浅析齿轮的高效温压成形工艺发展

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1、浅析齿轮的高效温压成形工艺发展浙江丰XX电有限公司-杜绍才1.前言温压工艺被制造商开发以来已经接近2023了，在此期间中到大尺寸粉末冶金零件通过单次压制得以压到7.3g/cc的生坯密度。随着近些年这项工艺的不断进一步研究该技术的应用情况。由于不是所有的产品制造商都准备加热粉末和模具，借鉴于温压的经验，温模压制被成功开发出（Ancormax200）改良的温模压制只要在粉末中混入0.4%的润滑剂，可以达成压制出7.4g/cm3的生坯产品，最新的成果表白只要在粉末中混入0.2 to 0.3%的润滑剂，7.5g/cm3的密度也是可行的。本稿将介绍对齿轮温压工艺和最新的温压及温模工艺的探索及运用。从上述

2、了解了粉末冶金是一种能制备复杂形状近净形产品的生产技术, 产品性能与其密度有很大的关系。对铁基粉末冶金零件而言, 密度达成7. 2g/ cm 3 后, 其硬度、 抗拉强度、 疲劳强度、 韧性等都会随密度的增长而呈几何级数增大 。例如, 密度对烧结钢性能的影响见图 1 。而传统一次压制 /一次烧结生产的铁基粉末冶金制品, 其密度一般在7. 1g/ cm 3 ( 相对密度约 90%) 以下, 因此，其力学性能远低于同类材料的全致密件。为了扩大粉末冶金制品的应用范围, 提高粉末冶金材料的性能特别是力学性能, 走在先例的工业发达国通过数年的研究, 研发出了多种不同的生产工艺, 如高温烧结、 渗铜技术、

3、 复压复烧、 粉末锻造、 热等静压、 喷射沉积、 温压工艺等。而其中最经济可行的为温压技术,该技术自1994 年美国（ Hoeganaes）海格纳士公司在加拿大多伦多举行的国际粉末冶金和颗粒材料会议上初次公布以来, 不久被用于实际生产中, 已被认为是进入上一世纪 90 年代以来粉末冶金零件生产技术方面最为重要的一项技术进步。2 .齿轮温压成形工艺的技术环节温压成形技术自身处在不断发展和进步的过程中。比如，从模具和粉末同时加热发展到模具加热而粉末不加热的所谓热模温压，美国的（Hoeganaes）海格纳士公司运用这种热模温压工艺制造出用于汽车传动装置上的行星齿轮组的斜齿轮。又如，增长润滑剂/粘结剂

4、含量，发展出所谓流动温压技术，可直接成形侧面带螺纹孔的复杂零件。德国（Fraunhofer）弗劳恩霍夫研究所采用流动温压工艺，通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性，同样可直接成形带有与压制方向垂直的凹槽、孔和螺纹孔等形状复杂的零件，不需要二次机加工。温压技术的关键技术长期被美国和瑞典等少数国家垄断，我国在上一世纪90年代才刚起步，通过一段时间，国内公司处在不具有自主生产温压零件的能力，只能靠引进技术，涉及粉末、工艺及设备，因而严重制约了我国粉末冶金工业的技术进步。3 .齿轮温压成形工艺前景温压技术我国虽然起步在上一世纪90年代，在这段时期的后十年

5、才得到相关研究领域，制造商家重视和研究。美国的（Hoeganaes）海格纳士公司和德国（Fraunhofer）弗劳恩霍夫研究所的流动温压技术工艺在齿轮制造行业得到运用，我国在这个领域运用了外国的温压技术理论基础上投入了大量的科研力量，已取得了重大的进展。创新性地开展了模壁润滑温压、低温温压、温压烧结硬化、流动温压等技术的研究，将温压这一技术展示在齿轮制造业，又在一种高速压制和温压相结合的更高密度的温粉末高速压制技术思绪展开研究，并获得核心技术成果。温挤压技术作为一种净成形和近净成形加工工艺,因其金属的流动性能好、成形精度高、成本低,且可连续生产的特点,已迅速在齿轮行业被得到较广泛的运用，就以行

6、星变速器锥齿轮为研究对象,设计了锥齿轮的温挤压成形工艺及模具结构,大大减少了制导致本,提高了工作效率,同时该方法可以使金属材料产生挤压强化,提高了材料的机械性能,具有广阔的市场前景。4 . 温压工艺关键技术温压工艺其关键技术有粉末、润滑剂、温压温度、温压系统，人们对关键技术展开研究，对提高我国粉末冶金产品的档次和技术水平,赶超世界先进制造水平具有重要的现实意义。1）粉末是一项极具潜力的新技术,具有非常广阔的应用前景。不同形状和技术规定用不同粉末成形。流动温压成形技术是一种新型的粉末冶金，能获得零部件近终形完全成形技术,可成形具有复杂几何.形状的零件。采用流动温压工艺可以直接成形并获有位置、形位

7、公差、孔和螺纹孔等零件。而用传统粉末冶金技术制造此类零件通常是非常困难甚至是不也许的,一般都需要通过其后的机加工才干完毕,就是用程控压机来实现复杂和精确的动作也只能生产出较为简朴的零件。但是采用流动温压工艺后就可以直接成形具有此类形状的零件。为了系统地研究流动温压工艺中粉末的流动行为,（Fraunhofer）弗劳恩霍夫研究人员采用模具成功制备出了带螺纹孔形复杂的零件。2）润滑剂选择合适的润滑剂是温压工艺的关键所在，因此人们在开发新型金属粉末温压成形润滑剂方面做了大量的工作。粉末冶金温压成形过程中，采用润滑剂可以减小粉末与模壁间的摩擦力，使压制时的压力损失减小；以及减小粉末与粉末间的摩擦力，加速

8、粉末的重排。铁基粉末温压成形润滑剂规定如有：1）润滑剂的玻璃化温度与温压温度有合理的搭配； 2）易于在合金粉末表面形成润滑膜或在压制过程中形成转移膜，并且具有一定的抗压能力；3）能阻止或减缓金属粉末的氧化；4）烧结过程中分解物并不污染环境。此外，润滑剂应具有较好的润滑性能：1）较好的流动性；2）较低的摩擦系数 。铁粉等温压成形中， 常见的润滑剂有： 硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯醇、阿克蜡、硬脂酰胺、甘油、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨脂、聚缩醛、EBS 蜡、聚酰胺等二十多种。润滑剂的加入方式有 3 种：1）将聚合物粉末与合金粉末干混；2）在聚合物玻璃化温度或熔点之上将两者进行混合；3）将聚合物溶

9、入易挥发的溶剂后与合金粉末湿混。方法 1、3 工艺简朴，较常用；方法 2 工艺复杂，应用较少。一般湿混的温压性能要好于干混，但当温压温度较高时，干混时生坯密度要高于湿混生坯的密度。粘结剂的浓度影响压坯的密度，在无粘结剂温压工艺中，对混粉的均匀性规定较高。在较高的压制压力下，润滑剂含量高的样品烧结密度要低些；在较低的压制压力下，增大润滑剂的含量则有助于提高生坯密度 。为了得到更高密度的粉末冶金件，关键是减少内润滑剂的含量，可以采用模壁润滑和超高压压制两种方法 。 铁基粉末温压用润滑剂的加入量比传统工艺用润滑剂少，一般含量为 0.6%。 假如采用模壁润滑与内润滑温压成形相结合，可以减少内润滑剂的含

10、量至0.02 %0.06 % 。模壁润滑使得制造高密度、高性能温压成形件成为也许，但会减少产品的生产效率，并且模壁润滑会导致不均匀的压坯密度，不适合应用于复杂件制造。粉末的内部润滑适合于制造低压下的规则结构件。因此，应权衡内润滑及模壁润滑的使用效果来提高部件性能 。3）温压温度压制温度能减缓了金属粉末的加工硬化速度，增大了粉末的塑性变形能力，提高压坯密度。温压时润滑剂具有粘流性，改善了粉末之间的摩擦状态，润滑剂大部分被挤出压坯，减少了粉末与模壁之间的摩擦，提高了压坯密度。铁基粉末温压工艺在 130 150 左右的温度下，据有关资料温压可加热到 100 以下和 250。认为温压温度通常与所加的润

11、滑剂的特性有密切关系，规定所选的润滑剂在温压温度具有最佳的润滑效果，一般将温压温度控制在聚合物润滑剂的玻璃化温度之上 25 85 或在熔点之下 5 50 ， 此时润滑剂处在粘流态。如图 2 若温度过高，形成的润滑膜易被破坏和失效。铁基粉末最佳温压温度与压制压力和装粉高度有关。随着铁粉装粉高度由 0.5 cm 升高到 1.9 cm，最佳温压温度由 150 减少到 90 110 。 500 MPa时最佳温度为 150 ，690 MPa 时最佳温度为 120 。与此相反，温压最佳温度与压制压力无关。温压时，粘结剂受到的压力比一般高聚物加工时常用的压力高得多。粘结剂玻璃化温度 T g 随压力增长而升高

12、，通过加入增塑剂可以减少 T g 。4）温压温度系统国际上现有可以产业化的温压设备及其制造厂家，重要有美国海格纳士集团和辛辛那提公司共同开发的加热系统；瑞典林德金属公司合作生产系统； 国内华南理工大学的HGWY系统。当前流行的加热系统是电阻加热，替代了热油加热，它简化了加热元件的安装，适合各种压制，易操作、保养，显著减少了成本。此外，加压方式、零件形状和烧结条件对压坯密度和烧结坯密度也有很大影响。当加压速度不久时，由于粉末体受冲击变形速度不久，当其变形速度大于粉末体因受力作用所发生的加工硬化速度时，粉末体变形便不受加工硬化作用的影响，致使压坯密度有较大增长。温压更合用于齿轮状及粉末比重大的压坯

13、的压制。烧结条件如温度、保温时间、气氛、升温速度等均影响产品性能和精度。粉末冶金温压成形工艺简朴、产品性能优越、且适合于齿轮生产， 是金属铸、 锻造的一种替代工艺。然而，我国温压成形技术的发展时间较短，许多方面有待完善。粉末冶金温压成形技术的发展方向为：1）扩大温压材料体系：如硬质合金，钛、铝等有色合金；2）进一步研究现有温压工艺及开发新工艺：如低温温压、快速温压等；3）进一步提高温压产品的致密度，从而提高温压产品的性能；4）开拓温压产品的应用领域。参考文献1 乔卡布斯金属粉末报告；2 金属粉末行业联盟的金属粉末报告；3 肖志瑜, 张菊红. 中国机械工程；4 肖心竹. 稀有金属与硬质合金；5 曹顺华, 易建宏, 奉东文等. 粉末冶金材料科学与工程；6 李明怡, 果世驹, 林 涛. 粉末冶金技术；7 李金花, 倪东惠, 夏 伟. 粉末冶金技术；8 相关齿轮技术书籍等；9 百度文库文选等；10 其他金属材料学科文选；