CN105478757B - 单锥同步环摩擦层的成型模具及成型方法 - Google Patents

单锥同步环摩擦层的成型模具及成型方法 Download PDF

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Abstract

一种单锥同步环摩擦层的成型模具，包括模座和内模，模座的内壁上端用于定位同步环基体的下端外壁，模座的内壁下端沿圆周方向设有环形搁台，内模的外壁与同步环基体的内壁相配合，内模的下端底面搁置在环形搁台上，内模的下端底面上沿圆周方向设有环形卡台，同步环基体的内壁与内模的外壁之间的间距为单锥同步环的摩擦层厚度的1.1～1.15倍，模座和内模的膨胀系数相同且均大于同步环基体的膨胀系数；一种成型方法，将同步环基体定位安装在成型腔内；在成型腔内填充用于成型摩擦层的摩擦材料混合粉末；填充完毕后，将模座、内模、同步环基体和摩擦材料混合粉末一起进行烧结；烧结完毕后，即完成了单锥同步环摩擦层的成型。适用于同步环。

Description

单锥同步环摩擦层的成型模具及成型方法
技术领域
本发明涉及同步环领域，特别是涉及一种单锥同步环摩擦层的成型模具及成型方法。
背景技术
同步环是汽车变速器为使换档轻便无声和延长结合齿寿命而设置的同步器摩擦元件，它与配合的锥面产生摩擦力矩使主被动元件在瞬间同步，从而实现主被动齿端无冲击的和轻便无声的换档。
目前，烧结摩擦层作为同步环的摩擦层已经广泛应用了很长时间，依靠其材料成分组成能够很好的控制摩擦层的摩擦磨损性能，具有耐用、耐高温、成型方法相对简单且制造精度高等特点。现有的烧结摩擦层产品的成型方法为：先通过松散烧结方法把摩擦材料混合粉末烧结在钢板上，再通过焊接的方法制成锥环，但在锥环上焊接的摩擦片，成品尺寸精度不高、可靠性差，焊片容易脱落。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种不易脱落、摩擦系数稳定、耐磨性能好且使用寿命高的单锥同步环摩擦层的成型模具及成型方法。
为了实现以上目的，本发明一方面提供的一种单锥同步环摩擦层的成型模具，包括相互配合的模座和内模，所述模座和所述内模均为环状结构，所述模座的内壁上端用于定位单锥同步环的同步环基体的下端外壁，所述模座的内壁下端沿圆周方向设有用于搁置所述同步环基体的下端底面的环形搁台，所述内模的外壁与所述同步环基体的内壁相配合，所述内模的下端底面搁置在所述环形搁台上，所述内模的下端底面上沿圆周方向设有用于与所述环形搁台形成卡接结构的环形卡台，所述同步环基体定位安装在所述模座与所述内模围成的成型腔内时，所述同步环基体的内壁与所述内模的外壁之间的间距为所述单锥同步环的摩擦层厚度的1.1～1.15倍，所述模座、所述内模、所述环形搁台和所述环形卡台的膨胀系数均相同，且所述模座、所述内模、所述环形搁台和所述环形卡台的膨胀系数均大于所述同步环基体的膨胀系数。通过采用模具成型的方案成型单锥同步环的摩擦层，同时，通过将模座和内模的膨胀系数设计成大于同步环基体的膨胀系数并优化设计同步环基体的内壁与内模的外壁之间的间距，这样在进行烧结时，由于模座和内模的膨胀系数大于同步环基体的膨胀系数，所以内模和同步环基体之间的间距会因受热而变小，从而内模会将成型腔内填充的摩擦材料混合粉末挤向同步环基体，进而一方面可使得成型的摩擦层的强度达到要求，使摩擦系数更稳定、耐磨性能更好，另一方面还可使得摩擦层与同步环基体之间的连接强度更大，摩擦层不易脱落，提高了使用寿命。
在上述方案中，所述模座与所述环形搁台为一体式结构，所述内模与所述环形卡台为一体式结构，所述模座、所述内模、所述环形搁台和所述环形卡台均由301不锈钢材料制成，所述同步环基体为粉末冶金件、碳钢冲压件或锻钢加工件。
在上述方案中，所述同步环基体定位安装在所述模座与所述内模围成的成型腔内时，所述同步环基体的顶面与所述内模的顶面平齐。通过将同步环基体的顶面与内模的顶面设计成平齐，这样便于向成型腔内填充摩擦材料混合粉末。
本发明另一方面还提供了一种采用上述成型模具成型单锥同步环摩擦层的方法，包括以下步骤：
将同步环基体定位安装在所述模座与所述内模围成的成型腔内；
在所述成型腔内填充用于成型摩擦层的摩擦材料混合粉末；
填充完毕后，将所述模座、所述内模、所述同步环基体和所述摩擦材料混合粉末一起进行烧结；
烧结完毕后，即完成了单锥同步环摩擦层的成型。
通过采用模具成型的方案成型单锥同步环的摩擦层，同时，通过将模座和内模的膨胀系数设计成大于同步环基体的膨胀系数并优化设计同步环基体的内壁与内模的外壁之间的间距，这样在进行烧结时，由于模座和内模的膨胀系数大于同步环基体的膨胀系数，所以内模和同步环基体之间的间距会因受热而变小，从而内模会将成型腔内填充的摩擦材料混合粉末挤向同步环基体，进而一方面可使得成型的摩擦层的强度达到要求，使摩擦系数更稳定、耐磨性能更好，另一方面还可使得摩擦层与同步环基体之间的连接强度更大，摩擦层不易脱落，提高了使用寿命。
在上述方案中，所述摩擦材料混合粉末包括79～81％的铜粉、11.5～13.5％的锡粉、4.5～5.5％的铁粉和余量锌粉，其中的百分比为质量百分比。通过优化设计摩擦材料混合粉末的成分，这样能使同步环的摩擦系数更稳定、耐磨性能更好。
在上述方案中，所述摩擦材料混合粉末的粒径为200～400目。
在上述方案中，所述摩擦材料混合粉末的填充重量为合格的所述单锥同步环的重量与合格的所述同步环基体的重量之差。通过规范摩擦材料混合粉末的填充重量，这样能提高产品的合格率。
在上述方案中，所述烧结温度为830～850℃，所述烧结时长为68～72分钟。
在上述方案中，所述烧结在烧结炉中进行，烧结时，所述烧结炉内通有氢气和氮气，所述氢气和氮气的进气气体压力均小于等于0.05MPa。
在上述方案中，所述氢气的流量为8～9m3/h，所述氮气的流量为4.5～5m3/h。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、通过采用模具成型的方案成型单锥同步环的摩擦层，同时，通过将模座和内模的膨胀系数设计成大于同步环基体的膨胀系数并优化设计同步环基体的内壁与内模的外壁之间的间距，这样在进行烧结时，由于模座和内模的膨胀系数大于同步环基体的膨胀系数，所以内模和同步环基体之间的间距会因受热而变小，从而内模会将成型腔内填充的摩擦材料混合粉末挤向同步环基体，进而一方面可使得成型的摩擦层的强度达到要求，使摩擦系数更稳定、耐磨性能更好，另一方面还可使得摩擦层与同步环基体之间的连接强度更大，摩擦层不易脱落，提高了使用寿命；
2、通过将同步环基体的顶面与内模的顶面设计成平齐，这样便于向成型腔内填充摩擦材料混合粉末；
3、通过优化设计摩擦材料混合粉末的成分，这样能使同步环的摩擦系数更稳定、耐磨性能更好；
4、通过规范摩擦材料混合粉末的填充重量，这样能提高产品的合格率。
本发明与现有技术对比，充分显示其优越性在于：结构简单，成本低，不易脱落，摩擦系数稳定，耐磨性能好且使用寿命高等。
附图说明
图1为成型模具的结构示意图；
图2为成型模具的使用状态结构示意图；
图3为单锥同步环的剖面结构示意图；
图4为单锥同步环的斜视结构示意图。
图中：模座1，环形搁台1a，内模2，环形卡台2a，成型腔3，单锥同步环4，同步环基体4a，摩擦层4b。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例1：
一种单锥同步环摩擦层的成型模具，包括相互配合的模座1和内模2，所述模座1和所述内模2均为环状结构，所述模座1的内壁上端用于定位单锥同步环4的同步环基体4a的下端外壁，所述模座1的内壁下端沿圆周方向设有用于搁置所述同步环基体4a的下端底面的环形搁台1a，所述内模2的外壁与所述同步环基体4a的内壁相配合，所述内模2的下端底面搁置在所述环形搁台1a上，所述内模2的下端底面上沿圆周方向设有用于与所述环形搁台1a形成卡接结构的环形卡台2a，所述同步环基体4a定位安装在所述模座1与所述内模2围成的成型腔3内时，所述同步环基体4a的内壁与所述内模2的外壁之间的间距为所述单锥同步环4的摩擦层4b厚度的1.1～1.15倍，所述模座1、所述内模2、所述环形搁台1a和所述环形卡台2a的膨胀系数均相同，且所述模座1、所述内模2、所述环形搁台1a和所述环形卡台2a的膨胀系数均大于所述同步环基体4a的膨胀系数。通过采用模具成型的方案成型单锥同步环4的摩擦层4b，同时，通过将模座1和内模2的膨胀系数设计成大于同步环基体4a的膨胀系数并优化设计同步环基体4a的内壁与内模2的外壁之间的间距，这样在进行烧结时，由于模座1和内模2的膨胀系数大于同步环基体4a的膨胀系数，所以内模2和同步环基体4a之间的间距会因受热而变小，从而内模2会将成型腔3内填充的摩擦材料混合粉末挤向同步环基体4a，进而一方面可使得成型的摩擦层4b的强度达到要求，使摩擦系数更稳定、耐磨性能更好，另一方面还可使得摩擦层4b与同步环基体4a之间的连接强度更大，摩擦层4b不易脱落，提高了使用寿命。
上述模座1与所述环形搁台1a为一体式结构，所述内模2与所述环形卡台2a为一体式结构，所述模座1、所述内模2、所述环形搁台1a和所述环形卡台2a均由301不锈钢材料制成，所述同步环基体4a为粉末冶金件、碳钢冲压件或锻钢加工件。所述同步环基体4a定位安装在所述模座1与所述内模2围成的成型腔3内时，所述同步环基体4a的顶面与所述内模2的顶面平齐。通过将同步环基体4a的顶面与内模2的顶面设计成平齐，这样便于向成型腔3内填充摩擦材料混合粉末。
本实施例通过采用模具成型的方案成型单锥同步环4的摩擦层4b，同时，通过将模座1和内模2的膨胀系数设计成大于同步环基体4a的膨胀系数并优化设计同步环基体4a的内壁与内模2的外壁之间的间距，这样在进行烧结时，由于模座1和内模2的膨胀系数大于同步环基体4a的膨胀系数，所以内模2和同步环基体4a之间的间距会因受热而变小，从而内模2会将成型腔3内填充的摩擦材料混合粉末挤向同步环基体4a，进而一方面可使得成型的摩擦层4b的强度达到要求，使摩擦系数更稳定、耐磨性能更好，另一方面还可使得摩擦层4b与同步环基体4a之间的连接强度更大，摩擦层4b不易脱落，提高了使用寿命；通过将同步环基体4a的顶面与内模2的顶面设计成平齐，这样便于向成型腔3内填充摩擦材料混合粉末。
实施例2：
一种单锥同步环摩擦层的成型模具，包括相互配合的模座1和内模2，所述模座1和所述内模2均为环状结构，所述模座1的内壁上端用于定位单锥同步环4的同步环基体4a的下端外壁，所述模座1的内壁下端沿圆周方向设有用于搁置所述同步环基体4a的下端底面的环形搁台1a，所述内模2的外壁与所述同步环基体4a的内壁相配合，所述内模2的下端底面搁置在所述环形搁台1a上，所述内模2的下端底面上沿圆周方向设有用于与所述环形搁台1a形成卡接结构的环形卡台2a，所述同步环基体4a定位安装在所述模座1与所述内模2围成的成型腔3内时，所述同步环基体4a的内壁与所述内模2的外壁之间的间距为所述单锥同步环4的摩擦层4b厚度的1.1～1.15倍，所述模座1、所述内模2、所述环形搁台1a和所述环形卡台2a的膨胀系数均相同，且所述模座1、所述内模2、所述环形搁台1a和所述环形卡台2a的膨胀系数均大于所述同步环基体4a的膨胀系数。通过采用模具成型的方案成型单锥同步环4的摩擦层4b，同时，通过将模座1和内模2的膨胀系数设计成大于同步环基体4a的膨胀系数并优化设计同步环基体4a的内壁与内模2的外壁之间的间距，这样在进行烧结时，由于模座1和内模2的膨胀系数大于同步环基体4a的膨胀系数，所以内模2和同步环基体4a之间的间距会因受热而变小，从而内模2会将成型腔3内填充的摩擦材料混合粉末挤向同步环基体4a，进而一方面可使得成型的摩擦层4b的强度达到要求，使摩擦系数更稳定、耐磨性能更好，另一方面还可使得摩擦层4b与同步环基体4a之间的连接强度更大，摩擦层4b不易脱落，提高了使用寿命。
上述模座1与所述环形搁台1a为一体式结构，所述内模2与所述环形卡台2a为一体式结构，所述模座1、所述内模2、所述环形搁台1a和所述环形卡台2a均由301不锈钢材料制成，所述同步环基体4a为粉末冶金件、碳钢冲压件或锻钢加工件。所述同步环基体4a定位安装在所述模座1与所述内模2围成的成型腔3内时，所述同步环基体4a的顶面与所述内模2的顶面平齐。通过将同步环基体4a的顶面与内模2的顶面设计成平齐，这样便于向成型腔3内填充摩擦材料混合粉末。
一种采用上述成型模具成型单锥同步环摩擦层的方法，包括以下步骤：
将同步环基体4a定位安装在所述模座1与所述内模2围成的成型腔3内。
在所述成型腔3内填充用于成型摩擦层4b的摩擦材料混合粉末；所述摩擦材料混合粉末的填充重量为合格的所述单锥同步环4的重量与合格的所述同步环基体4a的重量之差。通过规范摩擦材料混合粉末的填充重量，这样能提高产品的合格率。由于摩擦材料混合粉末与模具一起进炉烧结，所以在工序中无法检测成型腔3内摩擦材料混合粉末的填充密度，而且，烧结后摩擦层4b与同步环基体4a不易分离，同时摩擦材料混合粉末烧结后是孔隙结构的摩擦层4b(与粉末冶金制品一样)，这样，烧结后取样检测密度也不可靠；因此，只有通过倒推的方法控制填充密度，即由于合格的单锥同步环4的重量与合格的同步环基体4a的重量均已知，所以两者之差即为成型腔3内要填充的摩擦材料混合粉末的重量。所述摩擦材料混合粉末的粒径为200～400目；所述摩擦材料混合粉末包括79～81％的铜粉、11.5～13.5％的锡粉、4.5～5.5％的铁粉和余量锌粉，其中的百分比为质量百分比。通过优化设计摩擦材料混合粉末的成分，这样能使同步环的摩擦系数更稳定、耐磨性能更好；用混粉机混合上述各粉末，混粉时间≥2小时。
填充完毕后，通过烧结网带将所述模座1、所述内模2、所述同步环基体4a和所述摩擦材料混合粉末一起运输至进行烧结炉内进行烧结，烧结网带的速度为145～165mm/min；所述烧结温度为830～850℃，所述烧结时长为68～72分钟；烧结炉内通有氢气和氮气，所述氢气和氮气的进气气体压力均小于等于0.05MPa；所述氢气的流量为8～9m3/h，所述氮气的流量为4.5～5m3/h。
烧结完毕后，即完成了单锥同步环摩擦层的成型，得到烧结品。
最后，从成型腔3内取出烧结品，并对该烧结品进行整形即可得到单锥同步环成品。具体地，可将烧结品放入压机中，用整形模具对摩擦层4b进行整形，得到合格的单锥同步环成品。
本实施例通过采用模具成型的方案成型单锥同步环4的摩擦层4b，同时，通过将模座1和内模2的膨胀系数设计成大于同步环基体4a的膨胀系数并优化设计同步环基体4a的内壁与内模2的外壁之间的间距，这样在进行烧结时，由于模座1和内模2的膨胀系数大于同步环基体4a的膨胀系数，所以内模2和同步环基体4a之间的间距会因受热而变小，从而内模2会将成型腔3内填充的摩擦材料混合粉末挤向同步环基体4a，进而一方面可使得成型的摩擦层4b的强度达到要求，使摩擦系数更稳定、耐磨性能更好，另一方面还可使得摩擦层4b与同步环基体4a之间的连接强度更大，摩擦层4b不易脱落，提高了使用寿命；通过将同步环基体4a的顶面与内模2的顶面设计成平齐，这样便于向成型腔3内填充摩擦材料混合粉末；通过优化设计摩擦材料混合粉末的成分，这样能使同步环的摩擦系数更稳定、耐磨性能更好；通过规范摩擦材料混合粉末的填充重量，这样能提高产品的合格率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单锥同步环摩擦层的成型模具，其特征在于，包括相互配合的模座(1)和内模(2)，所述模座(1)和所述内模(2)均为环状结构，所述模座(1)的内壁上端用于定位单锥同步环(4)的同步环基体(4a)的下端外壁，所述模座(1)的内壁下端沿圆周方向设有用于搁置所述同步环基体(4a)的下端底面的环形搁台(1a)，所述内模(2)的外壁与所述同步环基体(4a)的内壁相配合，所述内模(2)的下端底面搁置在所述环形搁台(1a)上，所述内模(2)的下端底面上沿圆周方向设有用于与所述环形搁台(1a)形成卡接结构的环形卡台(2a)，所述同步环基体(4a)定位安装在所述模座(1)与所述内模(2)围成的成型腔(3)内时，所述同步环基体(4a)的内壁与所述内模(2)的外壁之间的间距为所述单锥同步环(4)的摩擦层(4b)厚度的1.1～1.15倍，所述模座(1)、所述内模(2)、所述环形搁台(1a)和所述环形卡台(2a)的膨胀系数均相同，且所述模座(1)、所述内模(2)、所述环形搁台(1a)和所述环形卡台(2a)的膨胀系数均大于所述同步环基体(4a)的膨胀系数。
2.如权利要求1所述的单锥同步环摩擦层的成型模具，其特征在于，所述模座(1)与所述环形搁台(1a)为一体式结构，所述内模(2)与所述环形卡台(2a)为一体式结构，所述模座(1)、所述内模(2)、所述环形搁台(1a)和所述环形卡台(2a)均由301不锈钢材料制成，所述同步环基体(4a)为粉末冶金件或碳钢冲压件。
3.如权利要求1所述的单锥同步环摩擦层的成型模具，其特征在于，所述同步环基体(4a)定位安装在所述模座(1)与所述内模(2)围成的成型腔(3)内时，所述同步环基体(4a)的顶面与所述内模(2)的顶面平齐。
4.一种采用如权利要求1所述的成型模具成型单锥同步环摩擦层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将同步环基体(4a)定位安装在所述模座(1)与所述内模(2)围成的成型腔(3)内；
在所述成型腔(3)内填充用于成型摩擦层(4b)的摩擦材料混合粉末；
填充完毕后，将所述模座(1)、所述内模(2)、所述同步环基体(4a)和所述摩擦材料混合粉末一起进行烧结；
烧结完毕后，即完成了单锥同步环摩擦层的成型。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述摩擦材料混合粉末包括79～81％的铜粉、11.5～13.5％的锡粉、4.5～5.5％的铁粉和余量锌粉，其中的百分比为质量百分比。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述摩擦材料混合粉末的粒径为200～400目。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述摩擦材料混合粉末的填充重量为合格的所述单锥同步环(4)的重量与合格的所述同步环基体(4a)的重量之差。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述烧结温度为830～850℃，所述烧结时长为68～72分钟。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述烧结在烧结炉中进行，烧结时，所述烧结炉内通有氢气和氮气，所述氢气和氮气的进气气体压力均小于等于0.05MPa。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氢气的流量为8～9m3/h，所述氮气的流量为4.5～5m3/h。
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