專利名稱：曲軸襯套的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成曲軸襯套的方法，更具體地涉及使用采用結(jié)合沖 模和芯棒的壓制模具的粉末金屬工藝來形成曲軸襯套的方法。
背景技術(shù)：
用于形成具有大致圓柱形的內(nèi)部軸向開口的曲軸村套和類似零件 的普通粉末金屬工序和方法是有效的。然而，如果需要對襯套內(nèi)的內(nèi) 部軸向開口進(jìn)行改進(jìn)，諸如形成略微凸起的表面的話，這種常規(guī)的粉
末金屬方法需要進(jìn)一步的精加工。這種進(jìn)一步的精加工形式一般是機(jī) 械加工，其中對外徑的外部圓柱形幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行磨削以使得略微凸起 的表面精確地適應(yīng)外部幾何結(jié)構(gòu)。就成本以及生產(chǎn)率方面而言，這種 額外的機(jī)械加工步驟是不受歡迎的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種改進(jìn)的利用粉末金屬方法來形成 曲軸襯套或類似零件的方法。
本發(fā)明的另 一個目標(biāo)是提供一種使用金屬粉末工序來形成曲軸襯 套或類似零件的方法，其中襯套的內(nèi)表面包括大體平坦或略微凸起的 表面。
提供了一種采用粉末冶金技術(shù)來形成曲軸襯套或類似產(chǎn)品的方法。
典型地，提供了一種具有大體圓柱形的軸向內(nèi)部開口的壓制模具。 提供了一種下沖模，其外表面對應(yīng)于壓制模具的內(nèi)部開口。提供了一 種上沖模，其外表面也對應(yīng)于壓制模具的內(nèi)部開口。
下沖模本身還包括大體圓柱形并且是軸向的內(nèi)部開口 。下芯棒具有與下沖模的內(nèi)部開口相對應(yīng)的外表面。
上沖模還包括大體圓柱形的軸向內(nèi)部開口 。上芯棒設(shè)置成具有與 上沖模中的內(nèi)部開口相對應(yīng)的外表面。
金屬粉末被引入壓制模具的內(nèi)部開口中。通過讓下沖模和上沖模 進(jìn)入壓制模具的內(nèi)部開口來壓制金屬粉末以形成粉末金屬毛坯。另外， 下芯棒穿過下沖模中的軸向開口，并且上芯棒穿過上沖模中的開口， 以便按照使得下芯棒的頂部表面與上芯棒的底部彼此接近的方式進(jìn)入 壓制模具。從而，形成大體為襯套或類似產(chǎn)品形式的粉末金屬毛坯。
另外，下芯棒在其外表面上包括大體平坦或略微凸起的部分，所 述部分從下芯棒的頂部表面向下漸縮到與下芯棒的外壁部分的相交 處。類似地，上芯棒在其外表面上包括大體平坦或略微凸起的部分， 所述部分從上芯棒的底部表面向上漸縮到與上芯棒的外壁部分的相交 處，以便在粉末金屬毛坯上形成大體平坦或略微凸起的部分。
另外，下芯棒自身包括大體圓柱形的軸向內(nèi)部開口。當(dāng)在壓制模 具的內(nèi)部開口中壓制金屬粉末時，多余的金屬粉末能夠通過下芯棒中 的內(nèi)部開口離開壓制模具的內(nèi)部開口。


在這些附圖中，圖1是用于實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置的側(cè)向截面
圖2是用于實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置的、相對于圖1的視圖成90 度角的側(cè)向截面圖3是作為用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的一部分的上沖模 和上芯棒的透視圖4是用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的下沖模和下芯棒、以 及壓制模具的仰視圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法制成的襯套的透視圖；以及
圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法制成的襯套的截面的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1和2，看到壓制模具12為具有圓柱形內(nèi)表面13的大體 圓柱形結(jié)構(gòu)。壓制模具12通常由工具鋼構(gòu)成，并且通常直徑在5至 10英寸(12.7至25.4cm )之間，高度在約5至10英寸(12.7至25.4cm ) 之間。內(nèi)部開口 13顯然被束縛成將要形成的襯套或其它產(chǎn)品所需要的 形狀，但是此內(nèi)徑通常為1至2英寸而高度為2至4英寸(2.54至5.08cm 和5.08至10.16cm )。
同樣地，看到下沖模14為其外徑對應(yīng)于壓制模具12的內(nèi)部開口 13的大體圓柱形結(jié)構(gòu)。下沖模14具有一般為圓柱形的外表面16以及 同樣具有一般為圓柱形的軸向內(nèi)部開口 18。同樣地，下沖模14通常 由工具鋼構(gòu)成，并且長度通常為約4至6英寸(10.16至15.24cm)。
下芯棒20被看出包含具有外表面22的大體圓柱形結(jié)構(gòu)，所述外 表面22對應(yīng)于下沖模14的內(nèi)部開口 18。下芯棒20還包括軸向的、 一般為圓柱形的內(nèi)部開口 24，所述內(nèi)部開口 24從下芯才奉20的頂部表 面26延伸至下芯棒20的底部25。同樣地，下芯棒20通常由工具鋼 構(gòu)成，并且長度通常為6至8英寸(15.24至20.32cm )。
看到上沖模30為大體圓柱形的結(jié)構(gòu)，其具有大體圓柱形的外表面 32和大體圓柱形的軸向內(nèi)部開口 34。同樣地，上沖模30的尺寸將與 下沖模14的尺寸相似，因?yàn)樯蠜_模30的外表面32將從頂部進(jìn)入壓制 模具12中的內(nèi)部開口 13;而下沖模14從底部進(jìn)入壓制模具12的開 口 13。還看到上沖模30具有大體圓柱形的軸向內(nèi)部開口 34，所述內(nèi) 部開口 34的尺寸與下沖模14的內(nèi)部開口 18相似。上沖模30通常由 工具鋼構(gòu)成，并且長度通常為2至3英寸(5.08至7.62cm )。
看到上芯棒36為具有外表面38的大體圓柱形結(jié)構(gòu)，所述外表面 38為大體圓柱形并且其尺寸設(shè)置成裝配在上沖模30的內(nèi)部開口 34 中。還看到上芯棒36具有底部表面40，底部表面糾被看到靠近并且 對準(zhǔn)下芯棒20的頂部表面26。還看到上芯4奉36的底部表面40包括 突出部42，所述突出部42通常為圓錐式或棱錐式結(jié)構(gòu)。此突出部42被看到對準(zhǔn)并且進(jìn)入下芯棒20的頂部表面26中的對應(yīng)凹部44。
此外，看到下芯棒20具有平坦的或略微凹陷的表面48，所述表 面48從下芯棒20的外表面22延伸至下芯棒20的頂部表面26。類似 地，上芯棒36被看到具有平坦的表面46，所述表面46從上芯棒36 的外表面38延伸至上芯棒36的底部表面40。
現(xiàn)在參見圖3，示出了上沖模30的細(xì)節(jié)視圖，其中上沖模30的 外表面32清楚地被示出為圓柱形表面。另外，上芯棒36還被示出具 有底部表面40和突出部42。突出部42在此被示出為圓錐形表面，但 是也可以是棱錐形表面。還看到上芯棒36包含平坦的或略微凹陷的表 面46，所述表面46以漸縮的方式從上芯#奉36的底部40向上延伸至 與上芯棒36的外表面38的相交處。
現(xiàn)在參見圖4，示出了壓制模具12的底部，其中清楚地看到壓制 模具12為大體圓柱形的結(jié)構(gòu)。還清楚地示出了壓制模具12中的內(nèi)部 開口 13。清楚地看到下芯棒20為從上沖模30中的內(nèi)部開口突出的大 體圓柱形的結(jié)構(gòu)，還清楚地示出下芯棒20的頂部表面26具有內(nèi)部開 口 24，其中內(nèi)部開口 24的頂部為凹部44。凹部44通向下芯才奉20中 的內(nèi)部開口24。最后，看到下芯棒20具有平坦的表面48，所述表面 48接近并且對準(zhǔn)上芯棒36的平坦表面46。
現(xiàn)在參見圖5和6，根據(jù)本發(fā)明的方法制成的曲軸襯套總體上用 50來表示?？吹揭r套50具有大體圓柱形的外表面52，并且具有第一 平坦內(nèi)表面54和第二平坦內(nèi)表面56。襯套50可以由任何所需要的金 屬粉末成分構(gòu)成，這將在下文中以舉例的方式進(jìn)一步描述。襯套50 的第一平坦內(nèi)表面54將通過與上芯棒的平坦表面46接觸來形成，襯 套的第二平坦內(nèi)表面56通過與下芯棒的平坦表面48接觸來形成。
如上所述，襯套50的材料可以是會產(chǎn)生強(qiáng)抗磨性金屬結(jié)構(gòu)的任何 低合金材料。
通常，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的襯套制造方法包括以下步驟提 供原始金屬合金粉末，所述粉末包含所需要的元素成分，其余的基本 為鐵。根據(jù)粉末金屬操作添加合適的潤滑劑以形成得到潤滑的金屬粉末。然后將得到潤滑的金屬粉末注入壓制模具12的內(nèi)部開口。然后典 型地在每平方英寸40至65噸的壓力下壓制金屬粉末，以形成模具壓 制的金屬毛坯。通過在合適的壓力下讓上沖模30和下沖模14進(jìn)入壓 制模具12中的開口、同時下芯棒20和上芯棒36通過下沖模14和上 沖模30中的各自開口進(jìn)入壓制模具12的內(nèi)部開口來完成壓制。通過 將下芯棒20和上芯棒36對準(zhǔn)、下芯棒20的頂部表面26與上芯棒36 的底部表面40彼此接近并且最終彼此接觸、以及上芯棒的突出部42 進(jìn)入下芯棒的頂部表面26中的凹部44，來形成在襯套50上的局部的 平坦表面。
實(shí)施本發(fā)明的方法的實(shí)例如下
實(shí)例1
在曲軸襯套的制造方法中，提供顆粒尺寸在45至250微米之間的 金屬粉末，其按照重量包括0.5%的C組分和0.85。/。的Mo組分，其 余的基本為鐵。0.75%的EBS作為潤滑劑被添加以形成得到潤滑的金 屬粉末。在壓制模具中，采用具有下芯棒的下沖模和具有上芯棒的上 沖模，以每平方英寸45噸的壓力來壓制得到潤滑的金屬粉末。所產(chǎn)生 的模具壓制的金屬毛坯然后在2080。F的溫度下燒結(jié)15分鐘，燒結(jié)過 的金屬毛坯然后從1650。F的初始溫度淬火至150。F的溫度。淬火過的 金屬毛坯然后在380。F的溫度下回火120分鐘。最后的回火過的金屬 毛坯然后被精磨成最終的襯套的尺寸和結(jié)構(gòu)。
實(shí)例2
在曲軸襯套的制造方法中，提供顆粒尺寸在45至250微米之間的 金屬粉末，其按照重量包括0.5%的C成分和1.5%的Mo成分，其 余的基本為鐵。0.75%的EBS作為潤滑劑被添加以形成得到潤滑的金 屬粉末。在壓制模具中，采用具有下芯棒的下沖模和具有上芯棒的上 沖模，以每平方英寸45噸的壓力來壓制得到潤滑的金屬粉末。所產(chǎn)生 的模具壓制的金屬毛坯然后在2080°F的溫度下燒結(jié)15分鐘，燒結(jié)過 的金屬毛坯然后從1650。F的初始溫度淬火至150。F的溫度。淬火過的 金屬毛坯然后在380。F的溫度下回火120分鐘。最后的回火過的金屬毛坯然后被精磨成最終的襯套的尺寸和結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種形成襯套或類似產(chǎn)品的方法，其包括以下步驟提供壓制模具，其具有形成內(nèi)部開口的內(nèi)壁，所述內(nèi)部開口具有底部和頂部；提供下沖模，其具有形成外表面的外壁，所述下沖模的外表面大體對應(yīng)于壓制模具的內(nèi)部開口，下沖模進(jìn)入壓制模具中的內(nèi)部開口的底部，下沖模具有形成內(nèi)部開口的內(nèi)壁；提供上沖模，其具有形成外表面的外壁，所述上沖模的外表面大體對應(yīng)于壓制模具的內(nèi)部開口，上沖模進(jìn)入壓制模具中的內(nèi)部開口的頂部，上沖模具有形成內(nèi)部開口的內(nèi)壁；提供下芯棒，其具有形成外表面的外壁，所述下芯棒的外表面大體對應(yīng)于下沖模中的內(nèi)部開口，下芯棒包括形成內(nèi)部開口的內(nèi)壁，下芯棒具有頂部表面；提供上芯棒，其具有形成外表面的外壁，所述上芯棒的外表面大體對應(yīng)于上沖模中的內(nèi)部開口，上芯棒具有底部表面；將金屬粉末引入壓制模具的內(nèi)部開口，并且通過讓下沖模和上沖模進(jìn)入壓制模具中的內(nèi)部開口、以及按照使得下芯棒的頂部表面與上芯棒的底部表面彼此接近的方式讓下芯棒和上芯棒進(jìn)入壓制模具，來壓制金屬粉末以形成粉末金屬毛坯，從而在粉末金屬毛坯中形成軸向開口。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中下芯棒在其外表面上包括大體平坦的部分，所述大體平坦的部分 從下芯棒的頂部表面向下漸縮到與外壁部分的相交處，以形成所述大 體平坦的部分。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中下芯棒的所述大體平坦的部分具有從頂部表面到與外壁部分相交 處的略微凹陷的表面幾何結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中上芯棒在其外表面上包括大體平坦的部分，所述大體平坦的部分 從上芯棒的底部表面向上漸縮到與外壁部分的相交處，以形成所述大 體平坦的部分。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中上芯棒的所述大體平坦的部分具有從底部表面到與外壁部分的相 交處的略微凹陷的表面幾何結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中下芯棒在其外表面上具有略微凹陷的錐形表面，所述錐形表面從 下芯棒的頂部表面向下延伸至與外壁部分的相交處，以形成下芯棒的 略微凹陷的錐形表面。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中上芯棒在其外表面上具有略微凹陷的錐形表面，所述錐形表面從 上芯棒的底部表面向上延伸至與外壁部分的相交處，以形成上芯棒的 略微凹陷的錐形表面。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中 下芯棒的頂部表面包括凹部， 上芯棒的底部表面包括突出部，其中在壓制時，上芯棒的底部表面上的突出部至少部分地進(jìn)入下 芯棒的頂部表面中的凹部。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中 下芯棒的頂部表面中的凹部由錐形壁形成， 并且上芯棒的底部表面上的突出部由互補(bǔ)的錐形壁形成。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中在壓制時，多余的金屬粉末通過下芯棒上的內(nèi)部開口離開壓制模 具的內(nèi)部開口。
11. 一種形成襯套或類似產(chǎn)品的方法，其包括以下步驟 提供壓制模具，其具有形成內(nèi)部開口的內(nèi)壁，壓制模具中的內(nèi)部開口具有大體豎直的軸向并且具有底部和頂部；提供下沖模，其具有通常與壓制模具的內(nèi)部開口相對應(yīng)的外表面，下沖模還具有大體豎直軸向的內(nèi)部開口；提供上沖模，其具有大體與壓制模具的內(nèi)部開口相對應(yīng)的外表面， 上沖模還具有大體豎直軸向的內(nèi)部開口；提供下芯棒，其具有大體與下沖模中的大體豎直軸向的內(nèi)部開口 相對應(yīng)的外表面，下芯棒包括大體豎直軸向的內(nèi)部開口，下芯棒具有 頂部表面；提供上芯棒，其具有大體與上沖模中的大體豎直軸向的內(nèi)部開口 相對應(yīng)的外表面，上芯棒具有底部表面；將金屬粉末引入壓制模具的內(nèi)部開口中，并且通過讓下沖模和上 沖模進(jìn)入壓制模具中的內(nèi)部開口，以及按照使得下芯棒的頂部表面與 上芯棒的底部表面彼此接近的方式，通過讓下芯棒穿過下沖模中的內(nèi) 部開口進(jìn)入壓制模具中的內(nèi)部開口 ，和通過讓上芯棒穿過上沖模中的 內(nèi)部開口進(jìn)入壓制模具中的內(nèi)部開口 ，來壓制金屬粉末以形成金屬毛 坯。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中在壓制時，下沖模通過壓制模具中的內(nèi)部開口的底部進(jìn)入壓制模 具的內(nèi)部開口 ，并且上沖模通過壓制模具中的內(nèi)部開口的頂部進(jìn)入壓 制模具的內(nèi)部開口。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中下芯棒在其外表面上包括大體平坦的部分，所述大體平坦的部分 從下芯棒的頂部表面向下漸縮到與下芯棒的外表面的相交處，以形成 所述大體平坦的部分。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中上芯棒在其外表面上包括大體平坦的部分，所述大體平坦的部分 從上芯棒的底部表面向上漸縮到與上芯棒的外表面的相交處，以形成 所述大體平坦的部分。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中 下芯棒的頂部表面包括凹部，上芯棒的底部表面包括突出部，其中在壓制時，上芯棒的底部表面上的突出部至少部分地進(jìn)入下 芯棒的頂部表面中的凹部。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中 下芯棒的頂部表面中的凹部由錐形壁形成， 并且上芯棒的底部表面上的突出部由互補(bǔ)的錐形壁形成。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中在壓制時，多余的金屬粉末通過下芯棒中的內(nèi)部開口離開壓制模 具的內(nèi)部開口。
18. —種制造襯套或類似產(chǎn)品的方法，其包括以下步驟 提供壓制模具，其具有形成大體圓柱形的豎直軸向的內(nèi)部開口的內(nèi)壁，所述內(nèi)部開口具有底部和頂部；提供下沖模，其具有與壓制模具中的內(nèi)部開口相對應(yīng)的大體圓柱 形的外表面，下沖模還具有大體圓柱形的豎直軸向的內(nèi)部開口；提供上沖模，其具有與壓制模具中的內(nèi)部開口相對應(yīng)的大體圓柱 形的外表面，上沖模還具有大體圓柱形的豎直軸向的內(nèi)部開口；提供下芯棒，其具有與下沖模中的內(nèi)部開口相對應(yīng)的大體圓柱形 的外表面，下芯棒還具有大體圓柱形的豎直軸向的內(nèi)部開口，下芯棒 還具有頂部表面；提供上芯棒，其具有與上沖模中的內(nèi)部開口相對應(yīng)的大體圓柱形 的外表面，上芯棒還具有底部表面；將金屬粉末引入壓制模具的內(nèi)部開口中，并且通過讓下沖模進(jìn)入 壓制模具中的內(nèi)部開口的底部和讓上沖模進(jìn)入壓制模具中的內(nèi)部開口 的頂部，以及按照使得下芯棒的頂部表面與上芯棒的底部表面彼此接 近的方式，通過讓下芯棒穿過下沖模中的內(nèi)部開口進(jìn)入壓制模具中的 內(nèi)部開口 ，和通過讓上芯棒穿過上沖模中的內(nèi)部開口進(jìn)入壓制模具中 的內(nèi)部開口，來壓制金屬粉末以形成金屬毛坯。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中下芯棒在其外表面上包括大體平坦的部分，所述大體平坦的部分 從下芯棒的頂部表面向下漸縮到與下芯棒的外表面的相交處，以形成所述大體平坦的部分。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中上芯棒在其外表面上包括大體平坦的部分，所述大體平坦的部分 從上芯棒的底部表面向上漸縮到與上芯棒的外表面的相交處，以形成 所述大體平坦的部分。
21. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中下芯棒的頂部表面包括凹部，上芯棒的底部表面包括突出部， 其中在壓制時，上芯棒的底部表面上的突出部至少部分地進(jìn)入下 芯棒的頂部表面中的凹部。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中下芯棒的頂部表面中的凹部由錐形壁形成，并且上芯棒的底部表 面上的突出部由互補(bǔ)的錐形壁形成。
23. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中在壓制時，多余的金屬粉末通過下芯棒中的內(nèi)部開口離開壓制模 具的內(nèi)部開口 。
24. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中在每平方英寸40至65噸的壓力下進(jìn)行模具壓制以形成金屬毛坯。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中壓制而成的金屬毛坯在2000。F (10卯。C )至2350。F ( 1290。C )之 間的溫度下燒結(jié)至少IO分鐘，以形成燒結(jié)過的金屬毛坯。
26. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中 金屬粉末按照重量百分比包括0.4-0.7。/o的C， 0.4-l,5。/。的Mo， 0.05 - 0.30的Mn，以及多至2%的其它元素，其余的基本為鐵。
27. 如權(quán)利要求25所述的方法，其中燒結(jié)過的金屬毛坯從在1550。F ( 850。C )至1700。F ( 925。C )之間 的溫度淬火到在125。F (50。C)至175。F ( 80。C )之間的溫度，以形成 淬火過的金屬毛坯。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中淬火過的金屬毛坯在350。F (176。C )至450。F ( 230。C )之間進(jìn)行 回火，以形成回火過的金屬毛坯。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中將回火過的金屬毛坯冷卻至室溫，然后對回火過的金屬毛坯的外 表面和內(nèi)表面進(jìn)行精磨。
全文摘要
提供了一種形成曲軸襯套或類似產(chǎn)品的方法。壓制模具具有軸向的大體圓柱形的內(nèi)部開口。上沖模和下沖模配有與壓制模具的內(nèi)部開口相對應(yīng)的外表面。上芯棒穿過上沖模中的軸向開口。下芯棒穿過下沖模中的軸向開口。上芯棒和下芯棒各自可以具有大體平坦的外表面部分。通過上沖模、下沖模和上芯棒、下芯棒的組合動作在壓制模具中壓制金屬粉末。
文檔編號B22F3/02GK101417335SQ200810210290
公開日2009年4月29日 申請日期2008年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者B·E·維安特, J·恩奎斯特, K·J·斯基賓斯基, K·庫亞夫斯基, M·D·鮑曼, M·R·哈斯 申請人:伯吉斯-諾頓制造有限公司