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粉末冶金齒輪技術(shù)在電機(jī)制造行業(yè)概況

2020-12-25 15:05   來(lái)源:    0

粉末冶金是以金屬粉末或金屬化合物粉末為原料,經(jīng)混合、成形和燒結(jié),獲得所需形狀和性能的材料或制品的工藝方法。常用的金屬粉末有鐵、銅、鉑、鋁、鎳、鎢、鉻和鈦等粉末,合金粉末有鎳青銅、鋁合金、鈦合金、高溫合金、低合金鋼和不銹鋼等。粉末冶金法能生產(chǎn)用傳統(tǒng)的熔煉或加工方法所不能或難以制得的制品。粉末冶金技術(shù)制造具有優(yōu)良疲勞性能和尺寸精度的齒輪以滿足電機(jī)制造行業(yè)的嚴(yán)格要求的潛力,粉末冶金部件由于其成本效益、重量和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),在汽車傳動(dòng)和變速器中廣泛應(yīng)用。盡管過(guò)去在其他汽車傳動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域取得了成功,粉末冶金技術(shù)尚未滲透到汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪市場(chǎng),齒輪的傳統(tǒng)加工似乎是一個(gè)復(fù)雜而昂貴的過(guò)程。

什么是粉末冶金?

粉末冶金是一種成型金屬零件的工藝。這個(gè)過(guò)程有三個(gè)步驟:

混合金屬粉末將粉末壓制成所需形狀在受控條件下加熱壓實(shí)形狀最終的結(jié)果是一個(gè)金屬零件,幾乎與所需的形狀相同,需要很少或沒(méi)有機(jī)器精加工,這取決于所需的精度水平。

粉末零件的優(yōu)缺點(diǎn)

粉末金屬齒輪比傳統(tǒng)齒輪材料更受歡迎的主要原因是成本,在大量生產(chǎn)中,用粉末金屬制造齒輪比用鐵或鋼制造齒輪便宜。在制造過(guò)程中使用的能源較少,而且材料浪費(fèi)也很少??紤]到許多粉末金屬零件不需要太多(如果有的話)機(jī)械精加工,制造成本通常也較低。

使粉末金屬具有吸引力的其他特征與其材料結(jié)構(gòu)有關(guān),粉末金屬齒輪的多孔成分,它們重量輕,通常運(yùn)行安靜。此外,粉末材料可以獨(dú)特的混合,產(chǎn)生獨(dú)特的特性,對(duì)于齒輪,這包括用油浸漬多孔材料的機(jī)會(huì),從而產(chǎn)生自潤(rùn)滑齒輪。

粉末金屬齒輪也有一些缺點(diǎn),其中最重要的一點(diǎn)是,粉末金屬的強(qiáng)度不如其他材料,而且磨損速度也比其他材料快。當(dāng)使用粉末金屬材料來(lái)保持齒輪的可制造性和有效性時(shí),也存在尺寸限制。以低到中等規(guī)模的生產(chǎn)量生產(chǎn)粉末金屬齒輪通常也不具有成本效益。

粉末冶金技術(shù)的挑戰(zhàn)

如今的現(xiàn)實(shí)是,齒輪的設(shè)計(jì)和制造仍然是OEM的核心競(jìng)爭(zhēng)力,粉末冶金行業(yè)一直無(wú)法說(shuō)服汽車傳動(dòng)系統(tǒng)OEM,生產(chǎn)出與加工齒輪的性能和尺寸精度相匹配的零件。由于許多傳動(dòng)齒輪具有螺旋角大于30度的螺旋齒形,與現(xiàn)有的鍛鋼毛坯滾切相比,以具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的方式制造這些部件對(duì)粉末冶金行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。通常,高螺旋角對(duì)壓實(shí)造成了挑戰(zhàn),因?yàn)閹缀谓Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致了與傳統(tǒng)加工不同的荷載,從而限制了高密度下實(shí)現(xiàn)扭矩要求,并增加了過(guò)早損壞的風(fēng)險(xiǎn)。粉末冶金零件生產(chǎn)商、工裝制造商和壓力機(jī)制造商的共同努力,使螺旋壓實(shí)技術(shù)取得了重大進(jìn)展。這項(xiàng)技術(shù)雖然在本質(zhì)上很昂貴,而且僅限于少數(shù)公司,但可用于粉末冶金行業(yè)。如今,使用傳統(tǒng)的低合金鋼粉末,可以在接近7.2g/cm3的最大密度下壓縮33°螺旋角的斜齒輪。

對(duì)于粉末冶金來(lái)說(shuō),尋求能夠在高扭矩承載應(yīng)用中取代傳統(tǒng)鋼的高強(qiáng)度粉末冶金部件是一個(gè)永恒的挑戰(zhàn)。除了壓制的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)高密度的困難外,粉末冶金齒輪毛坯還需要深層的表面致密化,以使沿齒根圓角和主動(dòng)齒表面的強(qiáng)度最大化。

表面致密化顯示出粉末冶金零件性能的顯著改善,為粉末冶金工業(yè)開(kāi)辟了新的可能性。粉末冶金工業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種方法來(lái)對(duì)零件的臨界表面進(jìn)行局部致密化工藝。所有已知的致密化方法都有一個(gè)共同點(diǎn),即在需要致密化的區(qū)域內(nèi),將多余材料給成型零件塑性變形提供條件。

結(jié)論

采用粉末冶金工藝制造的齒輪與傳統(tǒng)的加工工藝相比,在形狀復(fù)雜度和生產(chǎn)率方面具有固有的優(yōu)勢(shì),這一優(yōu)勢(shì)最終轉(zhuǎn)化成類似應(yīng)用的粉末冶金齒輪的成本競(jìng)爭(zhēng)力,表面致密的粉末冶金齒輪比拉刀或滾刀實(shí)心鋼齒輪具有更好的表面光潔度。改進(jìn)后的表面光潔度對(duì)于不需要熱處理及磨削具有經(jīng)濟(jì)吸引力,這對(duì)粉末冶金應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。





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