CN111451511A - 一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺 - Google Patents

一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺，原材料选用100目铁‑铜‑钼‑镍‑碳粉末，在1000T带模架的粉末冶金自动成型液压机上成型，单位厘米面积压力600‑650MPa，毛坯密度6.95‑7.05g/cm3；在氨分解保护的网带烧结炉1100‑1120℃烧结保温30‑40分钟，并在九爪部位进行渗铜处理，九爪部位烧结后密度7.25‑7.35g/cm3；再进行精密机械加工、水蒸气表面发蓝处理，九爪部位高频表面热处理，确保九爪部位由外向内硬度HRC35‑HRC15；本发明制品安装在疲劳试验变速箱中满足30万次质量要求；本制备工艺特点在于：与现有技术采用的40Cr钢材加工工艺相比，制品单重小、材料利用率高，加工成本低、性能优良、质量稳定，适合于粉末冶金大批量生产。

Description

一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺
技术领域
本发明涉及一种粉末冶金生产工艺技术，特别涉及一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺。
背景技术
粉末冶金是一种材料制备和机械零部件制造技术，涉及金属粉末制取以及将金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合通过压制成形与烧结等工序制成机械零件或金属制品，是金属成形技术与固态冶金(烧结)结合形成的一门技术，已广泛应用于汽车、家电、农机、纺织机械、工程机械、航空航天等各个领域。用粉末冶金方法制造的零件与常规的铸、锻、切削加工制造同样的零件相比，具有少或无切削加工、节能、节材、无环境污染、成本低、高效等特点，能生产具有特殊性能和其它工艺难以生产或无法生产的材料和制品。
九爪三锥面同步器锥环是应用于重卡锁销式三锥面同步器中的关键零件，锁销式三锥面同步器是新开发的专利技术零部件，其结构解决了三锥面同心差、挂挡不可靠的技术难题，将很快代替现有同类同步器。目前九爪三锥面同步器锥环采用40Cr钢材经机械加工、热处理等工序制造而成，使用40Cr材料加工，其工序繁琐、产能低，自重大、材料利用率低，生产成本高等，难以满足大批量生产需求。因此，如果用粉末冶金技术研究开发九爪三锥面同步器锥环，在保证性能质量的前提下，必将提高材料使用率，提高生产效率，降低生产成本满足工业批量化生产需求。
发明内容
为了克服上述现有制造技术的不足，本发明的目的在于提供一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺，选用铁-铜-钼-镍等金属粉末，经过压制、渗铜烧结、热处理等工序完成九爪三锥面同步器锥环粉末冶金零件制造，各项性能指标满足同步器装机和使用寿命要求，该工艺克服了现有40Cr钢材加工自重大、工序繁琐、效率低、成本高等不足，具有少切削加工、节能、节材、无环境污染、批量生产效率高、成本低等特点，满足大批量生产需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺，包括以下步骤：
第一步，原材料及配方：原材料及重量配比，100目铁基预合金粉末，其中含1-3wt％铜、0.5-1.0wt％钼、1-3wt％镍，外加占总重量0.5-0.8wt％碳；
第二步，成型：将配制好的粉料，按单位面积600-650MPa压力在1000T粉末冶金自动成型液压机上压制成型，毛坯整体密度6.95-7.05g/cm3，九爪部位密度大于6.95g/cm3；
第三步，渗铜烧结：将九爪三锥面锥环毛坯放置在氮化硅垫板上，九爪部位进行渗铜处理，每个爪部位渗铜量3g，在氨分解气氛保护的网带烧结炉，1100--1120℃温度烧结30-40分钟，保证九爪部位烧结后密度7.25-7.35g/cm3，九爪表面硬度大于HRB80；
第四步，机械加工、热处理：进行精密机械加工，再采用高频淬火机对九爪部位进行高频淬火热处理，输入电流500-600A，零件旋转速度40-60r/min，保温时间4-6s，水冷却，保证九爪部位表面在直径方向由外向内硬度HRC35-HRC15，达到九爪部位使用性能要求；
第五步，台架试验：对产品进行碳纤维摩擦材料粘接处理，安装在锁销式三锥面同步器总成中，台架试验实现30万次使用要求。
本发明的有益效果：
第一，采用自主研制的专用金属粉末材料及配方，其成分为预合金形态；第二，采用粉末冶金一次成型，解决九爪三锥面同步器锥环毛坯成型，特别是九爪部位成型问题；第三，采用渗铜烧结工艺，在九爪部位局部渗铜；第四，精加工后，采用高频淬火，对九爪部位进行表面淬火，保证九爪部位机械性能。
本发明与用40Cr钢材加工同步环相比，零件重量轻、材料利用率高、工序简单、性能优良、质量稳定、生产效率高、成本低、适用于大批量生产。两种工艺对比试验结果为：
Figure BDA0002476922140000031
Figure BDA0002476922140000041
。
附图说明
图1为本发明产物同步器锥环示意图，其中：图1(a)为右剖视图，图1(b)为主视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细叙述。
实施例1
本实施例的生产工艺是这样实现的：
第一步，原材料及配方：原材料及重量比，采用100目铁基预合金粉末，其中含1.2wt％铜、0.6wt％钼、1.2wt％镍，外加占总重量0.6wt％碳；
第二步，成型：将配制好的粉料，按单位面积600MPa压力在1000T粉末冶金自动成型液压机上压制成型，毛坯整体密度6.96g/cm3，九爪部位密度大于6.98g/cm3，参照图1，本发明用粉末冶金的方法将锥环一次成型；目前现有技术是采用40Cr钢锻造加工的；
第三步，渗铜烧结：将九爪三锥面锥环毛坯放置在氮化硅垫板上，九爪部位进行渗铜处理，每个爪部位渗铜量3g，在氨分解气氛保护的网带烧结炉，1100℃温度烧结35分钟，保证九爪部位烧结后密度7.26g/cm3，九爪表面硬度HRB83-87；
第四步，机械加工、热处理：进行精密机械加工，再采用高频淬火机对九爪部位进行高频淬火热处理，输入电流600A，零件旋转速度40r/min，保温时间6s，水冷却，九爪部位表面硬度HRC28-HRC16(在直径方向由外向内)，达到九爪部位使用性能要求。
第五步，台架试验：将产品进行碳纤维摩擦材料粘接处理后，装配在锁销式三锥面同步器总成中，台架疲劳试验达到32万次。
测试评价本实例结果，零件基体密度7.19g/cm3，九爪密度为7.26g/cm3，九爪部位热处理HRC28-HRC16(在直径方向由外到内)，粘接后台架疲劳试验32万公里。
实施例2
本实施例的生产工艺是这样实现的：
第一步，原材料及配方：原材料及重量比，采用100目铁基预合金粉末，其中含1.8wt％铜、0.8wt％钼、1.8wt％镍，外加占总重量0.8wt％碳；
第二步，成型：将配制好的粉料，按单位面积650MPa压力在1000T粉末冶金自动成型液压机上压制成型，毛坯整体密度7.03g/cm3，九爪部位密度大于7.08g/cm3；
第三步，渗铜烧结：将九爪三锥面锥环毛坯放置在氮化硅垫板上，九爪部位进行渗铜处理，每个爪部位渗铜量3g，在氨分解气氛保护的网带烧结炉，1120℃温度烧结40分钟，保证九爪部位烧结后密度7.35g/cm3，九爪表面硬度HRB99-107；
第四步，机械加工、热处理：进行精密机械加工，再采用高频淬火机对九爪部位进行高频淬火热处理，输入电流500A，零件旋转速度60r/min，保温时间5s，水冷却，九爪部位表面硬度HRC34-HRC22(在直径方向由外向内)，达到九爪部位使用性能要求。
第五步，台架试验：将产品进行碳纤维摩擦材料粘接处理后，装配在锁销式三锥面同步器总成中，台架疲劳试验达到37万次。
测试评价本实例结果，零件基体密度7.33g/cm3，九爪密度为7.35g/cm3，九爪部位热处理HRC34-HRC22(在直径方向由外到内)，粘接后台架疲劳试验37万次。
实施例3
本实施例的生产工艺是这样实现的：
第一步，原材料及配方：原材料及重量比，采用100目铁基预合金粉末，其中含1.5wt％铜、0.8wt％钼、1.5％wt％镍，外加占总重量0.8wt％％碳；
第二步，成型：将配制好的粉料，按单位面积630MPa压力在1000T粉末冶金自动成型液压机上压制成型，毛坯整体密度6.99g/cm3，九爪部位密度大于7.03g/cm3。
第三步，渗铜烧结：将九爪三锥面锥环毛坯放置在氮化硅垫板上，九爪部位进行渗铜处理，每个爪部位渗铜量3g，在氨分解气氛保护的网带烧结炉，1110℃温度烧结35分钟，保证九爪部位烧结后密度7.29g/cm3，九爪表面硬度HRB89-97。
第四步，机械加工、热处理：进行精密机械加工，再采用高频淬火机对九爪部位进行高频淬火热处理，输入电流600A，零件旋转速度50r/min，保温时间4s，水冷却，九爪部位表面硬度HRC39-HRC20(在直径方向由外向内)，达到九爪部位使用性能要求。
第五步，台架试验：将产品进行碳纤维摩擦材料粘接处理后，装配在锁销式三锥面同步器总成中，台架疲劳试验达到35万次。
测试评价本实例结果，零件基体密度7.29g/cm3，九爪密度为7.32g/cm3，九爪部位热处理HRC33-HRC20(在直径方向由外到内)，粘接后台架疲劳试验35万次。
综合评价三项实例结果，均能够满足产品技术要求。但从性能指标及生产实际综合来考虑，第三种实例方案效果最佳。

Claims (3)

1.一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，原材料及配方：原材料及重量配比，100目铁基预合金粉末，其中含1-3wt％铜、0.5-1.0wt％钼、1-3wt％镍，外加占总重量0.5-0.8wt％碳；
第二步，成型：将配制好的粉料，按单位面积600-650MPa压力在1000T粉末冶金自动成型液压机上压制成型，毛坯整体密度6.95-7.05g/cm3，九爪部位密度大于6.95g/cm3；
第三步，渗铜烧结：将九爪三锥面锥环毛坯放置在氮化硅垫板上，九爪部位进行渗铜处理，每个爪部位渗铜量3g，在氨分解气氛保护的网带烧结炉，1100--1120℃温度烧结30-40分钟，保证九爪部位烧结后密度7.25-7.35g/cm3，九爪表面硬度大于HRB80；
第四步，机械加工、热处理：进行精密机械加工，再采用高频淬火机对九爪部位进行高频淬火热处理，输入电流500-600A，零件旋转速度40-60r/min，保温时间4-6s，水冷却，保证九爪部位表面在直径方向由外向内硬度HRC35-HRC15，达到九爪部位使用性能要求。
2.根据权利要求1所述的一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺，其特征在于，还包括：
第五步台架试验：产品进行碳纤维摩擦材料粘接处理，安装在锁销式三锥面同步器总成中，台架试验实现30万次使用要求。
3.根据权利要求1和2所述的一种九爪三锥面同步器锥环粉末冶金制备工艺，其特征在于，
第一步，原材料及配方：原材料及重量比，采用100目铁基预合金粉末，其中含1.5wt％铜、0.8wt％钼、1.5％wt％镍，外加占总重量0.8wt％％碳；
第二步，成型：将配制好的粉料，按单位面积630MPa压力在1000T粉末冶金自动成型液压机上压制成型，毛坯整体密度6.99g/cm3，九爪部位密度大于7.03g/cm3；
第三步，渗铜烧结：将九爪三锥面锥环毛坯放置在氮化硅垫板上，九爪部位进行渗铜处理，每个爪部位渗铜量3g，在氨分解气氛保护的网带烧结炉，1110℃温度烧结35分钟，保证九爪部位烧结后密度7.29g/cm3，九爪表面硬度HRB89-97；
第四步，机械加工、热处理：进行精密机械加工，再采用高频淬火机对九爪部位进行高频淬火热处理，输入电流600A，零件旋转速度50r/min，保温时间4s，水冷却，九爪部位在直径方向由外向内表面硬度HRC39-HRC20，达到九爪部位使用性能要求；
第五步，台架试验：将产品进行碳纤维摩擦材料粘接处理后，装配在锁销式三锥面同步器总成中，台架疲劳试验达到35万次。
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