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粉末冶金齒輪技術在電機制造行業概況

2020-12-25 15:05   來源:    0

粉末冶金是以金屬粉末或金屬化合物粉末為原料,經混合、成形和燒結,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。粉末冶金法能生產用傳統的熔煉或加工方法所不能或難以制得的制品。粉末冶金技術制造具有優良疲勞性能和尺寸精度的齒輪以滿足電機制造行業的嚴格要求的潛力,粉末冶金部件由于其成本效益、重量和節能等優點,在汽車傳動和變速器中廣泛應用。盡管過去在其他汽車傳動應用領域取得了成功,粉末冶金技術尚未滲透到汽車動力傳動系統齒輪市場,齒輪的傳統加工似乎是一個復雜而昂貴的過程。

什么是粉末冶金?

粉末冶金是一種成型金屬零件的工藝。這個過程有三個步驟:

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形狀最終的結果是一個金屬零件,幾乎與所需的形狀相同,需要很少或沒有機器精加工,這取決于所需的精度水平。

粉末零件的優缺點

粉末金屬齒輪比傳統齒輪材料更受歡迎的主要原因是成本,在大量生產中,用粉末金屬制造齒輪比用鐵或鋼制造齒輪便宜。在制造過程中使用的能源較少,而且材料浪費也很少??紤]到許多粉末金屬零件不需要太多(如果有的話)機械精加工,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構有關,粉末金屬齒輪的多孔成分,它們重量輕,通常運行安靜。此外,粉末材料可以獨特的混合,產生獨特的特性,對于齒輪,這包括用油浸漬多孔材料的機會,從而產生自潤滑齒輪。

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

粉末冶金技術的挑戰

如今的現實是,齒輪的設計和制造仍然是OEM的核心競爭力,粉末冶金行業一直無法說服汽車傳動系統OEM,生產出與加工齒輪的性能和尺寸精度相匹配的零件。由于許多傳動齒輪具有螺旋角大于30度的螺旋齒形,與現有的鍛鋼毛坯滾切相比,以具有成本競爭力的方式制造這些部件對粉末冶金行業來說是一個挑戰。通常,高螺旋角對壓實造成了挑戰,因為幾何結構導致了與傳統加工不同的荷載,從而限制了高密度下實現扭矩要求,并增加了過早損壞的風險。粉末冶金零件生產商、工裝制造商和壓力機制造商的共同努力,使螺旋壓實技術取得了重大進展。這項技術雖然在本質上很昂貴,而且僅限于少數公司,但可用于粉末冶金行業。如今,使用傳統的低合金鋼粉末,可以在接近7.2g/cm3的最大密度下壓縮33°螺旋角的斜齒輪。

對于粉末冶金來說,尋求能夠在高扭矩承載應用中取代傳統鋼的高強度粉末冶金部件是一個永恒的挑戰。除了壓制的復雜性和實現高密度的困難外,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齒表面的強度最大化。

表面致密化顯示出粉末冶金零件性能的顯著改善,為粉末冶金工業開辟了新的可能性。粉末冶金工業已經開發出各種方法來對零件的臨界表面進行局部致密化工藝。所有已知的致密化方法都有一個共同點,即在需要致密化的區域內,將多余材料給成型零件塑性變形提供條件。

結論

采用粉末冶金工藝制造的齒輪與傳統的加工工藝相比,在形狀復雜度和生產率方面具有固有的優勢,這一優勢最終轉化成類似應用的粉末冶金齒輪的成本競爭力,表面致密的粉末冶金齒輪比拉刀或滾刀實心鋼齒輪具有更好的表面光潔度。改進后的表面光潔度對于不需要熱處理及磨削具有經濟吸引力,這對粉末冶金應用來說是一個明顯的優勢。





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