一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮及其制备方法
阅读说明：本技术 一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮及其制备方法 (Hub shifting gear of automatic transmission of automobile and preparation method thereof ) 是由 施昌旭 夏敏 刘桦 张艳伟 石小荣 于 2020-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮及其制备方法。包括齿轮本体和外齿；齿轮本体的中部设置有压轴中心孔；外齿设置在齿轮本体的外圆周面上；齿轮本体的一侧成一体化设置有定位套,定位套上设置有第一凹槽；齿轮本体的另一侧依次设置有第二凹槽和第三凹槽；齿轮本体上还设置有连接孔和减重孔。制备：采用粉末冶金方法制备,包括如下过程：按照换挡齿轮的合金成分进行配料并混合→压制成型→烧结硬化→回火→检验包装入库。本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮降低了拨毂总成装配难度、提高了组装效率、降低组件成本,利于汽车轻量化；本发明采用的粉末冶金制备方法,成本低,生产的齿轮满足自动变速箱拨毂换挡齿轮高精度、高品质的要求。(The invention discloses a hub shifting gear of an automatic gearbox of an automobile and a preparation method thereof. Comprises a gear body and external teeth; the middle part of the gear body is provided with a central hole of the pressing shaft; the outer teeth are arranged on the outer circumferential surface of the gear body; one side of the gear body is integrally provided with a positioning sleeve, and a first groove is formed in the positioning sleeve; a second groove and a third groove are sequentially formed in the other side of the gear body; the gear body is also provided with a connecting hole and a lightening hole. Preparation: the preparation method adopts a powder metallurgy method and comprises the following steps: mixing the materials according to the alloy components of the gear shifting wheel → pressing and forming → sintering and hardening → tempering → inspecting and packaging. The hub shifting gear of the automatic gearbox of the automobile reduces the assembly difficulty of the hub shifting assembly, improves the assembly efficiency, reduces the component cost and is beneficial to the light weight of the automobile; the powder metallurgy preparation method adopted by the invention has low cost, and the produced gear meets the requirements of high precision and high quality of the hub shifting gear of the automatic gearbox.)
技术领域
本发明涉及汽车自动变速箱零部件加工领域，具体涉及一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮及其粉末冶金制备方法。
背景技术
汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮需要具备高精度、高力学性能的特性。同时伴随着节能降耗的需要，汽车正向着轻量化方向发展。传统的变速箱拨毂换挡齿轮是由钢件机加工完成，与压铸件的定位导向套配合组装。两个零件加工成本高、产品重量重、不利于汽车轻量化，齿轮精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮，本发明通过将齿轮本体与定位套采用一体化设置，总成装配取消了压铸件定位套，降低了拨毂总成装配难度、提高了组装效率、降低组件成本，并且在不影响齿轮抗压强度的前提下，齿轮本体上设置了减重孔，使得换挡齿轮重量在原来基础上大幅下降，利于汽车轻量化；本发明的另一目的在于提供一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的粉末冶金制备方法，粉末冶金基体具备孔隙、自润滑特性，有利于降低换挡齿轮工作噪音，提高变速箱性能，采用合适的原材料配方和烧结硬化方法生产，使产品强度高、变形小，满足高精度、高强度使用要求。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮，其特征在于，包括齿轮本体和外齿；所述齿轮本体的中部设置有压轴中心孔；所述外齿设置在所述齿轮本体的外圆周面上；所述齿轮本体的一侧设置有定位套，且所述定位套与所述齿轮本体成一体化设置，所述定位套上设置有第一凹槽；所述齿轮本体的另一侧依次设置有用于装配该换挡齿轮的第二凹槽和第三凹槽，且所述第二凹槽与所述第三凹槽连通；所述齿轮本体上还设置有若干连接孔和若干用于减轻所述换挡齿轮整体重量的减重孔。具体地，本发明通过将齿轮本体与定位套采用一体化设置，总成装配取消了压铸件定位套，降低了拨毂总成装配难度、提高了组装效率、降低组件成本，并且在不影响齿轮抗压强度的前提下，齿轮本体上设置了减重孔，使得换挡齿轮重量在原来基础上大幅下降，利于汽车轻量化。相较于传统的钢件机加工换挡齿轮和铸件定位套组合装配，本发明的换挡齿轮和定位套设计成一体件，减少零件个数、提高装配效率、降低产品成本，同时提高了总成的精度和性能。
进一步地，所述减重孔设置为6个，且均匀分布在所述齿轮本体上。具体地，6个所述减重孔两两一组分成3组，每组减重孔之间等间距的设置在所述齿轮本体上。所述的减重孔均匀的分布在所述的齿轮本体上，这样可以使得本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的整体重量均匀，便于其安装时位置稳定。
进一步地，所述的减重孔为腰型孔。
进一步地，所述的连接孔设置为3个，且均匀分布在所述齿轮本体上。具体地，所述的3个连接孔分别设置在相邻的两组减重孔之间；所述的连接孔为圆形的螺栓孔，所述连接孔在装配该汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮时可以在其中连接螺栓用于将该换挡齿轮固定连接，并且均匀的设置3个连接孔可以使受力更均匀。
一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的制备方法，其特征在于，采用粉末冶金方法制备，包括如下步骤：
(1)按照所述换挡齿轮的合金成分进行配料并混合：将汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮所需的粉末冶金材料在混料机中混合均匀，该粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.63-0.77％、Mo： 0.75-0.90％、Cr：0-2.2％、Ni：1.35-1.65％、Cu：0.9-1.10％、Mn：0-1.5％，Si：0-1.5％、Ti：0-1.5％；余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)压制成形：将上述配制完毕的粉末冶金材料放入CNC成形压机的模具中压制，得到成形换挡齿轮生坯；生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺；
(3)烧结硬化：将成形换挡齿轮生坯放入烧结炉中，在无氧环境中烧结，然后风冷淬火，得到烧结硬化齿轮；齿轮硬度HRA 70-73，齿廓形状偏差Ffa 0.002-0.003，齿廓倾斜偏差Fha 0.004-0.006，齿向形状偏差Ffb 0.003-0.004，齿向倾斜偏差Fhb 0.013-0.015，齿距累计总偏差Fp 0.018-0.019，径向跳动偏差Fr 0.023-0.025；采用烧结硬化工艺免除后续局部高频淬火提高硬度和强度；
(4)回火：将烧结硬化的齿轮回火处理，恢复应力，即得到汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮；
(5)检验包装：将回火后得到的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮检验包装入库。本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮粉末冶金制备方法创造性地采用合适的粉末冶金材料，通过烧结硬化工艺，生产出高精度、高强度、低成本的粉末冶金自动变速箱拨毂换挡齿轮；烧结硬化是一步生产作业，不需要后续的高频淬火或热处理，就能达到产品的力学性能要求，减少热处理变形，是一种极具成本效益的工艺；并且生产的换挡齿轮满足自动变速箱拨毂高硬度、高精度使用需求。本发明采用粉末冶金方法制作，有效解决了传统加工方法生产成本高、齿形精度低、总成噪音大、不良比例高等生产难点，从根本上满足自动变速箱拨毂换挡齿轮高精度、高品质的要求。
进一步地，步骤(1)中所述粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.63-0.77％、Mo：0.75-0.90％、Cr：1.1-2.2％、Ni：1.35-1.65％、 Cu：0.9-1.10％、Mn：0.5-1.5％，Si：0.9-1.5％、Ti：0.85-1.5％；余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，步骤(2)压制成形：将上述配制完毕的粉末冶金材料放入200-1000吨的CNC成形压机的模具中压制，得到成形换挡齿轮生坯；其齿部成形密度≥7.0g/cm3、整体成形密度≥6.9g/cm3、各成形段分割密度≤0.2g/cm3。优选地，将上述配制完毕的粉末冶金材料放入300-500吨的CNC成形压机的模具中压制成形。
进一步地，步骤(3)烧结硬化：将成形换挡齿轮生坯放入网带式烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛中烧结30-45分钟，烧结温度为1110-1130℃；烧结后以氮气作为冷却介质进行冷却淬火，得到烧结硬化齿轮。
进一步地，所述氢气与所述氮气的体积比为1：9；冷却速率为2.5-5℃/秒。
进一步地，步骤(4)回火：将烧结硬化的齿轮在空气中于180-300℃下回火30-60分钟，恢复应力，即得到汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮。
本发明的有益效果：
(1)本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮，通过将齿轮本体与定位套采用一体件成形制成，降低了拨毂总成装配难度、提高了组装效率、降低组件成本，并且在不影响齿轮抗压强度的前提下，齿轮本体上设置了6个腰形的减重孔，使得换挡齿轮重量在原来基础上降低约30％，符合汽车轻量化的要求；并且相较于传统的钢件机加工换挡齿轮和铸件定位套组合装配，本发明的换挡齿轮和定位套设计成一体件，减少零件个数、提高装配效率、降低产品成本，同时提高了总成的精度和性能。
(2)本发明采用的粉末冶金制备方法，有效解决了以往加工方法生产成本高、齿形精度低、总成噪音大、不良比例高等生产难点，从根本上满足自动变速箱拨毂换挡齿轮高精度、高品质的要求；粉末冶金基体存在孔隙特性，具备吸收噪音和自润滑功能，自润滑能够降低噪音和提高齿轮寿命。
(3)本发明通过特别的原材料配方和烧结硬化工艺，产品力学性能强、变形小，齿轮获得高硬度、高精度满足使用需求；换挡齿轮硬度HRA 70-73，齿廓形状偏差Ffa 0.002-0.003，齿廓倾斜偏差Fha 0.004-0.006，齿向形状偏差Ffb 0.003-0.004，齿向倾斜偏差Fhb0.013-0.015，齿距累计总偏差Fp 0.018-0.019，径向跳动偏差Fr 0.023-0.025。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的主视图；
图2为图1中A-A方向的剖面图；
图3为本发明汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的外观图。
图中：1齿轮本体、2外齿、3压轴中心孔、4定位套、5第一凹槽、6第二凹槽、7第三凹槽、8连接孔、9减重孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-3所示，一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮，包括齿轮本体1和外齿2；所述齿轮本体1的中部设置有压轴中心孔3；所述外齿2设置在所述齿轮本体1的外圆周面上；所述齿轮本体1的一侧设置有定位套4，且所述定位套4与所述齿轮本体1采用一体件成形制成，所述的定位套4上设置有第一凹槽5；所述齿轮本体1的另一侧依次设置有用于装配该汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的第二凹槽6 和第三凹槽7，且所述的第二凹槽6与所述第三凹槽7相互连通；所述齿轮本体1上还设置有连接孔8(所述的连接孔8在装配该汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮时可以在其中连接螺栓用于将该换挡齿轮固定)和用于减轻所述换挡齿轮整体重量的减重孔9。优选地，所述的减重孔9设置有6个，且均匀分布在所述齿轮本体1上(所述的减重孔9均匀的分布在所述的齿轮本体1上，这样可以使得该汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的整体重量均匀，利于其安装时的位置稳定)，所述减重孔9为腰型孔；所述的连接孔8设置有3个且均匀分布在所述齿轮本体1上。本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮，通过将所述齿轮本体1与所述定位套4采用一体件成形制成，降低了拨毂总成装配难度、提高了组装效率、降低组件成本，同时提高了总成的精度和性能；并且在不影响齿轮抗压强度的前提下，在所述齿轮本体1上设置了6个腰形的减重孔9，使得换挡齿轮重量在原来基础上降低约30％，利于汽车轻量化。
实施例2
一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的制备方法，采用粉末冶金方法制备，具体包括如下步骤：
(1)按照所述换挡齿轮的合金成分进行配料并混合：将本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮所需的粉末冶金材料在混料机中混合均匀，该粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.63％、Mo： 0.75％、Cr：2.2％、Ni：1.35％、Cu：0.9％、Mn：1.5％，Si：1.5％、Ti： 1.5％；余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)压制成形：将上述配制完毕的粉末冶金材料放入650吨的 CNC成形压机的模具中压制，得到成形换挡齿轮生坯；其齿部成形密度为7.1g/cm3、整体成形密度为6.95g/cm3、各成形段分割密度≤ 0.2g/cm3；生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺；
(3)烧结硬化：将成形换挡齿轮生坯放入网带式烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛中烧结30分钟(其中H2与N2的体积比为1：9)，烧结温度为1120℃；烧结后以氮气作为冷却介质进行冷却淬火(冷却速度为4℃/秒)，得到烧结硬化齿轮；
(4)回火：将烧结硬化的齿轮在空气中于180℃下回火处理60 分钟，以恢复应力，即得到汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮；
(5)检验包装：将回火后得到的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮检验包装入库。
合格产品的主要指标如下：
标准要求：齿轮硬度HRA≥65，齿廓形状偏差Ffa≤0.009，齿廓倾斜偏差Fha≤0.022，齿向形状偏差Ffb≤0.009，齿向倾斜偏差Fhb ≤0.036，齿距累计总偏差Fp≤0.11，径向跳动偏差Fr≤0.08。
测试上述实施例2制得的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮数据，具体如下：齿轮硬度HRA 73，齿廓形状偏差Ffa0.002，齿廓倾斜偏差 Fha0.005，齿向形状偏差Ffb0.004，齿向倾斜偏差Fhb0.015，齿距累计总偏差Fp0.018，径向跳动偏差Fr0.023；可见本发明粉末冶金方法制得的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮实测数值均满足标准要求。
实施例3
一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的制备方法，采用粉末冶金方法制备，具体包括如下步骤：
(1)按照所述换挡齿轮的合金成分进行配料并混合：将本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮所需的粉末冶金材料在混料机中混合均匀，该粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.77％、Mo： 0.9％、Cr：2.0％、Ni：1.65％、Cu：1.1％、Mn：0.5％，Si：1.0％、Ti：1.0％；余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)压制成形：将上述配制完毕的粉末冶金材料放入200吨的 CNC成形压机的模具中压制，得到成形换挡齿轮生坯；其齿部成形密度为7.05g/cm3、整体成形密度为6.92g/cm3、各成形段分割密度≤ 0.2g/cm3；生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺；
(3)烧结硬化：将成形换挡齿轮生坯放入网带式烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛中烧结45分钟(其中H2与N2的体积比为1：9)，烧结温度为1125℃；烧结后以氮气作为冷却介质进行冷却淬火(冷却速度为5℃/秒)，得到烧结硬化齿轮；
(4)回火：将烧结硬化的齿轮在空气中于300℃下回火处理45 分钟，以恢复应力，即得到汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮；
(5)检验包装：将回火后得到的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮检验包装入库。
合格产品的主要指标如下：
标准要求：齿轮硬度HRA≥65，齿廓形状偏差Ffa≤0.009，齿廓倾斜偏差Fha≤0.022，齿向形状偏差Ffb≤0.009，齿向倾斜偏差Fhb ≤0.036，齿距累计总偏差Fp≤0.11，径向跳动偏差Fr≤0.08。
测试上述实施例3制得的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮数据，具体如下：齿轮硬度HRA 71，齿廓形状偏差Ffa0.003，齿廓倾斜偏差 Fha0.004，齿向形状偏差Ffb0.003，齿向倾斜偏差Fhb0.013，齿距累计总偏差Fp0.019，径向跳动偏差Fr0.025；可见本发明粉末冶金方法制得的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮实测数值均满足标准要求。
实施例4
一种汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮的制备方法，采用粉末冶金方法制备，具体包括如下步骤：
(1)按照所述换挡齿轮的合金成分进行配料并混合：将本发明的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮所需的粉末冶金材料在混料机中混合均匀，该粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.69％、Mo： 0.83％、Cr：1.1％、Ni：1.55％、Cu：1.05％、Mn：1.2％，Si：0.9％、Ti：0.85％；余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)压制成形：将上述配制完毕的粉末冶金材料放入1000吨的 CNC成形压机的模具中压制，得到成形换挡齿轮生坯；其齿部成形密度为7.12g/cm3、整体成形密度为6.97g/cm3、各成形段分割密度≤ 0.2g/cm3；生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺；
(3)烧结硬化：将成形换挡齿轮生坯放入网带式烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛中烧结60分钟(其中H2与N2的体积比为1：9)，烧结温度为1115℃；烧结后以氮气作为冷却介质进行冷却淬火(冷却速度为3℃/秒)，得到烧结硬化齿轮；
(4)回火：将烧结硬化的齿轮在空气中于260℃下回火处理30 分钟，以恢复应力，即得到汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮；
(5)检验包装：将回火后得到的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮检验包装入库。
合格产品的主要指标如下：
标准要求：齿轮硬度HRA≥65，齿廓形状偏差Ffa≤0.009，齿廓倾斜偏差Fha≤0.022，齿向形状偏差Ffb≤0.009，齿向倾斜偏差Fhb ≤0.036，齿距累计总偏差Fp≤0.11，径向跳动偏差Fr≤0.08。
测试上述实施例4制得的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮数据，具体如下：齿轮硬度HRA 70，齿廓形状偏差Ffa0.002，齿廓倾斜偏差 Fha0.006，齿向形状偏差Ffb0.004，齿向倾斜偏差Fhb0.015，齿距累计总偏差Fp0.018，径向跳动偏差Fr0.023；可见本发明粉末冶金方法制得的汽车自动变速箱拨毂换挡齿轮实测数值均满足标准要求。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
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