齿轮制造除了有塑胶齿轮注塑和滚齿、铣齿、插齿等等各种工艺，还有一种重要的齿轮制造工艺就是粉末冶金。

粉末冶金齿轮的材料适合于粉末冶金材料标准，粉末冶金材料有多种材料标准，多数国家和部分大公司都有自己的标准，由于日本和美国在粉末冶金的研究方面走在世界前列，所以目前广泛采用的材料标准是JIS(日本)，MPIF(美国)两种标准。

齿轮通常对强度都有一定的要求，故其选用材料的性能要好，目前齿轮使用较广泛的材料是Fe-Cu-C-Ni的材料，(其符合JIS SMF5030，SMF5040标准 ；符合MPIF FN-0205，FN-0205-80HT标准)；也有厂家选择Cu，Fe-Cu-C材料。

什么是粉末冶金

是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。广义的粉末冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狭义的粉末冶金制品业仅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件(占绝大部分)、含油轴承和金属射出成型制品等。

粉末冶金工艺的优点

1、一般粉末冶金齿轮制造工序少。

2、用粉末冶金法制造齿轮时，材料利用率可达95%以上。

3、粉末冶金齿轮的重复性非常好。因为粉末冶金齿轮是用模具压制成形的，在正常使用条件下，一副模具约可压制几万至几十万件齿轮压坯。

4、粉末冶金法可将几个零件一体化制造。

5、粉末冶金齿轮的材料密度是可控的。

6、在粉末冶金生产中，为便于成形后从压模中脱出压坯，压模工作面的粗糙度都非常好。

粉末冶金工艺的缺点

1、适宜批量生产，一般来说，批量5000件以上比较适合用粉末冶金工艺生产。

2、尺寸大小受到压机压制能力的限制。压机一般都几吨到几百吨压力，直径基本是在110mm以内都可以制作成粉末冶金。

3、粉末冶金齿轮受结构限制。由于压制和模具上的原因，一般不适宜生产蜗轮、人字形齿轮和螺旋角大于35°的斜齿轮。斜齿轮一般建议把斜齿设计在15°以内。

4、粉末冶金齿轮的厚度受到限制。模腔深度和压机行程必须是齿轮厚度的2～2.5倍，同时考虑到齿轮高度纵向密度的均匀性，因此粉末冶金齿轮的厚度也是很重要的。

粉末冶金工艺的工艺特点

1、 制品的致密度可控，如多孔材料、好密度材料等。

2、 晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析。

3、 近型成形，原材料利用率＞95%。

4、 材料组元可控，利于制备复合材料。

5、制备难溶金属、陶瓷材料与核材料。

粉末冶金工艺的工艺基本流程

1、制粉

制粉是将原料制成粉末的过程，常用的制粉方法有氧化物还原法和机械法。

2、混料

混料是将各种所需的粉末按一定的比例混合，并使其均匀化制成坯粉的过程。分干式、半干式和湿式三种，分别用于不同要求。

3、成型

成型是将混合均匀的混料，装入压模重压制成具有一定形状、尺寸和密度的型坯的过程。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。

4、烧结

烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。

粉末冶金齿轮后处理

为提高齿轮的强度和赖磨性，齿轮需要在烧结后，追加后处理工程，以便提高其使用性能。齿轮的后处理工程通常有两种方式：

1.表面水蒸汽处理：在高温环境下，使水蒸汽在齿轮的表面与Fe反应形成一种致密物质Fe3O4，Fe3O4硬度较高，可以增加产品的耐磨性和表面硬度。

2.渗碳处理：同普通机加工齿轮渗碳处理一样；碳氮共渗，淬火一体化处理。硬度范围同上。

粉末冶金齿轮形状设计

由于粉末冶金齿轮是依靠模具压制成形，对齿轮的面取形状有一定的要求(设计面取的目的主要是防止毛边(批锋)高于产品端面，影响客户使用)：

1．齿面面取设计：齿面面取目前有两种常用方式，详细如下：

齿面面取设计A 齿面面取设计B

2．内径面取设计：

内径面取设计

3．Boss齿轮形状设计，毛边高度0.2 max。

粉末冶金齿轮齿形条件

制造齿轮通常需要有：模数(径节)、齿数、压力角，跨齿厚、齿顶径、齿根径、齿轮精度等齿形参数。粉末冶金齿轮齿形条件与机加工齿轮齿形参数一致，主要是在公差带与机加工齿轮有差异。

1．齿顶径公差以及烧结态齿顶径公差可以控制的范围：

1)齿顶径在20以内，公差建议为±0.1

2)齿顶径在40以内，公差建议为±0.13

3)齿顶径在60以内，公差建议为±0.15；

注：齿顶径，齿根径因为对齿轮传动的影响较小，公差没有必要要求很严，较严则会提高成本。

烧结态齿根径公差控制的范围同齿顶径公差范围一致，烧结态齿轮的跨齿厚控制范围，注：如对跨齿厚(影响齿轮啮合的间隙)公差范围要求较窄，则要追加精整工程(利用加工模具精整)。

A．跨齿厚(跨n齿)5以内，公差建议为(0/-0.04)；

B．跨齿厚(跨n齿)10以内，公差建议为(0/-0.05)；

C．跨齿厚(跨n齿)15以内，公差建议为(0/-0.06)；

2.齿轮孔内径公差确定：当内径公差小时烧结态齿轮会用加工的方式确保尺寸在公差范围内，当内径公差小时热处理态齿轮会用机加工的方式确保尺寸在公差范围内。

3.齿顶齿根的R弧：齿顶的R弧建议R0.15min，齿根的R弧(0.38*m)建议R0.2min。

粉末冶金齿轮齿形精度

未精整的粉末冶金齿轮齿形精度：烧结态齿轮齿形精度可以控制在JIS6级，热处理态齿轮齿形精度可以控制在JIS7级，经过精整模具处理后的齿轮。齿形精度将有大的提高：烧结态精整齿形精度可以控制在JIS4~5级，热处理态精整齿形精度可以控制在JIS6级，在图纸中一般要注明齿轮齿形精度等级。

粉末冶金齿轮是依靠模具成形，其表面粗度通常都很好，烧结品的表面粗度可以控制在Ra3.2，其经过模具精整后面粗度会有提高，但由于粉末冶金齿轮表面有孔隙，面粗度提高有限(粉末冶金齿轮表面粗度无法控制在Ra0.8)。粉末冶金齿轮的检查项目与机加工的齿轮基本一致，主要包括如下项目：齿顶径、跨齿厚、内径、硬度、密度、齿抗、齿形精度等。

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