专利名称：纯成形的齿轮件和制造方法
技术领域：
本发明涉及可自动变速的汽车传动装置的纯成形的(net formed)输入太阳齿轮件及其制造方法。
发明的背景通常通过利用啮合的齿轮齿，将扭矩从一个回转轴传递至另一个的齿轮件是众所周知的。技术上已知多个互相连接的齿轮件作为一个齿轮组。通常行星齿轮组包括一个太阳齿轮件，多个行星或小齿轮，由一个支承件支承的齿轮件和一个内齿圆环件。
通常，可自动变速的汽车传动装置包括至少一个行星齿轮组。在该行星齿轮组内，通常该太阳齿轮件与驱动或输入轴连接并由该轴转动。该太阳齿轮件的外圆周或表面包括多个在其上形成的齿轮齿。每一个太阳齿轮齿包括配合表面，它们与多个小齿轮件的相应的齿轮齿上的相应的配合表面啮合。该小齿轮件的齿轮齿也与该内齿轮圆环件的内表面上的齿轮齿啮合。
在该行星齿轮组在传动装置内工作的过程中，该太阳齿轮件与该小齿轮件啮合，并传递大的扭矩。结果，该太阳齿轮件的齿轮齿暴露在周期性或循环的重负载条件下。在太阳齿轮件一转过程中，加在每一个太阳齿轮齿上的负载次数与在该行星齿轮组中的小齿轮件的数目成比例。这种重复的加载可使该太阳齿轮件的齿轮齿的配合表面疲劳和磨损。
在使用行星齿轮组的一个通常的传动装置中，该太阳齿轮件不是刚性地安装在驱动轴上，而是通过与该驱动轴上的一个相应的或互补的外花键组啮合的一组内花键连接的。该花键允许该太阳齿轮件在传递扭矩的同时，在径向“浮动”，即作小的运动。这些径向运动帮助在该小齿轮件之间均匀地重新分配扭矩，从而增加该齿轮组的总的扭矩容量。因为这种浮动连接，该太阳和小齿轮件除了传递的扭矩负载外，还偶然经受动态负载。在制造齿轮件中使用的通常加工可以包括滚齿、切削、剃齿、抛光、磨削、研磨，接着是诸如渗碳一类的热化学处理。
发明的说明提供了一种纯成形的齿轮件，它具有齿轮体，该齿轮体带有基本上为圆柱形的外表面，其上成形多个径向向外伸出的齿轮齿。内表面基本上与该基本上为圆柱形的外表面同轴配置。该内表面至少是在该齿轮体的一部分上延伸。在该内表面的至少一部分上形成多个径向向内伸出的花键。该多个径向向外伸出的齿轮齿中的至少一个和该多个径向向内伸出的花键中的至少一个是冷挤压的。
该齿轮件还可包括在该基本上为圆柱形的外表面的至少一部分上形成的多个径向向外伸出的花键。该多个径向向外伸出的花键可以在轴向与该多个径向向外伸出的齿轮齿相邻配置。该径向向外伸出的齿可以为螺旋形形状，并且该齿轮体可以由钢制成，使得该齿轮件可在可自动变速的汽车传动装置内足以用作为一个输入太阳齿轮。该齿轮体可以形成至少一个孔，用于在该内表面和该基本上为圆柱形的外表面之间连通流体。在一个优选实施例中，该齿轮件经过热处理。
还提供了制造齿轮件的方法。该方法包括通过反向挤压一个基本上为圆柱形的金属棒形成一个基本上为管状的毛坯。该基本上为管状的毛坯具有内表面和外表面。接着，通过冷挤压在该外表面的至少一部分上形成多个径向向外伸出的齿轮齿，以形成齿轮件。
该方法还可包括在形成多个径向向外伸出的齿轮齿之前，对该基本上为管状的毛坯进行退火，以减小在该基本上为管状的毛坯内的内应力。另外，通过冷挤压在该内表面的至少一部分上形成多个径向向内伸出的花键。该方法还可包括在形成该基本上为管状的毛坯之前，用润滑剂涂敷该基本上为圆柱形的金属棒。同样，在形成多个径向向外伸出的齿轮齿之前，可用润滑剂涂敷该基本上为管状的毛坯。最后，可以热处理齿轮件，以提高其硬度。
本发明的上述特点和优点与其他特点和优点，从下面结合附图对本发明的优选实施例的详细说明中容易了解。
附图简要说明
图1为按照本发明的可自动变速的汽车传动装置的纯成形的输入太阳齿轮件的透视图；图2a为用于形成图1所示的纯成形的输入太阳齿轮件的金属棒的横截面侧视图；图2b为利用反向或向后挤压过程，由图2a所示金属棒形成的齿轮毛坯的横截面侧视图；图2c为在除去在向后挤压过程中形成的辐板后的图2b的齿轮毛坯的横截面侧视图；图2d为从图2c的毛坯形成多个径向向外伸出的齿轮齿和多个径向向内伸出的花键后，图1的纯成形的输入太阳齿轮件的横截面侧视图；图2e为在形成轮廓后，图2d的纯成形的输入太阳齿轮件的横截面侧视图；图2f为在形成多个径向向外伸出的花键和多个开口或孔后，图2e的纯成形的输入太阳齿轮件的横截面侧视图。
优选实施例说明附图中相同的代号表示相同的零件。图1表示齿轮件10。齿轮件10包括具有基本上为圆柱形的有台阶的外表面14和基本上为圆柱形的有台阶的内表面16的齿轮件12。在优选实施例中，该齿轮件10用作可自动变速的汽车传动装置的输入太阳齿轮件。然而，应当了解，在不改变本发明的概念的条件下，本发明的齿轮件10可以在各种应用场合内使用。
多个基本上径向伸出的齿轮齿18从外表面14向外伸出。该齿轮齿18可与另一个齿轮件-例如行星齿轮组内的小齿轮齿轮件啮合，以传递回转扭矩。该齿轮齿18最好为螺旋形形状，然而，技术经验丰富的人知道，在保持在权利要求书的范围内的同时，可以使用其他形状的齿轮齿-例如正齿轮齿。本发明的齿轮齿18的特征为，它是“纯成形的”，即为了形成和完成齿轮齿18，齿轮齿18需要少量或不需要机械加工-例如滚齿、切削、珩磨等。下面参照图2d更详细地说明形成齿轮齿18的方法。
如图2d～2f所示，多个基本上径向伸出的花键20在与齿轮齿18相反的齿轮体的末端，从内表面16基本上向内伸出。花键在内表面16的至少一部分上轴向延伸，该花键20可容纳具有互补的花键部分的没有示出的输入轴。本发明的花键20的特征为它是纯净地形成的。下面，参照图2d更详细地说明形成花键20的方法。
在与齿轮齿18相反的齿轮体12的末端，多个基本上为径向伸出的花键22从外表面14基本上向外伸出。花键22在外表面14的至少一部分上沿轴向延伸。另外，齿轮体12形成多个开口或孔24，可以在齿轮体12的外表面14和内表面16之间，使流体连通，从而形成花键20和22之间的润滑措施。
本发明还提供了制造上述齿轮件10的方法。图2a～2f说明该优选方法的各个步骤，其中，根据本发明的改变的部分在图2b～2f中用阴影线画出。图2a表示一个金属棒26，它从与齿轮件10所希望的冶金性质-例如AISI4620一致的钢合金制成的退火钢棒料上切下的。最好加工金属棒26，使金属棒26的重量和尺寸保持在可接受的公差范围内。为了在图2b所示的形成过程中，使金属平稳滚动，金属棒26用润滑剂-例如磷酸盐涂层涂敷。将金属棒26放置在成形压力机上，并进行反向或向后挤压，形成图2b所示的齿轮毛坯28。技术经验丰富的人知道，在向后挤压过程中，将金属棒26放置在一个模型内，接着销子将大量的轴向力作用在该金属棒26上，使该金属棒26内的金属围绕着该销子和在该模型上流动，形成齿轮毛坯28。这种向后挤压过程在齿轮毛坯28内产生紧凑的晶粒流动，从而增加材料强度。一般该齿轮毛坯28为管子形状，具有由一个辐板部分30封闭的一个末端。回到图2c可看出，将齿轮毛坯28放置在压力机上，刺穿或因其他方法拆去该辐板部分30，以形成齿轮毛坯28A。然后，使该齿轮毛坯28A退火，释放在图2b的向后挤压过程中形成的残余内应力，并使齿轮毛坯28A准备好进行另外的冷加工过程。另外，为了使在图2d的成形过程中金属平稳流动，可用润滑剂-例如磷酸盐涂敷齿轮毛坯28A。
图2d表示利用冷挤压由齿轮毛坯28A形成的齿轮件10。在这个成形过程中，在齿轮体12的外表面上形成齿轮齿18，同时在齿轮件12的内表面16上形成花键20。冷挤压过程形成带有纯成形的特性的齿轮齿18和花键20，使得为了使齿轮齿18和花键20具有精加工的齿轮廓和表面光洁度，且需要小量或不需要精加工-例如珩磨、抛光、磨削或研磨。另外，由于冷挤压过程的机械冷加工，在齿轮齿18和花键20的根部附近的紧凑的晶粒流动可增加齿轮齿18和花键20的强度。
如图2e所示，齿轮体12的外表面14可作成所希望的轮廓或形状。可以使用技术上已知的任何方法-例如磨削、车削等作成齿轮体12的轮廓。另外，将齿轮体12的末端21作成方形，达到齿轮体12的最终长度。如图2f所示，在作成轮廓后，在齿轮体12的外表面14上形成花键22。在该优选实施例中，花键22是利用拉削形成的。然而，技术经验丰富的人知道，在保留在权利要求书的范围内的条件下，可有形成花键22的其他方法。另外，如图2f所示，利用现有或其他技术上已知的孔形成方法，在齿轮体12内形成孔24。在该优选实施例中，然后，使用碳氮化物处理，对齿轮件10进行热处理，形成表面深度为0.30～0.43mm和核心硬度为32～44Rc。
通过利用纯成形过程-例如冷挤压，形成齿轮齿18和花键20，由于在形成齿轮齿18和花键20的金属内，晶粒流动改善，齿轮件10的扭矩承载能力可以提高。另外，可以消除由切削和精加工工序引起的残余切削刀具痕迹或表面粗糙度，从而减小在齿轮齿18和花键20内的应力升高。
虽然详细地说明了本发明的优选实施例，但熟悉本发明所涉及技术的人知道，在所附权利要求书的范围内，可以有各种另外的实现本发明的设计和实施例。
权利要求
1.一种纯成形的齿轮件，包括一个齿轮体，具有带有在其上成形多个径向向外伸出的齿轮齿的大致圆柱形的外表面；一个内表面，大致与所述的大致为圆柱形的外表面共轴线设置，并且所述内表面在所述齿轮体的至少一部分上延伸；和在所述内表面的至少一部分上成形的多个径向向内伸出的花键；其中，所述多个径向向外伸出的齿轮齿的至少一个和所述多个径向向内伸出的花键的至少一个被冷挤压，从而减小为生产该成形的齿轮件所需的加工步骤。
2.如权利要求1所述的齿轮件，其特征为，还包括沿轴向邻近所述多个径向向外伸出的齿轮齿的所述大致为圆柱形的外表面的至少一部分上，成形多个径向向外伸出的花键。
3.如权利要求1所述的齿轮件，其特征为，所述向外伸出的齿为螺旋形状，所述齿轮体由钢制成并足以用作自动变速汽车传动装置的输入太阳齿轮。
4.如权利要求1所述的齿轮件，其特征为，所述齿轮体限定至少一个在所述内表面和所述大致为圆柱形的外表面之间可使流体连通的孔。
5.如权利要求1所述的齿轮件，其特征为，所述齿轮体经过热处理，使得所述齿轮体具有表面深度，而所述齿轮体的核心硬度为32～44Rc。
6.如权利要求2所述的齿轮件，其特征为，所述多个径向向外伸出的花键是拉削的。
7.一种形成齿轮件的方法，包括利用反向挤压一个大体为圆柱形的金属棒形成一个大体为管子形的毛坯，其中所述大致为管子形的毛坯有一个内表面和一个外表面；和利用冷挤压在所述外表面的至少一个部分上形成多个径向向外伸出的齿轮齿，以形成齿轮件。
8.如权利要求7所述的方法，其特征为，还包括在形成所述多个径向向外伸的齿轮齿之前，使所述大致为管子形的毛坯退火。
9.如权利要求7所述的方法，其特征为，还包括利用冷挤压，在所述内表面的至少一部分上形成多个径向向内伸出的花键。
10.如权利要求7所述的方法，其特征为，还包括在形成所述的大致为管子形状的毛坯之前，用润滑剂涂敷所述大致为圆柱形的金属棒。
11.如权利要求7所述的方法，其特征为，还包括在形成所述的多个径向向外伸出的齿轮齿之前，用润滑剂涂敷所述的大致为管状的毛坯。
12.如权利要求7所述的方法，其特征为，还包括在所述外表面的至少一部分上形成多个径向向外伸出的花键。
13.如权利要求7所述的方法，其特征为还包括形成至少一个孔，可使所述内表面和所述外表面之间流体连通。
14.如权利要求12所述的方法，其特征为，还包括在形成所述多个径向向外伸出的花键之前，形成所述外表面的轮廓。
15.如权利要求7所述的方法，其特征为，还包括热处理该齿轮件的至少一部分。
16.一种形成可自动变速的汽车传动装置的输入太阳齿轮件的方法，该方法包括利用反向挤压一个大致为圆柱形的金属棒，形成一个大致为管状的毛坯，其中，所述大致为管状的毛坯具有内表面和外表面；将所述大致为管状的毛坯退火；利用冷挤压，在所述内表面的至少一部分上形成多个径向向内伸出的花键；和利用冷挤压，在所述外表面的至少一部分上形成多个径向向外伸出的齿轮齿，以形成该输入太阳齿轮件。
17.如权利要求16所述的方法，其特征为，还包括在形成所述大致为管状的毛坯之前，利用以磷酸盐为基础的涂层涂敷所述大致为圆柱形的金属棒。
18.如权利要求16所述的方法，其特征为，还包括在形成所述多个径向向外伸出的齿轮齿之前，利用以磷酸盐为基础的涂层涂敷所述大致为管状的毛坯。
19.如权利要求16所述的方法，其特征为，还包括通过拉削，在所述外表面的至少一部分上形成多个径向向外伸出的花键。
20.如权利要求8所述的方法，其特征为，还包括热处理该输入太阳齿轮件的至少一部分。
全文摘要
提供了一种可自动变速的汽车传动装置的齿轮件。该齿轮件具有一个齿轮体，该齿轮体带有形成多个径向向外伸出的齿轮齿的基本上为圆柱形的外表面。内表面基本上与该基本上为圆柱形的外表面同轴设置，并在该齿轮体的至少一部分上延伸。另外，在该内表面的至少一部分上形成多个径向向内伸出的花键。该多个径向向外伸出的齿轮齿件和该多个径向向内伸出的花键的至少一个为冷挤压。还提供了形成该齿轮件的方法。该方法包括利用反向挤压一个基本上为圆柱形的金属棒形成一个基本上为管子形的毛坯。接着，利用冷挤压，在该基本上为管状的毛坯的至少一部分上形成多个齿轮齿，以形成该齿轮件。
文档编号B21C23/01GK101025225SQ20071008417
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者Y·S·金, F·K·希达 申请人:通用汽车环球科技运作公司