换挡装置的组合部件和制造该组合部件的方法 【技术领域】
本发明涉及换挡装置的组合部件和制造该组合部件的方法，其中，组合部件独立于换挡单元预制，并且，组合部件内包括至少一个铁材质机械元件和至少一个支承该机械元件的铁材质支架；其中，环绕转动轴的机械元件相对于支架至少可摆动地与支架连接。
背景技术
这类组合部件例如是汽车和摩托车变速器内的换挡轴单元或者变速轴单元。本发明还涉及其他组合部件，其中在将相互活动的和彼此连接的变速器零件装入汽车变速器前预装成组合部件。在此方面，组合部件具有至少一个支架，支架例如作为可相对于变速器摆动的杠杆构成，支架接受例如可转动连接在杠杆上的滚子式或者可摆动连接在杠杆上的第二杠杆式的机械元件。组合部件的彼此转动或摆动并相互固定的各零件之间的转动或摆动连接，例如通过组合部件各零件之一上的摆动销或者通过单独的摆动螺栓构成。然后可摆动的机械元件例如与摆动螺栓或摆动销动配合。
DE 40 20 160 A1介绍了一种变速杆式的现有组合部件。变速杆由滚子的杠杆式支架和螺栓构成并位于换档轴上抗扭转的变速器内。并且，滚子可转动支承在固定连接在支架上的螺栓上。
在制造汽车变速器时，越来越多地转向将变速器的元件不是单独地，而是将多个元件作为预安装的组合部件装入变速器。使用组合部件的优点显而易见。可降低变速器储备和供货地物流费用以及减少变速器的安装时间，还避免了错装。由于组合部件上的不同功能和制造时使用不同的方法，这些元件常常由不同的铁材质或钢材质材料制成。按现有技术这类组合部件的零件，在将其组装成组合部件前，要逐件地进行热处理和涂层。这就造成专业人员只能有限地选择组装工艺，将元件组装成组合部件。例如淬火的元件几乎不能或者不能焊接。因为特别是在大批量连续生产中，焊接是一种降低成本的接合方法，所以常常在组装前先不对零件淬火。在下部组合部件组装后或在元件组装成组合部件后，才对受力部位多次进行局部的例如感应淬火。这类高费用的处理至少部分抵消了通过使用组合部件安装到变速器内本身产生的成本优势。组装成组合部件前淬火的元件常常例如在可转动连接的范围内带有加工余量，以便能够通过切削后续加工消除淬火时由于淬火变形或者几何形状的变化而出现的误差。切削后续加工是进一步增加成本的因素，因此是缺陷。常常取消元件的后续加工。因淬火产生的淬火变形和几何形状变化然后在设计特别是摆动-或转动配合的元件时，通过根据淬火变形和体积变化程度上相应的预留量加以考虑。在这种情况下，因为不能过程可靠地预见到这类淬火变形和几何形状变化，所以需预料到组合部件中元件摆动-或转动连接上的间隙过大或者过小。还要根据所预料的涂层厚度的程度，考虑将涂层元件组装成组合部件之前的预留量，从而在这种情况下也要预料到摆动-或转动配合上的间隙过大或者过小。
【发明内容】
本发明的目的因此在于，提供一种分类构成型的组合部件，在将其组装时避免上述缺陷。
该目的按照权利要求特征部分的主题由此得以实现，即组合部件具有至少部分由整组热处理形成的硬的表面层。本发明提出制造这类组合部件的一种方法，其中，首先单独制造零件支架和机械元件，然后在软的未处理状态下相互连接。在将元件组装成组合部件后，再进行热处理和如本发明的构成中提出的那样涂层。
依据本发明的组合部件可以具有多个支架，每一个上面固定一个或者多个机械元件。或者可以提供具有一个支架的组合部件，支架上固定可摆动或可转动的多个机械元件。因为组合部件的各元件未淬火(软的)，所以也可以采用焊接和冲压连接元件。
由至少元件支架和机械元件以及最好由螺栓组成的组合部件，在将零件组装后或者也在将由上述的零件组装成下部元件组后进行热处理。在这种情况下，热处理应理解为各种处理，其中，元件组按时间顺序承受温度和需要时还有其他物理的和/或者化学的影响。这些影响有选择地单独或者相互组合下，提高元件组的零件的至少大范围表面的硬度，耐磨度和耐腐蚀性。在此方面优选热化学处理，主要是改变材料表面层的特性，例如像通过渗碳或者渗氮或碳氮共渗，而不同于例如通过淬透有意改变工件整个横截面上材料状态的那些方法。在热化学处理时，除少数个别情况外，由于元件组在热处理期间和直至结束承受相当低的温度，所以零件的形状没有明显的淬火变形(元件的变形匮乏)。
作为热化学处理特殊情况之一的渗碳和淬透，是由于对工件的温度很高而一般情况下不可避免地产生变形的热处理。对元件组的临界部位，特别是对螺栓或者销钉上可摆动机械元件的支座不能后续加工，并且由于成本高也不希望后续加工。因此，在开始提到的预留量公差中要考虑到热变形，从而在支座淬火后调整对功能没有有害影响的间隙。
按本发明的主题用于处理元件组优选的热化学法为渗氮法。在此方面，或者选择公知的利用氮的扩散的渗透，例如气体渗氮和等离子渗氮，或者选择专业人员同样公知的利用氮和碳的扩散的渗透，例如气体氮碳共渗和等离子氮碳共渗。元件在这类处理期间承受比淬火更低的温度。渗氮深度(Nht)在表面硬度相同的情况下小于渗碳时的渗碳深度(Eht)，因为渗氮元件的表面张力更大。
无论是方法典型的低温还是较小的渗氮深度，作用均在于零件和元件组几乎没有热变形。迄今为止在制造零件时，由于所要相互接合的零件所要出现的在其程度上很难提前把握的热变形，在制造特别是螺栓上机械元件的摆动座或转动座上的零件时，需要考虑预留量公差，现在采用本发明得以取消。采用本发明，零件上不再需要为淬火变形进行后续加工的加工余量。
所要考虑的变化仅仅是在取决于元件材质情况下所加入的氮量引起的体积膨胀问题。因为经处理的元件体积膨胀，例如0.4-0.6mmNht的低合金钢螺栓为15-20μm，所以，特别是在气体和等离子渗氮时，体积膨胀可有针对性地用于螺栓上机械元件转动座或摆动座中的间隙调整。例如为将滚子简单安装在螺栓上所需要的滚子孔和螺栓外径之间的间隙，通过热处理可以有利地减少。通过测量依据本发明整体硬化的组合部件可以证明，相互成对零件上螺栓和可转动机械元件(滚子)之间间隙内部的体积膨胀与渗氮过程的时间无关，仅持续到环形间隙中在该部位上不再存在足够的气体或者等离子气氛。氮的结合因此在转动座的环形间隙内与本身在组合部件上继续的渗氮过程无关地结束。对功能上良好的摆动-或者转动连接来说，产生有利的较小间隙。
元件表面的强度和耐磨度借助于渗氮法得到提高。经处理的材料表面具有得到改善的滑动特性。这一点特别是对于优选为滚子的机械元件与螺栓之间的转动连接来说，和对于滚子的滚动面和由滚子加荷的变速器元件之间的滑动-滚动接触来说是具有优点的。另一优点在于，通过取消如以下的操作功能而降低了成本：按照功能对组合部件的元件进行矫正以及清除主要位于元件组的孔或类似部位内的表面上方法形成的不希望的残留物。
个别情况下取决于不同因素决定使用哪种渗氮法。本发明的一优选构成为等离子渗氮法。然而对此也可以选择气体渗氮法。渗氮适用于所有常用的铁基材料，钢和铸件以及烧结材料，因为这些材料几乎均可以气体渗氮和等离子渗氮。这一点是特别具有优点的，因为对于按本发明主题所述的元件组的零件来说，经常使用的是可冷变形的低碳钢。依据本发明元件组的优选拉拔件，挤压件和冲压件的这些材料，实际上表面层不采用开始提到的渗碳法进行渗碳和带有与此相连的热变形缺陷就不能硬化。渗氮也可以使这些材料具有硬的表面层。低碳可焊接钢的元件组零件，如支架上的螺栓，常常可以通过焊接彼此连接。可以毫无问题地进行焊接，因为元件可以在热处理前以及在热处理后的涂层前进行焊接。此外的优点是，在等离子渗氮时，元件组上不需处理的表面通过涂覆铜膏，或者元件组零件上的螺纹例如通过拧入螺栓或拧上螺母，可以并不复杂地进行遮盖。
特别是非合金和低合金钢渗氮表面的腐蚀特性通过由稳定的氮化物构成的结合层得到改善。耐腐蚀性通过作为渗氮处理组成部分的公知的再氧化或者渗氮处理后的氧化得到进一步改善。氧化是汽车制造业特别是大批量连续生产中使用的提高耐腐蚀性的方法。如果元件组像在摩托车上或者变速器的换挡罩那样至少部分暴露的话，这类氧化层特别具有优点。再氧化和氧化是影响外表面层的热化学方法。整个表面层在再氧化后由三个区组成。第一区为扩散层，它构成向底部材料的过渡并支撑处于其上面层结构。第一层从底部材料向外连接一硬的耐磨连接层，该连接层一般厚度为15-30μm。表面具有Fe3O4的薄氧化层(例如1-3μm厚)式的第三层。因为依据本发明的零件在热处理前彼此连接成元件组，所以在热处理后也有由于通过与耐腐蚀表面层的接合和冲压进行连接造成的焊缝和材料喷溅，可选择额外通过氧化稳定表面层的耐腐蚀性。过去由于在组装元件前在元件上涂覆涂层，在制造特别是螺栓上机械元件的摆动座或转动座上的零件时需要考虑预留量公差，现在根据本发明已无必要。
【附图说明】
图1示出作为变速轴单元6的组合部件1的实施例。图2-4示出组合部件1的零件。组合部件1具有轴2，上面配合变速杆7形式的支架3。滚子8形式的机械元件4在变速杆7上借助于螺栓5，环绕螺栓的转动轴5a可转动地固定。
【具体实施方式】
图2示出无切削成型法和切削加工法相结合制造的轴2。图3的支架3为冲压件。图4作为滚子8构成的机械元件4通过滚压或挤压加工而无切削地制成，并有选择地在圆柱体通孔8a内切削加工。图5示出的螺栓5为挤压件。所列出的组合部件1的所有零件均由低碳表面硬化钢制造(材料名称例如16MnCr5)。零件2，3，4，5按下列顺序组装成组合部件1：
- 将带有通孔7a的变速杆7与轴2的滑合座2a接合并用激光焊缝9加固；
- 将滚子8在开口2b内定位并将螺栓5穿入通孔8a；
- 将螺栓5压入圆形通孔7b并借助于激光焊缝10将螺栓5在支架3上加固。
组合部件1组装后进行整体热处理。在此方面，将组合部件1等离子渗氮，其中，出现0.015+0.010mm的连接层VS。滚子8的通孔8a和转动座5b之间的径向间隙将元件5和4的体积膨胀减少约8μm-12μm，此时继续保持，直至环绕螺栓5的环形间隙内热处理所要求的等离子气氛不再补充氮。转动座上仍保留约0.05-至最大0.25mm的径向间隙。热处理后，组合部件1完全具有硬的表面层，借助于氧化在进一步热处理中向该表面层涂覆1μm+1μm的耐腐蚀氧化层。
参考符号表
1 组合部件
2 轴
2a 滑合座
3 支架
4 机械元件
5 螺栓
5a 转动轴
5b 转动座
6 变速轴单元
7 变速杆
7a 通孔
7b 通孔
8 滚子
8a 通孔
9 激光焊缝
10 激光焊缝