粉末冶金齿轮设计简介.doc

6DS MOTOR MANUFACTORY粉末冶金齿轮设计简介 作者：REVER为帮助客户理解粉末冶金齿轮的特点，加深双方之间理解，便于双方沟通，特作如下介绍：齿轮种类很多，目前广泛使用的是渐开线齿轮，所以以渐开线齿轮为例作简单介绍。一粉末冶金齿轮材料：1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。2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。 在图纸材料一栏中要注明材料等级：如 JIS SMF5030。注：在材料标准中包含了推荐的相应密度和硬度范围。 二粉末冶金齿轮密度确定：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)：1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。2温压压制成形齿轮密度通常控制在7.00g/cm3 min。在图纸密度一栏中注明密度等级：如 6.6g/cm3 min。三粉末冶金齿轮硬度确定： 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：1密度6.6g/cm3 min 时：1)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） 2)水蒸汽处理硬度控制在 HRB 50 min； 3)渗碳处理硬度控制在HRC 20 min； （FN-0205-80HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 23）2密度6.8g/cm3 min 时：1)烧结态硬度控制在 HRB55 min；（FN-0205-25 烧结态硬度典型值为 59HRB） 2)水蒸汽处理硬度控制在 HRB70 min； 3)渗碳处理硬度控制在HRC25 min； （FN-0205-105HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 29）3密度7.0g/cm3 min 时：1)烧结态硬度控制在 HRB 65 min；（FN-0205-30 烧结态硬度典型值为 HRB 69） 2)渗碳处理硬度控制在HRC 30 min； （FN-0205-130HT 渗碳处理硬度典型值为 HRC 33） 在图纸硬度一栏中注明硬度范围：如 HRB 40 min。（当材料为FN-0205-20时）四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：其定义：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；扬保目前采用的是：碳氮共渗，淬火一体化处理。硬度范围同上。在图纸后处理一栏中注明后处理方式：如 渗碳处理。五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：推荐选用形状A2内径面取设计：3Boss齿轮形状设计：在图纸备注栏中注明：毛边高度0.2 max。六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齿顶径公差确定：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。2齿根径公差确定： 烧结态齿根径公差控制的范围同齿顶径公差范围一致。3跨齿厚公差确定：烧结态齿轮的跨齿厚控制范围：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)； 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)。4齿轮孔内径公差确定： A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。B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： 1)齿顶的R弧建议R0.15min； 2)齿根的R弧(0.38*m)建议R0.2min。在图纸齿形条件一栏中详细注明齿形参数和公差范围。七粉末冶金齿轮齿形精度范围： 1未精整的粉末冶金齿轮齿形精度： 1)烧结态齿轮齿形精度可以控制在JIS6级(老标准)。2)热处理态齿轮齿形精度可以控制在JIS7级(老标准)。 2经过精整模具处理后的齿轮，齿形精度将有大的提高： 1)烧结态精整齿形精度可以控制在JIS45级(老标准)。2)热处理态精整齿形精度可以控制在JIS6级(老标准)。在图纸齿形条件一栏中注明齿轮齿形精度等级。八表面粗度问题：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)。九粉末冶金齿轮检查项目： 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。 十粉末冶金齿轮防锈事宜：1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。2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。 在图纸备注栏注明：浸防锈油，齿轮严禁生锈。洛氏硬度计的原理 洛氏硬度试验原理图在规定条件下，将洛氏硬度计压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h。以压痕残余深度代表硬度的高低。洛氏硬度试验原理如图所示。 洛氏硬度试验原理图 1在初始试验力F0下的压入深度； 2在总试验力F0+F1下的压入深度； 3去除主试验力F1后的弹性回复深度； 4残余压入深度h； 5试样表面； 6测量基准面； 7压头位置 洛氏硬度值按下式计算： N常数，对于A、C、D、N、T标尺，N=100；其他标尺，N=130； h残余压痕深度，mm； S常数，对于洛氏硬度，S=0.002mm，对于表面洛氏硬度，S=0.001mm。每一洛氏硬度单位对应的压痕深度，洛氏硬度为0.002mm，表面洛氏硬度为0.001mm。压痕越浅，硬度越高。洛氏硬度试验分为2种，一种是普通洛氏硬度试验，一种是表面洛氏硬度试验。洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和1.587mm、3.175mm钢球三种压头，采用60kg、100kg、150kg三种试验力，它们共有九种组合，对应于洛氏硬度的九个标尺，即HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK。表面洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和1.587mm钢球2种压头，采用15kg、30kg、45kg三种试验力，它们共有六种组合，对应于表面洛氏的六个标尺，即HR15N、HR30N、HR45N、HR15N、HR30T、HR45T。洛氏硬度试验条件如表2所示。洛氏硬度标尺的选用如表22所示。 洛氏硬度计硬度标尺技术条件（表21） 洛氏硬度标尺硬度 符号压头类型初试验力 F0（N）主试验力 F1（N）总试验力 F0+ F1（N）适用范围AHRA120金刚石圆锥98.07490.3588.42088HRABHRB1.5875mm钢球98.07882.6980.720100HRBCHRC120金刚石圆锥98.07137314712070HRCDHRD120金刚石圆锥98.07882.6980.74077HRDEHRE3.175mm钢球98.07882.6980.770100HREFHRF1.5875mm钢球98.07490.3588.460100HRFGHRG1.5875mm钢球98.07137314713094HRGHHRH3.175mm钢球98.07490.3588.480100HRHKHRK3.175mm钢球98.071373147140100HRK表面洛氏硬度计硬度标尺技术条件（表22） 表面洛氏 硬度标尺硬度 符号压头类型初试验力F0（N）主试验力F1（N）总试验力 F0+ F1（N）适用范围15