[发明专利]基于磨料水射流切割的非晶合金齿轮制造方法及其制品

说明书

本发明公开了一种基于磨料水射流切割的非晶合金齿轮制造方法，其包括以下步骤：1)预备非晶合金板材，并确保非晶合金板材的表面平整；2)将非晶合金板材水平放置，并没入水中；3)控制磨料水射流切割机的混砂管喷嘴按照所需非晶合金齿轮的轮廓轨迹线对非晶合金板材进行磨料水射流切割。切割时，合理利用磨料水射流切割特有的冷加工优势可以使非晶合金在切割过程中不发生晶化，并且巧妙将非晶合金板材没入水中一定深度，在不影响切割的情况下，又能保证非晶合金板材的及时冷却，避免加工过程中非晶合金发生晶化的风险，最大程度的保留非晶合金优异的使用性能，所制得的非晶合金齿轮制品的切割表面光洁圆滑，尺寸精度高，综合性能佳。

技术领域

本发明涉及非晶合金齿轮制造技术领域，特别涉及一种基于磨料水射流切割的非晶合金齿轮制造方法及其制品。

背景技术

在机械化时代，齿轮作为传递机器动力和运动的一种重要形式，其应用几乎遍布所有领域，是机械产品中极其重要的核心零部件。

块体非晶合金是20世纪后期迅速发展起来的一种新型金属材料，它具有比传统金属材料更为优异的物理、化学和力学性能，如：高强度、高硬度、比传统材料更高的冲击断裂能以及更优异的耐磨性，其中Zr基块体非晶合金的断裂强度接近工程陶瓷材料，超过2000GPa，显微硬度高达5GPa以上。此外，非晶合金极高的表面光洁度和较低的热膨胀系数等特性，都使得采用块体非晶合金作为基体材料制造的齿轮具有比常规金属材料更优异的潜在使役性能。

现有的切割制备非晶合金齿轮的方法包括:(1)使用刀具或砂轮进行机械切割；(2)线切割；(3)激光切割。上述切割方法中，使用刀具或砂轮切割，由于非晶合金强度和硬度较高，刀具磨损非常严重，且切割过程中摩擦产生的高温会使非晶合金面临晶化的风险。使用线切割制造，其缺点是切割表面有明显的切割纹路，切割质量较差且效率较低。使用激光切割制造，其缺点是难以切割具有较大厚度的块体非晶合金，否则将存在难以避免的晶化风险，激光切割还会导致切缝处氧化发黑，有挂渣和毛刺，需要增加后续工序处理，且切割过程中产生的熔融金属会飞溅至目标非晶合金齿轮上，影响零件表面质量。

如公开号为“CN1846085A”，名称为“金属制精密齿轮及齿轮机构”的专利披露了一种非晶合金齿轮的制备方法。该专利使用压铸的方法制备非晶合金齿轮，出模较为困难，且对材料的性能有较高要求(拉伸强度1500MPa或者Hv500)，限制了该方法的推广。

公开号为“CN104416141”，名称为“一种非晶合金齿轮成型方法及所用模具”的专利披露了一种非晶合金齿轮的制备方法。该方法将液态非晶合金注入到设计的模具中，然后通过压铸的方法获得非晶合金齿轮。该发明利用特制的模具，使齿轮齿面与反型镶块接触，可以使镶块和齿轮一起被顶出模腔，达到一次成型，解决了出模困难的问题，且齿面精度高，不需要二次加工。但是压铸成型的方法工艺较为复杂，技术难度较大。

然而磨料水射流切割过程中无化学变化，对切割材质的物化特性无不良影响，而且具有无热变形、切缝窄、精度高、切面光洁无污染等优点，另外在众多切割制造方法中，磨料水射流切割属于“冷态”切割方法，切割后，切割面整齐平滑，类似喷砂处理后的效果，是一种较为理想的块体非晶合金切割加工方法。

公开号“CN201911066865.7”，名称为“基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法及其制品”的专利披露了一种非晶合金定子铁芯工艺，以非晶合金带材为基础，将非晶合金带材统一剪裁至预定尺寸，之后将带材堆叠预定层数，并使用夹具在轴向施加预定压力，以确保非晶合金带材之间贴合紧密；随后依次对堆叠好的非晶合金叠片进行真空浸胶、高温固化等工序，获得粘合后的非晶合金板；再将非晶合金板使用水刀切割进行加工成形，最终得到非晶合金定子铁芯制品。但是其加工工艺不适用于非晶合金齿轮的制造。

为此，目前急需研发一种专门用于制造非晶合金齿轮的制造方法，能有效提升传统非晶合金齿轮工艺的加工效率和降低成本，并保证加工效果的基于磨料水射流切割的非晶合金齿轮制造方法。

发明内容