專利名稱：制造粉末鍛造部件的方法
發(fā)明涉及到制造粉末鍛造金屬部件的一種方法，此部件至少由兩個(gè)零件組成，它由一個(gè)單體的初型經(jīng)粉末壓制、燒結(jié)、鍛造、冷卻和分離為各自的零件，而成為最終形狀。
這種方法例如應(yīng)用于下述情況如果要制造一個(gè)部件，它至少由兩個(gè)彼此相連的零件組成，特別是這種情況下要求每個(gè)零件必須彼此準(zhǔn)確配合。這種情況的一個(gè)例子是具有可分連桿大頭的連桿。這種連桿由軸承蓋和其余連桿部分組成，這兩個(gè)零件通過連桿螺栓彼此連接。
屬于開頭所提一類的一種眾所周知的方法是其部件初型具有余量，由粉末壓制而成。此時(shí)在兩個(gè)相鄰零件之間將來的分離縫范圍內(nèi)應(yīng)留有附加的余量。在燒結(jié)、鍛造和冷卻以后，部件分裂為其各自的零件。這通過機(jī)械加工來完成，即在分離縫處用鋸來彼此分割為零件。此范圍內(nèi)的附加余量由鋸來消除之，然后須對相鄰零件的兩個(gè)分離面進(jìn)行機(jī)械加工，根據(jù)需要可以進(jìn)行精配合的加工，例如磨削。
這種方法要求在分離縫范圍內(nèi)由于附加余量而供以附加的材料，以后在鋸時(shí)消除之。鋸加工以及其它的精機(jī)械加工，特別是必需磨削，要求較大的時(shí)間和成本消耗。由于不能完全排除機(jī)械加工的不完善，而難免出廢品。在大批量生產(chǎn)時(shí)，所有這些缺點(diǎn)是特別嚴(yán)重的。
本發(fā)明面臨的任務(wù)是消除前述的缺點(diǎn)，大大簡化開頭所述的方法，同時(shí)使零件的精確配合加工成為可能。根據(jù)發(fā)明，此任務(wù)被如下解決燒結(jié)前在初型上兩個(gè)零件間的分離處設(shè)置至少一個(gè)裂縫溝槽，在燒結(jié)和鍛造之間裂縫溝槽得到一層保護(hù)層，尤其是一層氧化層，而在鍛造時(shí)閉合為最終形狀。部件在冷卻以后通過此處的斷裂而分離為其各自的零件。
根據(jù)發(fā)明的方法初型在厚度尺寸上相對于最終形狀留有一個(gè)余量，而最終形狀在鍛造時(shí)達(dá)到。此時(shí)初型的裂縫溝槽或多或少已經(jīng)閉合，這就使兩個(gè)很薄的保護(hù)層，尤其是氧化層相互緊挨，因此由此裂縫溝槽而形成的裂紋為分離作了準(zhǔn)備。這樣制造的裂紋通過裂縫溝槽的結(jié)構(gòu)可以在其長度或其寬度方面予先控制。在部件冷卻后通過沿裂紋斷裂而分離為其各自的零件。
根據(jù)發(fā)明，任務(wù)的解決方法還可以通過在所希望的分離面范圍內(nèi)和離裂縫溝槽的一段距離內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)裂紋走向溝槽得到改善。已有的裂紋具有極大的可能性在部件冷卻以后由于沿其裂紋斷裂并繼續(xù)發(fā)展而分離成其各自的零件。但是為了使其具有更大的把握，按照發(fā)明的建議，在兩個(gè)零件間的分離處除了布置裂縫溝槽外，還在所希望的分離面范圍內(nèi)，離裂縫溝槽一段距離處至少布置一個(gè)裂紋走向溝槽。這種較寬的溝槽使分離面從分離處分裂，也可以說從一個(gè)溝槽向另一個(gè)伸延，因此分離面的位置可清楚地被確定。從而分裂時(shí)裂紋的走向及其延伸方向可以通過裂紋走向溝槽的布置來規(guī)定。此外還要考慮到，為了分離還需消耗少許功，并且降低了分裂時(shí)分離面上出現(xiàn)變形的可能性。
這樣的部件分離沒有機(jī)械加工時(shí)的材料損耗。由于配合準(zhǔn)確而無需加工就可形成一個(gè)分離面。兩個(gè)相鄰的零件即刻就能在其分離面處重新合適地裝配。這種分離面相對于已知的機(jī)械加工具有很大的優(yōu)點(diǎn)，其表面積要大好幾倍，因此而使部件具有較高的承載能力。此外值得注意的是時(shí)間和成本耗費(fèi)方面的節(jié)省，這是由于與已知的機(jī)械加工切割手段相比，利用極為簡單的方法造成斷裂就可實(shí)現(xiàn)分離。
根據(jù)發(fā)明這種方法要求初型在壓制時(shí)至少設(shè)置一個(gè)裂縫溝槽和一個(gè)裂紋走向溝槽，為此例如可以在壓力機(jī)中壓出所需的形狀。
在發(fā)明的另外安排中，也可以通過機(jī)械加工在初型上設(shè)置至少一個(gè)裂縫溝槽和裂紋走向溝槽。例如可以通過銑削和插削，根據(jù)所制造零件的情況，在與分裂相適應(yīng)的位置上布置一個(gè)或多個(gè)裂縫溝槽和裂紋走向溝槽。
在燒結(jié)以前最好稱出初型的重量。這對于必須保證分段重量予先給定的誤差范圍是必需的。
粉末附著的潤滑劑可以隨后被燒盡，然后燒結(jié)可在保護(hù)氣體中完成。
裂縫溝槽是在具有這種溝槽的初型燒結(jié)以后在大氣中被送往鍛造時(shí)得到保護(hù)層的。為了能形成一薄氧化層只需相當(dāng)短的時(shí)間已足夠。此時(shí)部件幾乎沒有被冷卻，因此發(fā)明得以進(jìn)一步安排具有燒結(jié)熱度的初型去鍛造。
在鍛造時(shí)這些裂縫溝槽可以完全閉合，從而不再作為形狀存在。但是如前所述，由此出發(fā)在鍛造時(shí)沿其保護(hù)層，尤其是氧化層，在分離處產(chǎn)生一個(gè)長度和位置被定義的裂紋。此時(shí)兩個(gè)相互對置的保護(hù)層，尤其是氧化層起作用，而在它們之間保持分離。
將部件用空氣、油或保護(hù)氣體來冷卻，從而可以將冷卻與鍛造聯(lián)系起來。然后根據(jù)發(fā)明的進(jìn)一步安排，可在兩個(gè)相鄰零件間通過斷裂而產(chǎn)生一個(gè)分離面?？蓪Υ耸┮岳?、壓和/或彎曲負(fù)荷，這些負(fù)荷作用在部件合適的位置上。如果根據(jù)發(fā)明的安排，部件的溫度在分離時(shí)保持低于室溫，或其最高溫度等于室溫，則分離可得到改善，這是由于變形斷裂的可能性減小，斷裂狀況變得較脆。
根據(jù)發(fā)明的安排，部件的溫度在分離時(shí)不再整體保持低于室溫，而是部件分離前僅在所希望的分離面上至少部分被冷卻。這與部件完全冷卻相比，冷卻所需的耗費(fèi)要小得多，而且也不會形成不希望的冷凝水。
在所希望的分離面區(qū)域內(nèi)的部分冷卻將引起那里的缺口沖擊韌性降低，因此必須設(shè)法得到一個(gè)較低的變形功。由于金屬部件具有較高的熱傳導(dǎo)性，因而冷卻很快進(jìn)入所希望的范圍，因此避免了變形斷裂，能夠產(chǎn)生脆性斷裂。
但是較好的斷口狀態(tài)也可通過高速分離來達(dá)到。
發(fā)明特別涉及到具有分開連桿大頭的連桿的制造方法。這個(gè)部件在其加工完成以后由兩部分組成，即軸承蓋和其余連桿部分。在部件壓制、燒結(jié)、鍛造和冷卻以后，根據(jù)發(fā)明在連桿大頭中制造出連桿螺栓孔，將連桿螺栓和連桿螺母浮動地裝配在孔中，然后通過斷裂分離在連桿大頭的分離縫中產(chǎn)生分離面。連桿螺栓和連桿螺母浮動裝配必須有一定的尺度，以使兩零件具有足夠的分離行程來彼此分離。裝配的優(yōu)點(diǎn)在于分離后兩零件彼此仍然相配，因此而排除了彼此無關(guān)的軸承蓋和其余連桿部分相調(diào)換。
各零件的彼此分離可以采用在連桿大頭上裝入一個(gè)分離工具的方法，例如可以用支撐頭、楔形裝置或其它設(shè)備。
根據(jù)發(fā)明的主要安排，在制造連桿螺栓孔時(shí)在孔壁連桿大頭分離縫處設(shè)置裂紋走向溝槽。作為環(huán)槽的裂紋走向溝槽尤其可以在連桿螺栓孔加工時(shí)或緊接在鉆孔之后制造。裂紋走向溝槽的制造也可以在連桿螺栓螺紋切割同時(shí)或其后進(jìn)行。
根據(jù)發(fā)明的主要安排，當(dāng)分離前所希望的分離面至少部分被冷卻時(shí)，則可通過向所希望的分離面外側(cè)至少部分地供給流動冷卻介質(zhì)的方法來進(jìn)行冷卻，尤其可以采用一種液化氣體，主要是氮來沖刷所希望的分離面。這可以用冷卻介質(zhì)細(xì)線-狀噴射分離面外側(cè)來完成。與是否采用冷卻進(jìn)行分離無關(guān)，按照發(fā)明也可采用在連桿螺栓孔中裝入一種分離裝置來完成。替代在連桿大頭上裝入一個(gè)分離工具，最好從兩個(gè)連桿螺栓孔處引入分離，為此可采用不同的分離裝置，最好將其安裝和/或固定在孔中，這種措施還可以減小分離時(shí)分離面處變形的危險(xiǎn)。象采用冷卻一樣，分離面配合的準(zhǔn)確性還可得到改善，因此以后零件在分離面處裝配時(shí)可以不作改變。
根據(jù)發(fā)明的安排，在分離之后可緊接著進(jìn)行連桿的精切削加工，特別是連桿大頭軸承和連桿小頭孔的精加工，但是在連桿大頭精切削加工前，可以將連桿螺栓和連桿螺母緊固地裝配。
下面將詳細(xì)地插述按照發(fā)明制造具有可分連桿大頭的連桿方法的細(xì)節(jié)。將制配好的具有0.1至0.5%Mn，0.1至0.5%Mo0.2至2.2%Ni和0.3至1.0%C的合金鐵粉壓制，此時(shí)初型以±0.6%的重量公差來制造。裂縫溝槽設(shè)在軸承蓋和其余連桿部分的分離縫處，密度約為6.0至7.0g/cm3。在壓制后檢驗(yàn)連桿大頭、連桿小頭孔以及連桿整體的分段重量。連桿初型在燒結(jié)鍛爐中被短燒結(jié)，此爐具有一個(gè)潤滑劑燒盡區(qū)和一個(gè)較寬的燒結(jié)區(qū)，但是沒有冷卻區(qū)。在爐中，初型被放置在燒結(jié)溫度800至1200℃的普通保護(hù)氣體-大氣中約半個(gè)小時(shí)。被燒結(jié)的初型直接從燒結(jié)熱度中取出，然后在一個(gè)封閉工具中再次熱壓。當(dāng)初型在壓制時(shí)已經(jīng)達(dá)到具有厚度余量的連桿尺寸，連桿在鍛造時(shí)被再壓而達(dá)到最終形狀。初型時(shí)在軸承蓋和其余連桿部分間連桿大頭內(nèi)的分離縫處設(shè)置兩個(gè)裂縫溝槽。它們在鍛造時(shí)每條縫形成一個(gè)裂紋。此時(shí)部件達(dá)到密度超過7.6g/cm3的高強(qiáng)度。
根據(jù)發(fā)明提出的方法制造連桿的實(shí)例以圖插述之，下面詳加說明

圖1根據(jù)發(fā)明得到的連桿初型，具有放大部A圖2根據(jù)圖1而有的連桿最終形狀，具有放大部B圖3根據(jù)圖2具有可分零件的連桿，具有放大部C圖4具有裂紋走向溝槽的連桿大頭，局部剖面圖5圖4中Ⅴ-Ⅴ線的剖面圖6具有冷卻裝置連桿大頭的頂視7圖6連桿大頭的前視圖由圖1可見，兩個(gè)裂縫溝槽11布置在連桿大頭13的分離縫12處。相對于圖2的最終形狀，初型的厚度余量在圖1中未表示出。
圖2表示出裂縫溝槽11(圖1)通過鍛造而閉合，產(chǎn)生兩個(gè)裂紋14。
圖3表示出軸承蓋15和其余連桿部分作為被分離的零件。這兩個(gè)零件通過兩個(gè)連桿螺栓17和未被表示出的連桿螺母彼此浮動連接。為了連桿大頭13精切削加工，軸承蓋15通過連桿螺栓17和未被表示出的連桿螺母與其余連桿部分16牢固地聯(lián)接。連桿小頭孔18的精切削加工最好與連桿大頭13精切削加工同時(shí)完成。
除兩個(gè)裂縫溝槽11外，在連桿大頭13和軸承蓋15之間的分離縫12處設(shè)置兩個(gè)裂紋走向溝槽19，它是在制造未表示出的連桿螺栓17的孔20時(shí)形成的。此處裂紋走向溝槽19具有環(huán)槽形狀。但是裂紋走向溝槽19也可在未表示出的連桿螺栓17的螺紋21切割時(shí)或切割后制造。
圖6表示出具有軸承蓋15的連桿大頭被一個(gè)冷卻裝置22包圍，這個(gè)冷卻裝置22具有一個(gè)冷卻介質(zhì)的注入口23。用虛線表示的槽24接在注入口23上，在槽24端部設(shè)置噴嘴25。
權(quán)利要求
1.制造粉末鍛造部件的方法，此部件由至少兩個(gè)零件組成，此部件由一個(gè)單體初型經(jīng)粉末壓制、燒結(jié)、鍛造、冷卻和分離為其各自的零件而成為最終形狀，其特征是，在燒結(jié)前初型上兩零件間的分離處至少設(shè)置一個(gè)裂紋溝槽(11)，此溝槽在燒結(jié)和鍛造之間得到一層保護(hù)層，尤其是氧化層，并在鍛造時(shí)閉合為最終形狀，部件在冷卻后由于溝槽處的斷裂而分離為其各自的零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，在所希望的分離面范圍內(nèi)和距裂縫溝槽(11)一段距離處至少設(shè)置一個(gè)裂紋走向溝槽(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，初型在壓制時(shí)至少設(shè)置一個(gè)裂縫溝槽(11)和一個(gè)裂紋走向溝槽(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，初型通過機(jī)械加工至少每個(gè)設(shè)置一個(gè)裂縫溝槽(11)和裂紋走向溝槽(19)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，在燒結(jié)前初型稱重。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，潤滑劑燒盡，燒結(jié)在保護(hù)氣體中完成。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，初型和裂縫溝槽(11)在燒結(jié)以后過渡到鍛造時(shí)得到一層保護(hù)層，尤其是通過大氣空氣得到一層氧化層。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，在鍛造時(shí)裂縫溝槽(11)閉合，并且從此溝槽開始，沿其保護(hù)層，尤其是其氧化層，在分離處產(chǎn)生一個(gè)在長度和位置上被闡明的裂紋。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，初型在具有燒結(jié)熱度情況下鍛造。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，部件通過空氣、油或保護(hù)氣體冷卻。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，在兩個(gè)相鄰零件之間通過斷裂而產(chǎn)生一個(gè)分離面。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，部件溫度在分離時(shí)最高等于室溫。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，所希望的分離面在分離前，至少一部分被冷卻(冷卻裝置22)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是，在所希望的分離面外側(cè)至少供給一部分可流動的冷卻介質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征是，在所希望的分離面處供給液態(tài)氣體，主要是氮。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，分離以較高的速度完成。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述制造具有可分連桿大頭的連桿方法，其特征是，在連桿冷卻后，在連桿大頭中制造連桿螺栓(17)孔(20)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征是，在制造連桿螺栓(17)孔(20)時(shí)，在連桿大頭(13)的分離縫(12)處的孔(20)壁上開有裂紋走向溝槽(19)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征是，裂紋走向溝槽(19)在鉆孔時(shí)或鉆孔(20)以后，加工成環(huán)槽狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征是，裂紋走向溝槽(19)在連桿螺栓(17)螺紋(21)切割時(shí)或切割以后制造。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，連桿螺栓(17)和連桿螺母浮動地裝配在孔(20)中，并通過斷裂分離在連桿大頭(13)的分離縫(12)處產(chǎn)生一個(gè)分離面。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征是，在連桿大頭(13)中裝入一個(gè)分離工具。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，一個(gè)分離裝置裝入連桿螺栓(17)的孔(20)中。
24.根據(jù)權(quán)利要求17至23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，連桿的精切削加工，特別是連桿大頭(13)的軸承和連桿小頭孔精加工在分離后完成。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征是，在連桿大頭精切削加工以前，連桿螺栓(17)和連桿螺母牢固地裝配好。
全文摘要
由兩零件組成的部件由一單體初型經(jīng)粉末壓制、燒結(jié)、鍛造、冷卻和分離為最終形狀的各自零件。本發(fā)明任務(wù)是簡化該方法，且使零件配合準(zhǔn)確。方法是，燒結(jié)前在初型兩零件間的分離處至少設(shè)一裂縫溝槽，溝槽在燒結(jié)和鍛造間得一保護(hù)層，尤其氧化層，鍛造時(shí)閉合為最終形狀。部件冷卻后，斷裂為各自的零件。作為例子應(yīng)用于有可分大頭的連桿制造。冷卻后，大頭上加工出螺栓孔，連桿螺栓和螺母浮動地裝配在孔中，后在大頭的分離縫處產(chǎn)生分離面。
文檔編號B22F5/00GK1036523SQ8910116
公開日1989年10月25日 申請日期1989年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月27日
發(fā)明者曼弗雷德·韋伯 申請人:克烈舍格金屬燒結(jié)工廠股份有限公司