粉末冶金零件在變速器領域的應用

歐選民，趙詩鑫

（1.同濟大學，上海 201804；2.重慶青山公司，重慶 402761）

汽車變速器的王字槽為異形件結構，王字槽的端部設有與換檔止動銷配合的圓弧槽。現有技術的轎車變速器王字槽的材料一般為合金鋼、合金鑄鐵，經過加工、熱處理而制成，然而在實際實用中存在零件加工量大，材料浪費多等的缺陷，此外，材料成本每年上漲，生產效率低下；隨著粉末冶金工藝逐步成熟穩定，材料替換合金鋼成為了可能。然而現有技術中并未出現粉末冶金王字槽，因而現有技術中如何提供一種能夠完全滿足王字槽功能性能要求的粉末冶金王字槽為急待解決的技術問題。

1 粉末冶金王字槽結構介紹

參考附圖，以下將對本方案的具體實施例進行詳細地描述。如在圖1-3 中所示出的，本方案提供了一種汽車變速器王字槽，其包括王字槽主體1 和王字槽板2，該王字槽主體和王字槽板為分體式結構，即，該兩個部件為單獨成型結構。具體地，該王字槽主體頂面的其中兩個相對側面上設置有凸出的限位板3，兩個限位板相對的內側均向內凹設有凹槽4，該王字槽板2 底部兩側設置有向外凸出的邊緣5，該邊緣5 與限位板3 上的凹槽4 相配合。王字槽主體1 與王字槽板2 通過燒結而連接為一體。王字槽主體和王字槽板上的銷孔（如在圖2 所示出的）位置為現有技術中已知的結構，故在此不再贅述。本方案通過限位板和邊緣的設置可以將王字槽主體和王字槽板穩定地裝配在一起，然后再通過高溫燒結工藝從而將王字槽主體與王字槽板緊密地連接在一起。此外，本方案通過將分體式結構的王字槽主體和王字槽板，從而確保了在燒結過程中王字槽主體與王字槽板結合的緊密型，確保壓制密度均勻。為了能夠進一步解決現有技術的由合金鋼和合金鑄鐵所制成的轎車變速器王字槽的缺陷，本方案的王字槽主體和王字槽板均采用粉末冶金材料（SMF5040）。采用粉末冶金工藝制備汽車變速器王字槽具有材料利用率高、大大提高生產效率、大大降低成本等優點。此外，粉末冶金相比鋼件密度低，對變速器的輕量化有明顯貢獻，同時粉末冶金出色的吸震效果可以有效地減少限位銷和王字槽撞擊的分貝值，對變速器NVH 性能有一定的提升。如在圖3 中所示出的，為了進一步確保王字槽主體與王字槽板結合時位置的穩定性且不易發生位移，王字槽主體1 的頂面且于兩個限位板3 之間凹設有至少一條第一滑道6，王字槽板2 的底面凸設有與第一滑道相配合的第一凸條7，優選地，該第一滑道6 的其中一個端口優選為封閉式的，該封閉式端口的頂面王字槽主體的頂面處于同一水平面上以確保王字槽插入時位置的準確性同時確保了王字槽主體與王字槽本充分接觸。在替代實施例中，如在圖4 中所示的，王字槽主體的頂面且于兩個限位板之間凸設有至少一條第二凸條8，王字槽板的底面凹設有與第二凸條相配合的第二滑道9，第二滑道9 的一個端口為封閉式。為了確保本方案的王字槽板和王字槽板成型的準確性和方便性，該 王字槽主體和王字槽板均通過磨具沖壓成型，王字槽主體壓制出來后僅需進行鉆孔操作，大大提高了生產效率。

圖1

圖2

圖3

圖4

2 粉末冶金王字槽生產方法介紹

本方案還提供了一種以上所述的汽車變速器王字槽的生產方法，其包括以下步驟：

（1）按重量百分比配料并混合，制取粉末混合料：該王字槽主體1 的材料為碳含量0.2-1%，銅含量1-5%，余量為純鐵粉，所述王字槽板的材料為碳含量＜0.8%，銅含量0.5-3%，鎳含量2-8%，余量為純鐵粉，混料攪拌40-50 分鐘，得到粉末冶金混合料。

（2）壓制成型王字槽主體和王字槽板坯件：將粉末冶金混合料放入對應的王字槽主體1 和王字槽板2 的模具模腔內，采用上、下沖模同時從上、下方向對模腔內的粉末冶金混合料進行沖壓，以確保壓制的密度。

（3）對壓制成型且已裝配好的粉末冶金王字槽主體和王字槽板進行高溫燒結，該高溫燒結的溫度為800～1500 ℃，高溫燒結40～80 min，然后隨爐冷卻，當燒結溫度為800 ℃時則需要燒結60 min，當溫度為1500 ℃時則需要燒結80 min，在具體實施例中優選地為1100 ℃且燒結60 min，從而避免燒結溫度過高和燒結時間過長的缺陷。

（4）對經過上述第三步而燒結在一起的王字槽主體和王字槽板進行鉆孔處理。

（5）熱處理：滲碳淬火；去毛刺后烘干，以保證清潔度≤0.06 mg。

（6）檢測：拉伸強度≥400 MPa，密度要求≥6.8 g/cm3，硬度≥80 HRA。王字槽主體1 設有孔和換檔桿通過銷子配合，保證工作時和換擋桿一起旋轉。其優點是：王字槽主體1 壓制出來后僅需鉆孔，其余尺寸模具保證一次成型。

3 結 語

王字槽板2 內槽設計為圓弧，保證槽深各部位一致密度均勻。在進行換檔操作的過程中，王字槽板2 可以通過選換檔軸的帶動使其上的導向凸起通過導向銷的導向功能切換到合適的檔位。其優點是：王字槽板2 壓制出來后僅需鉆孔，其余尺寸模具保證一次成型。