專利名稱：制造配合零件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造粉末壓實的金屬元件的方法，這些元件在以后的處理中剖分成成對的配合的單個零件，并經(jīng)燒結(jié)或選擇地進(jìn)行熱處理。本發(fā)明特別關(guān)注連接桿的制造，但是其它的應(yīng)用領(lǐng)域，如剖分的滑動軸承、軸承罩等，都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
以前連接桿通過鑄造或鍛造出分開的可連接的蓋及主體部分而制成。這些零件通過用中碳鍛造鋼制造和在結(jié)合和止推面分別進(jìn)行機(jī)加工；隨后分別鉆孔以插入固緊件。
第一改進(jìn)階段中把連接桿鑄或鍛成單個鋼坯，接著鉆孔的插入固緊件。這些單個鋼坯鋸成蓋及主體部分，它們分別在止推及接觸面進(jìn)行粗加工；隨后兩部分用螺栓連在一起進(jìn)行精加工。分開的機(jī)加工及鋸的步驟不僅繁瑣而且費(fèi)錢，而且它們也不能確保在操作力下良好的配合的蓋及主體。在某些操作條件下，固緊件固有的尺寸間隙允許蓋及主體部分稍些偏移，這又影響了軸承的壽命。
在這一改進(jìn)變化的下一階段，把一個整體的連接桿剖分或分裂成蓋及主體部分，希望提供不滑動的表面，其中蓋及主體用螺栓連接在一起。希望如果表面合適地重新配合，該重新配合會防止任何微小偏移發(fā)生，及保證操作的對準(zhǔn)。為了把整件分成兩元件，開始在一側(cè)強(qiáng)烈地沖擊。由于難以控制裂紋擴(kuò)展，并且有塑性變形及使毛坯可能損壞的危險，很難滿足要求。
其它的發(fā)展是沿著一個很好限定的凹槽快速地把兩零件撕開的各種方法，這些方法可以是機(jī)加工，鍛造，激光切削等。但這些方法也會在裂開的表面產(chǎn)生小的塑性變形，它們又造成分開的零件難以配合，這種方法也難以滿足要求。
所有連接桿的商業(yè)生產(chǎn)的一般特點是用最后機(jī)加工步驟來保證桿的大小端的鏜孔的位置、直線度及圓度以制出軸承或軸承套的組件。為了把整件剖分成兩件，開始用劇烈的沖擊在一側(cè)敲。由于開裂面不可控制并可能損壞連接桿，這種方法也不太成功。
現(xiàn)在用的改進(jìn)的剖分零件的方法在例如US2553935、US3571080、US3993054和US4923674(授予Krebsge的專利)中公開了。
本發(fā)明涉及制造粉末冶金、燒結(jié)的重新配合的零件的新方法，生產(chǎn)出的零件的斷裂表面沒有微小偏移或塑性變形。這種方法包括下面的步驟使用一模具同時壓實及成形，鐵基粉末以形成整體的濕坯，所述的模具是帶空腔的單件壓模；對溫坯進(jìn)行濕機(jī)加工；把濕坯在要求的剖分面處斷分為至少兩個零件；燒結(jié)零件；和把零件在剖分面處重新配合。
對燒結(jié)零件的可選擇的機(jī)加工包括如車削，也可進(jìn)行磨削。
在本發(fā)明方法中還可包括的另外的選擇的步驟是對燒結(jié)零件進(jìn)行熱處理。
鐵基粉末可從許多粉末中選出，如含有如Cu、Ni、Mo、Gr、Mn、C元素的預(yù)合金化的粉末、部分預(yù)合金化的粉末或粉末混合物。
本發(fā)明的一個重要特點是壓實的濕坯的高濕強(qiáng)度，以及為了得到要求的濕強(qiáng)度，可以用各種方法。得到高的濕強(qiáng)度的一個方法是在高溫下壓實金屬粉末。這種熱壓實可在溫度為至少100℃、優(yōu)選地為至少120℃、以及在壓力至少600MPa的條件下進(jìn)行。另外一種可用的方法是使用潤滑壓模在環(huán)境溫度下壓實。通過使用各種提高濕強(qiáng)度的添加劑，如聚合物，或可得到高的濕強(qiáng)度的特種潤滑劑也可得到高的濕強(qiáng)度。濕強(qiáng)度的實際值取決于濕坯的隨后的處理。一般，可以預(yù)計濕坯的濕強(qiáng)度至少為20MPa，優(yōu)選地為至少25MPa，更優(yōu)選地為至少30MPa。在自動生產(chǎn)中，可要求更高的濕強(qiáng)度。有如此高的濕強(qiáng)度的濕坯可以方便地及花費(fèi)有效地機(jī)加工成要求的形狀。
本發(fā)明的重要特點是高的濕強(qiáng)度允許對整體的濕坯進(jìn)行濕態(tài)機(jī)加工。由于在溫態(tài)可方便地進(jìn)行機(jī)加工，可以用在最終狀態(tài)不能鉆孔/加工螺紋的材料。在濕態(tài)機(jī)加工的另外的優(yōu)點是可以便于燒結(jié)零件以后處理成剖分型的機(jī)械零件的終端使用。這意味例如消除了在歐洲專利公開696688中建議的為達(dá)到燒結(jié)零件塑性變形的剖分的步驟。
除了上述優(yōu)點外，已發(fā)現(xiàn)可以用低的作用力來進(jìn)行剖分，這樣可用簡單的斷裂剖分裝置。適合把一個連接桿大端進(jìn)行簡單剖分的裝置的一個實例包括把兩個半圓形的兩半零件一起裝入大端鏜孔中和一個楔安排在由兩個半零件形成的孔中。當(dāng)楔沿軸向壓入大端鏜孔中，可在控制的情形下方便地剖分連接桿的兩零件，只有很小的變形。很少有在分開的平面形成裂紋的危險。
連接桿材料的元件的燒結(jié)可在1080℃-1300℃，優(yōu)選地在1100-1150℃下保持15-90、優(yōu)選地為20-60分進(jìn)行。還原氣氛的實例是普通的吸熱型氣體或各種氫氣/氮氣混合物。
選擇地，燒結(jié)零件可進(jìn)行熱處理，如貫穿硬化或表面硬化?？筛鶕?jù)燒結(jié)零件的最終使用來選擇熱處理。
用本發(fā)明的方法得到精確的重新配合及防止微小偏移是由于剖分表面與粉末顆粒尺寸一樣不均勻造成的。
現(xiàn)在在本發(fā)明的方法中用金屬粉末來制造通常鍛造的汽車發(fā)動機(jī)的連接桿，但是在這些方法中，也可以用粉末冶金及鍛造的結(jié)合。據(jù)說這些方法改進(jìn)了重量控制及對尺寸控制有很大的增加。在汽車工業(yè)中對這種結(jié)合有更多的興趣。
一般，這種粉末-鍛造方法開始用松散的粉末混合成要求的成分。隨后，具有連接桿的總形狀的鍛造預(yù)成形件在標(biāo)準(zhǔn)P/M-壓實壓機(jī)中制出。濕的預(yù)成形件在還原氣氛中燒結(jié)，并且直接轉(zhuǎn)到鍛造壓機(jī)下。鍛造在一次單沖擊中完成，其也完全形成銷及曲柄孔。根據(jù)鍛造方法的類型，隨后的操作可包括雙盤磨削，噴丸硬化。
建議用于制造金屬粉末的連接桿的另一種方法包括壓實、預(yù)燒結(jié)、機(jī)加工、斷裂和最終燒結(jié)。
按照本發(fā)明的方法取消了鍛造及預(yù)燒結(jié)步驟，因此在這方面也是新的。
本發(fā)明進(jìn)一步由下面的非限制性實例說明，該實例是一個連接桿大端的連接區(qū)域的模擬。本發(fā)明進(jìn)一步通過下面的非限制性實例說明。
可從瑞典的Hgans AB公司得到的鐵基粉末Distaloy AE+0.8C在130℃溫度及700MPa的壓實壓力下熱壓實成30×12×10mm的棒形的濕坯，密度為7.34g/cm3，濕強(qiáng)度為40-50MPa。一個排屑孔鉆到棒長度的一半，在棒的其余長度上鉆一個通孔用于切出螺紋。通孔有M6×1的螺紋，通過彎曲把棒剖分一斷裂成兩零件。零件在1120℃在吸熱型氣體中燒結(jié)30分鐘。零件連接起來，螺紋進(jìn)行了試驗，其中發(fā)現(xiàn)濕切削及燒結(jié)的螺紋就精度及強(qiáng)度言，其性能與標(biāo)準(zhǔn)螺母的螺紋一樣。
下表示出在各種力矩值下，濕態(tài)攻出螺紋的坯料與標(biāo)準(zhǔn)螺母(參考試樣1及2)的栓接力。
表在不同的力矩(Nm)下的力(KN)
*參考試樣1,2為標(biāo)準(zhǔn)螺母。
在濕態(tài)剖分形成顆粒間斷裂，導(dǎo)致在燒結(jié)后保持粗糙的不平的表面。零件的重新配合形成緊配合，其中零件不會相對地滑動。
雖然說明了連接桿的制造，但是本專業(yè)的技術(shù)人員很清楚本發(fā)明的方面也可用于其它方面的應(yīng)用，例如剖分的滑動軸承及軸承罩等，對這些零件容易機(jī)加工及可精確地配合是相當(dāng)重要的。
權(quán)利要求
1．一種制造剖分型的機(jī)械零件的方法，包括下列步驟使用一模具同時壓實及成形，鐵基粉末以形成整體的濕坯，所述的模具是帶空腔的單件壓模；對濕坯進(jìn)行濕機(jī)加工；把濕坯在要求的剖分面處斷分為至少兩個零件；燒結(jié)零件；和把零件在剖分面處重新配合。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的濕坯具有至少20MPa的濕強(qiáng)度，優(yōu)選地為至少25MPa，最優(yōu)選地為至少30MPa。
3．按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于使用熱壓實工藝進(jìn)行壓實。
4．按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在一個潤滑模中進(jìn)行壓實。
5．按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述的金屬粉末包括增加濕強(qiáng)度的添加劑。
6．按照上述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于在所述的燒結(jié)步驟后進(jìn)行機(jī)加工步驟。
7．按照上述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于燒結(jié)的零件再進(jìn)行熱處理。
8．一種成對配合的燒結(jié)零件，由機(jī)加工及斷裂-剖分濕坯制備，所述的濕坯由壓實的鐵基粉末制成并具有濕強(qiáng)度為至少20Mpa。
9．按照權(quán)利要求8的零件，其特征在于所述的濕坯的濕強(qiáng)度為至少25MPa。
10．按照權(quán)利要求8或9的零件用于制造連接桿。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造粉末冶金的壓實零件的方法,壓實的零件被剖分成成對配合的零件、燒結(jié)并選擇地進(jìn)行熱處理,和再配合。按照本方法,壓實鐵基粉末,得到的濕坯剖分為至少兩個零件,隨后燒結(jié),及選擇地進(jìn)行熱處理。得到的零件隨后再配合。
文檔編號B22F7/06GK1233200SQ9719886
公開日1999年10月27日 申請日期1997年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月15日
發(fā)明者尼爾斯·卡爾鮑姆, 比約恩·約翰松 申請人:赫加奈斯公司