改進(jìn)同步器齒轂及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種汽車變速器所使用的同步器齒轂，尤其是涉及一種能夠有效減輕重量、提高性能的改進(jìn)同步器齒轂及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]同步器齒轂是手動(dòng)變速器中工況最惡劣的零件之一，目前廣泛采用粉末冶金方法制造。此零件形狀復(fù)雜，強(qiáng)度、剛度、疲勞強(qiáng)度、耐磨性等性能要求都很高。粉末冶金制造方法的采用解決了因形狀復(fù)雜致使采用鋼件切削加工所帶來的繁瑣工藝流程、加工成本高、材料利用率低等諸多問題，采用壓制成形+燒結(jié)的辦法可一次性近凈成形，之后進(jìn)行少量的必要的機(jī)加工和熱處理即可得到圖紙要求的齒轂零件。但該制備方法又一個(gè)缺陷，即粉末粒徑較大引起的燒結(jié)后金相組織孔隙度大的現(xiàn)象，該缺陷由原料以及工藝特性所決定，難以彌補(bǔ)或消除，因此壓制燒結(jié)成形粉末冶金齒轂的零件密度通常在6.9g/cm3至7.2g/cm3之間，最大抗拉強(qiáng)度一般低于900MPa。為了提高壓制燒結(jié)粉末冶金齒轂的強(qiáng)度、疲勞以及耐磨性等性能，目前行業(yè)內(nèi)較為認(rèn)可的做法是采用美國Hoeganaes公司開發(fā)的溫壓工藝，即相對傳統(tǒng)室溫壓制加二次燒結(jié)的做法，溫壓采用在120°C?130°C的溫度下將粉末壓制成形，然后在傳統(tǒng)粉末冶金方法的第二次燒結(jié)溫度和時(shí)間的燒結(jié)環(huán)境下進(jìn)行一次燒結(jié)。這種做法制備的齒轂密度與傳統(tǒng)冷壓加二次燒結(jié)得到的齒轂的密度相近，略高0.lg/cm3?0.15g/cm3，最大承載能力提高約20%，而這種設(shè)計(jì)也只是在原有的工藝基礎(chǔ)上在齒轂的性能上做出了略微的提高，在結(jié)構(gòu)上并沒有實(shí)質(zhì)的變化。
[0003]同時(shí)，為了保證強(qiáng)度和疲勞壽命，通常齒轂輪輻做的比較厚重，增加了傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，不利于換擋平順性的提高。由于現(xiàn)有的同步器齒轂的設(shè)計(jì)以及制作工藝的局限，導(dǎo)致現(xiàn)有齒轂的制造加工過程復(fù)雜，材料利用率低，并且，同步器齒轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也無法達(dá)到更小的質(zhì)量和更優(yōu)的性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，有效的對同步器齒轂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減輕重量，提高工作性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]—種改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，其中，該制作方法包括:
[0007]步驟一，選取一同步器齒轂，建立該同步器齒轂的三維模型，并對該同步器齒轂的三維模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工程分析；
[0008]步驟二，選取制作該改進(jìn)同步器齒轂的材料，獲得所述材料的屈服極限強(qiáng)度和抗拉極限強(qiáng)度；
[0009]步驟三，根據(jù)步驟一中的所述計(jì)算機(jī)輔助工程分析的結(jié)果以及步驟二中的屈服極限強(qiáng)度和抗拉極限強(qiáng)度對所述同步器齒轂的三維模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化及形狀優(yōu)化，去除所述同步器齒轂低應(yīng)力區(qū)域的材料，形成所述改進(jìn)同步器齒轂的模型；
[0010]步驟四，依照該改進(jìn)同步器齒轂的模型和所選的所述材料，通過金屬粉末注射成形制作所述改進(jìn)同步器齒轂。
[0011]如上所述的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，其中，步驟一中的所述計(jì)算機(jī)輔助工程分析包括:對所述同步器齒轂的三維模型進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，得到所述同步器齒轂在工作狀態(tài)下的應(yīng)力分布，以及工作最大應(yīng)力。
[0012]如上所述的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，其中，步驟三中的所述拓?fù)鋬?yōu)化及形狀優(yōu)化的內(nèi)容包括:
[0013]a、設(shè)定優(yōu)化后的所述改進(jìn)同步器齒轂的最大應(yīng)力小于所述材料的屈服極限，優(yōu)化后的所述改進(jìn)同步器齒轂的剛度高于或等于優(yōu)化前所述同步器齒轂的剛度；
[0014]b、設(shè)定優(yōu)化后的所述改進(jìn)同步器齒轂的最大應(yīng)力為所述材料的屈服極限強(qiáng)度的1/2處，且上下浮動(dòng)10%。
[0015]如上述的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，其中，步驟三中的所述拓?fù)鋬?yōu)化及形狀優(yōu)化的內(nèi)容還包括:
[0016]c、于所述改進(jìn)同步器齒轂上設(shè)置有減重槽的方式去除所述同步器齒轂低應(yīng)力區(qū)域的材料，所述減重槽呈120°圓周方向?qū)ΨQ，所述減重槽各壁面采用最大圓角過渡。
[0017]如上所述的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，其中，步驟四中的所述金屬粉末注射成形的制作過程包括:
[0018]確定脫脂燒結(jié)收縮比，設(shè)計(jì)并制作所述改進(jìn)同步器齒轂的注射模具；
[0019]將所述材料的粉末與粘結(jié)劑混煉制作喂料，將所述喂料投入注射機(jī)中，注射進(jìn)所述注射模具的型腔內(nèi)，一體成形生坯；
[0020]對所述生坯進(jìn)行脫脂燒結(jié)，并進(jìn)行熱處理和拋光。
[0021 ]如上所述的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，其中，所述材料選擇為:FN04MO或MIM-4605 ο
[0022]如上所述的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法，其中，在步驟三中所述拓?fù)鋬?yōu)化及形狀優(yōu)化內(nèi)容還包括:
[0023]優(yōu)化后的所述改進(jìn)同步器齒轂相較于優(yōu)化前的所述同步器齒轂，在其設(shè)有滑塊槽及U形槽時(shí)，其內(nèi)齒圈齒根處、滑塊槽及U形槽處的應(yīng)力會(huì)增加，而應(yīng)力增加的比例小于所述改進(jìn)同步器齒轂所用材料相較于所述同步器齒轂所用材料的屈服極限增加的比例。
[0024]本發(fā)明解決的另一技術(shù)問題是供一種改進(jìn)同步器齒轂，具有更好的減重效果以及工作性能。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0026]—種改進(jìn)同步器齒轂，其中，其上述的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法制造，所述改進(jìn)同步器齒轂設(shè)有減重槽，所述減重槽設(shè)置于所述同步器齒轂應(yīng)力分布低于其最大應(yīng)力值15%的區(qū)域。
[0027]如上所述的改進(jìn)同步器齒轂，其中，相鄰的所述減重槽之間設(shè)有加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋的厚度與減重槽底部厚度相等。
[0028]如上所述的改進(jìn)同步器齒轂，其中，所述改進(jìn)同步器齒轂的所述減重槽的設(shè)置形成潤滑油導(dǎo)向流路。由以上說明得知，本發(fā)明確實(shí)具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0029]1、本發(fā)明在同步器齒轂領(lǐng)域，通過對同步器齒轂進(jìn)行有效的建模和應(yīng)力分析，通過拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化后獲得對現(xiàn)有同步器齒轂的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的改進(jìn)同步器齒轂相較于優(yōu)化前實(shí)現(xiàn)了有效的結(jié)構(gòu)減重優(yōu)化。
[0030]2、本發(fā)明在同步器齒轂制造的領(lǐng)域，通過采用金屬粉末注射成形(Metal PowderInject1n Molding，MIM)的成形技術(shù)，能夠有效彌補(bǔ)和解決傳統(tǒng)壓制燒結(jié)粉末冶金的缺陷，不僅使得生產(chǎn)出的改進(jìn)同步器齒轂兼具了機(jī)加工與粉末冶金的優(yōu)點(diǎn)，大大提升了齒轂的綜合性能；而且還具有成形精度高，加工余量少，復(fù)雜幾何形狀適應(yīng)性強(qiáng)，材料適用范圍廣，成形材料力學(xué)性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，從而使改進(jìn)同步器齒轂制造過程中可以有更多的設(shè)計(jì)空間，允許同步器齒轂的幾何形狀可以更復(fù)雜。具體體現(xiàn)如下:
[0031]I)與現(xiàn)有的車、銑兩種工藝參與的設(shè)計(jì)制造方法相比，省去了預(yù)留退刀槽的設(shè)計(jì)，提高了零件的強(qiáng)度和剛度，減少了相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)；
[0032]2)與傳統(tǒng)壓制燒結(jié)粉末冶金(PM)工藝相比，設(shè)計(jì)參數(shù)可更多，得到的同步器齒轂質(zhì)量更輕，材料利用率更高，可以實(shí)現(xiàn)的同步器齒轂幾何形狀更復(fù)雜，同步器齒轂的力學(xué)性能和表面質(zhì)量更好；
[0033]3)與鑄造相比，零件的金相組織更均勻，晶粒更細(xì)，材料適應(yīng)性更好，偏析更好控制，為改善零件力學(xué)性能添加合金元素更方便；
[0034]4)與現(xiàn)有的PM、鑄造和機(jī)加、鍛造和機(jī)加、型材機(jī)加等工藝相比，M頂工藝投入產(chǎn)出比更低，成品率更高、效率更高，材料利用率更高，環(huán)境更友好，噪聲小。
[0035]如上所述，經(jīng)由本發(fā)明的改進(jìn)同步器齒轂的制造方法生產(chǎn)的改進(jìn)同步器齒轂，相較于傳統(tǒng)方法制造的同步器齒轂，具有更高強(qiáng)度、剛度、疲勞強(qiáng)度、耐磨性，更好的力學(xué)性能和表面質(zhì)量;同時(shí)也具有制造成本低、成品率高、材料利用率高和生產(chǎn)環(huán)境更友好的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0036]圖1為現(xiàn)有同步器齒轂示例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法的流程圖；
[0038]圖3為本發(fā)明的改進(jìn)同步器齒轂的制作方法以MIN工藝為基礎(chǔ)的流程圖；
[0039]圖4為本發(fā)明的改進(jìn)同步器齒轂的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖5為本發(fā)明的改進(jìn)同步器齒轂的具有潤滑油導(dǎo)向流路的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]本發(fā)明的改進(jìn)同步器齒轂及其制作方法，對現(xiàn)有同步器齒轂的再設(shè)計(jì)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)進(jìn)行應(yīng)力分析，再進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的手段，使得制