[发明专利]粉末冶金齿轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金齿轮以及提高其机械强度的制造方法。该粉末冶金齿轮的轮齿之间分别有齿底形成。

背景技术

采用传统的冶金方式制造的构件越来越多地被采用粉末冶金技术制造的构件所代替，特别是因为可以简单地制造几何形状复杂的后者。然而受制造条件所限，未进行附加处理的烧结构件，由于有残余气孔率，所以机械强度较低。一方面，残余气孔率是希望的，例如针对用于润滑系统中的烧结构件。在此情况下，气孔可以充当润滑剂的储存容器。为了提高机械强度，在现有技术中也存在各种方法，用以减小残余气孔率。例如通过径向压制或滚压使齿轮表面压实。直到现在通过对齿侧进行表面淬火或表面压实处理，以提高机械强度的方法仍占据着重要地位，更确切地说，即有意降低齿根部位的硬度以改善机械性能。

DE 10 03 779 A1介绍了一种高强度、承受表面加压和弯曲应力的表面硬化齿轮。与承受弯曲疲劳应力相比，该齿轮具有最佳的强度特性。为此，与齿侧相比，承受弯曲应力的区域，也就是说齿根部分，其表面硬度相对较低，或者表面硬化层深度较小。其中齿根部分的表面硬度大约在48～58HRc之间。为了制造此类齿轮，首先采用一种熟知方法将其进行表面硬化，硬化之后再去除齿根处的一部分硬化层，即在尽可能地维持自齿根至有效齿廓的硬度值均匀过渡的条件下，采用诸如磨削的方法进行去除。

DE 25 56 170 A1公开了一种提高至少关于齿侧进行了硬化及/或高调质处理的齿轮的齿根强度的方法。其中，在各相邻齿底上齿侧的过渡区域进行倒圆。同时，通过与轮齿纵向伸长方向垂直取向的表面处理形成倒圆过渡区的精细外形，例如通过研磨及/或抛光方法。由此应该做到，加工纹路沿着与轮齿纵向垂直的方向分布，使得其在轮齿受力方向的平面内，而不再与轮齿垂直。因此，降低了齿根部分的划道敏感性，同时也提高了齿轮的承载能力。

DE 11 790 81 A1公开了一种方法，即为了避免在齿轮的齿根处产生研磨裂纹，对齿底及其相连的内角倒圆和齿侧进行研磨，必要时进行抛光。

最后，DE 29 34 413 A1公开了一种研靡加工齿底同时部分滚动磨削齿侧的方法。

对于粉末冶金齿轮，迄今末对齿根实施此类的精加工，一方面为了不使表面硬度降低，如以上DE 10 03 779 A1所述，而且也能在齿根部位形成充当“润滑剂袋”的气孔。

发明内容

本发明的任务在于，提高粉末冶金齿轮的机械强度。

针对依据本发明的粉末冶金齿轮，该任务通过具有经热机精加工的表面的齿底得以实现，其中该表面具有依据DIN EN ISO 4287测量的算术平均值Ra的表面粗糙度，该值取自下限值0.2μm与上限值2.0μm之间，以及通过一种制造粉末冶金齿轮的方法得以实现，根据该方法，对齿轮的齿底进行热机精加工，直至齿底具有上述表面粗糙度。出人意料的是，对齿底的热机精加工不仅能够通过避免了研磨裂纹而使断齿强度得到提高，而且尤其当加工面冷却不足时，通过对齿底表面的热机精加工诱导应力，使该区域的内应力梯度提高，因此粉末冶金齿轮的机械强度也得到提高。与未经精加工的粉末冶金齿轮相比，机械强度可提高达20％。在诱导的内部压缩应力基础上，强度可以几乎接近于整体材料，尤其可以使全钢齿轮与用烧结材料制成的齿轮之间其时相差20％的机械强度缩小至10％。依据本发明的粉末冶金齿轮也可以达到与全钢齿轮相媲美的强度，由此扩大此类粉末冶金齿轮的使用广度。当冷却不足时，通过热机精加工可得到一个塑性机械表面强化层，由此也可降低该表层的气孔率。亦即因此也可获得一个附加的表面压实作用或实施一般的表面压实过程，倘若在热机精加工之前没有进行这类处理的话。除此之外，通过精加工可使轮齿几何形状的精确度提高，从而减小相互啮合的齿轮间隙，使此类传动的声学性能得到改善，也就是说噪声级降低。通过有益的“冷作硬化”工艺，该表面上的温度负荷相对较小，这样就不会发生重结晶现象，更不会产生应力降低现象。另外，采用该方法有可能使此类粉末冶金齿轮的制造方法的实施成本更低，其原因是可以放弃至今为止表面常用的射束。同时，采用精加工可以降低因齿侧的辊轧过程发生的闪烁。同时可以去除表面上可能的脆性硬化层。

表面粗糙度特别也具有依据DIN EN ISO 4287测量的算术平均值Ra，该值取自下限值0.6μm与上限值1.2μm之间。

为提高机械强度并且进一步改善声学值，当粉末冶金齿轮的齿底表面具有依据DBN 31007测量的最大粗糙度轮廓高度R3z，该值取自下限值0.5μm与上限值8μm之间，是有利的。