欧洲汽车产业使用的粉末冶金零件_中篇_变速器零件_

■　中国机协粉末冶金分会/韩凤麟

本刊从2010年第3～5期连续刊登了1998～2009年参加美国MPIF（美国粉末冶金工业联合会）粉末冶金设计竞赛获奖项目中的粉末冶金汽车零件。从这50个获奖粉末冶金零件中可以明显看出，粉末冶金零件的节材、省能、降低生产成本的本质效果是汽车产业生产不可或缺的、名符其实的环境友好型重要基础件。从第6期开始，本刊连续三期陆续介绍近年来欧洲汽车产业在使用的一些粉末冶金汽车零件。这些零件来源于EPMA（欧洲粉末冶金协会）Case Study数据库。这些零件并不是欧洲汽车产业使用的全部粉末冶金零件，也不包括2005年以后新开发的零件，仅仅是该数据库中现有的各种各样产业使用的105种粉末冶金零件的一部分。在这105种粉末冶金零件中，用于汽车的有66种，其中发动机零件23种，变速器零件17种，其他零件26种。分上、中、下篇进行刊登。 ——MC编者按欧洲汽车产业使用的粉末冶金零件（中篇：变速器零件）24零件名称：ABS Ring 防抱死系统环25零件名称：Clutch Hub 离合器毂说明粉末冶金ABS传感器环重量轻，耐蚀性强，密度为6.8g/cm3，可精确控制尺寸。粉末冶金ABS环是用户降低成本的一个办法。说明烧结钢离合器毂是一种形状复杂的零件，不但公差很精密，而且内径与外径都有花键。它们替代的是需要大量切削加工的铸铁毂。2010年 第 7 期www.mc1950.com57Focus on Industry产业透视

26零件名称： Clutch Hub（Automatic） 离合器（自动）29零件名称：Manual Transmision Parts 手动变速器零件说明这是一个复合烧结转子，内齿圈的软磁材料由纯铁粉制造，绝缘环是由青铜粉制造。这个零件用于发动机自动管理系统的电磁离合器。说明这些零件是装在10t以上的货车与公共汽车上的联锁装置，迄今都是用锻件制造的。淬火时，这些零件趋向于翘曲，而校正这个零件需要许多生产工序。改为烧结件时，采取了一些防止翘曲的对策，从而可以进行大量生产。如改进装粉机构（以减小密度的不均匀性），改进精整模具，使用专用设备淬火以及使用专用压机进行精整。结果和锻件相比，成功地生产出了形状与成品零零件名称：Sintered Clutch Segment 烧结离合器片27说明这是重型货车与牵引车用的干式主离合器盘，在重载条件下具有高的动摩擦水平。零件成品重量100g，密度大于5g/cm，组成为烧结青铜摩擦材料HD519。摩擦片与配对表面的磨损小。3件更相近的产品，减少了切削加工费用，使成本减少近30%。30说明零件名称：Planetary Gear Set 行星齿轮组件生产厂商：Capstan28说明零件名称：MIM Parts for Automotive Transmission 自动变速器的MIM零件生产厂商：Krebsöge Sinterholding GmbH，德国这种行星齿轮组件用于微型厢式车出口门的自动锁销系统。Capstan公司制造了七种粉末冶金零件组装成这个组件。粉末冶金零件包括一个托架底盘、四个行星小齿轮、一个齿圈和一个直齿太阳轮。该公司为生产高精度渐开线齿轮元件改进了模具，为了耐磨与强度则采用了烧结硬化工艺。Capstan还使用了不需要进行封闭孔隙的含浸树脂处理的专用电镀工艺，能经受超过200h的盐雾试验。行星齿轮与齿圈的密度为6.95g/cm3，抗拉强度为690MPa，屈服强度为621MPa。直齿太阳轮的抗拉强度为827MPa，屈服强度为724MPa。所有零件都是以铁－镍（2%）粉为原料，压制烧结到最终密度大于7.4g/cm3制造的，抗拉强度约450MPa，硬度为（500～750）HV1。所示MIM零件的三个例子都用于自动变速器，有助于倒挡同步。在制动盘（左）的场合，其设计特点在齿系统。582010年 第 7 期www.mc1950.comFocus on Industry产业透视

31零件名称：Gear Lever 换挡杆 34零件名称：Gear Parking Lock 驻车锁止齿轮 说明烧结换挡杆是换挡机构中使用的一个比较复杂的零件。零件成品重量225g，密度6.7g/cm3，硬度32HRC。零件必须进行热处理，以达到所需要的耐磨性。说明这是自动变速器的多台面锁止齿轮，用于防止轿车在驻车位置移动。它是由高强度、高冲击材料制造成。其生产工艺为：压制→烧结与精整→热处理→回火及磨加工。零件成品重量为600g，密度7.6g/cm3，抗拉强度1240MPa，硬度48HRC。32零件名称：Output Shaft Hub 输出轴毂35说明零件名称：Shifter Weight 换挡操纵杆配重生产厂商：Pacific Sintered Metals，美国说明这个零件是用温压成形的，最小密度为7.2g/cm3，最小抗拉强度为1069MPa。成品零件的重量为900g。外部的螺旋齿和渐开线花键都是成形为最终形状。新设计的成形件采用粉末冶金温压，可节约作业成本30%。粉末冶金输出轴毂的使用性能优于锻件切削加工。后续作业只有去毛边与镜面切削加工。这个零件是用不同的模具设计原理制造的。零件成品重量为48g，密度6.7～6.8g/cm3，抗拉强度为410MPa，屈服强度σ0.2＝380MPa，硬度70HRB。这个零件获得了2004年EPMA奖。33零件名称：Planet Carrier 行星齿轮架36说明零件名称：Synchronizer Hub 同步器毂生产厂商：GKN Sinter Metals，德国说明粉末冶金的一种创造性应用是用于四轮驱动车辆分动器的行星齿轮架。托架包括一个内驱动齿轮。在四轮驱动装置中还使用了许多其他的粉末冶金零件，如主动与从动链轮、离合器零件、油泵零件及变挡凸轮轴。这个零件表明了形状的高度复杂性。生产需要高的成形压力和精密控制模具的弹性变形。零件成品重量0.693kg/0.650kg，密度7.10g/cm3。后续处理为感应淬火，感应淬火硬度450HV0.1。2010年 第 7 期www.mc1950.com59Focus on Industry产业透视

37说明零件名称：Synchronisation System 同步装置生产厂商：MIBA39说明零件名称：Reverse Gear Synchroniser （MIM） 倒挡同步器（MIM）MIBA公司开发的这种同步装置是如何利用粉末冶金工艺优势的一个极好的例子：零件形状复杂，力学性能高，摩擦性与耐磨性高，要求精密，使用激光焊接。零件的密度7.1～7.2g/cm3，抗拉强度450MPa，硬度（500～750）HV1。这些零件都要求高精度、高强度与耐磨性。让1挡与2挡组装的同步装置具有双同步。这三个零件是倒挡手拉杆、制动盘及定位销，用于变速器系统。它们都是用金属注射成形（MIM），由Fe－Ni合金制造的。零件密度7.4g/cm3，抗拉强度450MPa，硬度（500～750）HV1。这三个零件协同工作有助于使倒车同步。这三个零件是汽车产业采用MIM新工艺很好的实例。4038说明这个同步器毂成品重量：Ast CrM 161g；密度：其中DH1为7.20g/cm3，Ast CrM为7.10g/cm3；抗拉强度：DH1为1100MPa，Ast CrM为1050MPa；屈服强度σ0.2：DH1为900MPa，Ast CrM为900MPa；硬度：DH1为344～369HV5，Ast CrM大于350HV5。这个零件是第一次根据测量齿轮箱中使用的载荷，对照变幅疲劳设计的高载荷重载粉末冶金同步器毂。这个零件原来是用二次压制和二次烧结工艺生产的，现在改为温压，由环境友好的无镍合金制造。后续作业为热处理，快速冷却。要求结构具有高耐久性，至少要达到3×106km。和常规的用二次压制与二次烧结生产的零件相比，该零件生产成本较低。零件名称：Synchronizer Hubs 同步器毂生产厂商：Fraunhofer Inst.f. Structural Durability（LBF），德国； MIBA Sintermetall GmbH， 奥地利零件名称：Synchronizer Hub 同步器毂生产厂商：Sinterstahl GmbH，德国说明这个同步器毂成品重量为280g，密度大于7.05g/cm3，抗拉强度为900MPa，屈服强度σ0.2＝ 600MPa，等离子体氮化后硬度大于450HV0.5，感应淬火后（内部齿）硬度大于600HV0.1。设计这种形状复杂的零件应符合下列准则：（1）能配合进行两种不同的后续热处理（等离体氮化与感应淬火）。（2）内花键能达到紧密公差，而这和因两种后续热处理发生的尺寸变化无关。用粉末冶金件替代了钢零件，大大节约了成本。这个零件获得了2004年EPMA 奖。（待续）Web Info查询编号201007015关键词：欧洲 粉末冶金零件 汽车（收稿日期20100406）602010年 第 7 期www.mc1950.com