用于单向离合器的粉末金属座圈及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种制造单向离合器机构中离合器座圈的方法，其包括步骤：对一种铁基粉末金属执行压实和烧结，将其制为近乎成型的形状，由此获得了密度约在６．８ｇ／ｃｃ到７．６ｇ／ｃｃ之间的心部和一形状近乎成型的座圈表面。按照一定方式对凸轮表面执行冷作加工，以便于增大表面处的局部密度，从而形成一基本上被完全致密的高致密层，且最终的表面光洁度在经过热处理之后就能直接适用于单向离合器的工作条件，而无需进行其它加工。单向离合器机构的内外离合器座圈都可按照这种方式制出，此工艺制出的座圈具有优异的强度、韧性、疲劳强度以及耐磨性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种单向离合器，更具体而言，本专利技术涉及这种离合器中座圈 的制造。
技术介绍
单向离合器的基本工作原理对本领域普通技术人员来讲是公知的。离合器内部元 件与外部元件在一个方向上的相对转动是被禁止的，从而能通过该离合器来传递扭矩，而 在相反的方向上，内部元件和外部元件之间则能超越或自由转动。现代乘用车上几乎所有 的自动变速器都采用了一个或多个单向离合器，以便于当变速器在其工作范围内换档时能 从某一传动路线平稳地过渡到另一传动路线。单向离合器也被称为超越离合器或空程离合 器，最为常见的单向离合器类型是1)滚柱单向离合器2)斜撑单向离合器3)棘轮单向离合器早在二十世纪五十年代就已制出了滚柱型单向离合器和斜撑型单向离合器。在上 世纪九十年代的中期开始出现了棘轮型单向离合器。所有这些单向离合器组件都能根据它 们特定的应用场合而取得令人满意的工作效果。所有这些离合器的基本构造都包括一外座 圈、一内座圈、一组可与座圈互锁的锁止元件(滚柱、斜撑件或棘爪)、以及用于触动锁止元 件的弹簧。起初，用于滚柱型和斜撑型单向离合器的座圈是用锻钢制成的，且是按照传统的 机加工方法(车削加工、拉削加工等)制得的。今天的生产过程仍然沿用了这一工艺。通 常所使用的钢材是SAE1060、SAE5060、SAE5120、SAE5130和SAE5160。为了使座圈表面具有 必需的接触疲劳强度、并使座圈的体积内部具有足够的拉伸疲劳强度，通常要对部件执行 热处理，使其表面达到HRC55-60、心部达到HRC25-32。第3772935号美国专利介绍了一种对座圈的制造具有重大改善的技术方案。该 专利所公开的工艺涉及了这样的技术对粉末金属执行加压和烧结而制出一个预成型的坯 件，然后，对坯件执行热锻，以对部件进行成形，由此制出一个完整且密度通体均等的座圈。 最后，对座圈执行热处理。粉末锻造工艺地主要优点在于减少了机加工量。第3992763和 第4002471号美国专利公开了对这种工艺中的热处理步骤的改进。第5966581号美国专利介绍了一种可选的粉末锻造工艺。在执行锻压步骤之前， 利用一滚子抛光工具对加压、烧结而成的坯件进行加工。与锻压工艺相结合的滚子抛光工艺被认为可提高经过热锻的、且整体致密的离合器座圈的疲劳寿命。第5966581号美国专利中还讨论另一种可选的方案，该方案在于通过利用玻璃 珠丸或砂粒对表面执行喷丸处理，实现了对加压、烧结成的坯件的冷作处理，随后对坯件执 行热锻，其中，玻璃珠丸或砂粒可对表面进行加工。这种解决途径的效果在于能获得与滚 子抛光工艺大体上相当的表面光洁度。因而，本领域已认可用粉末金属制造单向离合器座圈的设计，其中的粉末金属被 加压、烧结成预成型坯件，该坯件被执行滚压抛光处理，然后再经过热锻而形成具有理想形 状的、整体致密的零部件，与此同时，现有技术还提示了这样的可能性制造一种形状成型 的、用粉末金属加压烧结而成的离合器座圈部件，其最终的表面经过了冷作处理，以使其相 对于预期的使用条件具有合适的机械性能和表面加工状况。本专利技术的一个目的是通过对用粉末金属制造单向离合器座圈的工艺进行改进来 促进现有技术的进步
技术实现思路
根据本专利技术的、制造粉末金属单向离合器座圈的方法包括步骤制备一种经过烧 结的铁基粉末金属，其被处理为近乎成型的形状，以便于制出一种单向离合器座圈部件，该 部件心部的密度约在7. Og/cc到7. 6g/cc之间，座圈部件具有一座圈表面。然后，对座圈表 面执行冷作处理，以形成一结构层，其密度超过心部密度，并获得了定型的表面光洁度。本 专利技术还设计了一种具有上述特性的离合器座圈部件。本专利技术的优点在于提供了一种制造单向离合器座圈部件的简单工艺，以实现优 异的机械性能，并获得了经过冷作处理的、可接受的凸轮表面光洁度。本专利技术另外的优点在于提供了这样的单向离合器座圈部件，其具有变化的密度， 其心部的密度相对较高，但并非整体高密度，这样的心部与位于凸轮表面上的皮层或表层 相结合，该结构层经过了冷作处理而具有更大的密度，以便于获得所需的机械性能，并在座 圈表面上形成成型的表面抛光效果。这种变密度设计所制得的单向离合器座圈具有优良的 强度、疲劳抗力和耐磨性，且无需通过对部件执行锻压来获得所需的强度和耐磨性。无需热 锻步骤的设计能简化单向离合器中凸轮座圈的制造过程，并降低其生产成本。本领域普通 技术人员所能接受的、制造粉末锻造部件的成本为利用加压烧结法制造部件的成本的1. 5 到2. 0倍。额外增大的成本与锻压步骤和热锻工具较短的使用寿命有关。取消锻压步骤具有另一个优点使部件的整体尺寸误差限从粉末锻造件的一般范 围缩窄到加压烧结件的一般范围。另外，经过冷作处理的表面具有更为严格的误差限。取消锻压步骤的另一益处在于加压、烧结工艺能制造出形状成型的几何特征 (凸台、油槽、台阶等)，这些几何特征要比可用锻压法制出的几何特征复杂的多，由此可极 大地降低对二次机加工的需求。如同用于滚柱型单向离合器中凸轮的情况，在制得成型的座圈表面的情况下，本 专利技术所述的处理座圈表面的冷成型工艺使座圈表面的抛光获得了极大的改善。表1概括了 各种表面光洁度，分别对应于普通的拉削工艺、粉末锻造工艺、第5966581号美国专利所 改进的粉末锻造工艺、以及本专利技术的工艺。 表1.利用拉削工艺、粉末锻造工艺、以及根据本专利技术的工艺制得的滚柱型单向离 合器凸轮的典型表面光洁度。表面光洁度的改善使得离合器座圈具有超强的抗接触疲劳性(抗热震性)，这反 过来使得给定的离合器具有更大的扭矩传递承载能力。取消锻压步骤将使得轴承座圈材料具有优越的冶金学质量。公知的是粉末热锻 工艺会带来两种有害的效果。首先，由于钢质坯件被加热到1000-1130°C，并在锻压过程中 被暴露在空气中，所以会在部件的表面上形成氧化物。这些氧化物将露在表面上，也会被作 为夹杂物而包封到内部，其所在的深度通常在0. 1-0. 2mm之间。其次，随着坯件流动并接触 到模具，表面上的材料被迅速冷却。这一冷却将导致材料的屈服强度快速增大，而对于气 孔的消除而言，屈服强度的增大将是有害的。因此，对于粉末锻造工艺，材料表面上的气孔 深度约为0. 2-0. 4mm。氧化物和气孔这两种微观缺陷对座圈的接触疲劳强度产生不良的影 响。在本专利技术中，通过取消热锻步骤，并引入一冷成型操作，可获得显著质量的座圈的表面， 且冷作形成的结构层中实质上不含有任何气孔和氧化物夹杂物(即基本上为零缺陷)。下 面的表2和表3表示了本专利技术材料与对比性的普通粉末锻造合金在气孔和氧化物夹杂物数 的改进情况。 表2.粉末锻造材料和本专利技术的粉末金属合金中的一般气孔数 表3.粉末锻造材料和本专利技术的粉末金属合金中的一般夹杂物数本专利技术获得了更为严格的尺寸误差限、改善的表面抛光效果、以及优异的冶金学 微观结构，这些因素结合到一起而使单向离合器的扭矩传递承载能力增大。表面光洁度的 改善使得离合器座圈具有优异的抗接触疲劳性(抗热震性)强度，这反过来使得给定的离 合器具有更大的扭矩传递承载能力，对带有粉末锻造座圈和根据本专利技术工艺制得的座圈的 滚柱型单向离合器进行了冲击试验(stroker testing)，初步的试验结果证实了上述的预 期结果。最后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于单向离合器的粉末金属离合器座圈部件，其包括：一经过压实和烧结的铁基粉末金属单向离合器座圈部件基体，其上具有一体形成的一座圈表面，所述基体的心部密度在６．８ｇ／ｃｃ到７．６ｇ／ｃｃ之间；所述离合器基体包括一粉末金属的冷加工层，形成所述座圈表面，其局部密度大于所述心部密度，且最终的平均表面光洁度Ｒａ在２０到３５μ英寸之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JRL特拉索拉斯，S尼加路拉，
申请(专利权)人：PMG印第安那公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]