权利要求
1.一种
粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、原材料准备：按比例混合金属粉末与添加剂，所述添加剂包含改善压制性能的微量元素;
步骤S2、模具设计与制造：采用 3D 设计软件构建带有浮动机构的成型模具，所述浮动机构适配多台阶多内孔结构，确保压制过程中模具稳定运行;
步骤S3、一次成型：将步骤S1制备的原料装入步骤S2的模具，通过调整成型设备的气压、压力及速度参数，实现工件的多台阶与多内孔结构一次成型;
步骤S4、后续处理：对成型后的工件依次进行烧结、整形、热处理、表面处理及检测，所述烧结采用预设程序控制温度曲线，所述整形通过专用治具校正工件平整度。
2.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S1中，所述金属粉末为铁基粉末，所述添加剂包括 0.2-0.5wt% 的石墨、0.1-0.3wt% 的
铜粉及 0.05-0.1wt% 的润滑剂，所述微量元素为钛或
镍，添加量为 0.01-0.03wt%。
3.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S2中，所述浮动机构包括上模浮动组件与下模导向结构，所述上模浮动组件的浮动量为 0.5-2mm，所述下模导向结构采用耐磨合金材料制成。
4.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S3中，所述成型设备为 250T 机械压力机，成型压力为 120-180MPa，压制速度为 5-15pcs/min，保压时间为 2-5s。
5.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S4中，所述烧结的工艺采用 1 号或 2 号炉，烧结过程包括：室温至 600℃以 5-10℃/min 升温，室温至600-1120℃以 3-5℃/min 升温，室温至1120℃保温 2-3 小时，随炉冷却至室温。
6.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S4中，所述整形工艺采用整形设备，整形压力为 80-120MPa，机台速度为 3-8PCS/MIN。
7.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S4中，所述热处理包括：将工件加热至 850-900℃保温 1-2 小时，油冷至室温，再经 200-250℃回火 1-1.5 小时，使工件硬度达到 HRC25-40。
8.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S4中，所述表面处理包括振动研磨与浸油，所述振动研磨采用钢珠或白刚玉介质，时间为 10-50 分钟，所述浸油使用 P1 防锈油，浸泡时间≥12 小时。
9.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：步骤S4中，所述检测包括全检与终检，全检采用目视与治具检测外观及平整度，终检通过 2.5 次元、塞规及硬度计检测尺寸精度与力学性能，关键尺寸公差控制在 ±0.05mm 以内。
10.根据权利要求 1 所述的粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，其特征在于：还包括防混料管控步骤：通过工件端面 “RH” 标识、凸台数量及专用区分表，在各工序中采用目视 100% 检测。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及粉末冶金制造技术领域，具体涉及一种粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法。
背景技术
[0002]在游艺设备领域，多台阶多内孔异形盘作为传递动力、实现精密传动的关键核心零部件，其结构完整性、尺寸精度及机械性能直接决定了设备的运行稳定性、安全性与使用寿命。
[0003]目前，行业内对该类异形盘的传统制造工艺普遍采用 “初步成型 + 后加工修整”的模式：即先通过常规成型工艺获得基础坯件，再依赖铣削、钻孔、磨削等后加工工序对边孔侧面的台阶结构、内孔尺寸进行修整，以满足设计要求。然而，该工艺模式存在显著技术缺陷：
[0004]成本居高不下：后加工工序需额外投入专用机床(如数控铣床、磨床)、刀具及人工操作，不仅增加了设备购置与维护成本，还因工序繁琐导致单位产品加工时间延长，直接推高了制造成本;同时，后加工过程中产生的废料率较高(约 5%-8%)，进一步加剧了原料浪费。
[0005]精度难以保证：多次装夹与加工易导致累积误差，尤其是多台阶与多内孔的同轴度、垂直度等形位公差难以控制(通常超差 ±0.1mm 以上)，而游艺设备对异形盘的配合精度要求严苛(关键尺寸公差需控制在 ±0.05mm 内)，传统工艺常因精度不足导致装配卡顿、磨损加剧，缩短设备使用寿命。
[0006]生产效率受限：后加工工序使生产周期延长 30% 以上，无法满足游艺设备行业“小批量、多批次、快交付” 的市场需求，导致企业订单响应速度滞后，市场竞争力受限。
[0007]随着游艺设备向高速化、精密化、低成本化发展，现有依赖后加工的制造工艺已成为制约行业技术升级与企业提质降本的关键瓶颈，亟需研发一种可实现一次成型、减少后加工的新型制造方法，以突破上述技术局限。
发明内容
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，通过原材料优化、模具创新及工艺整合，实现多台阶多内孔结构的一次成型，减少后加工工序，提升产品性能与生产效率。
[0009]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1、原材料准备：按比例混合金属粉末与添加剂，所述添加剂包含改善压制性能的微量元素;
[0011]步骤S2、模具设计与制造：采用 3D 设计软件构建带有浮动机构的成型模具，所述浮动机构适配多台阶多内孔结构，确保压制过程中模具稳定运行;
[0012]步骤S3、一次成型：将步骤S1制备的原料装入步骤S2的模具，通过调整成型设备的气压、压力及速度参数，实现工件的多台阶与多内孔结构一次成型;
[0013]步骤S4、后续处理：对成型后的工件依次进行烧结、整形、热处理、表面处理及检测，所述烧结采用预设程序控制温度曲线，所述整形通过专用治具校正工件平整度。
[0014]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S1中，所述金属粉末为铁基粉末，所述添加剂包括 0.2-0.5wt% 的石墨、0.1-0.3wt% 的铜粉及 0.05-0.1wt% 的润滑剂，所述微量元素为钛或镍，添加量为 0.01-0.03wt%。
[0015]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S2中，所述浮动机构包括上模浮动组件与下模导向结构，所述上模浮动组件的浮动量为 0.5-2mm，所述下模导向结构采用耐磨合金材料制成。
[0016]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S3中，所述成型设备为 250T 机械压力机，成型压力为 120-180MPa，压制速度为 5-15pcs/min，保压时间为 2-5s。
[0017]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S4中，所述烧结的工艺采用 1 号或 2号炉，烧结过程包括：室温至 600℃以 5-10℃/min 升温，600-1120℃以 3-5℃/min 升温，1120℃保温 2-3 小时，随炉冷却至室温。
[0018]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S4中，所述整形工艺采用整形设备，整形压力为 80-120MPa，机台速度为 3-8PCS/MIN，通过治具检测确保工件旋转顺畅无卡顿。
[0019]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S4中，所述热处理包括：将工件加热至850-900℃保温 1-2 小时，油冷至室温，再经 200-250℃回火 1-1.5 小时，使工件硬度达到 HRC25-40。
[0020]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S4中，所述表面处理包括振动研磨与浸油，所述振动研磨采用钢珠或白刚玉介质，时间为 10-50 分钟，所述浸油使用 P1 防锈油，浸泡时间≥12 小时。
[0021]进一步作为本发明技术方案的改进，步骤S4中，所述检测包括全检与终检，全检采用目视与治具检测外观及平整度，终检通过 2.5 次元、塞规及硬度计检测尺寸精度与力学性能，关键尺寸公差控制在 ±0.05mm 以内。
[0022]进一步作为本发明技术方案的改进，本发明一种粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法还包括防混料管控步骤：通过工件端面 “RH” 标识、凸台数量及专用区分表，在各工序中采用目视 100% 检测，避免与相似型号工件混淆。
[0023]本发明的有益效果如下：
[0024]一次成型技术：通过模具浮动机构与工艺参数优化，实现多台阶多内孔结构一次成型，减少后加工工序，降低制造成本 20% 以上;
[0025]材料创新：添加微量元素改善压制性能，提高产品致密度(6.6-6.7g/cm³)与机械强度;
[0026]精度控制：通过整形与多工序检测，确保产品尺寸精度与平整度，满足游艺设备的装配要求;
[0027]效率提升：整合工艺步骤，生产周期缩短 30% 以上，适合批量生产。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029]图1为本发明一种粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法的示例性流程图;
[0030]图2为本发明实施例1制造的五孔盘(GMEP0883)实物图;
[0031]图3为本发明实施例2制造的五孔盘 2(GMEP0884)实物图。
具体实施方式
[0032]下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0033]参照图1，一种粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，包括以下步骤：
[0034](1)原材料优化：按特定配比混合金属粉末与功能性添加剂，所述添加剂包含改善压制性能的特定微量元素，通过调整原料成分及配比提高粉末的成型性与机械性能;
[0035](2)自适应模具设计与制造：采用计算机辅助设计与有限元分析技术，构建适配多台阶多内孔结构的成型模具，所述模具集成浮动机构，所述浮动机构能根据压制过程中的应力变化自适应调整，确保多台阶与内孔结构同步稳定成型;
[0036](3)一次成型工艺：将步骤(1)的原料装入步骤(2)的模具，通过精准控制成型设备的气压、压力及速度参数，实现工件多台阶与多内孔结构的一次成型，省去传统后机加工修整工序;
[0037](4)协同后处理：对成型工件依次进行烧结、整形、质量检测，所述烧结采用阶梯式温度控制程序，所述整形通过专用治具校正尺寸精度，所述检测覆盖尺寸精度、结构强度及性能指标。
[0038]具体的，本实施例方案中，步骤(1)中，所述特定微量元素为钛或镍，添加量为0.01-0.03wt%，所述金属粉末与添加剂的混合配比经试验优化，能使原料压制性能提升15% 以上。
[0039]具体的，本实施例方案中，步骤(2)中，所述浮动机构包括上模浮动组件与下模导向结构，所述上模浮动组件的浮动量为 0.5-2mm，通过有限元分析优化模具应力分布，使模具使用寿命延长 20%。
[0040]具体的，本实施例方案中，步骤(3)中，所述成型设备的压力参数为 120-180MPa，保压时间为 2-5s，通过参数协同控制实现多台阶与内孔的尺寸精度控制在 ±0.05mm 以内。
[0041]具体的，本实施例方案中，步骤(4)中，所述烧结工艺的温度曲线为：室温至 600℃以 5-10℃/min 升温，600-1120℃以 3-5℃/min 升温，1120℃保温 2-3 小时，随炉冷却至室温，确保工件致密度达到 95% 以上。
[0042]具体的，本实施例方案中，步骤(4)中，所述整形工艺采用专用治具，整形压力为80-120MPa，使工件平整度误差控制在 0.1mm 以内。
[0043]具体的，本实施例方案中，步骤(4)中，所述质量检测包括尺寸精度检测(采用 2.5次元测量仪)、结构强度检测(通过压力测试)及性能检测(硬度计测量)，确保产品符合游艺设备行业使用标准。
[0044]具体的，本实施例方案中，所述金属粉末为铁基粉末，所述添加剂还包括 0.2-0.5wt% 的石墨、0.1-0.3wt% 的铜粉及 0.05-0.1wt% 的润滑剂，所述原料经混合后流动性达到 15-25s/50g。
[0045]具体的，本实施例方案中，所述下模导向结构采用耐磨合金材料制成，经淬火处理后硬度达到 HRC58-62，确保模具在高频次压制中保持精度稳定。
[0046]具体的，本实施例方案中，还包括工艺参数数据库构建步骤：记录不同批次生产中的原料配比、成型参数、后处理数据，形成标准化工艺体系，实现产品质量的一致性控制。
[0047]具体的，需要进一步说明的是：本发明一种粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法，包括原材料准备、模具设计与制造、一次成型、后续处理及防混料管控步骤。
[0048]原材料准备：选用铁基粉末为基体，添加石墨、铜粉及润滑剂改善成型性能，引入钛或镍等微量元素提高材料的压制性能与机械强度。具体配比为：铁基粉末 98.5-99.5wt%、石墨 0.2-0.5wt%、铜粉 0.1-0.3wt%、润滑剂 0.05-0.1wt%、微量元素 0.01-0.03wt%。通过混料机均匀混合，确保粉末流动性达到 15-25s/50g。
[0049]模具设计与制造：采用 3D 设计软件(如CAD、 UG、SolidWorks)构建模具三维模型，模具包含上模、下模及浮动机构。浮动机构由上模浮动组件与下模导向结构组成，上模浮动组件可根据压制过程中的应力变化自适应调整 0.5-2mm 浮动量，下模导向结构采用Cr12MoV 耐磨合金材料，经淬火处理(HRC58-62)确保导向精度与寿命。通过有限元分析(FEA)优化模具应力分布，避免成型过程中模具变形。
[0050]一次成型：将混合后的粉末装入模具型腔，采用 250T 机械压力机进行压制。成型参数设定为：压力 120-180MPa、速度 5-15pcs/min、保压时间 2-5s。通过设备的伺服控制系统精确控制各模板的动作时序，确保多台阶与多内孔结构同步成型，避免出现缺料、裂纹等缺陷。
[0051]后续处理：
[0052]烧结：将成型坯料放入 1 号或 2 号烧结炉，采用阶梯升温程序：室温至 600℃以5-10℃/min 升温，600-1120℃以 3-5℃/min 升温，1120℃保温 2-3 小时，随炉冷却至室温。烧结过程中通入氮气保护，防止坯料氧化;
[0053]整形：采用 20# 整形设备对烧结后的工件进行精度校正，模具结构为上一下一，整形压力 80-120MPa，机台速度 3-8PCS/MIN。通过专用治具检测工件平整度，确保旋转顺畅无卡顿，变形量控制在 0.3mm 以内;
[0054]热处理：工件经 850-900℃加热保温 1-2 小时后油冷，再经 200-250℃回火 1-1.5 小时，使硬度达到 HRC25-40，提高耐磨性与强度;
[0055]表面处理：采用振动研磨去除毛刺，介质为钢珠(66mm)或白刚玉(1010mm)，时间10-50 分钟;研磨后浸入 P1 防锈油≥12 小时，提高耐腐蚀性;
[0056]检测：全检通过目视与治具检查外观(无崩缺、裂纹)及平整度;终检采用 2.5 次元测量仪、塞规及硬度计检测关键尺寸(如内径、外径、P.C.D 值)与力学性能，关键尺寸公差控制在 ±0.05mm 以内。
[0057]防混料管控：通过工件端面 “RH” 标识、凸台数量(5 个或 10 个)及专用区分表，在各工序中实施 100% 目视检测，避免与 GMEP0883、EP0950 等相似型号混淆。
[0058]以下将通过各个实施例对本发明进一步进行说明：
[0059]实施例 1：
[0060]参照图2，制造五孔盘(GMEP0883)，步骤如下：
[0061]原材料准备：铁基粉末 99.2wt%、石墨 0.3wt%、铜粉 0.2wt%、硬脂酸
锌(润滑剂)0.08wt%、钛 0.02wt%，混合 1 小时至均匀;
[0062]模具设计：模具编号 GME0883，上二下三结构，浮动机构浮动量 1mm，下模导向结构为 Cr12MoV;
[0063]一次成型：250T 机械压力机，压力 150MPa，速度 9±5pcs/min，保压 3s，成型后工件重量 104±1g/pcs;
[0064]烧结：1 号炉，1# 程序，升温至 1120℃保温 2.5 小时，冷却后检测密度 6.677-6.688g/cm³;
[0065]整形：20# 设备，压力 100MPa，速度 5±3PCS/MIN，通过治具确保平行度≤0.13mm;
[0066]热处理：880℃加热 2 小时，油冷，220℃回火 1.2 小时，硬度 HRC37-40;
[0067]表面处理：钢珠振动研磨 10±5 分钟，浸 P1 防锈油 12 小时;
[0068]检测：全检外观无裂纹，终检内径 Φ8.035±0.015mm、外径 Φ84.18±0.15mm，合格后包装。
[0069]实施例 2：
[0070]参照图3，制造五孔盘 2(GMEP0884)，步骤如下：
[0071]原材料准备：铁基粉末 99.0wt%、石墨 0.4wt%、铜粉 0.3wt%、硬脂酸锌 0.1wt%、镍 0.03wt%，混合 1.5 小时;
[0072]模具设计：模具编号 GME0883+884，浮动机构浮动量 1.5mm，上冲采用 GME0884-10-Z;
[0073]一次成型：250T 机械压力机，压力 160MPa，速度 9±5pcs/min，保压 4s，成型后工件重量 109.15±1.35g/pcs;
[0074]烧结：2 号炉，3# 程序，升温至 1120℃保温 3 小时，冷却后检测密度 6.4-6.6g/cm³;
[0075]整形：20# 设备，压力 110MPa，速度 5±3PCS/MIN，变形量≤0.3mm;
[0076]热处理：890℃加热 1.5 小时，油冷，240℃回火 1 小时，硬度 HRC38-40;
[0077]表面处理：白刚玉振动研磨 30-50 分钟，加热甩干 15-20 分钟，除油清洗后浸P1 防锈油;
[0078]检测：全检防混料(与 GMEP0883 区分)，终检内径 Φ26.3±0.1mm、P.C.DΦ52.16±0.3mm，合格后包装。
[0079]实施例 3：十孔多台阶异形盘(适用于大型游艺设备传动系统)
[0080]原材料准备：铁基粉末 99.1wt%、石墨 0.4wt%、铜粉 0.25wt%、硬脂酸锌(润滑剂)0.09wt%、镍 0.06wt%(微量元素)，通过双锥混料机混合 1.2 小时，检测粉末流动性为22s/50g，满足大尺寸工件压制需求。
[0081]模具设计：采用 CAD 建模与 FEA 应力分析，模具集成上模浮动组件(浮动量1.8mm)与下模导向结构(Cr12MoV 材质，HRC61)，适配十孔(直径 12-18mm)与 4 个台阶(高度差 2-4mm)的复杂结构，模具关键尺寸公差控制在 ±0.02mm。
[0082]一次成型：选用 315T 机械压力机，成型压力 130MPa，保压时间 4s，压制速度7pcs/min，一次成型后工件重量 156±2g/pcs，直接获得完整台阶与内孔结构，无需后加工。
[0083]后处理：
[0084]烧结：2 号炉，采用阶梯升温(室温至 600℃以 8℃/min，600-1120℃以 4℃/min)，1120℃保温 2.8 小时，随炉冷却，致密度达 95.5%;
[0085]整形：20# 设备，整形压力 90MPa，速度 4PCS/MIN，通过专用治具校正平整度，误差控制在 0.09mm;
[0086]热处理：860℃加热 1.8 小时，油冷，230℃回火 1.3 小时，硬度达 HRC32-36;
[0087]表面处理：白刚玉振动研磨 25 分钟，浸 P1 防锈油 14 小时;
[0088]检测：2.5 次元测量关键尺寸(外径 Φ120±0.2mm，内孔 Φ15±0.04mm)，公差均≤±0.05mm，符合大型游艺设备传动要求。
[0089]效果验证：制造成本较传统工艺降低 21%，原料成本降低 3.2%，生产周期缩短32%，适配大型游艺设备的高负载传动场景。
[0090]实施例 4：六孔双台阶异形盘(适用于中小型游艺设备转向系统)
[0091]原材料准备：铁基粉末 99.3wt%、石墨 0.25wt%、铜粉 0.15wt%、硬脂酸锌0.07wt%、钛 0.03wt%，混合 1 小时，粉末流动性 18s/50g，适合小尺寸精密成型。
[0092]模具设计：模具集成上模浮动组件(浮动量 0.8mm)与下模导向结构(HRC59)，适配六孔(直径 6-10mm)与 2 个台阶(高度差 1-2mm)的紧凑结构，通过 FEA 优化模具应力分布，避免小尺寸内孔成型时的缺料问题。
[0093]一次成型：250T 机械压力机，成型压力 170MPa，保压时间 2.5s，压制速度12pcs/min，成型后工件重量 68±1g/pcs，内孔与台阶结构完整。
[0094]后处理：
[0095]烧结：1 号炉，阶梯升温(室温至 600℃以 6℃/min，600-1120℃以 3.5℃/min)，1120℃保温 2 小时，致密度达 96.2%;
[0096]整形：20# 设备，整形压力 110MPa，速度 7PCS/MIN，平整度误差≤0.07mm;
[0097]热处理：890℃加热 1.2 小时，油冷，210℃回火 1 小时，硬度达 HRC35-38;
[0098]表面处理：钢珠振动研磨 15 分钟，浸 P1 防锈油 12 小时;
[0099]检测：关键尺寸(外径 Φ60±0.1mm，台阶高度差 1.5±0.03mm)均达标，适配中小型游艺设备转向系统的精密配合需求。
[0100]效果验证：制造成本降低 23%，原料成本降低 2.9%，生产效率提升 40%，满足 “小批量、快交付” 的市场需求。
[0101]上述实施例均基于项目研发的核心技术(原材料优化、自适应模具、一次成型工艺)，通过调整参数适配不同尺寸与结构的异形盘，验证了本发明工艺的通用性与稳定性，符合项目 “实现一次成型、降低成本、提升精度” 的预期目标。
[0102]综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下显著优势：
[0103]创造性突破传统工艺局限：通过 “原材料优化 + 自适应模具 + 一次成型” 协同技术，首次实现多台阶多内孔异形盘的无后加工成型，解决了传统工艺依赖后加工导致的成本高、精度低、效率差的行业痛点;
[0104]成本显著降低：省去后机加工工序，使制造成本降低 20%，原料成本降低 3%(减少废料率)，同时缩短生产周期 30% 以上，提升企业市场响应速度;
[0105]精度与性能双提升：一次成型配合自适应模具，使关键尺寸公差控制在 ±0.05mm内，结构强度提升 15%，满足游艺设备高精度、高可靠性需求，可替代进口产品，提升行业技术自主性;
[0106]形成标准化技术体系：通过工艺参数数据库构建，实现批量生产的质量稳定性控制，为行业提供可复制的高效制造方案，推动游艺设备领域的技术升级。
[0107]以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理;同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
说明书附图(3)
声明：
“粉末冶金多孔异形盘状工件制造方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：广州市光铭金属制品有限责任公司
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