CN104712677A - 用于车辆的同步器毂及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的同步器毂及其制造方法涉及通过使用不同材料形成用于车辆的变速器同步器毂的内花键和外花键。可通过填充用于形成内花键的内粉末，模制内花键，填充用于形成外花键的外粉末，模制外花键，从模具中分离出通过一体形成内花键和外花键得到的双模制件，并进行烧结、后处理和高频加热工序来制造同步器毂。

Description

用于车辆的同步器毂及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的同步器毂及其制造方法，更具体地，其涉及通过使用不同材料形成用于车辆的变速器同步器毂的内花键和外花键从而可降低成本并改善机械特性的同步器毂。

背景技术

总地来说，车辆包括动力传递系统，其减少发动机产生的动力，以将动力传递至轮胎。

如图1所示，动力传递系统的手动变速器的同步啮合机构包括：与轴(未图示)花键连接的离合器毂12；可转动地设于轴上的变速齿轮16；与离合器毂12的外周花键连接的套筒11；形成于变速齿轮16的锥部从而与套筒11啮合的离合器齿轮16’；同步器环14，其在随着套筒11的运动与锥部接触时与变速齿轮16的锥部连接以进行离合器操作；插入离合器毂12的槽12’中的键15，其随着套筒11的运动插入同步器环14的槽中，同时受同步器弹簧(未图示)的外力被推至套筒11的内表面。因此，套筒与以圆周速度转动的变速齿轮的离合器齿轮啮合，由此变速器的旋转力被传递到轴。

动力传递系统中的同步器毂用于引导套筒从而使其在变速过程中平缓行进，并在旋转方向上支持套筒。

因为同步器毂具有复杂的结构，包括导致与离合器齿轮摩擦的凸起(boss)、花键连接单元、中间连接部分、与套筒连接的外花键部分，同步器毂主要由烧结材料制成。具体地，因为在同步过程中在凸起和离合器之间产生滑动摩擦，通常对凸起进行高频加热工序或整个表面的渗碳处理，以提高其耐磨性。

不幸的是，对该凸起的耐磨损处理可能导致产品成本的增加。近年来，随着变速转矩的增大，当烧结材料的刚度达到限度时，同步器毂可能损坏。

为了解决上述问题，韩国专利申请公开号2010-5358公开了一种通过烧结和控制冷却铁素体粉末而得到的低成本的具有高强度的同步器毂，该铁素体粉末为铬和钼的合金。然而，具有此种结构的同步器毂不易制造，且其耐用性并不令人满意。

此外，韩国专利号10-217604公开了一种同步器的双层结构，其是由铜粉烧结材料制成的内插部和由烧结合金材料制成的外环体分别形成为双层结构，其中通过将内插部强制插入外环体使得内插部与外环体一体形成。然而，在这种情况下，部件的数量增加。另外，在同步器中，由于外环被强制插入，产品故障的可能性较高。

同时，作为使用不同种类的金属制造一件模制产品主体的技术，日本专利申请公开号1996-41503公开了一种技术，其中将第一粉末材料暂时压实以模制第一临时压实粉末材料，将第二粉末材料填充到插入有第一临时压实粉末材料的模制架中；将第二压实粉末材料暂时压实以模制第二临时压实粉末材料；将第一临时压实粉末材料与第二临时压实粉末材料整体按压以模制为压实粉末成型件，然后将压实粉末成型件进行烧结。此外，韩国专利申请公开号2011-117831公开了这样的技术，其使用不同材料制成切削尖端(cutting tip)，通过按压硬金属粉末以形成切削尖端，按压软金属粉末以形成切割块(cutting block)，然后按压模制切削尖端与切割块，使其相结合。

然而，在使用不同材料的技术中，很难根据应用该技术的模制产品的功能和种类来选择和形成金属材料，且很难整合不同的材料。此外，难以维持模制产品使其具有优异的机械特性，特别地，由于车辆同步器毂的结构特性，也许很难应用该技术。

上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成该国本领域中普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供如下内容，当使用不同材料双模制造(double-mold)用于车辆的变速器同步器毂的内花键和外花键时，可以得到能够降低成本并有优异的机械特性的同步器毂。

本发明的一个目的是提供一种用于车辆的同步器毂，其通过使用不同材料经双模制造内花键和外花键获得。

本发明的另一个目的是提供一种制造可降低成本并具有优异的机械特性的车辆用同步器毂的方法，其通过使用不同材料经由不同的双模制造工序而形成外花键和内花键。

一方面，本发明提供了一种用于车辆的同步器毂，其形成为通过使用不同材料一体形成同步器毂的内花键和外花键而得到的双模制件。

另一方面，本发明提供了一种制造用于车辆的同步器毂的方法，包括：在形成于模具主体、位于上侧的第一模具以及位于下侧的第二模具之间的第一空间中填充用于形成内花键的内粉末；使用第一压力机按压模制第二模具中的内粉末，以形成内花键；将第一模具移至下侧，并在形成于模具主体、第一模具和模制的内花键之间的第二空间中填充用于形成外花键的外粉末；将压力机的上部旋转约180度，以从第一压力机的位置变换至第二压力机的位置，并使用第二压力机按压模制外粉末，从而一体形成外花键和内花键；将第一模具和第二模具升至上侧，以从模具中分离出通过一体形成内花键和外花键而得到的双模制件；以及对双模制件执行烧结工序、后处理工序和高频加热工序。

由于根据本发明的车辆用同步器毂可以由一种依据毂所需的结构特性而优化的材料制造，故而可以改善机械特性并降低成本。

此外，由于根据本发明的同步器毂的机械特性可得到改善，可以提供一种重量减轻的设计。

另外，根据本发明，由于通过将内花键和外花键一体形成而得到双模制件的制造方法可以非常有效地进行，因此可以容易地经济可行地制造重量轻的同步器毂。

本发明的其它方面和优选的实施方式在下文中讨论。

附图说明

现在将参考在附图中图示的某些示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1为应用了根据本发明的车辆用同步器毂的部分的分解透视图；

图2为根据本发明的同步器毂的双模制件的横截面图；

图3示出了基于步骤(a)至(d)的用于描述模制和制造本发明的同步器毂的方法的示意性横截面图；且

图4(a)和4(b)为检验在加热工序之前和之后的根据本发明在实施例中制造的同步器毂的外花键(SMF9060M)的摩擦磨损量的显微镜照片，图4(c)和图4(d)为检验在加热工序之前和之后的同步器毂的内花键(FL5208)的摩擦磨损量的显微镜照片。

应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。

在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

以下，将结合一个实施方式详细说明本发明。

本发明涉及一种用于车辆的同步器毂，其形成为通过使用不同材料形成用于车辆的变速器同步器毂的内花键和外花键而得到的双模制件。图2为根据本发明的同步器毂的双模制件的横截面图。图2中，附图标记100表示内花键，附图标记200表示外花键。

根据本发明，内花键可以由0.6至0.8重量％的碳、0.15至0.30重量％的钼、1.3至1.7重量％的铬以及余量的铁制成。此外，外花键可以由0.7至0.9重量％的碳、0.45至0.60重量％的钼、0.60至3.0重量％的镍、1.3至1.7重量％的铜以及余量的铁制成。

因此，根据本发明的同步器毂形成为一个双模制件，其通过使用彼此不同的材料形成内花键和外花键而得到，且可优选地形成为一体化双模制件，其中内花键由0.6至0.8重量％的碳、0.15至0.30重量％的钼、1.3至1.7重量％的铬和余量的铁制成，且外花键可以由0.7至0.9重量％的碳、0.45至0.60重量％的钼、0.60至3.0重量％的镍、1.3至1.7重量％的铜以及余量的铁制成。

根据本发明的内花键通过使用具有上述组成的内粉末经模制而形成，且碳成分是用于确保机械特性例如强度和促进加热工序的主要元素。当碳成分过少时，机械强度有可能劣化，而当碳成分过大时，冲击强度可能因脆性而降低。钼和铬是为了提高机械特性例如强度而增加的成分。当钼和铬过少时，机械强度有可能劣化，而当钼和铬过多时，可加工性可能降低，这是不可取的。

作为本发明内花键的材料，可使用经历加热工序并在加热工序后具有高材料特性的材料。优选地，可以使用其它金属粉末熔于铁中的预合金。

根据本发明，外花键通过使用具有上述组成的外粉末经模制而形成，且碳成分是用于确保机械特性例如强度和促进加热工序的主要元素。当碳成分过少时，机械强度有可能降低，而当碳成分过大时，冲击强度可能因脆性而降低。钼是为了提高机械特性例如强度而增加的成分。当钼过少时，机械强度有可能劣化，而当钼过多时，可加工性可能降低。因此，这是不优选的。镍是用于确保拉伸强度和伸长率的成分。当镍太少时，强度和伸长率例如冲击强度因脆性而降低，而当镍太多时，例如机械强度等特性变差。铜用于确保机械强度例如强度。当铜过少时，机械强度降低，而当铜过多时，机械强度由于渗入(infiltration)而降低。

作为本发明外花键的材料，可以使用未经历加热工序并在加热工序之前具有高材料特性的材料，可优选使用其它金属粉末扩散至铁中的扩散合金。

根据本发明的形成为双模制件的同步器毂可优选地通过烧结和高频加热工序而形成。

根据本发明的形成为双模制件的同步器毂具有的内花键耐磨性相比于常规同步器毂的内花键耐磨性改善了约800％，且成本与常规同步器毂相比进一步降低约20％。

同时，将会结合一个实施方式详细地描述根据本发明的制造同步器毂的方法。

可按下述内容制造根据本发明的同步器毂：填充内粉末以形成内花键的步骤，模制内花键的步骤，填充外粉末以形成外花键的步骤，模制外花键的步骤，从模具中分离出通过一体形成内花键和外花键而得到的双模制件的工序，以及执行烧结、后处理和高频加热工序的步骤。图3示出了用于描述模制和制造本发明的同步器毂的方法的示意性横截面图。图3示出了用于描述(a)填充内粉末的步骤、(b)由第一压力机模制内花键的步骤、(c)填充外粉末的步骤和(d)由第二压力机模制外花键的步骤的横截面图。

根据本发明，用于内花键的内粉末和用于外花键的外粉末是分别制备的。内粉末和外粉末制备成具有前述的组成。

根据本发明，用于形成内花键100的内粉末101被填充在形成于模具主体20、位于上侧的第一模具21以及位于下侧的第二模具22之间的第一空间中。在此过程中，具有上述组成的内粉末101使用填充单元(filling shoe)进行填充。

接着，通过第一压力机31在第二模具22中按压模制内花键。具体地，在室温下在6.5至7.5g/cm³的压力下通过按压填充的内粉末101来模制内花键100。

此后，将第一模具21移至下侧，并将用于形成外花键200的外粉末201填充在形成于模具主体20、第一模具21以及模制的内花键100之间的第二空间中。

接着，将按压主体30旋转约180度，以从第一压力机31的位置变换至第二压力机32的位置，随后使用第二压力机32模制外花键200。此时，在室温下在6.6至7.6g/cm³的压力下压制外粉末，这相对大于内粉末的按压压力。通过实施此步，制得通过一体形成内花键和外花键而得到的双模制件。这样做可以将形成为双模制件的车辆用同步器毂制造为具有优选的机械特性的产品。

此后，将第一模具与第二模具升到上侧，以从模具中分离出通过一体形成内花键和外花键而得到的双模制件。

对分离出的双模制件进行烧结、后处理以及高频加热工序，且这些工序可通过与制造同步器毂的典型工序中所使用的方法相同的方法来进行。

根据本发明，在烧结双模制件的工序中，双模制件在例如约1000至1300℃的烧结炉中在氢气和氮气的混合气体氛围中烧结约20分钟至一小时。在此过程中，优选地，用于形成内花键的材料包括易氧化的钼和铬，因此，烧结工序在氢氛围中进行。

在烧结工序后，通常进行冷却模制物体的步骤以进行后处理工序，且冷却步骤可以以典型方法进行。然而，可以在冷却步骤中通过结构控制来确保机械特性。相应地，当冷却速度太快时，由于贝氏体和马氏体的体积分数增加，脆性可能增加；而当冷却速度太慢时，由于珠光体的体积分数增加，强度可能降低。尤其地，在冷却后，内花键中珠光体的体积分数优选为80％至89％，而内花键中贝氏体的体积分数优选为10％至20％。外花键中马氏体的体积分数优选为50％至60％，而外花键中珠光体的体积分数优选为50％至40％。为实现这一点，冷却速度优选控制为0.2至0.6℃/秒。

对冷却的双模制件精确进行后处理工序，以获得具有合适的形状和标准的同步器毂，从而完成同步器毂的形状。后处理工序以典型方法进行。

产品通过对后处理过的同步器毂进行加热工序而完成。此时，在加热工序中，例如，优选通过圆筒形线圈对凸起进行高频加热工序。这样做可以仅对凸起进行高频加热工序而不使整个同步器毂硬化。

通过这些步骤制造的根据本发明的同步器毂优选地附装到手动变速器上，以作为具有优良质量的产品被运用。

因此，本发明包括手动变速器，其包括根据本发明的同步器毂。

根据通过上述步骤制造的本发明的车辆用同步器毂，可以降低成本，并且由于该车辆用同步器毂与常规的同步器毂相比具有改善的机械特性例如强度，且其制造工序相对简单，因此可以经济地制造车辆用同步器毂。

如上所述，因为根据本发明的车辆用同步器毂具有双模制件的结构，且可以由优化的材料制得，因此可以提高机械特性并提供重量减轻的设计。

以下将结合实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例

下列实施例说明本发明，而并不意在限制本发明。

用于制造同步器毂的粉末材料如下制备：准备SMF9060M(Fe-4.0Ni-1.5Cu-0.5Mo重量％)(4,941韩元/kg)的扩散合金粉末作为用于内花键的内粉末。另外，准备FL5208(Fe-1.5Cr-0.2Mo重量％)的预合金粉末作为外粉末(2,850韩元/kg)。

通过使用图3示出的制造工序，将用于形成内花键的内粉末通过填充单元填充到形成于模具主体、位于上侧的第一模具以及位于下侧的第二模具之间的第一空间之中，并使用第一压力机在第二模具中按压模制内花键。此时，通过在室温下在6.9g/cm³的压力下压制内粉末而模制内花键。

接着，将第一模具移动到下侧，并将外粉末注入到形成于模具主体、第一模具以及模制的内花键之间的第二空间中。此后，将按压主体旋转180度，并使用第二压力机来模制外花键。此时，通过在室温下在7.0g/cm³的压力下按压外粉末来模制外花键。将整个密度设定为7.0g/cm³，以制造通过一体形成内花键和外花键而获得的双模制件。

将第一模具和第二模具升至上侧，以从模具中分离出双模制件，并在比例为10：90的氢气与氮气的混合气体氛围中于1140℃的烧结炉中将分离出的双模制件烧结30分钟。此后，通过控制冷却速度为0.4℃/秒进行冷却，得到这样的双模制件，其中内花键中珠光体的体积分数为85％，内花键中贝氏体的体积分数为15％，外花键中马氏体的体积分数为55％，且外花键中珠光体的体积分数为45％。

对冷却的双模制件精确进行后处理工序以获得同步器毂的形状，并通过使用圆柱形线圈对凸起进行高频加热工序，以制造用于车辆的同步器毂。

测试例

测试例1

为评估在上述实施例中制造的同步器毂的材料性质，对机械特性进行测量，且测量结果示于表1。内花键材料性质的测量结果与外花键材料性质的测量结果不同，且经加热工序后，内花键和外花键的磨损量存在较大差别。

[表1]

观察产品的金属微观结构，且加热工序之前和之后的内花键和外花键的微观结构照片作为观察结果示于图4。

参见图4的(a)和(b)，因为外花键(SMF9060M)中的Ni元素形成富Ni-奥氏体区域，以阻止C成为固体溶液，C的含量在基质中相对增加，由此使马氏体结构甚至在加热工序之前就已形成，从而减少摩擦磨损量。然而，由于富Ni-奥氏体区域在加热工序后存留，马氏体的体积分数并不增加，因此，摩擦磨损量接近于加热工序前的摩擦磨损量。

相比之下，参见图4的(c)和(d)，内花键(FL5208)的珠光体和贝氏体结构经过加热工序都被变为马氏体，因此，摩擦磨损量降低。

测试例2

为评价上述实施例中制造的同步器毂的部分的特性(超大尺寸、后轮驱动、六速的参比产品，第一档和第二档)，对机械特性进行测量，将测得的机械特性与常规实例的机械特性进行比较，所得结果示于表2。此处，常规实例为仅包括外花键(SMF9060M)的同步器毂。

[表2]

此外，对该部分的断裂和扭曲(疲劳)测试在下列条件下进行。

[断裂测试]

检查是否会在450Nm(设备最大限度，所需扭矩×1.2)引起断裂，条件为0.05度/秒的应变速率。

[扭曲测试]

条件1：扭矩-322～3220Nm(所需扭矩×1.5)，扭矩比(τmax/τmin)-10，评估速度-10Hz，循环-200,000次

条件2：扭矩n速度-10Hz，循环-200,000t×1.85)，扭矩比(τmax/τmin)，扭矩比(速度-10Hz，循环-200,000次)

作为测试结果，断裂测试结果示于表3中。

[表3]

分类	坡度(Nm/度)	测试结果
			常规实例	5441.6	OK(无损伤)
实施例	5587.6	OK(无损伤)

此外，扭转测试的结果示于表4中。

[表4]

作为测试结果，可以看出尽管同步器毂形成为双模制件，但同步器毂也具有优良的机械特性，该同步器毂十分适合应用到实际产品。尤其地，可以看出与现有产品(常规实例)相比，根据本发明的产品(实施例)显著地具有优良的机械特性。

由于根据本发明的车辆用同步器毂形成为双模制件，可以提高机械特性，降低成本，并减轻重量。

已经参考本发明的优选实施方式详细描述本发明。然而，本领域的技术人员能够理解，可以在不偏离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式做出改变，本发明的范围由所附的权利要求及其等同方式限定。

Claims (18)

1.一种用于车辆的同步器毂，包括：

所述同步器毂形成为通过使用不同材料将所述同步器毂的内花键和外花键一体形成而得到的双模制件。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的同步器毂，其中所述内花键由0.6至0.8重量％的碳、0.15至0.30重量％的钼、1.3至1.7重量％的铬以及余量的铁制成。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的同步器毂，其中所述外花键由0.7至0.9重量％的碳、0.45至0.60重量％的钼、0.60至3.0重量％的镍、1.3至1.7重量％的铜以及余量的铁制成。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的同步器毂，其中所述内花键由其它金属粉末熔于铁中的预合金制成。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的同步器毂，其中所述外花键由其它金属粉末扩散至铁中的扩散合金制成。

6.根据权利要求1所述的用于车辆的同步器毂，其中所述内花键中珠光体的体积分数为80％至89％，所述内花键中贝氏体的体积分数为10％至20％，所述外花键中马氏体的体积分数为50％至60％，且所述外花键中珠光体的体积分数为50％至40％。

7.一种制造用于车辆的同步器毂的方法，包括：

在形成于模具主体、位于上侧的第一模具以及位于下侧的第二模具之间的第一空间中填充用于形成内花键的内粉末；

使用第一压力机按压模制所述第二模具中的所述内粉末，以形成内花键；

将所述第一模具移至下侧，并在形成于所述模具主体、所述第一模具和模制的内花键之间的第二空间中填充用于形成外花键的外粉末；

将压力机的上部旋转约180度，以从所述第一压力机的位置变换至第二压力机的位置，并使用所述第二压力机按压模制所述外粉末，从而一体形成所述外花键和所述内花键；

将所述第一模具和所述第二模具升至上侧，以从模具中分离出通过一体形成内花键和外花键而得到的双模制件；以及

对所述双模制件执行烧结工序、后处理工序和高频加热工序。

8.根据权利要求7所述的制造用于车辆的同步器毂的方法，其中在按压模制所述内粉末的步骤中，于室温在6.5至7.5g/cm³的压力下对所述内粉末施用所述第一压力机。

9.根据权利要求7所述的制造用于车辆的同步器毂的方法，其中在按压模制所述外粉末的步骤中，在6.6至7.6g/cm³的压力下对所述外粉末施用所述第二压力机，所述外粉末的按压压力相对大于所述内粉末的按压压力。

10.根据权利要求7所述的制造用于车辆的同步器毂的方法，其中所述烧结工序在烧结炉中在约1000至1300℃的温度下在氢和氮的混合气体氛围下执行约20分钟至一小时。

11.根据权利要求7所述的制造用于车辆的同步器毂的方法，还包括：

通过将所述烧结工序与所述后处理工序之间的冷却速度控制在0.2至0.6℃/秒来冷却所述双模制件。

12.根据权利要求7所述的制造用于车辆的同步器毂的方法，其中通过使用圆柱形线圈对凸起执行高频加热工序来进行所述加热工序。

13.一种用于车辆的手动变速器，包括：

形成为双模制件的同步器毂，所述双模制件通过使用不同材料将所述同步器毂的内花键和外花键一体形成而获得。

14.根据权利要求13所述的手动变速器，其中所述内花键由0.6至0.8重量％的碳、0.15至0.30重量％的钼、1.3至1.7重量％的铬以及余量的铁制成。

15.根据权利要求13所述的手动变速器，其中所述外花键由0.7至0.9重量％的碳、0.45至0.60重量％的钼、0.60至3.0重量％的镍、1.3至1.7重量％的铜以及余量的铁制成。

16.根据权利要求13所述的手动变速器，其中所述内花键由其它金属粉末熔于铁中的预合金制成。

17.根据权利要求13所述的手动变速器，其中所述外花键由其它金属粉末扩散至铁中的扩散合金制成。

18.根据权利要求13所述的手动变速器，其中所述内花键中珠光体的体积分数为80％至89％，所述内花键中贝氏体的体积分数为10％至20％，所述外花键中马氏体的体积分数为50％至60％，且所述外花键中珠光体的体积分数为50％至40％。