粉末冶金制造工艺是一门以金属和非金属粉末为原料，通过压制、烧结及多种后续处理技术来生产金属零部件的科学学科。这项技术能够以相对较低的成本制造出高性能的粉末冶金产品。在齿轮生产中应用粉末冶金技术，可大幅降低制造成本。

本论文以粉末冶金成形原理和烧结机理为基础，主要研究高性能铁基粉末冶金螺旋齿轮的开发与应用。

研究在以下具体领域展开：

高性能铁基粉末冶金斜齿轮与直齿轮的研究。基于复杂结构粉末冶金产品的模压成形原理，探讨了粉末冶金斜齿轮的不同模具设计方法。通过建立斜齿轮工艺参数的数学模型，对模具进行优化设计，以提升齿轮的强度和精度。开展高性能、低成本铁基粉末冶金齿轮材料的研究。

一、斜齿轮与直齿轮的性能对比研究。

1. 在齿轮啮合过程中，直齿齿轮啮合遵循以下原理：轮齿啮合——纯渐开线滚动实现力的传递——轮齿脱开——将力的传递转移至下一对轮齿。

2. 从上述内容可以看出，齿轮啮合本质上是间歇性的。对于渐开线齿轮而言，制造公差和安装误差等因素会进一步加剧这种非连续传动的特性。

3. 采用渐开线齿廓旨在实现平稳传动和恒定的齿轮传动比。然而，由于制造公差的存在，齿的突然啮合与脱离可能会在机构内部引发瞬时冲击力。

4. 螺旋齿轮的啮合原理：它们具有无冲击的突然啮合与分离特性。在每个啮合—分离循环中，每对齿的啮合与分离都是逐步进行的。与直齿轮不同，螺旋齿轮不存在啮合冲击现象，因此运行平稳，并有助于保持恒定的传动比。

5. 直齿轮齿的受力面沿轴向贯穿整个齿宽。而在斜齿轮中，虽然受力面也沿轴向分布，但并未覆盖整个齿宽。在模数、齿数和材料均相同的情况下，斜齿轮所承受的应力低于直齿轮。

斜齿轮的优点：

1）卓越的啮合性能。传动平稳、噪音低、冲击小。

2）高重叠率。每颗齿均分担载荷，可实现高速、重载运行，且性能平稳。

3）结构紧凑。所需等效齿数更少。

二、模具设计与成型原理

1. 模具设计取决于产品的形状、尺寸、密度、高度以及所选设备。为确保大批量生产零件的尺寸一致性，模具必须具备较长的使用寿命和高精度。为制造高品质模具，合理选用模具材料、热处理工艺及加工技术至关重要。模芯与型腔应选用耐磨性能优异的材料，其热处理硬度应达到HRC 60以上，例如硬质合金YG15、YG8，高速钢W18Cr4V、ASP60或SKH-9。上、下冲头模具则应具备良好的抗冲击性和足够的耐磨性，其热处理硬度应为HRC 56至60，例如合金钢GCr15、9CrSi、SKD11或3V。

2. 粉末冶金成形是指将松散的金属粉末或混合物（粉体）装入钢制模具中。在模具压力作用下，粉体被压缩并保持一定压力，随后释放压力，从而形成具有确定形状、尺寸、密度和强度的致密坯件。之后，该坯件从阴模中顶出。

三、原材料的比较研究

通过针对不同成分材料——Fe-2.0Cu-0.8C、Fe-1.5Cu-0.6C-1.0Ni以及Fe-1.5Cu-0.6C-1.75Ni-0.5Mo——的工艺试验，研究了各类铁基粉末冶金齿轮材料的压制与烧结性能，以及合金元素对这些材料烧结性能的影响。

高性能铁基粉末冶金斜齿轮的研制。在上述研究基础上，通过材料设计、工艺优化和模具设计，成功开发出了粉末冶金斜齿轮产品。所研制的齿轮顺利通过了台架试验，展现出显著的社会与经济效益。