[發明專利]改進同步器齒轂及其制作方法

有效

• 申請號: 201610091461.3
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN105587785B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 黃若;李森凱;彭建國
• 申請（專利權）人: 江西慧泰粉末注射成形產業科技協同創新有限公司
• 主分類號: F16D23/02
• 分類號: F16D23/02;B22F3/22
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11465
• 代理人: 苗青盛

技術領域

本發明設計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、提高性能的改進同步器齒轂及其制作方法。

背景技術

同步器齒轂是手動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。此零件形狀復雜，強度、剛度、疲勞強度、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+燒結的辦法可一次性近凈成形，之后進行少量的必要的機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缺陷，即粉末粒徑較大引起的燒結后金相組織孔隙度大的現象，該缺陷由原料以及工藝特性所決定，難以彌補或消除，因此壓制燒結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，最大抗拉強度一般低于900MPa。為了提高壓制燒結粉末冶金齒轂的強度、疲勞以及耐磨性等性能，目前行業內較為認可的做法是采用美國Hoeganaes公司開發的溫壓工藝，即相對傳統室溫壓制加二次燒結的做法，溫壓采用在120℃～130℃的溫度下將粉末壓制成形，然后在傳統粉末冶金方法的第二次燒結溫度和時間的燒結環境下進行一次燒結。這種做法制備的齒轂密度與傳統冷壓加二次燒結得到的齒轂的密度相近，略高0.1g/cm³～0.15g/cm³，最大承載能力提高約20％，而這種設計也只是在原有的工藝基礎上在齒轂的性能上做出了略微的提高，在結構上并沒有實質的變化。

同時，為了保證強度和疲勞壽命，通常齒轂輪輻做的比較厚重，增加了傳動系統的轉動慣量，不利于換擋平順性的提高。由于現有的同步器齒轂的設計以及制作工藝的局限，導致現有齒轂的制造加工過程復雜，材料利用率低，并且，同步器齒轂的結構設計也無法達到更小的質量和更優的性能要求。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種改進同步器齒轂的制作方法，有效的對同步器齒轂進行結構優化、減輕重量，提高工作性能。

本發明的技術解決方案是：

一種改進同步器齒轂的制作方法，其中，該制作方法包括：

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行計算機輔助工程分析；

步驟二，選取制作該改進同步器齒轂的材料，獲得所述材料的屈服極限強度和抗拉極限強度；

步驟三，根據步驟一中的所述計算機輔助工程分析的結果以及步驟二中的屈服極限強度和抗拉極限強度對所述同步器齒轂的三維模型進行拓撲優化及形狀優化，去除所述同步器齒轂低應力區域的材料，形成所述改進同步器齒轂的模型；

步驟四，依照該改進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同步器齒轂。

如上所述的改進同步器齒轂的制作方法，其中，步驟一中的所述計算機輔助工程分析包括：對所述同步器齒轂的三維模型進行有限元仿真計算，得到所述同步器齒轂在工作狀態下的應力分布，以及工作最大應力。

如上所述的改進同步器齒轂的制作方法，其中，步驟三中的所述拓撲優化及形狀優化的內容包括：

a、設定優化后的所述改進同步器齒轂的最大應力小于所述材料的屈服極限，優化后的所述改進同步器齒轂的剛度高于或等于優化前所述同步器齒轂的剛度；

b、設定優化后的所述改進同步器齒轂的最大應力為所述材料的屈服極限強度的1/2處，且上下浮動10％。

如上述的改進同步器齒轂的制作方法，其中，步驟三中的所述拓撲優化及形狀優化的內容還包括：

c、于所述改進同步器齒轂上設置有減重槽的方式去除所述同步器齒轂低應力區域的材料，所述減重槽呈120°圓周方向對稱，所述減重槽各壁面采用最大圓角過渡。

如上所述的改進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：

確定脫脂燒結收縮比，設計并制作所述改進同步器齒轂的注射模具；

將所述材料的粉末與粘結劑混煉制作喂料，將所述喂料投入注射機中，注射進所述注射模具的型腔內，一體成形生坯；

對所述生坯進行脫脂燒結，并進行熱處理和拋光。

如上所述的改進同步器齒轂的制作方法，其中，所述材料選擇為：FN04Mo或MIM-4605。

如上所述的改進同步器齒轂的制作方法，其中，在步驟三中所述拓撲優化及形狀優化內容還包括：