粉末冶金传动套零件的研制.pdf

第 2 1 卷第 1 期 2 0 1 1年 2月 粉 末冶 金工 业 P 0W DER M E TALLURGY I NDUS T RY Vo 1 ． 21 NO ．1 Fe b ． 2 O1 1 粉末冶金传动套零件的研制 杨传 芳 。 王 士平 马鞍 山 市华 东 粉 末 冶 金 厂 ， 马 鞍 山 2 4 3 0 1 2 摘 要 针 对传 动 套零 件 结构 形状 复杂 ， 力 学性 能要 求 高等特 点 ， 通 过合 理进 行 成形模 具设 计 ， 精 选材料 配 方 ， 优 化 工 艺参 数 ， 采 用粉 末 冶金 熔渗 铜 方法 成功 生产 出了该零件 。 关键 词 粉 末 冶金 ； 传 动套 ； 模 具设计 ； 熔 渗铜 中 图分类 号 TF1 2 5 ． 1 文 献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 O l 1 0 1 0 0 2 9 0 4 DEVELoPM ENT oF PoW DER M ETALLURGY TRANSM I SS1 0N PARTS YANG Chua n - f a n g， W ANG Shi 。 pi ng MAANS HAN p o wd e r f a c t o r y i n Ea s t Ch i n a， Ma An S h a n 2 4 3 0 1 2。 Ch i n a Abs t r a c t Tr a ns m i s s i o n p a r t s ha v e c o m p l e x s ha p e a n d s t r i c t s i z e t o l e r a n c e a nd hi g h de m a nd of m e c ha n i c a l p r op e r t i e s ． By pr o pe r de s i g n o f t he mol d， a nd opt i m i z a t i o n o f pr o c e s s p a r a me t e r s ， s uc h pa r t wa s s uc c e s s f ul l y pr o du c e d by p o w d e r m e t a l l ur gy pr o c e s s wi t h c op pe r i n f i l t r a t i on ． Ke y wo r d s Po wde r me t a l l u r g y；t r a ns m i s s i on p a r t s；m o l d de s i g n；Co ppe r i n f i l t r a t i on 传动套零件结构 复杂 、 台阶多、 强度要 求高， 特 别是 有 6个异 形 凸 台 ， 要求 分 别 能 承 受 不 小 于 5 0 N m 的扭 矩 而 不脱 落 ， 声 3 5 ． 8圆 台要 求 硬度 为 4 o ～ 4 5 HR C， 能 承受 2 0 0 0 0次 耐久 实 验无 明显 磨 损 。 因 其结 构形 状复 杂用 切 削 加 工 方 法 生 产 很 困 难 ， 原 用 户采用淬火钢加工成 4 3 5 ． 8圆台， 然后将其镶嵌到 塑料 浇注 的该 零件 中。虽 然能满 足 4 , 3 5 ． 8圆 台硬 度 要求 ， 但 六个 异形 凸 台始 终 达 不 到 承 受 5 0 N m 的 力矩 而不 脱落 的 要求 ， 因 此 考 虑 改用 粉 末 冶 金 方 法 制造 。但 其 复杂 的结构 形 状 以及较 高 的性能 要求 使 其成形 难 度较 大 ， 尤其是 使 用油 压机 ， 压 制稳 定性 较 差 ， 对 零件 的整 体 制 造 水 平 提 出 了更 高 的要 求 。通 过对零件结构性能的分析 ， 依据现有 的技术装备 ， 通 过合 理选 材 ， 适 宜 的模 具设 计 以及工 艺参 数 的优 化 ， 采用 粉末 冶金 工艺 在 液 压 机 上 压 制 出 压坯 ， 经 渗 铜 烧结及 后 处理 制成 该零 件 。经用 户 使用 ， 产 品合格 。 传 动套 的研制过程 图 1所示 为传 动套 零件 图 。可见 该零 件形 状较 复杂 ， 尺 寸精度 要 求 高 ， 结 合 该 零 件力 学 性 能 要 求 ， 制定其 粉 末冶 金生 产工 艺流 程如 下 配料一 压 制一 渗铜 烧结一 切 削加 工一 热处 理一 检验一 包 装一 入库 1 ． 1材 料选择 由于 此零 件 的 6 个 凸 台要求 分别 承受 的扭 矩不 小于 5 0 N m， 在 材 料选 择 时 ， 分别 采 用 铜 钢 ， 预合 金化钢 、 渗 铜钢 进行 试验 对 比 ， 用 洛 氏硬度计 检 测硬 度 ， 用 专用 夹具 在扭 矩检 测仪 上检 测 6个 凸台扭 矩 ， 检测结 果 见表 1 。 由表 1可 以看 出 ， 三种 材料 的硬 度相差 不 大 ， 但 只有 渗铜 钢能 达到 凸 台的扭 矩要 求 。 为 达 到零 件所 要 求 的力 学 性 能 ， 在 生 产 中选 用 收稿 E l 期 2 0 1 0 0 9 2 6 作 者简介 杨 传芳 1 9 7 0 ， 女 汉 ， 安徽怀 远人 ， 学 士， 工程师 ， 主要从事铁 基粉末 冶金产品的研 发与制造 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 O 粉末冶金工业 第 2 】卷 了渗 铜 。采 用 铁 基 材 料作 为 基 体 ， C u 、 C作 为强 化 组元 ， 在混料 时加 入 ， 用 于压 制 零 件烧 结 骨架 ， 然后 选用 F I P K1渗 铜 粉作 为熔 渗 剂 ， 压 制 成合 适 的坯 料 ， 烧 结时分 别套在 零件铁 基骨架 的 6 个 凸 台根部 ， 直接 烧 结 熔 渗 。C u熔 点 1 0 8 3 ℃ ， F e 熔 点 1 5 3 8 ℃ ， 两者熔 点相差 较大 ， 在高 于 C u的熔点 使 C u熔化 并 进行熔 渗 作 业 时 ， 基 体 骨架 不 会 发 生 软 化 。C u和 F e 有 部分互 溶 度 ， 互 溶 度 不 大 ， 不会 使 骨 架 发 生故 障 ， 但对 熔渗作 业 顺 利进 行 却 是 有利 的。但 用 纯铜 作 熔渗 剂时在 骨架 表 面会 出现 麻 点 、 沟痕 样 的 表面 缺 陷 ] 。而 F I P K1渗 铜 粉 经 实 践 采 用 ， 与 铁 基 骨 架 零件 直接熔 渗烧 结 ， 零 件 表 面基 本没 有 熔 蚀产 生 的麻 点 、 沟痕样 的 表 面缺 陷 ， 仅 有一 点 表 面残 留物 ， 用 手轻触 即能 清理 干净 。 图 1 传 动 套 零 件 图 表 1 扭 矩 检 测 结 果 应 分别 能承 受不 m的力矩而不脱落。 烧结条件 9 0 N2 1 0 H2 ； 1 1 2 0 C， 4 0 mi n ； 热处理条件 碳氮共渗 ， 碳势 1 ． 0 ， 8 5 0 C， 1 0 0 mi n； 油冷 1 l O 2 ／ l O rai n； 回火 1 8 O * 2 2 h 该零件 除 了力 学 性 能要 求 高 ， 尺 寸精 度 要 求也 高 ， 为了减少 切削 加 工量 ， 控 制 零件 的尺 寸精 度 ， 对 铁基 骨架 中的强化 组元 C u和 C的配 比也 做 了一定 调整 。骨架材 料 中预 先加 入 电 解铜 粉 ， 熔 渗 时骨 架 中 的铜 一方 面固溶 于铁 ， 使 材料强 度 和硬度提 高 ， 同 时 ， 加入 骨架 中的铜 能起诱 导作用 ， 在熔渗 时加 快铜 向骨架 中渗入 ， 提 高熔 渗 效 果 。但铜 的加 入会 使 零 件 尺寸膨 胀 ， 通 过调 整加 入 C 的 比例 ， 除 了能 提 高 材 料强度 外 ， 还 能减小零 件 的膨胀量 ， 达 到控制产 品 尺 寸精度 的 目的口 ] 。在铜 含 量 一定 的情 况 下 ， 通 过 调 整 C的含 量 发现 当 材料 配 比为 Cu 1 ． 5 C O ． 3 ～ 0 ． 5 F e 余 量 ， 用 F I P K1渗 铜 粉 1 2 ， 质量分数 作为熔渗剂， 直接烧结熔渗， 产品 的烧 结膨 胀率 为 0 ． 9 oA～1 ， 这 对产 品的尺 寸 控制 不 利 ， 而 材 料 配 比 为 C u 1 ． 5 9 ， 6 C 0 ． 6 oA ～ 0 ． 8 F e 余 量 ， 用 F I P - K1渗 铜 粉 1 2 ， 质 量 分数 作 为熔渗剂 ， 直 接烧 结 熔 渗 ， 产 品 的烧 结 膨 胀 率 为 0 ． 4 ％ ～o ． 5 ， 两 种 材 料 熔 渗 烧 结 件 密 度 为 7 ． 2 ～7 ． 4 g ／ c m。 ， 烧 结 件硬度 为 8 O ～1 o O HR B， 经 碳 氮共 渗热处 理后 硬度 为 3 5 ～4 5 HR C， 且 随 C含 量的 增加 ， 硬度相 对也 有所 提高 。综 合上 述 ， 还是 选择 成 形混 合料为 宜 ， 其 成分 配 比见 表 2 ， 表 3列 出 了主 要 原 料粉 末 的技 术规格 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 杨传芳等 粉末冶金传 动套零件 的研制 31 表 2材 料 成 分 质 量 分 数 配 比 ％ 材 料 规 格 制 取 方 法粒 度 ／ ram 闷 1 ． 2 模 具 设计 与调试 由于该 产 品形状 结构 复 杂 ， 台阶 多 ， 因此成 形模 具 设计 有一 定 难 度 ， 尤 其 6个 凸 台及 3 5 ． 8圆 台成 形 难度 大 ， 而 4 5 ． 2圆与 5 4圆两 台 阶有 一 定 高 度 差 ， 用整 体模 冲难 成 形 ， 采 用 先 压 出 5 4圆台 ， 然 后 加 工 出 4 5 ． 2圆 台 。为使 3 5 ． 8圆 台在 成 形 时有 一 定 的密 度 ， 且 与 5 4圆台密 度差 尽可 能小 ， 故 预先 在 模 腔上 做 了适 当的逃 粉槽 。图 2 所 示 为压 制该 零件 所 采用 的上 二下 二模 具结 构示 意 图 。 模 具 调试 时 ， 由 于下 一 冲 即是 成 形 模 冲 又是 成 形 6个 凸 台 的型 腔 ， 6个 凸 台 密度 过 大会 导 致 下 一 冲涨裂 ， 密度 低会 降 低 此 处 的强 度 直 接造 成 使 用 时 断 裂 。所 以 调 试 时 ， 采 用 吸 人 装 粉 ， 然 后 下 一 冲上 浮 ， 利用 压机 侧 缸上 的 限位螺母 ， 调整下 一 冲上 浮动 量 ， 控制 下二 冲 的装 粉 量 ， 从 少 到 多 慢 慢 调 整 ， 使 6 个 凸 台达到 要求 的成 形密 度 。 用 P I C程 序 控 制 ， 当送 料 盒 退 回后 ， 利 用 压 机 的中心 缸使 芯棒 跳上 ， 利 用芯棒 接 杆上 的 限位螺 母 ， 慢 慢调 整到 当上 外 冲下 行 刚接 触 到 模 腔 口， 芯 棒 就 能 进入 上 内冲 中心 孔 内 ， 这 样 可 以避 免 粉料 流入 上 内冲 中心孔 内从 而 导 致 乒 3 5 ． 8圆 台 无 法 成 形 ， 合 理 调 整上外 冲相对 于 上 内 冲 的位 置 ， 控 制上 内 冲装 粉 量 ， 以使 3 5 ． 8圆台达 到所要 求 的密 度 。 压 制 时 ， 合 理调 整 模 腔 浮 动 的开 始 位 置及 浮 动 量 的大 小 ， 下 一 冲 的支 撑 力及下 浮 动量 ， 使 产 品各 台 阶同时成 形 ， 确保 几处 台阶密度 均匀 ， 压 坯 总体 密度 要 求 6 ． 6 ～ 6 ． 7 g ／ c m。 。 由于 6个 凸 台根 部 与 圆 台 接 触面 积小 ， 生坯 强 度 相 对 要 低 ， 所 以在 脱 模 时 ， 我 们 采用保 护 脱模 ， 先让 上 内冲伸 出 ， 用一 定气 压保 护 上 台 阶 ， 然后 模 腔 拉 下 ， 下 一 冲 拉 下 ， 6个 凸 台 脱 出 下 一 冲型腔后 ， 上模 冲才 开 始 回程 。这 样 可 以有 效 避免 在 6个 凸 台根部 由 于脱 模 不 当导 致 的隐 裂 纹 ， 从 而确保 6个 凸台能 达到 强度 要求 。 图 2装 粉 位 置 1 一 上 内 冲 压 垫 ； 2一上 内冲 ； 3一上 外 冲压 垫 ； 4一上 外 冲 ； 5 一模 腔 ； 6 一 下 一 冲 ； 7一下 一 冲 压 垫 ； 8一下 二 冲 ； 9 一下二冲压垫 ； 1 0 一心棒 ； 1 1 一心棒接杆 选用 合适 的轴 套类 零 件模具 ， 在 1 0吨机 械压机 上 ， 压制 出合 适 的熔渗 剂 压坯 。 1 ． 3烧 结 烧 结时 ， 采用 直接 熔 渗与 间接熔 渗 先烧 骨架 后 熔渗 两 种方 法做 实验 ， 零 件经碳 氮 共渗 热处 理后直 接熔 渗 ， 零件 凸 台扭 矩 为 5 5 ～ 6 5 N m， 硬 度 4 O ～ 4 3 HR C， 问接熔 渗 零 件 凸 台扭 矩 为 6 O ～ 7 0 N m， 硬度 4 1 4 3 HRC。虽 然先烧 骨 架后 熔渗 ， 由于基 体 骨架 烧 结 已完成 ， 熔渗 才 开始 ， 避免 了骨 架烧 结和 熔 渗之 间 的相互 干扰 ， 提 高 了零件 的力 学性 能[ 】 ] ， 但 多 了一 道烧 结 工序 增 加 了成 本 ， 而 直接 熔 渗 已使 零件 力学 性 能达 到要 求 ， 所 以 我 们 选 用 直 接 熔 渗 烧 结 。 为使 熔 渗效果 好 ， 提 高 6 个 凸台强 度 ， 适 当提 高烧 结 温度 并延 长烧 结 时 间很 有 必要 ， 具 体工 艺为 在分 解 氨 与 氮 气 混 合 气 氛 中 N 。 H。 9 0 1 0 ， 于 1 1 2 0 C烧 结保 温 4 5 mi n ， 为 尽量 减 少 烧 结 变形 ， 将 压坯 圆台面朝 下 ， 整 齐 摆 放 在 高 铝 陶瓷 板 上 再 放 到 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 32 粉末冶金工业 第 2 1 卷 网带上烧 结 。图 3为熔 渗剂 压坯与 铁基骨 架压坯 烧 结 时摆放 示意 图 。 熔渗 荆压坯 铁基骨架压 A 图 3 传动套零件烧结摆放示意图 1 ． 4后 处理 以 5 4外 圆定 位 ， 在数 控 车床 上 加 工 出 4 5 。 2 圆台 。该 零件要 求硬度 为 4 0 4 5 HR C， 采用碳 氮 共 渗 热处理来 达到 这种要求 。具体 工 艺为 碳 氮共 渗 碳势 1 ． 0 ， 氨 流量 1 ～2 L， 8 5 0 ℃ ， 1 O 0 mi n ； 1 1 O ℃／ l O mi n油冷 ； 1 8 0 ℃ 2 h回火 。 2 性能测试 和使用效果 2 ． 1 性 能测试 结果 按 以上工 艺条件 生产 出的零 件经检测 ， 密 度为 7 ． 2 ～7 ． 4 g ／ c m。 ， 硬 度 4 O ～ 4 3 HR C， 利 用专 用 夹 具 在扭 矩 检 测 仪 上 测 其 6个 凸 台 的 扭 矩 为 5 5 ～ 6 5 N m， 零件 其他 物 理 和 力 学性 能 完 全 符 合 图 纸 设 计要 求 。 产 品尺 寸也 完 全符 合 图纸 要求 ， 材料 中的合 金 元素 C u易于使烧结体膨胀， c易于使烧结体收缩 。 渗铜 烧结 时 ， 合理 调节 C u和 c的配 比， 可 以精 确控 制产 品的尺 寸变化 并提 高其密 度均匀性 。 2 ． 2装机试 验结 果 以前用 的传 动套 是淬 火 钢 与塑 料组 合件 ， 使用 时 由于 6个 凸 台达 不 到 所要 求 的扭 矩 ， 要 经 常 更换 零 件 。现在使 用铁 基 粉末 冶 金 传动 套 ， 有 效地 解 决 了这个问题， 传动套的稳定性大大提高 ， 完全满足了 运转 2 0 0 0 0周 次没 有 明显 磨 损 ， 6个 凸 台不 脱 落 的 要求 ， 使用 效果 良好 。现 已大 批量生 产 。 参考 文献 [ 1 ] 周作平 ， 申小平． 粉末 冶金机械 零件实用 技术 E M] ． 北 京 化 学工 业 出版社 工业装 备与信 息工 程 出版中心 ， 2 0 06． 4 26 - 4 92 ． E 2 3 于洋． 烧结钢生产过程 中的尺 寸变化及其 控制 E J J ． 粉 末 冶 金技 术 ， 2 0 0 3 1 4 6 - 5 2 ． [ 3 3 戚正风． 金 属热处理原理[ M3 ． 北 京 机械 工业 出版社 ， 】 9 88 ．】 3 7 一 ] 52 ． 网 络 信 息 美国 E S M特殊金属和技术公司筹建新的镁粉生产企业 中 图分 类号 T F 1 2 3 ． 2 文献标识 码 P 美 国 E S M 特 殊金属 和技术 公 司计 划 建立 一 个新 的部 门 ， 并 在 美 国宾 夕 法 尼亚 州 的 S a x o n b u r g市建 立 一 个新 的雾化 镁粉生 产工 厂 ， 这个 新建 工厂将 生产 细颗粒 和超细 颗粒 的球形镁 粉 ， 这 些镁 粉可被应 用 于军事 工业 领域 ， 镁粉 燃烧 产生 的干扰 可使飞 机免遭 导 弹 的攻 击 。E S M 特殊 金 属 和技 术公 司 有关 方 面表 示 雾 化镁 粉是 美 国国防部一 些军 工领 域非 常需 要 的第 二 货 源 ， 美 国 E S M 特殊 金 属 和技 术 公 司 的 总裁 Ha r t mu t Me y e r G r fi n o w博 士表示 公 司新 建立 部 门的工 作 还将 涉 及 化 工技 术 、 焊 接 和法 规 等 。E S M 特 殊 金属 和技 术公 司扩建 的第 一期工 程是从 2 0 1 0年 9 开 始建 设 3 9 0 ． 1 9 2 6 m 4 2 0 0 f t 。 的厂房 ， 在 2 0 1 1年第二 季度形成 雾化镁粉的生产能力。以前 E S M 特殊金属和技术公司向化工 、 焊接 、 难熔金属和烟火制造等行业供应机械 粉碎 的镁粉 ， 现在 E S M 特殊金 属和技 术公 司新增 的雾 化镁 粉也将 供 应这 些 市场 。信 息摘 译 自 金 属粉 末报 告 网站 h t t p ／ ／ www． me t a l p wd e r ． n e t ／ v i e w／ 1 2 4 9 9 ／ n e w ma g n e s i u m p r o d u c t i o n p l a n t o p e n s i n - u s ／2 0 1 0 9 - 1 6 ／ 2 0 1 0 一 l O 一 2 1 路讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m