專利名稱：由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車零部件的生產(chǎn)加工方法，具體涉及一種汽車變速箱齒輪的加工方 法。
背景技術(shù)：
目前汽車變速箱齒輪總成的傳統(tǒng)工藝是采用鋼質(zhì)材料經(jīng)機(jī)加工方式完成制造，根 據(jù)產(chǎn)品要求不同，分為齒輪和齒環(huán)整體設(shè)計(jì)、齒輪和齒環(huán)分體設(shè)計(jì)兩種類型。對(duì)于分體設(shè)計(jì) 的齒輪總成，一般采用焊接工藝連接齒輪和齒環(huán)，兩個(gè)零件材料均為鋼，化學(xué)成分接近，焊 接工藝成熟，但傳統(tǒng)工藝的鋼件齒環(huán)制造成本高。粉末冶金材料的齒環(huán)具有生產(chǎn)成本低，強(qiáng) 度高等特點(diǎn)。一般的粉末冶金零件步驟是1、壓制成型；2、燒結(jié)；3、浸油；4、切削；5、清洗； 6、烘油；7包裝。經(jīng)過(guò)浸油或噴油的防銹工序，烘油后并不能完全消除粉末冶金零件中的油 氣、水氣。 由于粉冶件和鋼件焊接性能、強(qiáng)度以及密度(普通鋼件密度為7. 85g/cm3，粉冶件 密度一般在7. 3g/cm3以下)方面的差異，實(shí)現(xiàn)與鋼件焊接的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通鋼件之間的 焊接而粉冶零件密度對(duì)焊接缺陷特別是氣孔影響很大，低于一定密度的燒結(jié)材料焊后強(qiáng)度 低，氣孔多，將影響疲勞強(qiáng)度。由于上述粉末冶金材料齒環(huán)與鋼件本體之間的加工難度，因此，現(xiàn)有汽車變速箱 齒輪的生產(chǎn)中沒(méi)有利用粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合焊接生產(chǎn)的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速 箱齒輪的加工方法，以解決上述問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒 輪的加工方法，它是將粉末冶金材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體壓裝后，利用激光焊接成整體 后進(jìn)行碳氮共滲和淬火熱處理；所述利用激光焊接時(shí)，粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體之 間的有效焊縫深度hi彡1. 8毫米；焊縫總深度h2為2. 0-2. 5毫米；焊縫寬度L為2. 0-2. 4 ； 所述碳氮共滲和淬火熱處理是無(wú)需進(jìn)行熱前清洗。所述粉末冶金材料齒環(huán)的密度控制在6. 95g/cm3以上，粉末冶金材料齒環(huán)含碳質(zhì) 量為 0. 2-0. 35%。所述粉末冶金材料齒環(huán)內(nèi)不含有油和水。所述粉末冶金材料齒環(huán)的加工步驟是(1)壓制成型；(2)燒結(jié)；(3)干切削。所述利用激光焊接間隙中，利用壓縮空氣對(duì)激光發(fā)生系統(tǒng)的末端鏡片噴吹清潔。本發(fā)明突破了粉末冶金材料的應(yīng)用領(lǐng)域，由于粉末冶金零件的少切削、無(wú)切削、材 料利用率高、制造成本低、適宜大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)，本發(fā)明不僅為生產(chǎn)企業(yè)提供了一條降低 生產(chǎn)成本的途徑，而且填補(bǔ)了我國(guó)汽車行業(yè)粉末冶金零件與鋼件激光焊接的空白，為拓展粉末冶金零件的應(yīng)用領(lǐng)域及降低我國(guó)汽車零部件制造成本方面提供了非常有參考價(jià)值的 經(jīng)驗(yàn)。


圖1本發(fā)明齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明焊接焊縫結(jié)構(gòu)示意圖。圖3表面氣孔圖。 圖4內(nèi)部氣孔圖。圖5內(nèi)部多個(gè)氣孔圖。圖6表面裂紋圖。圖7貫穿焊縫的裂紋圖。圖8熔池底部的裂紋圖。圖9熔池內(nèi)部的裂紋圖。圖10粉冶齒環(huán)孔隙形態(tài)圖。圖11碳氮共滲之后白色的富鎳奧氏體區(qū)圖。圖12本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，焊接后的粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪結(jié) 構(gòu)示意，鋼材料齒輪本體1 (從動(dòng)齒輪)的軸上套設(shè)粉冶材料齒環(huán)2，焊縫3如圖2所示，圖 中hi是有效焊縫深度；h2是焊縫總深度；L是焊縫寬度；a或b是焊縫偏離。4為結(jié)合面。采用粉末冶金材料齒環(huán)與鋼質(zhì)齒輪進(jìn)行激光焊接，而粉末冶金材料激光焊接技術(shù) 目前在粉末冶金材料領(lǐng)域的研究和應(yīng)用十分有限，尤其對(duì)粉冶材料與鋼件的激光焊接技術(shù) 尚處在研究階段，沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。由于粉末冶金零件細(xì)微顆粒間存在孔隙，在激光焊接 中極易在焊縫處出現(xiàn)表面與內(nèi)部缺陷，這些都是傳統(tǒng)鋼件加工齒輪總成沒(méi)有遇到的缺陷， 在我們利用激光焊接的方法進(jìn)行試制過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)的主要缺陷形式有氣孔(如圖3，4，5) 和焊接裂紋(如圖6，7，8，9)等。焊接后在同一種熱處理工藝后，要保證粉冶齒環(huán)和鋼件齒輪各自的性能要求。以上兩點(diǎn)要求，對(duì)齒環(huán)的變形、材料的合理選擇及后續(xù)的激光焊接、熱處理工藝都 是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，我們只有通過(guò)大量的工藝驗(yàn)證試驗(yàn)和粉冶材料性能調(diào)整才能確定粉冶件和鋼 件焊接、熱處理的可行性，這是本發(fā)明的前提條件，也是執(zhí)行階段難度最大的工作。經(jīng)過(guò)我們不斷的摸索，提出低碳粉末冶金原材料的齒環(huán)(簡(jiǎn)稱粉冶齒環(huán)) Fe+Cu+Ni+Mo+C，密度控制在6. 95g/cm3以上，粉冶齒環(huán)含碳質(zhì)量控制在0. 2-0. 35%。粉冶齒環(huán)的的加工步驟是⑴壓制成型；(2)燒結(jié)；(3)干切削；工藝要求與現(xiàn)有 的粉冶齒環(huán)(粉冶零件)的要求相同，取消現(xiàn)有粉冶齒環(huán)(粉冶零件)加工過(guò)程中的浸油、 清洗和烘油等步驟，保證粉冶齒環(huán)內(nèi)不含有油和水。在進(jìn)行激光對(duì)粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體進(jìn)行焊接前，只對(duì)鋼材料齒輪本體 進(jìn)行水洗，并干燥。壓裝將齒環(huán)和齒輪通過(guò)壓床壓裝確保配合尺寸合格，固定焊接位置，使它們之間過(guò)盈配合。焊接時(shí)，激光發(fā)生器的功率為1085-1335瓦，工件轉(zhuǎn)速12rpm，零件旋轉(zhuǎn)角度 365-370°，焊接時(shí)的氬氣保護(hù)氣體的壓力為0. 6-0. SMPa ；焊接時(shí)的焊縫的要求是有效 焊縫深度hi > 1. 8毫米；焊縫總深度h2為2. 0-2. 5毫米；焊縫寬度L為2. 0-2. 4毫米；如 圖2所示。上述焊縫參數(shù)是我們投入大量盡力摸索創(chuàng)造得到的。焊接過(guò)程中，為了保證零件質(zhì)量，尤其是有效焊深直接關(guān)系到零件的抗扭能力，需 要靠設(shè)備的可靠和穩(wěn)定性來(lái)保證，必須在利用激光焊接間隙中，利用壓縮空氣對(duì)激光發(fā)生 系統(tǒng)的末端鏡片噴吹清潔。焊接后的熱處理現(xiàn)有的變速箱齒輪都需要進(jìn)行碳氮共滲+淬火熱處理強(qiáng)化后才能滿足其使用性 能。工藝過(guò)程包括1、熱前清洗；2、預(yù)氧化；3、升溫；4、碳氮共滲；5、等溫淬火；6、熱后清 洗。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)表明，齒環(huán)含水會(huì)提高熱處理后的裂紋率，因此取消總成零件碳氮 共滲和淬火熱處理前的清洗工序，即碳氮共滲和淬火熱處理是無(wú)需進(jìn)行熱前清洗；能有效 避免焊縫裂紋的產(chǎn)生。零件的清潔度靠焊接前清洗工序保證。熱處理工藝參數(shù)如下表
權(quán)利要求
1.一種由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的加工方法，它是 將粉末冶金材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體壓裝后，利用激光焊接成整體后進(jìn)行碳氮共滲和 淬火熱處理；所述利用激光焊接時(shí)，粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體之間的有效焊縫深度 hi ^ 1.8毫米；焊縫總深度h2為2. 0-2. 5毫米；焊縫寬度L為2. 0-2. 4毫米；所述碳氮共 滲和淬火熱處理是無(wú)需進(jìn)行熱前清洗。
2.如權(quán)利要求1所述由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的加 工方法，其特征在于所述粉末冶金材料齒環(huán)的密度控制在6. 95g/cm3以上，粉末冶金材料齒 環(huán)含碳質(zhì)量為0. 2-0. ；35%。
3.如權(quán)利要求1所述由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的加 工方法，其特征在于所述粉末冶金材料齒環(huán)內(nèi)不含有油和水。
4.如權(quán)利要求1或3所述由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的 加工方法，其特征在于所述粉末冶金材料齒環(huán)的加工步驟是(1)壓制成型；( 燒結(jié)；(3) 干切削。
5.如權(quán)利要求1所述由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的加 工方法，其特征在于所述利用激光焊接間隙中，利用壓縮空氣對(duì)激光發(fā)生系統(tǒng)的末端鏡片 噴吹清潔。
6.如權(quán)利要求1所述由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的加 工方法，其特征在于所述熱處理后粉冶材料齒環(huán)芯部硬度要求HV390 士 70。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種由粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體結(jié)合的汽車變速箱齒輪的加工方法，它是將粉末冶金材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體壓裝后，利用激光焊接成整體后進(jìn)行碳氮共滲和淬火熱處理；所述利用激光焊接時(shí)，粉冶材料齒環(huán)與鋼材料齒輪本體之間的有效焊縫深度h1≥1.8毫米；焊縫總深度h2為2.0-2.5毫米；焊縫寬度L為2.0-2.4；所述碳氮共滲和淬火熱處理是無(wú)需進(jìn)行熱前清洗。本發(fā)明突破了粉末冶金材料的應(yīng)用領(lǐng)域，為生產(chǎn)企業(yè)提供了一條降低生產(chǎn)成本的途徑，而且填補(bǔ)了我國(guó)汽車行業(yè)粉末冶金零件與鋼件激光焊接的空白。
文檔編號(hào)B23K33/00GK102091920SQ20101060793
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者夏曦, 張忠林, 朱麗丹, 朱國(guó)珍, 楊月華 申請(qǐng)人:神龍汽車有限公司