃，浸油时间20-25min。

[0010]进一步地，对所述齿轮主体进行热处理时，将齿轮主体送入箱式电阻炉，先升温至850℃-900℃，保温1-2小时，随后快速转移至30℃-40℃的淬火油中，油冷至室温;淬火后齿轮主体1送入回火炉，升温至200℃-250℃，保温1-1.5小时，随炉冷却至室温。

[0011]与现有技术相比，本发明技术具有以下优点：

本发明本发明通过对齿轮主体与铜轴套的原料配方进行创新优化，并结合制造方法的改进，使高速齿轮的综合性能实现突破性提升：齿轮主体整体硬度稳定达到HRC30以上，轴套孔与含油的铜轴套形成高精度配合，确保组装后的高速齿轮可在24000转/分钟的超高转速下连续承载负载运行1000个周期，显著降低轴孔与齿面的磨损程度;同时，相较于传统机加工工艺，粉末冶金制程大幅精简生产工序，不仅显著缩短生产周期，还能有效降低制造成本，实现了性能与经济性的双重优化。

附图说明

[0012]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明

图1为发明中的齿轮主体结构示意图;

图2为发明中的同轴套结构示意图;

图3为发明中的高速齿轮组合时的结构示意图;

图4为发明中粉末冶金高速齿轮制造方法流程图。

[0013]附图上的标记：1-齿轮主体、2-铜轴套。

具体实施方式

[0014]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0015]参见图1至图3，本实施例涉及一种粉末冶金高速齿轮制造方法，所制造的高速齿轮包括齿轮主体1和铜轴套2;齿轮主体1为双联直齿轮结构，由一级直齿轮部和二级直齿轮部组成，齿轮主体1在中间开设有贯穿一级直齿轮部和二级直齿轮部的轴套孔;铜轴套2安装在齿轮主体1的轴套孔内。

[0016]齿轮主体1由以下按重量百分比的原料制备得到：

1.2%铜粉、0.5%石墨粉、0.4%润滑剂、余量为铁粉。

[0017]铜轴套2的原料为铜粉。

[0018]本实施例中润滑剂为硬脂酸锌，根据实际需要也可以采用其它润滑剂。

[0019]本实施例中通过采用铁粉作为基体，保证齿轮主体1的强度与刚性，雾化铁粉的球形度高，可提升粉末流动性与后续压制成型密度;加热材料，提升材料的压缩性能及减少脱模力，显著提高齿轮主体1的密度，提升齿轮1的冲击韧性与抗疲劳性能，同时降低烧结温度区间;加入石墨粉，提升产品的热处理硬度;加入润滑剂可优化粉末流动性，降低压制阻力，保证齿轮主体模胚成型后的密度，以及避免产生裂纹和分层。

[0020]参见图4，本实施例中高速齿轮的制备方法具体包括以下步骤：

原料混合：

采用双螺旋混粉机，将铁粉、铜粉、石墨粉投入料仓，低速预混5min，防止石墨粉团聚，再加入润滑剂，正转搅拌20min，保证轴向原料均匀，反转搅拌20min，消除径向成分偏差;混合后原料经200目筛网振动过筛，齿轮主体1的原料装入一个原料桶;铜轴套2的原料经200目筛网振动过筛后，装入另一个原料桶;

压制成型：

采用全自动粉末成型机，配备伺服控制系统和压力反馈装置，分别装配齿轮主体模具和铜轴套模具;齿轮主体1压制时，齿轮主体模腔预热至40℃，减少粉末与模具温差导致的成型偏差，将齿轮主体1的原料填入模腔，压制压力控制在600MPa，保压30s，得到密度7.2g/cm3的齿轮主体1模胚;铜轴套2压制时，模腔温度为恒温，压制压力500MPa，保压20s，得到密度5.8g/cm3的铜轴套2模胚。

[0021]烧结：

采用连续式网带烧结炉，齿轮主体1模胚与铜轴套2模胚分别置于两条独立网带，避免成分交叉污染;烧结曲线分三段：升温段，从室温升值至1120℃，升温速率5℃/min，防止模胚因温差过大开裂;保温段，从1120℃保温2小时;冷却段，从1120℃下降至室温，随炉冷却可消除模胚内部热应力，避免冷却后模胚出现翘曲、裂纹;整个烧结过程中，炉内通入氮气，可防止模胚在高温下生成氧化铁或氧化铜等氧化产物，避免产生氧化产物降低晶粒结合强度，导致齿轮使用时易断齿，保证模胚表面光洁度;

组装：

采用液压装配机，配备轴向定位工装，先将齿轮主体1固定在工装台上，底面紧贴工装定位面，将铜轴套2对准齿轮轴套孔缓慢压入，压入速度控制在 5mm/s，避免冲击损伤，确保压装后铜轴套2底端与齿轮主体1底面平齐，完成高速齿轮成品制造。

[0022]本实施例在烧结后，对齿轮主体1进行热处理：

烧结后的齿轮主体1送入箱式电阻炉，先升温至850℃，保温1小时，随后快速转移至30℃的淬火油中，油冷至室温;淬火后齿轮主体1送入回火炉，升温至200℃，保温1小时，随炉冷却至室温，最终齿轮主体1整体硬度达HRC35。

[0023]本实施例在烧结后，对铜轴套2进行整形和浸油：

烧结后的铜轴套2先采用液压整形机，配备定位夹具进行整形，以齿轮轴套孔尺寸为基准;整形后铜轴套2送入真空浸油设备，真空度控制在小于5Pa，注入 机械润滑油，油温50℃，降低油的黏度，有利于渗入孔隙，浸油时间20min，可保证孔隙填充率达95%以上，实现铜轴套2自润滑功能，减少齿轮运转时的摩擦系数;浸油后沥干表面多余油分，检测含油率达19VOL%。

[0024]本实施例在组装中，铜轴套2的底端和齿轮主体1的底面保持平齐。

实施例2

[0025]本实施例中齿轮主体1由以下按重量百分比的原料制备得到：

1.5%铜粉、0.7%石墨粉、0.5%润滑剂、余量为铁粉;

齿轮主体1的原料为铜粉。

[0026]本实施例中高速齿轮的制备方法具体包括以下步骤：

原料混合：

采用双螺旋混粉机，将铁粉、铜粉、石墨粉投入料仓，低速预混5min，防止石墨粉团聚，再加入润滑剂，正转搅拌 20min，保证轴向原料均匀，反转搅拌20min，消除径向成分偏差;混合后原料经200目筛网振动过筛，齿轮主体1的原料装入一个原料桶;铜轴套2的原料经200目筛网振动过筛后，装入另一个原料桶;

压制成型：

采用全自动粉末成型机，配备伺服控制系统和压力反馈装置，分别装配齿轮主体模具和铜轴套模具;齿轮主体1压制时，齿轮主体1模腔预热至45℃，减少粉末与模具温差导致的成型偏差，将齿轮主体1的原料填入模腔，压制压力控制在620MPa，保压30s，得到密度7.2g/cm3的齿轮主体1模胚;铜轴套2压制时，模腔温度为恒温，压制压力520MPa，保压20s，得到密度5.85g/cm3的铜轴套2模胚。

[0027]烧结：

采用连续式网带烧结炉，齿轮主体1模胚与铜轴套2模胚分别置于两条独立网带，避免成分交叉污染;烧结曲线分三段：升温段，从室温升值至1120℃，升温速率5℃/min，防止模胚因温差过大开裂;保温段，从1120℃保温2.5小时;冷却段，从1120℃下降至室温，随炉冷却可消除模胚内部热应力，避免冷却后模胚出现翘曲、裂纹;整个烧结过程中，炉内通入氮气，可防止模胚在高温下生成氧化铁或氧化铜等氧化产物，避免产生氧化产物降低晶粒结合强度，导致齿轮使用时易断齿，保证模胚表面光洁度;

组装：

采用液压装配机，配备轴向定位工装，先将齿轮主体1固定在工装台上，底面紧贴工装定位面，将铜轴套2对准齿轮轴套孔缓慢压入，压入速度控制在 5mm/s，避免冲击损伤，确保压装后铜轴套2底端与齿轮主体1底面平齐，完成高速齿轮成品制造。

[0028]本实施例在烧结后，对齿轮主体1进行热处理：

烧结后的齿轮主体1送入箱式电阻炉，先升温至850℃，保温1.5小时，随后快速转移至35℃的淬火油中，油冷至室温;淬火后齿轮主体1送入回火炉，升温至220℃，保温1小时，随炉冷却至室温，最终齿轮主体1整体硬度达HRC37。

[0029]本实施例在烧结后，对铜轴套2进行整形和浸油：

烧结后的铜轴套2先采用液压整形机，配备定位夹具进行整形，以齿轮轴套孔尺寸为基准;整形后铜轴套2送入真空浸油设备，真空度控制在小于5Pa，注入 机械润滑油，油温50℃，降低油的黏度，有利于渗入孔隙，浸油时间23min，可保证孔隙填充率达95%以上，实现铜轴套2自润滑功能，减少齿轮运转时的摩擦系数;浸油后沥干表面多余油分，检测含油率达20VOL%。

[0030]本实施例在组装中，铜轴套2的底端和齿轮主体1的底面保持平齐。

实施例3

[0031]本实施例中齿轮主体1由以下按重量百分比的原料制备得到：

2.5%铜粉、0.8%石墨粉、0.7%润滑剂、余量为铁粉;

齿轮主体1的原料为铜粉。

[0032]本实施例中高速齿轮的制备方法具体包括以下步骤：

原料混合：

采用双螺旋混粉机，将铁粉、铜粉、石墨粉投入料仓，低速预混5min，防止石墨粉团聚，再加入润滑剂，正转搅拌20min，保证轴向原料均匀，反转搅拌20min，消除径向成分偏差;混合后原料经200目筛网振动过筛，齿轮主体1的原料装入一个原料桶;铜轴套2的原料经200目筛网振动过筛后，装入另一个原料桶;

压制成型：

采用全自动粉末成型机，配备伺服控制系统和压力反馈装置，分别装配齿轮主体模具和铜轴套模具;齿轮主体1压制时，齿轮主体1模腔预热至50℃，减少粉末与模具温差导致的成型偏差，将齿轮主体1的原料填入模腔，压制压力控制在650MPa，保压30s，得到密度7.2g/cm3的齿轮主体1模胚;铜轴套2压制时，腔温度为恒温，压制压力550MPa，保压20s，得到密度5.9g/cm3的铜轴套2模胚。

[0033]烧结：

采用连续式网带烧结炉，齿轮主体1模胚与铜轴套2模胚分别置于两条独立网带，避免成分交叉污染;烧结曲线分三段：升温段，从室温升值至1120℃，升温速率5℃/min，防止模胚因温差过大开裂;保温段，从1120℃保温3小时;冷却段，从1120℃下降至室温，随炉冷却可消除模胚内部热应力，避免冷却后模胚出现翘曲、裂纹;整个烧结过程中，炉内通入氮气，可防止模胚在高温下生成氧化铁或氧化铜等氧化产物，避免产生氧化产物降低晶粒结合强度，导致齿轮使用时易断齿，保证模胚表面光洁度;

组装：

采用液压装配机，配备轴向定位工装，先将齿轮主体1固定在工装台上，底面紧贴工装定位面，将铜轴套2对准齿轮轴套孔缓慢压入，压入速度控制在 5mm/s，避免冲击损伤，确保压装后铜轴套2底端与齿轮主体1底面平齐，完成高速齿轮成品制造。

[0034]本实施例在烧结后，对齿轮主体1进行热处理：

烧结后的齿轮主体1送入箱式电阻炉，先升温至900℃，保温2小时，随后快速转移至40℃的淬火油中，油冷至室温;淬火后齿轮主体1送入回火炉，升温至250℃，保温1.5小时，随炉冷却至室温，最终齿轮主体1整体硬度达HRC40。

[0035]本实施例在烧结后，对铜轴套2进行整形和浸油：

烧结后的铜轴套2先采用液压整形机，配备定位夹具进行整形，以齿轮轴套孔尺寸为基准;整形后铜轴套2送入真空浸油设备，真空度控制在小于5Pa，注入 机械润滑油，油温60℃，降低油的黏度，有利于渗入孔隙，浸油时间25min，可保证孔隙填充率达95%以上，实现铜轴套2自润滑功能，减少齿轮运转时的摩擦系数;浸油后沥干表面多余油分，检测含油率达21VOL%。

[0036]本实施例在组装中，铜轴套2的底端和齿轮主体1的底面保持平齐。

[0037]综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下显著优势：

本发明通过对齿轮主体1与铜轴套2的原料配方进行创新优化，并结合制造方法的改进，使高速齿轮的综合性能实现突破性提升：齿轮主体1整体硬度稳定达到HRC30以上，轴套孔与含油的铜轴套2形成高精度配合，确保组装后的高速齿轮可在24000转/分钟的超高转速下连续承载负载运行1000个周期，显著降低轴孔与齿面的磨损程度;同时，相较于传统机加工工艺，粉末冶金制程大幅精简生产工序，不仅显著缩短生产周期，还能有效降低制造成本，实现了性能与经济性的双重优化。

[0038]本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

说明书附图(4)