一种汽车发动机电动VVT链轮及其粉末冶金制备方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机零部件技术领域，具体涉及一种汽车发动机电动VVT链轮及其粉末冶金制备方法。

背景技术

可变正时机构(VVT)可有效的改善发动机燃油经济性，减少有害气体排放，但是传统的液压VVT受机油温度和压力影响，在低温、低转速和发动机起动初期不能介入工作。电动VVT为电机驱动型智能可变气门正时系统，由于电机控制的VVT响应速度更快、控制更精准，而且可实现无级调节使可变气门正时系统的工作范围扩大了。电动VVT可以在更大的发动机转速以及更低的冷却液温度范围下改变进排气门正时，提高进排气效率，从而改善怠速稳定性和低速平稳性，提高发动机功率和扭矩，降低部分负荷燃油消耗率和改善废气排放。电动VVT在汽车发动机上的应用，可有效的改善发动机燃油经济性，减少有害气体的排放。

链轮是电动VVT系统的关键的功能性零件，结构复杂，精度高，工作面需要具备高强度、高耐磨性。常规的粉末冶金工艺无法制备和批产所述电动VVT链轮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车发动机电动VVT链轮，本发明的电动VVT链轮其响应速度快，控制精度高，本发明将链轮本体、承担高强度扭矩的并带有滑块槽的轴承盖以及定位套三个功能不同的组件设计为一次成型的整体件，提高了总成精度和组装效率，降低了组件成本；本发明的另一目的在于提供一种简单的汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金制备方法，通过选用合适的粉末冶金材料和粉末冶金工艺，保证了链轮工作面的强度、耐磨性以及配合尺寸精度，满足电动VVT使用需求。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种汽车发动机电动VVT链轮，其特征在于，包括链轮本体、齿轮部和轴承盖；所述齿轮部设置在所述链轮本体上，所述齿轮部的外缘设置有轮齿；所述链轮本体的中部设置有用于连接安装轴的轴孔；所述的轴承盖设置在所述链轮本体的一侧，且所述轴承盖为环形结构；所述的链轮本体上设置有凹槽，且所述凹槽的一端与所述轴孔连通；所述的轴承盖上设置有与所述凹槽相对应的缺口，且所述缺口与所述凹槽连通；所述轴承盖的外缘还设置有若干凸起，所述凸起上设有装配孔；所述链轮本体上背离所述轴承盖的一侧设置有环形台阶状的定位套，所述定位套中设置有用于固定所述安装轴的键；所述的链轮本体、所述轴承盖和所述定位套为一体化成型结构。具体地，在使用该电动VVT链轮时在所述的轴孔中连接安装轴，安装轴上配套设置有与所述键配合的键槽，通过定位套中的键与安装轴上的键槽实现两者的键连接，对安装轴进行固定，从而防止工作过程中所述的安装轴在所述的轴孔中窜动。本发明的汽车发动机电动VVT链轮，将所述链轮本体、承担高强度扭矩的带有滑块槽的轴承盖以及定位套三个功能不同的组件设计为一次成型的整体件，提高了总成精度和组装效率，降低了组件成本。本发明的汽车发动机电动VVT链轮依靠电机控制总成工作，响应速度更快、控制更精准。

进一步地，所述的凹槽设置为两个，且所述凹槽沿所述链轮本体的径向呈对称设置；所述的缺口设置为两个，且所述缺口沿所述轴承盖的径向呈对称设置；所述缺口与所述凹槽连通形成两个滑块槽。具体地，两个凹槽分别设置在所述链轮本体(即轴孔)直径方向的两端；两个缺口也分别设置在所述轴承盖直径方向的两端。所述的凹槽设置在所述链轮本体上，并且与链轮本体中的轴孔相通，即所述的凹槽在所述轴孔中具有开口；所述的轴承盖上设置有缺口，所述的缺口位于所述凹槽的上方且与之连通形成滑块槽。

进一步地，所述轴孔、所述轴承盖和所述定位套三者的内径相同；所述凹槽的宽度与所述缺口的宽度相同。优选地，将所述轴孔、所述轴承盖和所述定位套三者的内径设置为相同，且所述轴承盖设置在所述链轮本体的一侧并与所述轴孔精准对接(即使得环形结构的轴承盖的内壁与轴孔的内壁之间平滑连接，没有台阶)；同时所述定位套设置在所述链轮本体上背离所述轴承盖的一侧并与所述轴孔精准对接，(即使得环形台阶状的定位套的内壁与轴孔的内壁之间平滑连接，没有台阶)。优选地，将所述缺口的宽度与所述凹槽的宽度设计为相同，即使得所述缺口与所述凹槽之间平滑连接，即使缺口与凹槽在轴孔中的开口平滑连接。

进一步地，所述的凸起设置为4个，且均匀分布在所述轴承盖的外缘周面上；所述的装配孔为螺纹孔；所述的链轮本体上还设置有正时标识。优选地，在所述链轮本体的端面上设置有正时标识，便于装配时定位。

一种汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)配料及混料：配制汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金材料，并混合均匀；所述粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.5-1.0％、Mo：0-0.9％、Cr：0-7.0％、Cu：0-3.0％、Mn：0-0.5％、Si：0-0.5％、润滑剂0.3-0.6％、余量为Fe和不可避免的杂质；

(2)温压成形：将混合均匀的上述粉末冶金材料在成形模具中压制成形，得到电动VVT链轮生坯；确保生坯各部位连接处无裂纹、生坯脱模后自动刷毛刺，且轴承盖、齿轮部和链轮本体的密度为6.95-7.05g/cm

(3)预烧结：将成形的电动VVT链轮生坯在800-1000℃下预烧结20-60分钟；

(4)整形：将上述预烧结后的电动VVT链轮置于整形模具中，对凹槽进行局部挤压致密化，该部位密度为7.25-7.35g/cm

(5)机加工：整形后在凸起上加工出装配孔；

(6)烧结：机加工后将所述的电动VVT链轮进行二次烧结；且烧结温度为1100-1150℃，烧结时间为30-60分钟；

(7)离子氮化：将电动VVT链轮二次烧结后再进行离子氮化，即得到汽车发动机电动VVT链轮；

(8)洗净检验包装：离子氮化后将产品洗净检验包装入库。

鉴于汽车发动机电动VVT链轮工作面力学性能的需要，原料成分设计中添加了诸多合金元素，但合金元素会影响原料的压制性能，产品生坯密度很难提高，本发明通过在原料中添加润滑剂，成形采用温压工艺生产；润滑剂的添加，能改变金属粉末的表面性能，使其在温压时处于粘流态，增强在压制过程中粉末颗粒之间的润滑效果，促使小粉末颗粒填充到大粉末颗粒的间隙中，提高粉末颗粒的充填性，更好地传递压制压力，减少摩察阻力，从而提高原料的压制性和生坯密度。电动VVT依靠电机控制总成工作，响应速度更快、控制更精准，链轮配合尺寸精度要求高，滑块需在滑块槽中往复运动、并承担高强度扭矩，因此电动VVT链轮轴承盖内的滑块槽工作面需具备高耐磨性、高强度，链轮生产过程中要确保尺寸精度一致性，控制变形；本发明的汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金制备方法，通过选用合适的粉末冶金材料和粉末冶金工艺，保证链轮工作面的强度、耐磨性和配合尺寸精度，满足电动VVT链轮使用需求。

进一步地，步骤(1)配料及混料：配制汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金材料，并混合均匀；所述粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.5-0.8％、Mo：0.4-0.9％、Cr：4.0-7.0％、Cu：1.0-3.0％、Mn：0.2-0.4％、Si：0.1-0.3％、润滑剂0.4-0.6％、余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，步骤(2)温压成形：将混合均匀的上述粉末冶金材料放入500-1000吨的CNC成形机中压制成形，即得到电动VVT链轮生坯；确保生坯各部位连接处无裂纹、生坯脱模后自动刷毛刺，且轴承盖、齿轮部和链轮本体的密度为6.95-7.05g/cm

进一步地，步骤(3)预烧结：将成形的电动VVT链轮生坯放入到网带烧结炉内进行预烧结，且预烧结的温度为850-900℃、预烧结时间为20-60分钟。优选地，预烧结温度为850℃。

进一步地，步骤(6)烧结：机加工后将电动VVT链轮置于网带式烧结炉中进行二次烧结；烧结温度为1110-1130℃，烧结时间为30-45分钟；烧结在氮气与氢气混合的无氧环境中进行，且所述氮气与所述氢气的体积比为9：1。无氧环境采用氢气作为保护气体。

进一步地，步骤(7)离子氮化：所述离子氮化的温度为450-550℃，时间为6-8小时。通过离子氮化处理能够减少产品变形，能改善了产品的耐磨性和磨损过程中的承载能力。

本发明的有益效果：

(1)本发明的汽车发动机电动VVT链轮，将链轮本体、承担高强度扭矩的带有滑块槽的轴承盖以及定位套三个功能不同的组件设计为粉末冶金一次成型的整体件，提高了总成精度和组装效率，降低了组件成本；本发明的汽车发动机电动VVT链轮依靠电机控制总成工作，响应速度更快、控制更精准。

(2)本发明的汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金制备方法，采用合适的粉末冶金材料、专用原料润滑剂、温压成形等提高预合金原料的压制性，通过预烧结后整形实现轴承盖中的滑块槽工作面局部致密化提高工作面强度、预烧结后产品的硬度和刚性相对低，能提高整形和机加工效率。二次烧结后，为进一步提高电动VVT链轮及滑块槽工作面的抗交变载荷能力和耐磨性能，对所述链轮进行了离子氮化处理，离子氮化相对常规的渗碳或局部高频热处理，能够减少产品变形，能够改善了产品的耐磨性和磨损过程中的承载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明汽车发动机电动VVT链轮的主视图；

图2为图1中A-A方向的剖面图；

图3为本发明汽车发动机电动VVT链轮的后视图；

图4为本发明汽车发动机电动VVT链轮的结构示意图。

图中：1链轮本体、2齿轮部、3轴承盖、4轴孔、5定位套、6键、7正时标识、8滑块槽、11凹槽、31缺口、32凸起、321装配孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种汽车发动机电动VVT链轮，其特征在于，包括链轮本体1、齿轮部2和轴承盖3；所述齿轮部2设置在所述链轮本体1上，所述齿轮部2的外缘设置有轮齿；所述链轮本体1的中部设置有用于连接安装轴的轴孔4；所述的轴承盖3设置在所述链轮本体1的一侧，且所述轴承盖3为环形结构；所述的链轮本体1上设置有凹槽11，且所述凹槽11的一端与所述轴孔4连通；所述的轴承盖3上设置有与所述凹槽11相对应的缺口31，且所述缺口31与所述凹槽11连通；所述轴承盖3的外缘还设置有若干凸起32，所述凸起32上有装配孔321；所述链轮本体1上背离所述轴承盖3的一侧设置有环形台阶状的定位套5，所述定位套5中设置有用于固定所述安装轴的键6(即通过键连接将安装轴固定连接在所述轴孔4中，防止其在轴孔4中窜动)；所述的链轮本体1、所述轴承盖3和所述定位套5为粉末冶金一体化成型的整体件。

优选地，上述的凹槽11设置为两个，且所述凹槽11沿所述链轮本体1(轴孔4)的径向呈对称设置在两端；所述的缺口31同样的也设置为两个，且所述缺口31沿所述轴承盖3的径向呈对称设置在其两端；所述的缺口31与所述凹槽11连通形成两个滑块槽8。优选地，所述轴孔4、所述轴承盖3和所述定位套5三者的内径相同，将所述轴孔4、所述轴承盖3和所述定位套5三者的内径设置为相同，且所述轴承盖3设置在所述链轮本体1的一侧并与所述轴孔4精准对接，即使得环形结构的轴承盖3的内壁与轴孔4的内壁之间平滑连接，没有台阶；所述的定位套5设置在所述链轮本体1上背离所述轴承盖3的一侧并与所述轴孔4精准对接，即使得环形台阶状的定位套5的内壁与轴孔4的内壁之间也平滑连接，没有台阶。所述凹槽11的宽度与所述缺口31的宽度相同。优选地，将所述缺口31的宽度与所述凹槽11的宽度设计为相同，即使得所述缺口11与所述凹槽31之间平滑连接，即使缺口31与凹槽11在轴孔4中的开口平滑连接。作为优选，所述的凸起32设置为4个，且均匀分布在所述轴承盖3的外缘周向上；所述的装配孔321为螺纹孔；所述的链轮本体1上还设置有正时标识7，在链轮本体1上设置正时标识7，便于装配时定位。

实施例2

一种汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)配料及混料：配制汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金材料，并混合均匀；所述粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.5％、Mo：0.6％、Cr：7.0％、Cu：2.0％、Mn：0.2％、Si：0.2％、润滑剂0.6％、余量为Fe和不可避免的杂质；

(2)温压成形：将混合均匀的上述粉末冶金材料放入500吨的CNC成形机中压制成形，并且在压制成形前将上述的粉末冶金材料以及模具加热至135℃，即得到电动VVT链轮生坯；确保生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺，且轴承盖、齿轮部和链轮本体的密度为6.98g/cm

(3)预烧结：将成形的电动VVT链轮生坯放入到网带烧结炉内进行预烧结，且预烧结的温度为850℃、预烧结时间为30分钟；

(4)整形：将上述预烧结后的电动VVT链轮置于整形模具中，对凹槽进行局部挤压致密化，该部位密度为7.30g/cm

(5)机加工：整形后在凸起上加工出装配孔；

(6)烧结：机加工后将电动VVT链轮置于网带式烧结炉中进行二次烧结；烧结温度为1120℃，烧结时间为35分钟；烧结在氮气与氢气混合的无氧环境中进行，且所述氮气与所述氢气的体积比为9：1；无氧环境采用氢气作为保护气体；

(7)离子氮化：将电动VVT链轮二次烧结后再进行离子氮化，即得到汽车发动机电动VVT链轮；且离子氮化的温度为530℃、氮化时间为6小时；

(8)洗净检验包装：离子氮化后将产品洗净检验包装入库。

合格产品的主要功能性指标如下：

标准要求：链轮表面氮化层0.03-0.10mm，齿部硬度值HV

测试上述实施例2制得的汽车发动机电动VVT链轮：链轮表面氮化层0.05mm，齿部硬度值HV

实施例3

一种汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)配料及混料：配制汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金材料，并混合均匀；所述粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.8％、Mo：0.8％、Cr：4.0％、Cu：3.0％、Mn：0.4％、Si：0.3％、润滑剂0.5％、余量为Fe和不可避免的杂质；

(2)温压成形：将混合均匀的上述粉末冶金材料放入800吨的CNC成形机中压制成形，并且在压制成形前将上述的粉末冶金材料以及模具加热至140℃，即得到电动VVT链轮生坯；确保生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺，且轴承盖、齿轮部和链轮本体的密度为6.97g/cm

(3)预烧结：将成形的电动VVT链轮生坯放入到网带烧结炉内进行预烧结，且预烧结的温度为1000℃、预烧结时间为20分钟；

(4)整形：将上述预烧结后的电动VVT链轮置于整形模具中，对凹槽进行局部挤压致密化，该部位密度为7.35g/cm

(5)机加工：整形后在凸起上加工出装配孔；

(6)烧结：机加工后将电动VVT链轮置于网带式烧结炉中进行二次烧结；烧结温度为1125℃，烧结时间为30分钟；烧结在氮气与氢气混合的无氧环境中进行，且所述氮气与所述氢气的体积比为9：1；无氧环境采用氢气作为保护气体；

(7)离子氮化：将电动VVT链轮二次烧结后再进行离子氮化，即得到汽车发动机电动VVT链轮；且离子氮化的温度为450℃、氮化时间为8小时；

(8)洗净检验包装：离子氮化后将产品洗净检验包装入库。

合格产品的主要功能性指标如下：

标准要求：链轮表面氮化层0.03-0.10mm，齿部硬度值HV

测试上述实施例3制得的汽车发动机电动VVT链轮：链轮表面氮化层0.04mm，齿部硬度值HV

实施例4

一种汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)配料及混料：配制汽车发动机电动VVT链轮的粉末冶金材料，并混合均匀；所述粉末冶金材料包括如下质量分数的组分；C：0.6％、Mo：0.4％、Cr：6.0％、Cu：1.0％、Mn：0.3％、Si：0.1％、润滑剂0.5％、余量为Fe和不可避免的杂质；

(2)温压成形：将混合均匀的上述粉末冶金材料放入1000吨的CNC成形机中压制成形，并且在压制成形前将上述的粉末冶金材料以及模具加热至150℃，即得到电动VVT链轮生坯；确保生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺，且轴承盖、齿轮部和链轮本体的密度为7.00g/cm

(3)预烧结：将成形的电动VVT链轮生坯放入到网带烧结炉内进行预烧结，且预烧结的温度为900℃、预烧结时间为60分钟；

(4)整形：将上述预烧结后的电动VVT链轮置于整形模具中，对凹槽进行局部挤压致密化，该部位密度为7.34g/cm

(5)机加工：整形后在凸起上加工出装配孔；

(6)烧结：机加工后将电动VVT链轮置于网带式烧结炉中进行二次烧结；烧结温度为1110℃，烧结时间为45分钟；烧结在氮气与氢气混合的无氧环境中进行，且所述氮气与所述氢气的体积比为9：1；无氧环境采用氢气作为保护气体；

(7)离子氮化：将电动VVT链轮二次烧结后再进行离子氮化，即得到汽车发动机电动VVT链轮；且离子氮化的温度为550℃、氮化时间为6小时；

(8)洗净检验包装：离子氮化后将产品洗净检验包装入库。

合格产品的主要功能性指标如下：

标准要求：链轮表面氮化层0.03-0.10mm，齿部硬度值HV

测试上述实施例4制得的汽车发动机电动VVT链轮：链轮表面氮化层0.04mm，齿部硬度值HV

上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。