Способ изготовления прямозубых порошковых шестерен Советский патент 1992 года по МПК B22F3/02 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления прямозубых шестерен.

Известен способ изготовления порошковых шестерен, включающий прессование полуфабриката с оформлением зубьев, его спекание и повторное прессование. Повторное прессование проводят в жесткой пресс- форме по схеме двусторонней осадки, степень деформации при этом не превышает 15%. Увеличение степени деформации приводит к резкому возрастанию усилия и снижению стойкости инструмента.

Недостатком рассмотренного способа является низкое значение плотности в области зуба (9.0-93%) и высокая разноплот- ность по высоте образующей (6-8%). Плотность зуба в среднем сечении минимальная и возрастает по направлению к торцам. Такое распределение плотности, а следовательно, механических свойств приводит к повышенному износу средней части,

снижению прочности и износостойкости зубчатого венца.

Известен способ изготовления порошковых шестерен, включающий прессование полуфабриката с оформлением зубчатого венца и центрального отверстия, спекание и повторное прессование полуфабриката с калиброванием отверстия, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости, повторное прессование осуществляют путем его осадки с уменьшением диаметра отверстия, причем полуфабрикат прессуют с плотностью 80-85% с высотой и диаметром отверстия определяемым из соотношений:

do V D - ( 0,79 -0,97)( D -

H-(1,25-1.43)h,(1) где D - диаметр делительной окружности,

d, h - диаметр центрального отверстия и высота шестерни.

ел

С

XI XI

со со

Способ изготовления шестерен, принятый за прототип, обеспечивает достижение высокой плотности как в области зубчатого венца, так и в центральной части. Остаточная пористость составляет 3-5%. Существенным недостатком указанного способа изготовления шестерен являются низкие демпфирующие свойства готовых деталей. При этом не обеспечивается гашения вредных колебаний и вибраций станка, снижение шума, что снижает надежность работы и ухудшает условия труда. По данным работы (Н. С. Мартиросян.Структура и свойства вибродемпфирующих материалов на железной основе. Порошковая металлургия № 10, 1985, с. 95-102) наилучшими демпфирующими свойствами обладают прессовки с остаточной пористостью 10-15%.

Целью изобретения является повышение демпфирующих свойств порошковых шестерен и снижение шума и вибраций.

Это достигается тем, что полуфабрикат прессуют с высотой Н и внутренним диаметром do. определяемыми из соотношений:

do2 (2,015-2,072){h/H - 0,38)d2 -(h/H-0,87)

Н (1,33-1,54)h;

при этом перед осадкой зазор между полуфабрикатом и оправкой заполняют порошком материала шестерни, а после осадки осуществляют повторное спекание.

Такое выполнение процесса прессования прямозубых цилиндрических шестерен позволяет изготавливать композиционную шестерню, включающую высокоплотный (с плотностью 98%) и износостойкий зубчатый венец и вязкую пористую сердцевину (с остаточной пористостью 10-15%) с высокими демпфирующими свойствами.

При эксплуатации таких шестерен снижаются колебания, вибрации и уровень шума, что повышает надежность работы и улучшает условия труда.

На чертеже изображена схема процесса повторного прессования: слева - исходное положение, справа - конечное.

Способ включает следующие операции. Подготовленную порошковую шихту из легированного порошка засыпают в матрицу и проводят двустороннее прессование зубчатого венца с оформлением профиля зуба и средней плотностью 80-85%. Диаметр центрального отверстия и высота прессовки определяются из соотношений (1). Полученные полуфабрикаты спекают в защитной атмосфере. Далее зубчатый венец размещают в матрице повторного прессования таким образом, что наружная поверхность прессовки контактирует с матрицей, а внутренняя поверхность свободна.

Зазор между внутренней поверхностью прессовки и центральным стержнем заполняется порошком материала шестерни. После этого проводят прессование

0 центральной части и повторное прессование зубчатого венца.

Повторное прессование проводят по схеме осадки трубной заготовки, размещенной в обойме с радиальным подпором внут5 ренней поверхности. На первой стадии повторного прессования происходит уменьшение высоты зубчатого венца с образованием внутренней бочки и подпрессовка порошка в центральной части.

0 Указанная схема деформирования осуществляется при отсутствии растягивающих напряжений и с радиальным подпором внутренней поверхности зубчатого венца. При дальнейшем внедрении пуансона про5 исходит трехосное прессование порошка в центральной части с оформлением диаметра d и осадка зубчатого венца Интенсивные сдвиговые деформации, возникающие в зубчатом венце при его осадке на 25-35%у,

0 обеспечивают снижение разноплотности по образующей до 2,0-2,5%. Трехосное прессование центральной части обеспечивает достижение требуемой остаточной пористости 10-15% с высокими демпфирующими

5 свойствами.

При повторном спекании двухслойной композиционной шестерни в результате процесса диффузии образуется моноблок,у которого центральная часть имеет пори0 стость 10-15%, а зубчатый венец - 2-2,5%. Прочность границы спекания имеет среднее значение от прочности венца и центральной части.

Уменьшение диаметра прессовки зуб5 чатого венца либо увеличение высоты относительно расчетных размеров приводит к перепрессовке центральной части и трещинам. Увеличение диаметра прессовки либо уменьшение высоты заготовки приводит к

0 снижению плотности центральной части и, следовательно, к снижению демпфирующих свойств и прочности изделия в целом.

Пример. По предлагаемому способу изготовливали шестерню ткацкого станка

5 диаметром делительной окружности О 34 мм, модулем 2 мм, высотой h 28 мм и внутренним диаметром d 10 мм. Проводили прессование зубчатого венца из легированного порошка СПА 60НМ с плотностью 6.67 г/см3 на гидравлическом прессе, Удельмое усилие прессования составляло 600 МПа. Полуфабрикаты спекали в печи СТН при температуре 1200°С, 1,5 ч в водороде. Рекомендуемый интервал изменения do и Н составляет do 21,46-21,76, Н 37,25-43,12мм. Изменение высоты и диаметра отверстия проводили в диапазоне Н 35-45 мм, do 15,8-26 мм. После спекания заготовки размещались в матрице, как показано на фиг. 1, а внутренняя полость заполнялась порошком. Степень деформации повторного прессования составляла 25-35%, среднее удельное усилие 700 МПа. Повторное спекание проводили в печи СТН при температуре 1150°С. Одновременно с предла- гаемым способом осуществлялось прессование шестерни по способу, принятому за прототип. При этом демпфирующие характеристики шестерни, принятой за про- тотип,приняты за единицу.

Проводили сравнительные испытания демпфирующих свойств шестерен на стенде в лабораторных условиях. Полученные результаты приведены в таблице.

0

5

0

5

Формула изобретения Способ изготовления прямозубых порошковых шестерен, включающий прессование полуфабриката плотностью 80-85% с зубчатым венцом и осевым отверстием, спекание, установку в отверстии оправки с зазором и закрытую осадку полуфабриката с калиброванием отверстия, отличающий- с я тем, что, с целью повышения демпфирующих свойств шестерен, полуфабрикат прессуют высотой Н и внутренним диаметром do, определяемыми из соотношений

do2 (2,015-2,072)(h/H - 0,38)d2 - - (h/H - 0.87)D2,

,33-1,54)h, где D- диаметр делительной окружности, м;

d, h - диаметр отверстия и высота шестерни, м,

при этом перед осадкой зазор между полуфабрикатом и оправкой заполняют порошком материала шестерни, а посла осадки осуществляют повторное спекание.

Сущность способа состоит в следующем. Подготовленную порошковую шихту из легированного порошка засыпают в матрицу и проводят двустороннее прессование зубчатого венца с оформлением профиля зуба до средней плотности 80-85%. Диаметр центрального отверстия и высоту полуфабриката предварительно рассчитывают. Полуфабрикат спекают в защитной атмосфере и размещают в матрице повторного прессования таким образом, что его наружная поверхность контактирует с матрицей, а внутренняя свободна. Зазор между внутренней поверхностью и оправкой заполняют порошком материала шестерни. проводят закрытую осадку полуфабриката с калиброванием отверстия, а затем - повторное спекание. 1 ил., 1 табл.

21,33

kQ

2-2,5

kQ ЦО 40

2-2,5 2-2,5 2-2,5

АО2-2,5

352-2,5

37,2 kO

43,1 45

2-2,5 2-2,5

2-2,5 2-2,5

37,5 2,5

1 3

5

1

Перепрессовка центральной части шестерни, брак по трещинам

Высокое качество шестерен, повышение демпфирующих свойств в 1,3 раза, снижение шума и вибрации на 20-30%

Снижение демпфирующих свойств на , снижение прочности центральной части, брак

Высокое качество шестерен, повышение демпфирующих свойств в 1,3 раза, снижение шума и вибраций на 20-30%

Перепрессовка центральной части шестерни, брак по трещинам

Высокий уровень шума и вибраций