改进同步器齿毂及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明设计一种汽车变速器所使用的同步器齿毂，尤其是涉及一种能够有效减轻重量、提高性能的改进同步器齿毂及其制作方法。
【背景技术】
[0002]同步器齿毂是手动变速器中工况最恶劣的零件之一，目前广泛采用粉末冶金方法制造。此零件形状复杂，强度、刚度、疲劳强度、耐磨性等性能要求都很高。粉末冶金制造方法的采用解决了因形状复杂致使采用钢件切削加工所带来的繁琐工艺流程、加工成本高、材料利用率低等诸多问题，采用压制成形+烧结的办法可一次性近净成形，之后进行少量的必要的机加工和热处理即可得到图纸要求的齿毂零件。但该制备方法又一个缺陷，即粉末粒径较大引起的烧结后金相组织孔隙度大的现象，该缺陷由原料以及工艺特性所决定，难以弥补或消除，因此压制烧结成形粉末冶金齿毂的零件密度通常在6.9g/cm3至7.2g/cm3之间，最大抗拉强度一般低于900MPa。为了提高压制烧结粉末冶金齿毂的强度、疲劳以及耐磨性等性能，目前行业内较为认可的做法是采用美国Hoeganaes公司开发的温压工艺，即相对传统室温压制加二次烧结的做法，温压采用在120°C?130°C的温度下将粉末压制成形，然后在传统粉末冶金方法的第二次烧结温度和时间的烧结环境下进行一次烧结。这种做法制备的齿毂密度与传统冷压加二次烧结得到的齿毂的密度相近，略高0.lg/cm3?0.15g/cm3，最大承载能力提高约20%，而这种设计也只是在原有的工艺基础上在齿毂的性能上做出了略微的提高，在结构上并没有实质的变化。
[0003]同时，为了保证强度和疲劳寿命，通常齿毂轮辐做的比较厚重，增加了传动系统的转动惯量，不利于换挡平顺性的提高。由于现有的同步器齿毂的设计以及制作工艺的局限，导致现有齿毂的制造加工过程复杂，材料利用率低，并且，同步器齿毂的结构设计也无法达到更小的质量和更优的性能要求。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是提供一种改进同步器齿毂的制作方法，有效的对同步器齿毂进行结构优化、减轻重量，提高工作性能。
[0005]本发明的技术解决方案是:
[0006]—种改进同步器齿毂的制作方法，其中，该制作方法包括:
[0007]步骤一，选取一同步器齿毂，建立该同步器齿毂的三维模型，并对该同步器齿毂的三维模型进行计算机辅助工程分析；
[0008]步骤二，选取制作该改进同步器齿毂的材料，获得所述材料的屈服极限强度和抗拉极限强度；
[0009]步骤三，根据步骤一中的所述计算机辅助工程分析的结果以及步骤二中的屈服极限强度和抗拉极限强度对所述同步器齿毂的三维模型进行拓扑优化及形状优化，去除所述同步器齿毂低应力区域的材料，形成所述改进同步器齿毂的模型；
[0010]步骤四，依照该改进同步器齿毂的模型和所选的所述材料，通过金属粉末注射成形制作所述改进同步器齿毂。
[0011]如上所述的改进同步器齿毂的制作方法，其中，步骤一中的所述计算机辅助工程分析包括:对所述同步器齿毂的三维模型进行有限元仿真计算，得到所述同步器齿毂在工作状态下的应力分布，以及工作最大应力。
[0012]如上所述的改进同步器齿毂的制作方法，其中，步骤三中的所述拓扑优化及形状优化的内容包括:
[0013]a、设定优化后的所述改进同步器齿毂的最大应力小于所述材料的屈服极限，优化后的所述改进同步器齿毂的刚度高于或等于优化前所述同步器齿毂的刚度；
[0014]b、设定优化后的所述改进同步器齿毂的最大应力为所述材料的屈服极限强度的1/2处，且上下浮动10%。
[0015]如上述的改进同步器齿毂的制作方法，其中，步骤三中的所述拓扑优化及形状优化的内容还包括:
[0016]c、于所述改进同步器齿毂上设置有减重槽的方式去除所述同步器齿毂低应力区域的材料，所述减重槽呈120°圆周方向对称，所述减重槽各壁面采用最大圆角过渡。
[0017]如上所述的改进同步器齿毂的制作方法，其中，步骤四中的所述金属粉末注射成形的制作过程包括:
[0018]确定脱脂烧结收缩比，设计并制作所述改进同步器齿毂的注射模具；
[0019]将所述材料的粉末与粘结剂混炼制作喂料，将所述喂料投入注射机中，注射进所述注射模具的型腔内，一体成形生坯；
[0020]对所述生坯进行脱脂烧结，并进行热处理和抛光。
[0021 ]如上所述的改进同步器齿毂的制作方法，其中，所述材料选择为:FN04MO或MIM-4605 ο
[0022]如上所述的改进同步器齿毂的制作方法，其中，在步骤三中所述拓扑优化及形状优化内容还包括:
[0023]优化后的所述改进同步器齿毂相较于优化前的所述同步器齿毂，在其设有滑块槽及U形槽时，其内齿圈齿根处、滑块槽及U形槽处的应力会增加，而应力增加的比例小于所述改进同步器齿毂所用材料相较于所述同步器齿毂所用材料的屈服极限增加的比例。
[0024]本发明解决的另一技术问题是供一种改进同步器齿毂，具有更好的减重效果以及工作性能。
[0025]本发明的技术解决方案是:
[0026]—种改进同步器齿毂，其中，其上述的改进同步器齿毂的制作方法制造，所述改进同步器齿毂设有减重槽，所述减重槽设置于所述同步器齿毂应力分布低于其最大应力值15%的区域。
[0027]如上所述的改进同步器齿毂，其中，相邻的所述减重槽之间设有加强筋，所述加强筋的厚度与减重槽底部厚度相等。
[0028]如上所述的改进同步器齿毂，其中，所述改进同步器齿毂的所述减重槽的设置形成润滑油导向流路。由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点:
[0029]1、本发明在同步器齿毂领域，通过对同步器齿毂进行有效的建模和应力分析，通过拓扑优化和形状优化后获得对现有同步器齿毂的改进结构，优化后的改进同步器齿毂相较于优化前实现了有效的结构减重优化。
[0030]2、本发明在同步器齿毂制造的领域，通过采用金属粉末注射成形(Metal PowderInject1n Molding，MIM)的成形技术，能够有效弥补和解决传统压制烧结粉末冶金的缺陷，不仅使得生产出的改进同步器齿毂兼具了机加工与粉末冶金的优点，大大提升了齿毂的综合性能；而且还具有成形精度高，加工余量少，复杂几何形状适应性强，材料适用范围广，成形材料力学性能优越等优点，从而使改进同步器齿毂制造过程中可以有更多的设计空间，允许同步器齿毂的几何形状可以更复杂。具体体现如下:
[0031]I)与现有的车、铣两种工艺参与的设计制造方法相比，省去了预留退刀槽的设计，提高了零件的强度和刚度，减少了相应设计参数；
[0032]2)与传统压制烧结粉末冶金(PM)工艺相比，设计参数可更多，得到的同步器齿毂质量更轻，材料利用率更高，可以实现的同步器齿毂几何形状更复杂，同步器齿毂的力学性能和表面质量更好；
[0033]3)与铸造相比，零件的金相组织更均匀，晶粒更细，材料适应性更好，偏析更好控制，为改善零件力学性能添加合金元素更方便；
[0034]4)与现有的PM、铸造和机加、锻造和机加、型材机加等工艺相比，M頂工艺投入产出比更低，成品率更高、效率更高，材料利用率更高，环境更友好，噪声小。
[0035]如上所述，经由本发明的改进同步器齿毂的制造方法生产的改进同步器齿毂，相较于传统方法制造的同步器齿毂，具有更高强度、刚度、疲劳强度、耐磨性，更好的力学性能和表面质量;同时也具有制造成本低、成品率高、材料利用率高和生产环境更友好的优点。
【附图说明】
[0036]图1为现有同步器齿毂示例的结构示意图；
[0037]图2为本发明的改进同步器齿毂的制作方法的流程图；
[0038]图3为本发明的改进同步器齿毂的制作方法以MIN工艺为基础的流程图；
[0039]图4为本发明的改进同步器齿毂的一实施例的结构示意图；
[0040]图5为本发明的改进同步器齿毂的具有润滑油导向流路的实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0041]本发明的改进同步器齿毂及其制作方法，对现有同步器齿毂的再设计，经过计算机辅助工程(CAE)进行应力分析，再进行有效的结构优化的手段，使得制