專利名稱：用于模制應(yīng)用的粉末金屬軸向和徑向保持結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燒結(jié)粉末金屬制造，并特別是涉及在將成為模制組件的一部分的部件中形成軸向和徑向鎖定結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
燒結(jié)粉末金屬(PM)件近年來越來越多地用作成為多材料模制產(chǎn)品的一部分的基本部件或插件。根據(jù)需要，這些材料可以是塑料、橡膠、鋁或另一種材料。多材料產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是較低的成本、增大的生產(chǎn)率以及更大的設(shè)計靈活性。實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)部分地是因?yàn)镻M部件可提供單一材料產(chǎn)品所不能實(shí)現(xiàn)的針對模制部件的增加強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)，且PM部件能以各種合金制造成凈形狀或接近凈形狀，這造成較少的材料浪費(fèi)并消除了機(jī)加工或?qū)C(jī)加工減到最少。
通常，PM部件將具有形成消費(fèi)者使用產(chǎn)品所需的結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面。這根據(jù)需要可以是直通孔、鍵槽、雙d孔或其它。外表面與另一部件材料配合。這通常通過將材料模制在PM部件周圍來實(shí)現(xiàn)，這通常被稱為包覆模制。簡單的PM部件或插件可能不包括任何保持結(jié)構(gòu)，這樣PM插件可脫離并掉出部件。為了解決這個問題，一些插件可包括保持結(jié)構(gòu)，以提供與部件更牢固的連接。例如，一些PM插件將具有提供沿一個方向的保持的凸緣；另一種插件可具有諸如肋部、鍵槽、多邊形形狀等的外表面結(jié)構(gòu)以提供轉(zhuǎn)動保持或徑向保持。其它設(shè)計包括模制材料能流入其內(nèi)的滾花、底切或穿孔以提供軸向保持。
然而，為了實(shí)現(xiàn)軸向和徑向保持，通常將需要附加的處理，這大幅增加了多材料部件的總體制造時間和成本。例如，滾花、車削、底切、或銑削出底切部或側(cè)孔均需要附加的加工步驟?？紤]到之前設(shè)計的這些限制，需要改善的PM部件，該P(yáng)M部件具有易于制造的徑向和軸向保持結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明提供包括第一或上端面和第二或下端面的PM部件。兩個端面之間的距離形成軸向或縱向。PM部件還包括形成根據(jù)消費(fèi)者使用產(chǎn)品所需來構(gòu)造的通道的內(nèi)表面，以及構(gòu)造成與放置有PM部件的材料結(jié)構(gòu)配合的外表面。內(nèi)表面和外表面之間的距離形成垂直于軸向或縱向的徑向方向。PM部件還包括第一組保持結(jié)構(gòu)，第一組保持結(jié)構(gòu)從外表面向內(nèi)并從第一端面沿縱向突出。第二組保持結(jié)構(gòu)從外表面向內(nèi)并從第二端面沿縱向突出。該第二組保持結(jié)構(gòu)在角度上位于第一組保持結(jié)構(gòu)中間，因而，它們在角度上彼此偏移且不相交。第一組和第二組保持結(jié)構(gòu)都具有垂直于切向的至少一部分表面。此外，這些結(jié)構(gòu)還具有垂直于縱向的一部分結(jié)構(gòu)表面。因此，它們提供沿軸向或縱向的保持以抵抗PM部件沿軸向的沖出，以及提供沿徑向的保持以抵抗PM部件相對于包圍其材料的轉(zhuǎn)動。
在另一方面，本發(fā)明提供一種由粉末金屬制成部件的方法。該方法包括沿縱向擠壓粉末金屬的步驟。這可利用壓實(shí)模具套件來實(shí)現(xiàn)，該壓實(shí)模具套件包括下沖頭、下芯部、下模具、上模具、上沖頭和上芯部。PM部件的頂面將由上沖頭形成。包括上保持結(jié)構(gòu)的上外表面將由上模具空腔形成。包括下保持結(jié)構(gòu)的下外表面將由下模具空腔成形。部件的下端面將由下沖頭形成。用芯部使部件的內(nèi)表面成形。該方法還包括通過首先從部件提升上模具和上沖頭來移除部件，并通過使下模具和芯部下降來進(jìn)行最終移除。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將出現(xiàn)在隨后的詳細(xì)說明中。在說明中，可參照示出本發(fā)明的較佳實(shí)施例的附圖。
附圖的簡要說明


圖1a是現(xiàn)有技術(shù)的粉末金屬部件的立體圖，該粉末金屬部件具有用于軸向和徑向保持的滾花和圓形底切結(jié)構(gòu)；
圖1b是圖1a的同一粉末金屬部件的剖視圖,該圖不出作為多材料產(chǎn)品而用另一材料52包覆模制的部件51 ；
圖2a是重新設(shè)計成包含本發(fā)明的粉末金屬部件的立體圖2b是圖2a的同一粉末金屬部件的剖視圖，該圖不出作為多材料產(chǎn)品而用另一材料54包覆模制的部件53
圖3a_3f是用于形成圖2a的粉末金屬部件的工具的示意剖視圖；以及
圖4是總結(jié)了粉末金屬部件的哪些部分由哪些工具部分形成的示意圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明，在擠壓循環(huán)期間形成軸向或縱向和徑向保持結(jié)構(gòu)。如圖2a中所示，PM部件還包括形成根據(jù)消費(fèi)者使用產(chǎn)品所需來構(gòu)造的通道的內(nèi)表面90，以及構(gòu)造成與放置有PM部件的材料結(jié)構(gòu)配合的外表面。內(nèi)表面和外表面之間的距離形成垂直于軸向或縱向的徑向方向。PM部件還包括第一組上保持結(jié)構(gòu)91，第一組上保持結(jié)構(gòu)從外表面向內(nèi)并從上表面92沿縱向突出。第二組或下保持結(jié)構(gòu)93從外表面向內(nèi)并從下表面94沿縱向突出。該第二組或下保持結(jié)構(gòu)93在角度上偏移開，以使它們在部件的周緣上位于各上保持結(jié)構(gòu)91之間，以使它們不相交(假設(shè)它們延伸入另一組保持結(jié)構(gòu)的區(qū)域)。兩組保持結(jié)構(gòu)大致平行于部件的軸向延伸，并且延伸比部件長度小的軸向長度，因而，每個結(jié)構(gòu)形成盲端面95，該盲端面沿徑向和周向延伸，并且位于與軸向垂直的平面內(nèi)。
如所述，上和下保持結(jié)構(gòu)都具有表面的與徑向垂直的至少一部分，并還具有結(jié)構(gòu)表面的與縱向垂直的一部分。因此，它們提供沿軸向和徑向的保持。
在圖3a_ 3f中示出執(zhí)行該過程以制成保持結(jié)構(gòu)。如圖3a - 3f中所示，用于包覆模制的PM插件可根據(jù)本發(fā)明采用壓實(shí)成套工具來制成，該壓實(shí)成套工具作為加工(工具)構(gòu)件包括下模具501、上模具502、上沖頭601、上銷701、下沖頭201和下芯銷101。當(dāng)安裝在粉末金屬壓實(shí)機(jī)中時，加工構(gòu)件通過機(jī)械、液壓或其它動力裝置來移動。
在圖3a中示出起始位置。在此位置，模具501與下加工構(gòu)件101和201對準(zhǔn)，并且下加工構(gòu)件使其上表面彼此齊平。下沖頭201是管狀的，且可相對于模具501和芯銷101縮回，從而在填充粉末金屬的型腔下方包圍芯銷101。
圖3b中所示的第二步驟是使加工構(gòu)件下芯部101和模具501相對于下沖頭201移動以形成空腔582。這可通過使沖頭201向下運(yùn)動或使芯部101和模具501向上運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。
接下來，在圖3c中，第三步是用粉末金屬來填充所得的空腔582。
圖3d中所示的第四步是將加工構(gòu)件上模具502、上銷701和上沖頭601向下放到使上模具502抵靠下模具501且上銷701抵靠下芯銷101的位置。
圖3e中所示的第五步是使上模具502繼續(xù)向下，從而推動下加工構(gòu)件模具501向下運(yùn)動，而粉末通過下沖頭201保持在相對位置?，F(xiàn)在，粉末空腔583部分地由上模具502和下模具501構(gòu)成。
圖3f的第六步是使沖頭繼續(xù)朝向彼此運(yùn)動直至粉末在沖頭之間壓實(shí)為止。PM壓實(shí)件585形成有由芯部101構(gòu)成的內(nèi)部形狀和部分地由上模具502和部分地由下模具501構(gòu)成的外部形狀，上模具從頂面形成保持結(jié)構(gòu)，而下模具從底面形成保持結(jié)構(gòu)，且上模具502和下模具501的角位置偏移開，以使頂部或底部保持結(jié)構(gòu)在角度上偏移開，因而，一組結(jié)構(gòu)位于另一組結(jié)構(gòu)之間，各組提供軸向和徑向保持。上模具502和下模具501的對準(zhǔn)可通過設(shè)定引導(dǎo)工具來實(shí)現(xiàn)，或者附加的工具結(jié)構(gòu)可用于便于這種對準(zhǔn)。
圖3g中所示的最后或第七步是使上模具502向上運(yùn)動，隨后使上沖頭601向上運(yùn)動，然后下沖頭501和下芯部101向下運(yùn)動，以使部件脫出，并返回到初始位置。
由此,參照圖4，內(nèi)表面90由芯部101形成,上表面92由沖頭601形成,下表面94由沖頭201形成，上側(cè)外部段96由模具502形成，而下側(cè)外部段98由模具501形成。
在壓實(shí)之后，部件在燒結(jié)爐中燒結(jié)以使壓實(shí)件的粉末熔融并固化粉末，從而使其從結(jié)構(gòu)上牢固，同時在很大程度上保持它的形狀。
盡管已對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但顯然對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可對所述的較佳實(shí)施例進(jìn)行許多更改和改變。例如，粉末金屬部件可具有各種保持形狀或尺寸或部件可具有附加的復(fù)雜度。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于所述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于由包覆模制材料進(jìn)行包覆模制的燒結(jié)粉末金屬插件，所述燒結(jié)粉末金屬插件包括燒結(jié)粉末金屬本體，所述本體具有相對的端面和在所述端面之間延伸的外表面，所述外表面具有形成于所述外表面內(nèi)的一組保持結(jié)構(gòu)以及形成于所述外表面內(nèi)的第二組保持結(jié)構(gòu)，所述一組保持結(jié)構(gòu)作為從一個端面向另一端面延伸且并未達(dá)到所述另一端面的間隔開的凹陷部，所述第二組保持結(jié)構(gòu)作為從所述另一端面向所述一個端面延伸且并未達(dá)到所述一個端面的間隔開的凹陷部，所述第一組保持結(jié)構(gòu)與所述第二組保持結(jié)構(gòu)在角度上偏移開，因而，所述第一組結(jié)構(gòu)在角度上位于所述第二組結(jié)構(gòu)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，各組結(jié)構(gòu)沿軸向延伸一長度，以不達(dá)到與另一組結(jié)構(gòu)軸向發(fā)生交疊。
3.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)沿縱向比沿周向延伸得遠(yuǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，各個結(jié)構(gòu)具有大體呈圓柱體段形狀的徑向向內(nèi)表面。
5.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，各個結(jié)構(gòu)形成止于盲端部處的端壁。
6.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，所述外表面為大致圓柱形。
7.如權(quán)利要求7所述的燒結(jié)粉末金屬插件,其特征在于，所述端壁位于垂直于軸向的平面內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，所述第一組結(jié)構(gòu)不彼此相交。
9.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插 件，其特征在于，所述第二組結(jié)構(gòu)不彼此相交。
10.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，所述插件具有孔。
11.如權(quán)利要求11所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，所述孔具有非圓形形狀，以由軸驅(qū)動。
12.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件，其特征在于，所述第一組結(jié)構(gòu)與所述第二組結(jié)構(gòu)不相交。
13.—種制造如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)粉末金屬插件的方法，包括如下步驟:在壓實(shí)成套工具內(nèi)壓實(shí)粉末金屬，所述壓實(shí)成套工具包括具有上模具的上加工構(gòu)件和具有下模具的下加工構(gòu)件，其中，所述一組結(jié)構(gòu)由模具中的一個形成，而所述另一組結(jié)構(gòu)由另一模具形成。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:用粉末金屬來填充所述下模具的第一空腔，使所述上模具與所述下模具鄰抵，隨后使所述粉末金屬運(yùn)動到所述第一空腔內(nèi)，以使所述粉末金屬占據(jù)兩個模具內(nèi)的空腔，隨后壓實(shí)所述空腔內(nèi)的所述粉末金屬。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述壓實(shí)成套工具包括至少一個芯銷，所述至少一個芯銷與所述下模具一起有助于形成填充粉末金屬的所述第一空腔，當(dāng)完成對部件的壓實(shí)時，所述至少一個芯銷形成粉末金屬部件中的孔。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述芯銷呈臺階狀，以在完成對部件的壓實(shí)時在所述粉末金屬部件中形成具有一較大直徑和一較小直徑的臺階孔。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，管狀沖頭在所述第一空腔下方包圍所述芯銷的一部分， 并具有在完成對部件的壓實(shí)時形成所述粉末金屬部件的端面的端面。
全文摘要
一種用于包覆模制的粉末金屬插件和制成該粉末金屬插件的方法，該粉末金屬插件在外表面上具有從各端部延伸并在角度上彼此偏移開的保持結(jié)構(gòu)。
文檔編號B22F5/08GK103180070SQ201180049172
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者D·D·庫珀, J·P·莫爾, J·H·曼德爾 申請人:Gkn燒結(jié)金屬有限公司