CN1138879A - 用于摩擦连接部件的烧结摩擦材料及摩擦连接的部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造摩擦连接的部件，特别是同步环的烧结摩擦材料以及带有上述烧结摩擦材料的摩擦连接部件，特别是同步环。为了获得良好的摩擦值曲线，提出一种含有以铁为基的基体和固体润滑材料的烧结摩擦材料，该烧结摩擦材料含有0.5-10％(重量，相对于基体)钼和20-50％(体积)石墨作为固体润滑材料。摩擦连接的部件，特别是同步环具有一个支承体和一层带有上述烧结摩擦材料的摩擦衬层，其中在本发明的方案中预先考虑在摩擦面上设置梯形槽。

Description

用于摩擦连接部件的烧结摩擦材料 及摩擦连接的部件
本发明涉及一种用于制造摩擦连接的部件(friction-linked component)、特别是同步环(synchronising ring)的烧结摩擦材料，以及一种带有由这种烧结摩擦材料构成的摩擦衬层的摩擦连接部件，特别是同步环。因此，以下主要讲述同步环，但对此不应该与一种限制相联系。
同步环，例如汽车变速齿轮箱中的同步环，承受很高的负荷并且必须满足许多要求。为了使转换时间足够短，要求同步环的摩擦衬层具有良好的摩擦性能。此外，同步环必须具有足够的机械性能和热性能。另外，摩擦衬层应容易进行机械加工，因为必须配合精确地制造摩擦面。显然，这些要求通常不可能由单独的一种材料来满足。众所周知，同步环要两层构成，以使作为摩擦衬层的材料层具有良好的摩擦条件，而用作支承体(support)的材料则具有高的机械性能和/或热性能。
DD-PS 89 727中公布了一种用于油循环的摩擦部件，例如同步环，该摩擦部件是采用粉末冶金方法由铁粉制成，铁粉中掺入粉末状的镍、铜、铅和石墨。使用铅，不仅在摩擦部件制造过程中而且在其使用时都会引起显著危害健康的后果。此外，业已证实，这种材料由于石墨含量较少特别是在高负荷时，有很强的粘附倾向，这种粘附现象表现为不均匀的转矩和腐蚀。
DE-GM 73 42 680中公布了一种由烧结钢构成的同步环，该同步环有一层薄的喷镀的钼层作为摩擦面。一方面，钼喷镀材料是一种很贵的材料，另一方面，通常必须通过研磨至所要求的表面质量获得同步环。由于钼层的硬度很高，因此研磨时造成严重的工具磨损。
DE-OS 42 03 321中公布了一种用于摩擦连接的部件、特别是用于同步环的烧结摩擦材料，它具有15-30％(体积)的石墨成分，此外含有陶瓷成分。带有这样的摩擦衬层的同步环虽然具有所希望的摩擦特性，但是无法避免由于陶瓷成分的作用而在离合体上产生强烈的磨损。这在一定情况下同样导致不均匀的转矩。
本发明的任务在于，提供一种用于摩擦连接部件的烧结摩擦材料，该烧结摩擦材料没有上述的缺点，同时具有良好的摩擦特性。
根据本发明，上述任务是通过一种含有以铁基为基的基体和固体润滑材料的烧结摩擦材料来解决的，这种烧结摩擦材料含有0.5-10％(重量，相对于基体)钼和20-50％(体积)的石墨(作为固体润滑材料)。在本发明的一种方案中，钼含量可以达到1-5％(重量)。当石墨含量是25-45％(体积)时，能够合乎目的。此外，成分中可以含有制造过程中带入的和/或不可避免的杂质。
出人意料的是，这种由通常情况下作为结构材料使用的烧结摩擦材料与高份额的固体润滑材料构成的混合物，一方面具有所希望的摩擦性能，另一方面由于高含量的固体润滑材料，即使在强负荷或者过载下仍能大大减少离合体摩擦面的粘附和磨损应力。作为其他优点，已经证明，本发明的烧结磨擦材料具有高的成形加工性。因此，可以在制造同步环时采用粉末冶金方法在烧结过程后进行整形，这样可以减少随后为产生精确配合摩擦面而进行的切削加工。
在本发明的一种合乎目的的方案中，规定基体至少有一部分是由一种用钼预先合金化的铁粉组成。在本发明的另一方案中，可以规定基体至少部分由用钼部分合金化的铁粉组成。这两种实施形式具有如下优点：对于提供要加工的烧结金属粉末来说，钼不需要以游离形式添加，因此大大简化基体粉末的操作。
本发明还涉及一种摩擦连接的部件，特别是同步环，该部件具有一个支承体和一层由上述类型的烧结摩擦材料构成的摩擦衬层。通常情况下，同步环被用于以油润滑的传动齿轮箱。因此不可避免的是，在转换过程之前，一方面用油润滑离合体的相对运动面，另一方面润滑同步环的摩擦衬层面。如所周知，同步环的摩擦面备有沟槽，以便油可以排出。制造这样的槽取决于摩擦衬层的材料，并且成本高。
现已知道例如备有循环槽的黄铜同步环。这样的槽基本上可以仅用切削加工来制造，这对于黄铜环来说是没有什么困难的。在用粉末冶金法制造的同步环的情况下，合乎目的是，预先制备轴向的锥形槽。因此这是特别有利的，因为在压制过程中可以直接形成轴向槽。但是一般地需要对有效摩擦面进行切削精加工。不过，预先制备轴向锥形的或环流槽迄今在含钼的摩擦衬层的情况下是很难实现的，这是因为，切削加工这样的摩擦衬层，特别是制造环流槽往往需要高额费用。轴向的锥形槽虽然基本上可以在压制过程中形成，并且摩擦面连带槽表面设置一层钙喷镀层，但是在这方面所需要的切削精加工也涉及到高额费用。
现已证实，本发明的烧结摩擦材料尽管有高的钼含量，但在烧结过程之后可以以足够的精确度进行精整。因此，按照本发明可以预先规定，在根据本发明带有摩擦衬层的摩擦连接部件的摩擦面上设置轴向定位的槽，这种槽可在压制过程中成形。在本发明的一种方案中规定，摩擦面上的槽形成梯形。梯形槽同样也可以毫无困难地在粉末冶金法的压制过程中成形。所形成的梯形槽的优点是，油从各自的表面更好地导出。
本发明的摩擦连接部件作为多层结构构成也是合乎目的，此时，摩擦衬层的支承体可以由烧结钢构成。这种结构的优点是，比较贵的摩擦衬层仅需以薄层存在于同步环上。这样的多层同步环例如可以通过复合方法制造。
下面通过实施例和附图及描述更详细地解释本发明。
图1表示本发明实施例1的摩擦衬层的摩擦值μ与转换时间的依赖关系。
图2表示本发明实施例2的摩擦衬层的摩擦值μ与转换时间的依赖关系。
图3以剖面图表示一个同步环。
图4是图3的箭头IV方向的视图。
实施例1
制备具有下列成分的烧结摩擦衬层。
基体：60％(体积)
石墨：40％(体积)
钼：1.5％(重量，相对于基体)
在单位面积压力4N/mm2和摩擦速度5m/s的条件下，进行图1中所述的测量。具有这种成分的摩擦衬层的摩擦值曲线在该图中以标记1表示。为了进行比较，摩擦值曲线2表示一种同步环的摩擦值曲线，该同步环具有一层装备了环流槽的钼喷镀层作为摩擦衬层；摩擦值曲线3表示一种同步环的摩擦值曲线，其摩擦衬层存在于一种磷合金化的铁基体上，该铁基体具有20％(体积)石墨和10％(体积)陶瓷成分。由该图可看出，摩擦值曲线1与被看作是适宜的摩擦值曲线的摩擦值曲线2(喷镀钼层)不相上下。但是，实施例1的摩擦材料的生产操作要简便得多，并且，由于高的石墨含量，在高负荷时离合体也不会发生粘附和/或磨损。带有陶瓷成分摩擦衬层的同步环，具有不好的摩擦值曲线3，并且在过载时有产生磨损的危险。
实施例2
制备具有下列成分的烧结摩擦材料。
基体：77％(体积)
石墨：23％(体积)
钼：1.5％(重量，相对于基体)
同样，在单位面积压力4N/mm2和摩擦速度5m/s的条件下，进行这种摩擦材料的摩擦特性试验。这种摩擦衬层的摩擦值曲线在图2中以标记4表示。为了进行比较，同时给出了曲线1和2，曲线1是实施例1的摩擦材料，曲线2是钼喷镀层的摩擦材料。实施例2的摩擦材料，在转换时间开始具有比实施例1的摩擦材料差的摩擦值。这是因为，实施例1的摩擦材料具有较高的固体润滑剂含量，因而有较高的孔隙度，存在于表面上的油更好地排出。在转换时间的最后，不仅实施例1的摩擦材料而且实施例2的摩擦材料都具有几乎相等的摩擦值。这些材料也由于高的固体润滑剂含量而大大避免了相对运动的磨损或粘附。
图3和图4中描述的同步环10具有一个外支承环11，外支承环11带有一个啮合件12。该支承环11例如可以由烧结钢制成。与离合体相配合的同步环的摩擦衬层13由上述类型的烧结摩擦材料构成。这样的同步环，例如可以以用复合方法制造。在这样一种同步环10中，摩擦面一般形成锥形。在以附图描述的实施形式中，摩擦面具有轴向取向的槽14，该槽形成梯形。为了能在烧结金属粉末的压制过程中形成梯形槽，使梯形槽14的较宽一端15与同步环10的锥形摩擦面的较大直径相一致。
由于以梯形方式形成槽14，油被摩擦面上的不垂直旋转方向的边缘刮去，由此促进油的流出。此外，由于对称地形成梯形槽14可以避免旋转方向对摩擦行为和油排出的影响。

Claims (10)

1.用于制造摩擦连接的部件、特别是同步环的烧结摩擦材料，它具有以铁为基的基体和固体润滑材料，其中，该摩擦材料含有0.5-10％(重量，相对于基体)钼和20-50％(体积)石墨作为固体润滑材料。
2.权利要求1所述的烧结摩擦材料，其特征在于，相对于基体而言，钼的含量是1-5％(重量)。
3.权利要求1或2所述的烧结摩擦材料，其特征在于，相对于基体而言，钼的含量是1-2％(重量)。
4.权利要求1-3中任一项所述的烧结摩擦材料，其特征在于，石墨含量是35-45％(体积)。
5.权利要求1-4中任一项所述的烧结摩擦材料，其特征在于，基体至少部分地由用钼预先合金化的铁粉构成。
6.权利要求1-5中任一项所述的烧结摩擦材料，其特征在于，基体至少部分地由用钼部分合金化的铁粉构成。
7.摩擦连接的部件，特别是同步环(10)，它具有一个支承体(11)和一层由权利要求1-6中任一项的烧结摩擦材料构成的摩擦衬层。
8.权利要求7所述的摩擦连接的部件，其特征在于，在摩擦面上设置轴向取向的槽(14)。
9.权利要求7或8所述的摩擦连接的部件，其特征在于，槽(14)是在摩擦面(13)上梯形地形成。
10.权利要求7-9任一项所述的摩擦连接的部件，其特征在于，支承体(11)由烧结钢构成。
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