專利名稱：用于摩擦連接部件的燒結摩擦材料及摩擦連接的部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制造摩擦連接的部件(friction-linked component)、特別是同步環(synchronising ring)的燒結摩擦材料，以及一種帶有由這種燒結摩擦材料構成的摩擦襯層的摩擦連接部件，特別是同步環。因此，以下主要講述同步環，但對此不應該與一種限制相聯系。
同步環，例如汽車變速齒輪箱中的同步環，承受很高的負荷并且必須滿足許多要求。為了使轉換時間足夠短，要求同步環的摩擦襯層具有良好的摩擦性能。此外，同步環必須具有足夠的機械性能和熱性能。另外，摩擦襯層應容易進行機械加工，因為必須配合精確地制造摩擦面。顯然，這些要求通常不可能由單獨的一種材料來滿足。眾所周知，同步環要兩層構成，以使作為摩擦襯層的材料層具有良好的摩擦條件，而用作支承體(support)的材料則具有高的機械性能和/或熱性能。
DD-PS 89 727中公布了一種用于油循環的摩擦部件，例如同步環，該摩擦部件是采用粉末冶金方法由鐵粉制成，鐵粉中摻入粉末狀的鎳、銅、鉛和石墨。使用鉛，不僅在摩擦部件制造過程中而且在其使用時都會引起顯著危害健康的后果。此外，業已證實，這種材料由于石墨含量較少特別是在高負荷時，有很強的粘附傾向，這種粘附現象表現為不均勻的轉矩和腐蝕。
DE-GM 73 42 680中公布了一種由燒結鋼構成的同步環，該同步環有一層薄的噴鍍的鉬層作為摩擦面。一方面，鉬噴鍍材料是一種很貴的材料，另一方面，通常必須通過研磨至所要求的表面質量獲得同步環。由于鉬層的硬度很高，因此研磨時造成嚴重的工具磨損。
DE-OS 42 03 321中公布了一種用于摩擦連接的部件、特別是用于同步環的燒結摩擦材料，它具有15-30％(體積)的石墨成分，此外含有陶瓷成分。帶有這樣的摩擦襯層的同步環雖然具有所希望的摩擦特性，但是無法避免由于陶瓷成分的作用而在離合體上產生強烈的磨損。這在一定情況下同樣導致不均勻的轉矩。
本發明的任務在于，提供一種用于摩擦連接部件的燒結摩擦材料，該燒結摩擦材料沒有上述的缺點，同時具有良好的摩擦特性。
根據本發明，上述任務是通過一種含有以鐵基為基的基體和固體潤滑材料的燒結摩擦材料來解決的，這種燒結摩擦材料含有0.5-10％(重量，相對于基體)鉬和20-50％(體積)的石墨(作為固體潤滑材料)。在本發明的一種方案中，鉬含量可以達到1-5％(重量)。當石墨含量是25-45％(體積)時，能夠合乎目的。此外，成分中可以含有制造過程中帶入的和/或不可避免的雜質。
出人意料的是，這種由通常情況下作為結構材料使用的燒結摩擦材料與高份額的固體潤滑材料構成的混合物，一方面具有所希望的摩擦性能，另一方面由于高含量的固體潤滑材料，即使在強負荷或者過載下仍能大大減少離合體摩擦面的粘附和磨損應力。作為其他優點，已經證明，本發明的燒結磨擦材料具有高的成形加工性。因此，可以在制造同步環時采用粉末冶金方法在燒結過程后進行整形，這樣可以減少隨后為產生精確配合摩擦面而進行的切削加工。
在本發明的一種合乎目的的方案中，規定基體至少有一部分是由一種用鉬預先合金化的鐵粉組成。在本發明的另一方案中，可以規定基體至少部分由用鉬部分合金化的鐵粉組成。這兩種實施形式具有如下優點對于提供要加工的燒結金屬粉末來說，鉬不需要以游離形式添加，因此大大簡化基體粉末的操作。
本發明還涉及一種摩擦連接的部件，特別是同步環，該部件具有一個支承體和一層由上述類型的燒結摩擦材料構成的摩擦襯層。通常情況下，同步環被用于以油潤滑的傳動齒輪箱。因此不可避免的是，在轉換過程之前，一方面用油潤滑離合體的相對運動面，另一方面潤滑同步環的摩擦襯層面。如所周知，同步環的摩擦面備有溝槽，以便油可以排出。制造這樣的槽取決于摩擦襯層的材料，并且成本高。
現已知道例如備有循環槽的黃銅同步環。這樣的槽基本上可以僅用切削加工來制造，這對于黃銅環來說是沒有什么困難的。在用粉末冶金法制造的同步環的情況下，合乎目的是，預先制備軸向的錐形槽。因此這是特別有利的，因為在壓制過程中可以直接形成軸向槽。但是一般地需要對有效摩擦面進行切削精加工。不過，預先制備軸向錐形的或環流槽迄今在含鉬的摩擦襯層的情況下是很難實現的，這是因為，切削加工這樣的摩擦襯層，特別是制造環流槽往往需要高額費用。軸向的錐形槽雖然基本上可以在壓制過程中形成，并且摩擦面連帶槽表面設置一層鈣噴鍍層，但是在這方面所需要的切削精加工也涉及到高額費用。
現已證實，本發明的燒結摩擦材料盡管有高的鉬含量，但在燒結過程之后可以以足夠的精確度進行精整。因此，按照本發明可以預先規定，在根據本發明帶有摩擦襯層的摩擦連接部件的摩擦面上設置軸向定位的槽，這種槽可在壓制過程中成形。在本發明的一種方案中規定，摩擦面上的槽形成梯形。梯形槽同樣也可以毫無困難地在粉末冶金法的壓制過程中成形。所形成的梯形槽的優點是，油從各自的表面更好地導出。
本發明的摩擦連接部件作為多層結構構成也是合乎目的，此時，摩擦襯層的支承體可以由燒結鋼構成。這種結構的優點是，比較貴的摩擦襯層僅需以薄層存在于同步環上。這樣的多層同步環例如可以通過復合方法制造。
下面通過實施例和附圖及描述更詳細地解釋本發明。
圖1表示本發明實施例1的摩擦襯層的摩擦值μ與轉換時間的依賴關系。
圖2表示本發明實施例2的摩擦襯層的摩擦值μ與轉換時間的依賴關系。
圖3以剖面圖表示一個同步環。
圖4是圖3的箭頭IV方向的視圖。
實施例1制備具有下列成分的燒結摩擦襯層。
基體60％(體積)石墨40％(體積)鉬1.5％(重量，相對于基體)在單位面積壓力4N/mm2和摩擦速度5m/s的條件下，進行圖1中所述的測量。具有這種成分的摩擦襯層的摩擦值曲線在該圖中以標記1表示。為了進行比較，摩擦值曲線2表示一種同步環的摩擦值曲線，該同步環具有一層裝備了環流槽的鉬噴鍍層作為摩擦襯層；摩擦值曲線3表示一種同步環的摩擦值曲線，其摩擦襯層存在于一種磷合金化的鐵基體上，該鐵基體具有20％(體積)石墨和10％(體積)陶瓷成分。由該圖可看出，摩擦值曲線1與被看作是適宜的摩擦值曲線的摩擦值曲線2(噴鍍鉬層)不相上下。但是，實施例1的摩擦材料的生產操作要簡便得多，并且，由于高的石墨含量，在高負荷時離合體也不會發生粘附和/或磨損。帶有陶瓷成分摩擦襯層的同步環，具有不好的摩擦值曲線3，并且在過載時有產生磨損的危險。
實施例2制備具有下列成分的燒結摩擦材料。
基體77％(體積)石墨23％(體積)鉬1.5％(重量，相對于基體)同樣，在單位面積壓力4N/mm2和摩擦速度5m/s的條件下，進行這種摩擦材料的摩擦特性試驗。這種摩擦襯層的摩擦值曲線在圖2中以標記4表示。為了進行比較，同時給出了曲線1和2，曲線1是實施例1的摩擦材料，曲線2是鉬噴鍍層的摩擦材料。實施例2的摩擦材料，在轉換時間開始具有比實施例1的摩擦材料差的摩擦值。這是因為，實施例1的摩擦材料具有較高的固體潤滑劑含量，因而有較高的孔隙度，存在于表面上的油更好地排出。在轉換時間的最后，不僅實施例1的摩擦材料而且實施例2的摩擦材料都具有幾乎相等的摩擦值。這些材料也由于高的固體潤滑劑含量而大大避免了相對運動的磨損或粘附。
圖3和圖4中描述的同步環10具有一個外支承環11，外支承環11帶有一個嚙合件12。該支承環11例如可以由燒結鋼制成。與離合體相配合的同步環的摩擦襯層13由上述類型的燒結摩擦材料構成。這樣的同步環，例如可以以用復合方法制造。在這樣一種同步環10中，摩擦面一般形成錐形。在以附圖描述的實施形式中，摩擦面具有軸向取向的槽14，該槽形成梯形。為了能在燒結金屬粉末的壓制過程中形成梯形槽，使梯形槽14的較寬一端15與同步環10的錐形摩擦面的較大直徑相一致。
由于以梯形方式形成槽14，油被摩擦面上的不垂直旋轉方向的邊緣刮去，由此促進油的流出。此外，由于對稱地形成梯形槽14可以避免旋轉方向對摩擦行為和油排出的影響。
權利要求
1.用于制造摩擦連接的部件、特別是同步環的燒結摩擦材料，它具有以鐵為基的基體和固體潤滑材料，其中，該摩擦材料含有0.5-10％(重量，相對于基體)鉬和20-50％(體積)石墨作為固體潤滑材料。
2.權利要求1所述的燒結摩擦材料，其特征在于，相對于基體而言，鉬的含量是1-5％(重量)。
3.權利要求1或2所述的燒結摩擦材料，其特征在于，相對于基體而言，鉬的含量是1-2％(重量)。
4.權利要求1-3中任一項所述的燒結摩擦材料，其特征在于，石墨含量是35-45％(體積)。
5.權利要求1-4中任一項所述的燒結摩擦材料，其特征在于，基體至少部分地由用鉬預先合金化的鐵粉構成。
6.權利要求1-5中任一項所述的燒結摩擦材料，其特征在于，基體至少部分地由用鉬部分合金化的鐵粉構成。
7.摩擦連接的部件，特別是同步環(10)，它具有一個支承體(11)和一層由權利要求1-6中任一項的燒結摩擦材料構成的摩擦襯層。
8.權利要求7所述的摩擦連接的部件，其特征在于，在摩擦面上設置軸向取向的槽(14)。
9.權利要求7或8所述的摩擦連接的部件，其特征在于，槽(14)是在摩擦面(13)上梯形地形成。
10.權利要求7-9任一項所述的摩擦連接的部件，其特征在于，支承體(11)由燒結鋼構成。
全文摘要
本發明涉及一種用于制造摩擦連接的部件，特別是同步環的燒結摩擦材料以及帶有上述燒結摩擦材料的摩擦連接部件，特別是同步環。為了獲得良好的摩擦值曲線，提出一種含有以鐵為基的基體和固體潤滑材料的燒結摩擦材料，該燒結摩擦材料含有0.5-10％(重量，相對于基體)鉬和20-50％(體積)石墨作為固體潤滑材料。摩擦連接的部件，特別是同步環具有一個支承體和一層帶有上述燒結摩擦材料的摩擦襯層，其中在本發明的方案中預先考慮在摩擦面上設置梯形槽。
文檔編號F16D23/06GK1138879SQ95191187
公開日1996年12月25日 申請日期1995年1月7日 優先權日1994年1月10日
發明者D·戈尼亞, M·艾克哈特, L·施奈德 申請人:克烈舍格金屬燒結工廠股份有限公司