梯度齿轮的制造方法及应用其的生产设备技术

本发明专利技术创造公开了梯度齿轮的制造方法及应用其的生产设备，该制造方法包括以下步骤：S1.采用合金钢加工出不带有轮齿的齿轮盘；S2.激光增材单元采用梯度配比的第一混合粉末在齿轮盘的周面上加工出具有多个第一沉积层的齿芯；S3.减材单元对齿芯的轮缘进行精加工；S4.激光增材单元采用梯度配比的第二混合粉末在齿芯的表面上加工出具有多个第二沉积层的齿面，第二沉积层的合金元素配比不同于第一沉积层的合金元素配比；S5.减材单元对齿面的轮缘进行精加工。可分别对齿芯和齿面进行差异化加工，使得两者具有不同的材料特性，例如可将齿芯加工成高韧耐疲劳区，而将齿面加工成高硬耐磨区，从而解决现有重载齿轮的技术痛点。从而解决现有重载齿轮的技术痛点。从而解决现有重载齿轮的技术痛点。

【技术实现步骤摘要】
梯度齿轮的制造方法及应用其的生产设备


[0001]本专利技术创造涉及生产制造
，特别涉及梯度齿轮的制造方法及应用其的生产设备。

技术介绍

[0002]重载齿轮作为大型机械设备中必不可少的传递动力及运动的零部件，在风电、起重运输、航天、矿山、冶金等重型装备领域中得到了广泛的应用。由于该类齿轮服役时常处于工况复杂、大冲击等工作环境中，受载时齿轮根部在弯曲应力的作用下产生裂纹并逐步扩大，进而使轮齿发生折断失去工作能力。对于重载齿轮来说，如何使齿轮具有坚硬的齿面同时还能保持心部的韧性是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术创造旨在提供一种梯度齿轮的制造方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0004]根据本专利技术创造的第一方面实施例的梯度齿轮的制造方法，包括以下步骤：
[0005]S10.采用合金钢加工出不带有轮齿的齿轮盘；
[0006]S20.激光增材单元采用梯度配比的第一混合粉末在所述齿轮盘的周面上加工出具有多个第一沉积层的齿芯；
[0007]S30.减材单元对所述齿芯的轮缘进行精加工；
[0008]S40.激光增材单元采用梯度配比的第二混合粉末在所述齿芯的表面上加工出具有多个第二沉积层的齿面，任意一个所述第二沉积层的合金元素配比均不同于任意一个所述第一沉积层的合金元素配比；
[0009]S50.减材单元对所述齿面的轮缘进行精加工。
[0010]根据本专利技术创造实施例的梯度齿轮的制造方法，至少具有如下有益效果：所述齿芯是由多个第一沉积层堆叠成型，鉴于所有的第一沉积层是通过激光增材单元根据梯度配比的第一混合粉末进行冶金结合，所以上述的增材工艺能够减少所述齿芯因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配，由于增材加工后的齿芯其尺寸以及粗糙度并不一定符合设计要求，因此还需要通过减材工艺来对其进行精加工，同理，所述齿面是由多个第二沉积层堆叠成型，增材后的齿面也需要进行精加工；由于所述齿面是附着在所述齿芯的外周，而且两者的合金元素配比并不相同，因此可分别对所述齿芯和所述齿面进行差异化加工，使得两者具有不同的材料特性，例如可将所述齿芯加工成高韧耐疲劳区，而将所述齿面加工成高硬耐磨区，从而解决现有重载齿轮的技术痛点。
[0011]根据本专利技术创造的一些实施例，所述齿芯与所述齿轮盘连接的第一沉积层选择与所述齿轮盘原料一致的基体材料，使得所述齿芯的根部与所述齿轮盘具有良好的结合强度。
[0012]根据本专利技术创造的一些实施例，在步骤S20当中，所述第一混合粉末包括基体材料
粉末和第一合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第一合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元的加工下形成具有高韧度的第一沉积层，从而将所述齿芯加工成高韧耐疲劳区。
[0013]根据本专利技术创造的一些实施例，所述第一混合粉末中的基体材料粉末与第一合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第一沉积层的逐渐加工而递减，以减少所述齿芯因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配。
[0014]根据本专利技术创造的一些实施例，所述齿面具有与所述齿轮盘原料一致的基体材料，在步骤S30当中，所述第二混合粉末包括基体材料粉末和第二合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第二合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元的加工下形成具有高硬度的第二沉积层，从而将所述齿面加工成高硬耐磨区。
[0015]根据本专利技术创造的一些实施例，所述第二混合粉末中的基体材料粉末与第二合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第二沉积层的逐渐加工而递减，以减少所述齿面因物理性能变化梯度过大而造成其性能上的不匹配。
[0016]根据本专利技术创造的一些实施例，在步骤S20当中，在完成对所述齿芯的沉积后，对工件进行保温缓冷处理，以降低工件的温度梯度和冷却速率，进而减小成形后的残余应力。
[0017]根据本专利技术创造的一些实施例，在步骤S30当中，为了减少沉积过程中热量过多累积而造成第二沉积层的塌陷，每加工出一个第二沉积层后，静置工件5min至8min，每加工出五个第二沉积层后，静置工件10min至20min，在完成对所述齿面的沉积后，对工件进行保温缓冷处理，以降低工件的温度梯度和冷却速率，进而减小成形后的残余应力。
[0018]根据本专利技术创造的一些实施例，为了提升增材工艺中的加工质量，超声波振动单元在每个第一沉积层或者每个第二沉积层的增材过程中均加以超声辅助，为了提升减材工艺中的加工质量，超声波振动单元在所述齿芯或者所述齿面的减材过程中均加以超声辅助。
[0019]根据本专利技术创造的第二方面实施例的梯度齿轮生产设备，应用如上述的梯度齿轮的制造方法，包括：
[0020]基座，其安装有摇篮式工作台，所述摇篮式工作台具有绕X轴旋转的自由度以及绕Z轴旋转的自由度，所述摇篮式工作台设有可固定所述齿轮盘的夹具；
[0021]激光增材单元，其包括激光打印喷头、第一运动模组和定量进粉器，所述激光打印喷头通过所述第一运动模组安装在所述摇篮式工作台的上方，所述第一运动模组具有X、Y、Z三轴自由度，所述定量进粉器设有多个储粉罐，每个所述储粉罐均设有连通于所述激光打印喷头的送粉管；
[0022]减材单元，其包括加工主轴和第二运动模组，所述加工主轴通过所述第二运动模组安装在所述摇篮式工作台的上方，所述第二运动模组具有X、Y、Z三轴自由度；
[0023]超声波振动单元，其包括超声输出模组和多轴机器人，所述超声输出模组通过所述多轴机器人安装在所述基座上。
[0024]根据本专利技术创造实施例的梯度齿轮生产设备，至少具有如下有益效果：所述定量进粉器能够将梯度配比的材料粉末输送至所述激光打印喷头进行分层打印，在每打印完一个轮齿后，所述摇篮式工作台带动所述齿轮盘旋转一定的角度，使得所述激光打印喷头能够在所述齿轮盘的周面上打印出所有轮齿，而所述减材单元能够对增材后的工件进行减材
精加工，以获得符合设计要求的产品，所述超声波振动单元在增材工艺中以及减材工艺中起到提高加工质量的作用；与现有的齿轮生产设备相比，所述梯度齿轮生产设备能够生产出高性能的齿轮，以满足特种行业的需求。
[0025]本专利技术创造的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术创造的实践了解到。
附图说明
[0026]本专利技术创造的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0027]图1是本专利技术创造实施例的梯度齿轮生产设备的立体结构示意图；
[0028]图2是图1所示的梯度齿轮生产设备的侧视图；
[0029]图3是本专利技术创造实施例的梯度齿轮的立体结构示意图；
[0030]图4是图3所示的梯度齿轮在A处的局部放大图。
[0031]附图中：100
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基座、200
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激光增材单元、300
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减材单元、400
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.梯度齿轮的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S10.采用合金钢加工出不带有轮齿(601)的齿轮盘(600)；S20.激光增材单元(200)采用梯度配比的第一混合粉末在所述齿轮盘(600)的周面上加工出具有多个第一沉积层(611)的齿芯(610)；S30.减材单元(300)对所述齿芯(610)的轮缘进行精加工；S40.激光增材单元(200)采用梯度配比的第二混合粉末在所述齿芯(610)的表面上加工出具有多个第二沉积层(621)的齿面(620)，任意一个所述第二沉积层(621)的合金元素配比均不同于任意一个所述第一沉积层(611)的合金元素配比；S50.减材单元(300)对所述齿面(620)的轮缘进行精加工。2.根据权利要求1所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：所述齿芯(610)与所述齿轮盘(600)连接的第一沉积层(611)选择与所述齿轮盘(600)原料一致的基体材料。3.根据权利要求2所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：在步骤S20当中，所述第一混合粉末包括基体材料粉末和第一合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第一合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元(200)的加工下形成具有高韧度的第一沉积层(611)。4.根据权利要求3所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：所述第一混合粉末中的基体材料粉末与第一合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第一沉积层(611)的逐渐加工而递减。5.根据权利要求1所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：所述齿面(620)具有与所述齿轮盘(600)原料一致的基体材料，在步骤S30当中，所述第二混合粉末包括基体材料粉末和第二合金材料粉末，所述基体材料粉末和所述第二合金材料粉末的混合物在所述激光增材单元(200)的加工下形成具有高硬度的第二沉积层(621)。6.根据权利要求5所述的梯度齿轮的制造方法，其特征在于：所述第二混合粉末中的基体材料粉末与第二合金材料粉末之间的质量比随着多个所述第二沉积层(621)的逐渐加工而递减。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：来佑彬，张艺川，岳雯雯，曹勇，蒙雪江，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：