电动工具中的粉末冶金件你知道多少？

电动工具是量产的产品，当然零部件需求量非常大，基于粉末冶金独有的优势，在电动工具中也够提高最高效率与最低生产成本，因此得到重要的应用。

虽然国内的粉末冶金技术低于美、日、意等国家，但是作为国内粉末冶金代表东睦来说，每一个粉末冶金零部件的开发都经历过艰难的过程，考虑问题特别多，首先就是成本问题，直接降低生产成本是每一个企业考虑的事情，电动机械中哪一些会比较适合于粉末冶金制作，最重要的就是在运用过程中是否能够达到预期的水平等。常见电动工具中的粉末冶金金属件有凸轮、杆件、配重、轴承、轴承座、电刷架、离合器、转子、缸体、端盖、叶片、卡盘手等，这些都是运用粉末冶金技术开发的首选零部件，下面讨论几个用粉末冶金工艺制造的代表性零件和与之相关的问题。

1.电钻

小型手电钻是电动工具的最常见的一种，制作这样的手电钻首先需要设定一些基本设计参数，诸如功率输出、电钻的最低使用寿命及其一般的价格范围。一旦这些基本要素确定之后，下一步就是确定齿轮系的设计。将电动机固定为2.3A,于22000r/min下功率为0.1865kW及钻头速度为2000r/min时，就能确定每一个齿轮齿实际吸收的扭矩。这要和电动机小齿轮的强度与硬度，及要求的安全系数相匹配，给出正确选择齿轮系所用材料与密度所需要的全部数据。实际上，密度为6.4-6.8g/cm3的碳氮共渗的碳钢是能够承受这种工具设计寿命所需要的磨损率的。可是，这种材料既不耐冲击，又不能吸收撞击到节疤或钉子或钢毛刺产生的振动。采用二次压制－二次烧结工艺，即将这种材料通过精整，将密度增高到7.3g/cm3,然后进行第二次烧结可以解决这个问题。但是，具生产成本比改用低合金钢粉要高得多。镍钢与铜钢的强度与耐磨性都适合这项应用，而且使用令人满意。大多数在遭遇高冲击负载的应用中采用镍钢，而在振动负载较小的场合，则采用铜钢。在这种特殊的电钻中，由于这种设计的强度较高，将主齿轮设计成斜齿圆柱齿轮。其他两个齿轮设计成正齿轮。使用的材料都是MPIF 标准35中的FN-0205-25 与FN-0205-30(密度为6.9-7.2g/cm3)。齿轮的硬度很重要，斜齿圆柱齿轮的硬度范围为25-35HRC,而其他两个齿轮的硬度范围为30~38HRC.齿轮的硬度较高时会磨损轴上的小齿轮，而齿轮的硬度较低时，其自身就磨损得较快。所有齿轮在烧结后经检验合格才能进行热处理。所有齿轮都要进行精度检验。所有齿轮在组装前都要进行含浸油处理。粉末冶金齿轮约比切削加工的齿轮节约成本45%.

2.电池式电钻棘齿组件

电动工具中电池式电钻齿轮箱的棘轮，这个棘轮设计在美国MPIF粉末冶金设计竞赛获得优秀奖，最终由台湾Porite Ltd公司生产，组件由毂、法兰及棘轮组成。这些零件原来是由锻件生产的，改为粉末冶金零件后，生产成本降低了30%.粉末冶金法兰与棘轮的密度为7.1g/cm3.抗拉强度为1000MPa,疲劳强度为379MPa.毂的密度为7.0g/cm3,抗拉强度为689MPa,疲劳强度为290MPa。

3.钻床上齿轮组

电动工具中的齿轮组最早是意大利的Mini Gears公司第一次生产的研发用于钻床上的粉末冶金齿轮。齿轮的密度为7.2g/cm，抗拉强度1100MPa，屈服强度（0.2%）为800MPa，硬度为72HRA。需要进行热处理。

4.Cylkro齿轮组

这是一个用于电动工具的Cylkro齿轮组,曾荣获美国MPIF 2002年粉末冶金设计竞赛的优秀奖，其生产企业是意大利的Mini Gear公司。这个零件的成形密度为7.0g/cm3,抗拉强度为950MPa.设计的这个齿轮与螺旋小齿轮相啮合，而轴的角度为90°.这是粉末冶金螺旋齿轮和端面齿轮啮合的第一个实例。使用粉末冶金齿轮时，可降低生产成本50%.

5.锥齿轮

这是一个研磨机用锥齿轮。这种锥齿轮是意大利的 Mini Gear公司生的，最终用户是德国的Metabowerke公司。这个零件曾荣获2000年美国MPIF粉末冶金设计竞赛优秀奖。锥齿轮的密度为7.25~7.35g/cm3,抗拉强度为1138MPa,屈服强度为483MPa。这个零件需要热处理，但却是以最终形供应的，不需要后续加工，节约成本显著。

6.线锯中斜齿圆柱齿轮、锯条夹具及线锯组件

线锯是一种工作条件严酷但价格低廉的工具。这是因为其运动方向从旋转变成了脉动，并有若干振动产生，而且冲击与磨损负载都相当高。在线锯中只有一个斜齿圆柱齿轮，其在一个端面有一偏心凸轮。鉴于振动负载高与磨损因素，将这个齿轮设计成由密度不小于7.3g/cm3的铜熔渗高碳钢制造。齿轮与凸轮之间的密度均衡非常重要。另外，硬度、扭矩及强度都要符合技术要求。斜齿圆柱齿—轮配重是由密度为6.9g/cm3的镍钢制造的，要将其热处理到硬度为15~25HRC.对这个零件要进行横向断裂试验。线锯的寿命取决于齿轮凸轮和配重负载表面间硬度与强度的均衡。

在线锯中螺旋锥齿轮—这个零件是往复式电动线锯中用的螺旋锥齿轮.其是用温压成形的，成形密度为7.2-7.3g/cm3.这个零件是台湾 Porite公司生产的，最终用户是 Techtronic IndustriesCo.,Ltd.,于2003年荣获美国MPIF粉末冶金设计竞赛大奖。

通过选择温压工艺，消除了近终形设计的锻造、切削加工及齿轮加工。为增高偏心振动力，在零件中设计了两个不规则孔。

成形的螺旋齿轮齿，在烧结与热处理后，AGMA精度为7级。零件的抗拉强度为1103MPa,硬度为43HRC.粉末冶金工艺与替代的生产工艺相比，可降低生产成本55%.锯条夹具—也是由密度不小于6.9g/cm3的镍钢制造的。特别是当线锯开始切入内部的孔洞时，夹具承受的振动负载很高。在使用时，还要承受弯曲与扭转应力。因此，对这个零件的完整性（integrity)与强度要很小心地进行检验，而且对热处理要进行严格控制，以免脆化。

倘若所有这些零件都采用棒料切削加工的话，线锯的总价格将高于市场行情，而无法生产。便携式变速线锯驱动机构中使用的可拆开曲柄、配重及偏心齿轮组成的组件,曾荣获1999年美国MPIF粉末冶金设计竞赛优秀奖。这个组件是意大利 Mini Gear公司生产的，最终用户是Porter Cable ProfessionalPower Tools.这些形状复杂的零件都是由扩散合金化钢（MPIF材料标准 FD-0205-120HT)生产的。零件密度为6.85~6.95g/cm3,最小极限抗拉强度为830MPa.线锯的专用型号为9543,用于切割金属、木料及塑料。用粉末冶金零件替代切削加工的零件，可降低生产成本50%以上，而且可消除偏心齿轮与螺钉及销子三个零件。

MIM锯条夹具

这是一个用于DeWalt DW303 MK 专用往复锯的低合金钢 MIM锯条夹具,生产厂商是Kinetics Inc.,最终用户为Black&Decker Inc..这个零件曾于2003年荣获美国MPIF粉末冶金设计竞赛大奖。无键锯条夹具将锯条固定就位，可保证固定在动力头上。这个形状很复杂的最终形零件，是用多型腔注射模具成形的，注射模具有4个滑块，3个型芯，每个型腔有15个密封表面。实际上，这个设计将以前的2个MIM零件组合成了1个零件。鉴于其中装有2个运动零件与1个弹簧，零件精度是关键。最终组装包括将1个磨加工的销子，通过零件端部的2个孔，用压装将锯条夹具连接在往复锯轴上。压配合需要每个孔的公差为±0.03mm和CPK(工序能力指数）最小1.33,其将把公差减小为±0.023mm.这个零件的性能为：极限抗拉强度1655MPa,屈服强度1483MPa,硬度48~51HRC.采用粉末冶金零件时，生产成本可降低27%,并可消除切削加工、组装及减少使用故障。

锯条固定器

用MIM工艺，由316不锈钢粉（Cr 16.7%,Ni 13%,Mo 2.3%)制造的.零件密度在棕色状态为4.7g/cm3,烧结后密度为7.75g/cm3.抗拉强度为500MPa,屈服强度（0.2%)为290MPa,硬度为170HV10.这个MIM零件用于固定手持电钢丝锯和将锯条与振动驱动装置相连接。为保证模型充填好，在成形时使用了两个浇口。

6.修枝剪

在电动工具中，修枝剪中的粉末冶金零件的使用条件最严酷。在这种工具中，要将旋转运动转换成双向往复动作。和其他工具相比，振动强烈，负载很重，减速快得多，而且在家庭用户手中会滥用严酷的振动负载。修枝剪用于修整树枝，修剪灌木丛，设计根雕，甚至用于破坏铁丝网。实际上，有时也用于修剪树篱。修枝剪中主驱动齿轮是由密度不小于7.3g/cm3的铜熔渗钢制造的。齿轮单个齿的扭矩不小于61N·m.凸轮的硬度与密度和齿轮相同。锯片驱动臂是由镍钢制造的，而且其使用性能特别关键。这是因为驱动臂必须承受全部切割的振动和突然中止时产生的全面冲击。这些零件在进行组装验收之前，必须进行韧性与冲击试验。

粉末冶金青铜含油轴承、铁垫圈或铁的轴承座，这些虽然都不是高强度结构零件，可是每一种零件至少都要进行一项力学性能检验，诸如横向断裂强度、径向压溃强度或锥销挤坏试验，另外，对于交付的任何产品，验收时都要检验硬度。除上述的力学性能试验外，所有零件都要进行例行的化学分析，而齿轮要用红线记录仪对照基准齿轮进行检验。篱笆修枝剪变速器这是一种用于便携式篱笆修枝剪的变速器，最早是于2004年在美国MPIF粉末冶金设计竞赛中曾荣获大奖。

最终这种零件是意大利的GinoOlivares 公司生产的，最终用户是奥地利的 Vikng 公司。Gino Olivares公司生产了6个粉末冶金零件，51个齿的主齿轮，2个连接杆，1个内部零件，一个垫圈及一个阀。粉末冶金钢零件的密度为6.6-7.0g/m3,抗拉强度为510-600MPa.粉末冶金零件和替代的生产方法相比，可显著降低生产成本。

7.冲击螺丝刀

是三种多台面零件原来都是由8620 含铅钢制造的，经渗碳淬火后，硬度为50~55HRC.转换成密度不低于7.2g/cm3的粉末冶金镍钢时，生产成本降低约80%.在找到增高棘轮齿端部的密度与强度的方法之前，和切削加工的齿轮一样，棘轮齿端部的磨损一直是个问题。扭矩试验的最小值为67.8N·m。

8.冲击锤

冲击锤的缸体与活塞顶。缸体是由密度不小于6.8g/cm3的镍钢制造的，而活塞顶的最小密度为7.0g/cm3.活塞顶还需要进一步精切削加工与攻丝，即使是在这种情况下，其与切削加工的零件相比节约成本都已大于70%.

总结：电动工具应用粉末冶金结构零件大体上起始于20世纪70年代，随着粉末冶金技术与材料的快速发展，连云港东睦新材料有限公司现为多家电动公司生产高密度、高强度、形状复杂的粉末冶金结构零件。粉末冶金工艺的发展，不但为电动工具生产提供了一条降低生产成本、节材、省能的途径，而且为电动工具的设计创新开辟了一种可能性，作为制造大国，掌握技术才是掌握真正的核心，将粉末冶金产品推向世界的机械舞台。