專利名稱：換擋裝置的組合部件和制造該組合部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換擋裝置的組合部件和制造該組合部件的方法，其中，組合部件獨立于換擋單元預制，并且，組合部件內(nèi)包括至少一個鐵材質(zhì)機械元件和至少一個支承該機械元件的鐵材質(zhì)支架；其中，環(huán)繞轉(zhuǎn)動軸的機械元件相對于支架至少可擺動地與支架連接。
背景技術(shù)：
這類組合部件例如是汽車和摩托車變速器內(nèi)的換擋軸單元或者變速軸單元。本發(fā)明還涉及其他組合部件，其中在將相互活動的和彼此連接的變速器零件裝入汽車變速器前預裝成組合部件。在此方面，組合部件具有至少一個支架，支架例如作為可相對于變速器擺動的杠桿構(gòu)成，支架接受例如可轉(zhuǎn)動連接在杠桿上的滾子式或者可擺動連接在杠桿上的第二杠桿式的機械元件。組合部件的彼此轉(zhuǎn)動或擺動并相互固定的各零件之間的轉(zhuǎn)動或擺動連接，例如通過組合部件各零件之一上的擺動銷或者通過單獨的擺動螺栓構(gòu)成。然后可擺動的機械元件例如與擺動螺栓或擺動銷動配合。
DE 40 20 160 A1介紹了一種變速桿式的現(xiàn)有組合部件。變速桿由滾子的杠桿式支架和螺栓構(gòu)成并位于換檔軸上抗扭轉(zhuǎn)的變速器內(nèi)。并且，滾子可轉(zhuǎn)動支承在固定連接在支架上的螺栓上。
在制造汽車變速器時，越來越多地轉(zhuǎn)向?qū)⒆兯倨鞯脑皇菃为毜?，而是將多個元件作為預安裝的組合部件裝入變速器。使用組合部件的優(yōu)點顯而易見。可降低變速器儲備和供貨的物流費用以及減少變速器的安裝時間，還避免了錯裝。由于組合部件上的不同功能和制造時使用不同的方法，這些元件常常由不同的鐵材質(zhì)或鋼材質(zhì)材料制成。按現(xiàn)有技術(shù)這類組合部件的零件，在將其組裝成組合部件前，要逐件地進行熱處理和涂層。這就造成專業(yè)人員只能有限地選擇組裝工藝，將元件組裝成組合部件。例如淬火的元件幾乎不能或者不能焊接。因為特別是在大批量連續(xù)生產(chǎn)中，焊接是一種降低成本的接合方法，所以常常在組裝前先不對零件淬火。在下部組合部件組裝后或在元件組裝成組合部件后，才對受力部位多次進行局部的例如感應淬火。這類高費用的處理至少部分抵消了通過使用組合部件安裝到變速器內(nèi)本身產(chǎn)生的成本優(yōu)勢。組裝成組合部件前淬火的元件常常例如在可轉(zhuǎn)動連接的范圍內(nèi)帶有加工余量，以便能夠通過切削后續(xù)加工消除淬火時由于淬火變形或者幾何形狀的變化而出現(xiàn)的誤差。切削后續(xù)加工是進一步增加成本的因素，因此是缺陷。常常取消元件的后續(xù)加工。因淬火產(chǎn)生的淬火變形和幾何形狀變化然后在設(shè)計特別是擺動-或轉(zhuǎn)動配合的元件時，通過根據(jù)淬火變形和體積變化程度上相應的預留量加以考慮。在這種情況下，因為不能過程可靠地預見到這類淬火變形和幾何形狀變化，所以需預料到組合部件中元件擺動-或轉(zhuǎn)動連接上的間隙過大或者過小。還要根據(jù)所預料的涂層厚度的程度，考慮將涂層元件組裝成組合部件之前的預留量，從而在這種情況下也要預料到擺動-或轉(zhuǎn)動配合上的間隙過大或者過小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于，提供一種分類構(gòu)成型的組合部件，在將其組裝時避免上述缺陷。
該目的按照權(quán)利要求特征部分的主題由此得以實現(xiàn)，即組合部件具有至少部分由整組熱處理形成的硬的表面層。本發(fā)明提出制造這類組合部件的一種方法，其中，首先單獨制造零件支架和機械元件，然后在軟的未處理狀態(tài)下相互連接。在將元件組裝成組合部件后，再進行熱處理和如本發(fā)明的構(gòu)成中提出的那樣涂層。
依據(jù)本發(fā)明的組合部件可以具有多個支架，每一個上面固定一個或者多個機械元件?；蛘呖梢蕴峁┚哂幸粋€支架的組合部件，支架上固定可擺動或可轉(zhuǎn)動的多個機械元件。因為組合部件的各元件未淬火(軟的)，所以也可以采用焊接和沖壓連接元件。
由至少元件支架和機械元件以及最好由螺栓組成的組合部件，在將零件組裝后或者也在將由上述的零件組裝成下部元件組后進行熱處理。在這種情況下，熱處理應理解為各種處理，其中，元件組按時間順序承受溫度和需要時還有其他物理的和/或者化學的影響。這些影響有選擇地單獨或者相互組合下，提高元件組的零件的至少大范圍表面的硬度，耐磨度和耐腐蝕性。在此方面優(yōu)選熱化學處理，主要是改變材料表面層的特性，例如像通過滲碳或者滲氮或碳氮共滲，而不同于例如通過淬透有意改變工件整個橫截面上材料狀態(tài)的那些方法。在熱化學處理時，除少數(shù)個別情況外，由于元件組在熱處理期間和直至結(jié)束承受相當?shù)偷臏囟?，所以零件的形狀沒有明顯的淬火變形(元件的變形匱乏)。
作為熱化學處理特殊情況之一的滲碳和淬透，是由于對工件的溫度很高而一般情況下不可避免地產(chǎn)生變形的熱處理。對元件組的臨界部位，特別是對螺栓或者銷釘上可擺動機械元件的支座不能后續(xù)加工，并且由于成本高也不希望后續(xù)加工。因此，在開始提到的預留量公差中要考慮到熱變形，從而在支座淬火后調(diào)整對功能沒有有害影響的間隙。
按本發(fā)明的主題用于處理元件組優(yōu)選的熱化學法為滲氮法。在此方面，或者選擇公知的利用氮的擴散的滲透，例如氣體滲氮和等離子滲氮，或者選擇專業(yè)人員同樣公知的利用氮和碳的擴散的滲透，例如氣體氮碳共滲和等離子氮碳共滲。元件在這類處理期間承受比淬火更低的溫度。滲氮深度(Nht)在表面硬度相同的情況下小于滲碳時的滲碳深度(Eht)，因為滲氮元件的表面張力更大。
無論是方法典型的低溫還是較小的滲氮深度，作用均在于零件和元件組幾乎沒有熱變形。迄今為止在制造零件時，由于所要相互接合的零件所要出現(xiàn)的在其程度上很難提前把握的熱變形，在制造特別是螺栓上機械元件的擺動座或轉(zhuǎn)動座上的零件時，需要考慮預留量公差，現(xiàn)在采用本發(fā)明得以取消。采用本發(fā)明，零件上不再需要為淬火變形進行后續(xù)加工的加工余量。
所要考慮的變化僅僅是在取決于元件材質(zhì)情況下所加入的氮量引起的體積膨脹問題。因為經(jīng)處理的元件體積膨脹，例如0.4-0.6mmNht的低合金鋼螺栓為15-20μm，所以，特別是在氣體和等離子滲氮時，體積膨脹可有針對性地用于螺栓上機械元件轉(zhuǎn)動座或擺動座中的間隙調(diào)整。例如為將滾子簡單安裝在螺栓上所需要的滾子孔和螺栓外徑之間的間隙，通過熱處理可以有利地減少。通過測量依據(jù)本發(fā)明整體硬化的組合部件可以證明，相互成對零件上螺栓和可轉(zhuǎn)動機械元件(滾子)之間間隙內(nèi)部的體積膨脹與滲氮過程的時間無關(guān)，僅持續(xù)到環(huán)形間隙中在該部位上不再存在足夠的氣體或者等離子氣氛。氮的結(jié)合因此在轉(zhuǎn)動座的環(huán)形間隙內(nèi)與本身在組合部件上繼續(xù)的滲氮過程無關(guān)地結(jié)束。對功能上良好的擺動-或者轉(zhuǎn)動連接來說，產(chǎn)生有利的較小間隙。
元件表面的強度和耐磨度借助于滲氮法得到提高。經(jīng)處理的材料表面具有得到改善的滑動特性。這一點特別是對于優(yōu)選為滾子的機械元件與螺栓之間的轉(zhuǎn)動連接來說，和對于滾子的滾動面和由滾子加荷的變速器元件之間的滑動-滾動接觸來說是具有優(yōu)點的。另一優(yōu)點在于，通過取消如以下的操作功能而降低了成本按照功能對組合部件的元件進行矯正以及清除主要位于元件組的孔或類似部位內(nèi)的表面上方法形成的不希望的殘留物。
個別情況下取決于不同因素決定使用哪種滲氮法。本發(fā)明的一優(yōu)選構(gòu)成為等離子滲氮法。然而對此也可以選擇氣體滲氮法。滲氮適用于所有常用的鐵基材料，鋼和鑄件以及燒結(jié)材料，因為這些材料幾乎均可以氣體滲氮和等離子滲氮。這一點是特別具有優(yōu)點的，因為對于按本發(fā)明主題所述的元件組的零件來說，經(jīng)常使用的是可冷變形的低碳鋼。依據(jù)本發(fā)明元件組的優(yōu)選拉拔件，擠壓件和沖壓件的這些材料，實際上表面層不采用開始提到的滲碳法進行滲碳和帶有與此相連的熱變形缺陷就不能硬化。滲氮也可以使這些材料具有硬的表面層。低碳可焊接鋼的元件組零件，如支架上的螺栓，常?？梢酝ㄟ^焊接彼此連接?？梢院翢o問題地進行焊接，因為元件可以在熱處理前以及在熱處理后的涂層前進行焊接。此外的優(yōu)點是，在等離子滲氮時，元件組上不需處理的表面通過涂覆銅膏，或者元件組零件上的螺紋例如通過擰入螺栓或擰上螺母，可以并不復雜地進行遮蓋。
特別是非合金和低合金鋼滲氮表面的腐蝕特性通過由穩(wěn)定的氮化物構(gòu)成的結(jié)合層得到改善。耐腐蝕性通過作為滲氮處理組成部分的公知的再氧化或者滲氮處理后的氧化得到進一步改善。氧化是汽車制造業(yè)特別是大批量連續(xù)生產(chǎn)中使用的提高耐腐蝕性的方法。如果元件組像在摩托車上或者變速器的換擋罩那樣至少部分暴露的話，這類氧化層特別具有優(yōu)點。再氧化和氧化是影響外表面層的熱化學方法。整個表面層在再氧化后由三個區(qū)組成。第一區(qū)為擴散層，它構(gòu)成向底部材料的過渡并支撐處于其上面層結(jié)構(gòu)。第一層從底部材料向外連接一硬的耐磨連接層，該連接層一般厚度為15-30μm。表面具有Fe3O4的薄氧化層(例如1-3μm厚)式的第三層。因為依據(jù)本發(fā)明的零件在熱處理前彼此連接成元件組，所以在熱處理后也有由于通過與耐腐蝕表面層的接合和沖壓進行連接造成的焊縫和材料噴濺，可選擇額外通過氧化穩(wěn)定表面層的耐腐蝕性。過去由于在組裝元件前在元件上涂覆涂層，在制造特別是螺栓上機械元件的擺動座或轉(zhuǎn)動座上的零件時需要考慮預留量公差，現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明已無必要。


圖1示出作為變速軸單元6的組合部件1的實施例。圖2-4示出組合部件1的零件。組合部件1具有軸2，上面配合變速桿7形式的支架3。滾子8形式的機械元件4在變速桿7上借助于螺栓5，環(huán)繞螺栓的轉(zhuǎn)動軸5a可轉(zhuǎn)動地固定。
具體實施例方式
圖2示出無切削成型法和切削加工法相結(jié)合制造的軸2。圖3的支架3為沖壓件。圖4作為滾子8構(gòu)成的機械元件4通過滾壓或擠壓加工而無切削地制成，并有選擇地在圓柱體通孔8a內(nèi)切削加工。圖5示出的螺栓5為擠壓件。所列出的組合部件1的所有零件均由低碳表面硬化鋼制造(材料名稱例如16MnCr5)。零件2，3，4，5按下列順序組裝成組合部件1- 將帶有通孔7a的變速桿7與軸2的滑合座2a接合并用激光焊縫9加固；- 將滾子8在開口2b內(nèi)定位并將螺栓5穿入通孔8a；- 將螺栓5壓入圓形通孔7b并借助于激光焊縫10將螺栓5在支架3上加固。
組合部件1組裝后進行整體熱處理。在此方面，將組合部件1等離子滲氮，其中，出現(xiàn)0.015+0.010mm的連接層VS。滾子8的通孔8a和轉(zhuǎn)動座5b之間的徑向間隙將元件5和4的體積膨脹減少約8μm-12μm，此時繼續(xù)保持，直至環(huán)繞螺栓5的環(huán)形間隙內(nèi)熱處理所要求的等離子氣氛不再補充氮。轉(zhuǎn)動座上仍保留約0.05-至最大0.25mm的徑向間隙。熱處理后，組合部件1完全具有硬的表面層，借助于氧化在進一步熱處理中向該表面層涂覆1μm+1μm的耐腐蝕氧化層。
參考符號表1 組合部件2 軸2a 滑合座3 支架4 機械元件
5 螺栓5a 轉(zhuǎn)動軸5b 轉(zhuǎn)動座6 變速軸單元7 變速桿7a 通孔7b 通孔8 滾子8a 通孔9 激光焊縫10 激光焊縫
權(quán)利要求
1.換擋裝置的組合部件(1)，其中，所述組合部件(1)獨立于換擋單元預制，而且，所述組合部件(1)內(nèi)包括至少一個鐵材質(zhì)的機械元件(4)和至少一個支承該機械元件(4)的鐵材質(zhì)的支架(3)；其中，環(huán)繞轉(zhuǎn)動軸(5a)的所述機械部件(4)相對于所述支架(3)至少可擺動地與所述支架(3)連接，其特征在于，所述組合部件(1)具有至少部分由整體組合部件(1)的熱處理形成的硬的表面層。
2.按權(quán)利要求1所述的組合部件，其中，所述組合部件(1)具有由熱化學熱處理形成的硬的表面層。
3.按權(quán)利要求2所述的組合部件，其中，所述表面層具有滲氮層，其中，所述滲氮層由鐵化合的氮構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求2或3所述的組合部件，其中，向外的所述表面層具有成分為Fe3O4的氧化鐵層。
5.按權(quán)利要求1所述的組合部件，其中，所述機械元件(4)為可轉(zhuǎn)動地固定在螺栓(5)上的滾子(8)，其中，所述滾子(8)與所述支架(3)通過所述螺栓(5)連接。
6.制造依據(jù)權(quán)利要求1所述的組合部件(1)的方法，其特征在于下列步驟制造所述支架(3)和所述機械元件(4)；將至少所述支架(3)和所述機械元件(4)組成所述組合部件(1)；熱處理所述組合部件(1)。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述組合部件(1)至少分段進行熱化學熱處理。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其中，所示組合部件(1)進行滲氮法熱處理。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其中，所示組合部件(1)進行等離子滲氮法熱處理。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述滲氮法后進行再氧化。
11.按權(quán)利要求9所述的方法，其中，滲氮法熱處理后所述組合部件(1)表面進行至少局部的氧化處理。
全文摘要
換擋裝置的組合部件(1)，帶有元件(3，4，5)，在將元件(3，4，5)安裝后進行熱處理，然后有選擇地進行涂層。
文檔編號C23C8/38GK1530572SQ20041000702
公開日2004年9月22日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者邁爾·瓦爾德馬, 邁爾 瓦爾德馬, 克恩·羅蘭, 羅蘭, 京特, 羅斯特·京特, 克 庫爾特, 貝森貝克·庫爾特 申請人:依納-謝夫勒兩合公司