粉末冶金实现高性能烧结齿轮与自润滑轴套

烧结齿轮衬套概述

烧结自润滑齿轮、衬套和轴承是指具有孔隙率并浸渍有润滑剂的粉末冶金零件，在运行过程中能够提供持续润滑，无需外部补充润滑剂。与实体齿轮、衬套和轴承相比，它们重量轻、孔隙多、自润滑且强度高。我们通常使用两种粉末金属制造方法来生产烧结齿轮和自润滑衬套，分别是金属注射成形和粉末压制成形，它们都属于粉末冶金工艺。

实体金属齿轮、衬套制造方法

实体金属齿轮和衬套的主要制造工艺各有不同优势。齿轮加工可实现高精度的轮廓成形和表面精加工，但铸造能实现接近成品形状的能力。锻造通过晶粒流动成形提升强度。衬套加工可保证紧密公差和表面质量，而拉削则便于制造复杂的内部结构。铸造衬套可以快速生产复杂形状，且几乎不需后续加工。

CNC加工 — 齿轮切削工艺如滚齿、成形和铣削使齿轮能够从金属毛坯中精密加工。最常用的方法。

铸造 — 金属铸造可用于生产需进一步加工的粗糙齿轮毛坯。相比毛坯加工可节省材料。

锻造 — 齿轮毛坯可从金属材料锻造成基本形状后再加工。提供晶粒流强化。

挤压 — 某些金属的热挤压可生产无缝衬套，公差接近。

耐磨性提升

粉末成形齿轮和衬套利用浸渍润滑剂、细小碳化物和定制合金等优势，较传统制造方法显著提升耐磨性能和部件寿命。

- 润滑剂浸渍 — 烧结零件的孔隙允许油、石墨等润滑剂保留，为接触面提供持续润滑，最大限度减少磨损。

- 更细碳化物 — 粉末烧结固有的快速冷却使微观结构中碳化物非常细小且均匀分布，增强耐磨性。

- 加工硬化 — 压实时的压缩力对材料进行加工硬化，进一步提高耐磨性。

- 材料灵活性 — 烧结工艺可使用比锻造合金更广泛的耐磨合金，添加铬、镍、钼等元素。

- 成分控制 — 粉末冶金相比铸造合金具备更精准的成分控制，优化性能。

- 密度梯度 — 表层可保持一定孔隙度以存储润滑剂，而内部保持高密度保证强度，降低表面磨损。

噪音抑制

粉末压制齿轮和衬套利用孔隙率、材料梯度和成形结构等实体金属无可比拟的特性，实现卓越的声学减震和静音运行。

- 多孔结构 — 烧结件的固有孔隙和空隙可吸收并消散振动能量和声波，降低噪音。

- 粒间摩擦 — 金属粉末颗粒及其界面间的摩擦也阻尼振动传播。

- 配合改善 — 孔隙率提升配合精度，减少因间隙或配合不良引起的振动。

- 润滑效果 — 孔隙内浸渍的润滑剂减少金属直接接触，是噪音源，润滑膜降低振动。

- 刚性降低 — 相较实体金属，烧结件弹性模量有所降低，有助于振动阻尼。

- 阻尼能力提升 — 粉末冶金允许通过定制成分和性能增强阻尼能力。

- 形状优化 — 烧结可实现成形结构、表面纹理或散热片，利用几何效应优化阻尼。

复杂几何形状

粉末冶金提供的接近成形、自动化加工和成分灵活性赋予烧结齿轮和衬套设计卓越的几何能力。

- 接近成形 — 烧结件通过模具将金属粉末成形至接近所需形状和尺寸，最大限度减少复杂形状的机械加工。

- 设计灵活性 — 模具设计允许制造复杂且不规则的内外部几何形状，是加工难以实现的。

- 部件合并 — 复杂装配可通过将多个部件整合为单一带嵌入特征的烧结件简化。

- 无拔模角要求 — 粉末成形不需要铸造中所需的拔模角，允许垂直壁、凹槽和负拔模结构。

- 密度定制 — 可通过在特定区域调整压实程度，实现单一部件内不同密度区域，进一步优化形状。

- 后续加工 — 烧结后的冲压、锻造或轧制等二次工序可改善细节形状。

- 自动化 — 粉末材料的自动化成形和加工支持高产量重复性复杂几何形状制造。

摩擦降低

粉末成形提供的成分选择、净形精度和润滑剂保持性能，使烧结齿轮和衬套具备无与伦比的低摩擦能力。

- 浸渍润滑剂 — 孔隙使油或石墨等润滑剂得以保留，在接触面持续润滑，降低摩擦。

- 表面更细腻 — 烧结工艺可产生光滑表面，减少粗糙接触导致的摩擦。后续烧结加工进一步提升表面。

- 尺寸控制 — 烧结的净形能力带来精确尺寸控制，实现更佳的间隙配合和较低偏心度，从而减少摩擦。

- 成分灵活 — 添加碳、铜、锡等合金元素，优化材料导热性、阻尼性和接触表面化学性质，降低摩擦。

- 密度梯度 — 表层较高孔隙率和较低密度可保持更多润滑剂，降低关键界面摩擦。

- 石墨润滑 — 浸渍石墨的层状结构使其在接触区易于剪切，提供低摩擦润滑。

- 弹性模量降低 — 相较致密合金，弹性模量降低减少表面应力和摩擦。

轻量化潜力

粉末成形齿轮和衬套利用低密度合金、优化几何形状和集成组件，实现实体金属无法比拟的轻量化性能。

- 孔隙率 — 烧结结构中控制的孔隙固有地降低了质量和密度，实现固有的重量减轻。

- 低密度材料 — 烧结中可使用钛、铝等低密度元素粉末制造轻质部件。

- 更薄截面 — 烧结件高比强度允许设计更薄的截面和壁厚，同时保持强度，降低重量。

- 材料节省 — 烧结件表面多孔层保留润滑剂，允许用更少材料达到相同性能。

- 部件合并 — 复杂装配件可合并为单一烧结件，消除增加重量的紧固件和接头。

- 拓扑优化 — 可针对载荷条件模塑有机形状和空腔结构，仅在必要部位赋予强度。

- 尺寸精度 — 稳定的公差控制实现非常薄且精确的壁厚和截面，其他方法难以达到。

- 强度重量比 — 细小分散碳化物和加工硬化效应赋予烧结件良好的比强度。

烧结自润滑青铜轴承

烧结青铜轴承提供优异的性能，使其优于许多其他轴承材料。其多孔结构支持润滑剂浸渍，实现自润滑和摩擦减小，无需频繁补充。同时具有降噪和减振功能。青铜成分保证高载荷承载能力和良好的耐磨性，并在工作温度范围内保持尺寸稳定性。烧结青铜可以通过独特的合金添加进行性能定制，例如最大化耐磨性能。轴承具有良好的加工性能，便于后续制造。总体而言，烧结青铜自润滑、强度、稳定性和定制性使其成为苛刻机械应用中的优良且经济高效的轴承解决方案。粉末冶金制造方法允许高质量轴承高效且经济地实现净形制造，公差严格。

这些性能使烧结青铜轴承能够应用于汽车衬套和轴承、输送系统和机器人等物料搬运系统、高压流体泵系统、精密仪器、阀门、电机和开关设备、建筑/矿山机械等众多苛刻机械和摩擦学领域。自润滑能力、高承载能力、温度稳定性及制造成本效益赋予烧结青铜轴承在性能关键轴承应用上的多功能性。粉末冶金制造方法可避免昂贵的机械加工，实现高质量净形青铜轴承生产。

使用粉末压制成形时

对于对复杂性、生产效率和性能有严格要求的齿轮和衬套应用，粉末成形相较传统减法制造方法提供无可比拟的优势。

- 设计复杂性 — 烧结可实现机械加工难以或无法生产的复杂、不规则内外部几何形状。

- 生产效率 — 自动压实和烧结支持高产量净形制造，成本低于减法加工。

- 自润滑 — 浸渍润滑剂赋予烧结件固有自润滑性能，实体金属无法实现。

- 性能组合 — 可设计密度梯度、孔隙控制和合金添加等独特定制性能。

- 部件合并 — 多组件复杂装配件可轻松合并为单一烧结件。

- 有色金属材料 — 烧结允许使用青铜、铜和钛合金等非铁金属，通常不用于机械加工齿轮/衬套。

- 性能提升 — 粉末工艺形成的细微组织和各向同性性能增强强度、韧性和功能性。

- 净形部件 — 烧结生产的部件接近最终尺寸，减少机械加工及相关成本。

总体而言，对于需要独特几何形状、性能或规模化生产的齿轮和衬套应用，粉末烧结在设计和制造灵活性上相比减法加工和传统制造提供显著优势。

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