发动机用定子齿轮的粉末冶金加工工艺分析(附件)【字数：6379】
齿轮传动是目前机械传动中应用最广泛、最常见的一种传动形式。齿轮通过轮齿来传递力矩和运动、变换运动的方向、指示读数及变换机构的位置等。齿轮在汽车的构造当中占据了非常重要的地位，是汽车主要零部件之一，担负着传递机械能的重要任务。随着我国机械工业的发展，汽车市场对齿轮的需求量越来越大。粉末冶金作为一种可以加工材料特殊、形状不规则零件的成型方法，可以实现大批量生产零件且节约原材料，进而提高生产效率、降低生产成本，被广泛地应用于汽车零部件的生产制造中。本文主要分析了发动机中定子齿轮的粉末冶金加工工艺，具体阐述了定子齿轮加工过程中的粉材选用、压制工艺、生坯检测、烧结工艺、整形工艺和定子齿轮成品的三坐标检测等内容。
目录
一、引言 1
（一）研究背景 1
（二）具体研究内容 2
二、发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺 2
（一）压制工艺 2
（二）烧结工艺 5
（三）整形工艺 7
三、发动机用定子齿轮三坐标检测 11
总结 12
参考文献 13
致谢 14
一、引言
齿轮传动是当前机械传动中应用最普遍、最常见的一种传动形式。齿轮用它的轮齿来传递力矩和运动、变换运动的方位、指示读数及变换机构的位置等。自汽车问世以来，齿轮在其构造中便占据了重要地位，发动机、变速箱、传动轴等结构中都有齿轮。齿轮是汽车的主要零部件之一，主要用于传递机械能。随着我国机械工业的发展，汽车市场对齿轮的需求量越来越大。粉末冶金作为一种可以加工形状不规则、材料特殊零件的成型方法，可以实现复杂零件的大批量生产并且节省原材料，提高生产效率、降低生产成本，因而被广泛地应用于汽车零部件的生产。
（一）研究背景
1.齿轮发展及其应用
我国很早就发明并使用齿轮，迄今为止发现的最古老的齿轮是我国山西出土的青铜齿轮，指南车中也使用到了齿轮。至17世纪末，随着齿轮的逐渐应用和发展，人们开始研究齿轮形状，以提高齿轮传动的准确性，渐开线齿轮应运而生。到20世纪初，渐开线齿轮已在齿轮应用中占了优势。
汽车行业是齿轮最大的应用市场。汽车结构中常用到的齿轮有内齿齿轮、圆柱齿轮以及齿厚锥形齿轮 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
，螺旋伞齿轮以及圆锥齿轮的应用也较为频繁。近年来，随着全球整车销量的快速增长，如图11，为整车配套的齿轮需求也随之不断扩大。粉末冶金工艺能制造复杂形状的零件，而且具有节能、省时、减材等优势，适合于齿轮的批量生产。
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图11 20122020年全球汽车产量趋向（万辆）
2.粉末冶金在汽车上的应用
粉末冶金是将金属粉末放入模具中通过冲压而压成生坯，然后以适当的温度烧结生坯，冷却后再进行整形、热处理、机加工等，从而获得成品零件的工艺。与其他成型工艺相比，粉末冶金加工工艺具有成本低廉、性能优越、环保节能、无需切削等优势，广泛应用于家电、摩托车、汽车、工程机械及农用机械等行业，其在汽车工业上的应用比例高达70%以上，主要用于滑动摩擦件和结构零件的生产制造。
粉末冶金的基本工艺流程为：制粉→压制→烧结→浸油→后处理，如图12所示。
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图12 粉末冶金基本工艺过程
（二）具体研究内容
本文主要分析研究发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺过程，从以下几个方面进行讨论：
1、发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺编制
压制工艺
烧结工艺
整形工艺
2、发动机用定子齿轮零件的检验
二、发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺
（一）压制工艺
1.压制原理
压制是通过施加外压、在模具的模腔中将金属粉末压成具有一定形状、尺寸和密度的型坯，如图21所示。压制工艺的设备主要由中模、芯棒、（上、下）冲头三部分组成。
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图21 粉末冶金压制工艺
上、下冲头：通过上下冲头对粉末施加巨大的压力使得粉末形成固定的形状；
中模：控制产品外部形状轮廓；
芯棒：控制产品内部形状轮廓。
2.粉材选择
粉末冶金中采用的材料正常是混合铁粉，如图22所示，由基粉和辅粉两部分组成。基粉有雾化铁粉和还原铁粉两种；辅粉一般由铬、镍、锰、铜等合金元素以及石墨、润滑剂、切削助剂等组成。
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图22 粉末冶金用混合铁粉
本文产品为发动机齿轮零件，其原材料粉末主要由铁、铜、石墨、润滑剂组成。其中，铁粉是最重要的部分，占比最大，在97.45%左右。铜的含量在1.8%左右，铜可以在烧结的过程中形成液相烧结而加大烧结的效果，提高产品的性能。石墨含量在0.75%左右，碳元素是组成钢的基本元素。润滑剂含量在0.85%左右，润滑剂可以填充在颗粒和模壁之间以及铁粉颗粒间，推动压制顺利进行。在压制的过程中，润滑剂起着重要的作用，不可缺少。
3.模具选择
模具决定了待加工零件的形状，如图23所示，通常根据产品形状来制定和选用。模具主要是由上冲、下冲、中模以及芯棒组成。压制时，通过模具控制原材料的形状结构，同时使其获得该有的尺寸和密度等要求。
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图23 模具选用
4.机床选择
本文定子齿轮压制工艺中选用的压制设备为CP700A压制机，如图24所示。该设备生产厂商为德国LAUFFER，这是一家专业的从事压机设计与制造的厂商。
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图24 CP700A压制机
5.压制成型
压制即在一定压力下将粉材压成具有一定形状结构、尺寸和密度的生坯的过程。本文压制过程主要为：首先通过料靴将粉材装入模腔内，粉材松装密度大约为2.53.2g/cm3；然后通过上下冲头相向运动（速度约为300mm/s）将粉材压制成既定的形状和尺寸，并且在951.4KN压力下保压3s，压制密度大约为6.57.2g/cm3，上下冲头复位；最后将压制好的零件生坯脱模。压制得到零件生坯如图25所示。
目录
一、引言 1
（一）研究背景 1
（二）具体研究内容 2
二、发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺 2
（一）压制工艺 2
（二）烧结工艺 5
（三）整形工艺 7
三、发动机用定子齿轮三坐标检测 11
总结 12
参考文献 13
致谢 14
一、引言
齿轮传动是当前机械传动中应用最普遍、最常见的一种传动形式。齿轮用它的轮齿来传递力矩和运动、变换运动的方位、指示读数及变换机构的位置等。自汽车问世以来，齿轮在其构造中便占据了重要地位，发动机、变速箱、传动轴等结构中都有齿轮。齿轮是汽车的主要零部件之一，主要用于传递机械能。随着我国机械工业的发展，汽车市场对齿轮的需求量越来越大。粉末冶金作为一种可以加工形状不规则、材料特殊零件的成型方法，可以实现复杂零件的大批量生产并且节省原材料，提高生产效率、降低生产成本，因而被广泛地应用于汽车零部件的生产。
（一）研究背景
1.齿轮发展及其应用
我国很早就发明并使用齿轮，迄今为止发现的最古老的齿轮是我国山西出土的青铜齿轮，指南车中也使用到了齿轮。至17世纪末，随着齿轮的逐渐应用和发展，人们开始研究齿轮形状，以提高齿轮传动的准确性，渐开线齿轮应运而生。到20世纪初，渐开线齿轮已在齿轮应用中占了优势。
汽车行业是齿轮最大的应用市场。汽车结构中常用到的齿轮有内齿齿轮、圆柱齿轮以及齿厚锥形齿轮 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
，螺旋伞齿轮以及圆锥齿轮的应用也较为频繁。近年来，随着全球整车销量的快速增长，如图11，为整车配套的齿轮需求也随之不断扩大。粉末冶金工艺能制造复杂形状的零件，而且具有节能、省时、减材等优势，适合于齿轮的批量生产。
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图11 20122020年全球汽车产量趋向（万辆）
2.粉末冶金在汽车上的应用
粉末冶金是将金属粉末放入模具中通过冲压而压成生坯，然后以适当的温度烧结生坯，冷却后再进行整形、热处理、机加工等，从而获得成品零件的工艺。与其他成型工艺相比，粉末冶金加工工艺具有成本低廉、性能优越、环保节能、无需切削等优势，广泛应用于家电、摩托车、汽车、工程机械及农用机械等行业，其在汽车工业上的应用比例高达70%以上，主要用于滑动摩擦件和结构零件的生产制造。
粉末冶金的基本工艺流程为：制粉→压制→烧结→浸油→后处理，如图12所示。
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图12 粉末冶金基本工艺过程
（二）具体研究内容
本文主要分析研究发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺过程，从以下几个方面进行讨论：
1、发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺编制
压制工艺
烧结工艺
整形工艺
2、发动机用定子齿轮零件的检验
二、发动机用定子齿轮零件的粉末冶金加工工艺
（一）压制工艺
1.压制原理
压制是通过施加外压、在模具的模腔中将金属粉末压成具有一定形状、尺寸和密度的型坯，如图21所示。压制工艺的设备主要由中模、芯棒、（上、下）冲头三部分组成。
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图21 粉末冶金压制工艺
上、下冲头：通过上下冲头对粉末施加巨大的压力使得粉末形成固定的形状；
中模：控制产品外部形状轮廓；
芯棒：控制产品内部形状轮廓。
2.粉材选择
粉末冶金中采用的材料正常是混合铁粉，如图22所示，由基粉和辅粉两部分组成。基粉有雾化铁粉和还原铁粉两种；辅粉一般由铬、镍、锰、铜等合金元素以及石墨、润滑剂、切削助剂等组成。
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图22 粉末冶金用混合铁粉
本文产品为发动机齿轮零件，其原材料粉末主要由铁、铜、石墨、润滑剂组成。其中，铁粉是最重要的部分，占比最大，在97.45%左右。铜的含量在1.8%左右，铜可以在烧结的过程中形成液相烧结而加大烧结的效果，提高产品的性能。石墨含量在0.75%左右，碳元素是组成钢的基本元素。润滑剂含量在0.85%左右，润滑剂可以填充在颗粒和模壁之间以及铁粉颗粒间，推动压制顺利进行。在压制的过程中，润滑剂起着重要的作用，不可缺少。
3.模具选择
模具决定了待加工零件的形状，如图23所示，通常根据产品形状来制定和选用。模具主要是由上冲、下冲、中模以及芯棒组成。压制时，通过模具控制原材料的形状结构，同时使其获得该有的尺寸和密度等要求。
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图23 模具选用
4.机床选择
本文定子齿轮压制工艺中选用的压制设备为CP700A压制机，如图24所示。该设备生产厂商为德国LAUFFER，这是一家专业的从事压机设计与制造的厂商。
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图24 CP700A压制机
5.压制成型
压制即在一定压力下将粉材压成具有一定形状结构、尺寸和密度的生坯的过程。本文压制过程主要为：首先通过料靴将粉材装入模腔内，粉材松装密度大约为2.53.2g/cm3；然后通过上下冲头相向运动（速度约为300mm/s）将粉材压制成既定的形状和尺寸，并且在951.4KN压力下保压3s，压制密度大约为6.57.2g/cm3，上下冲头复位；最后将压制好的零件生坯脱模。压制得到零件生坯如图25所示。
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