CN1036523A - 制造粉末锻造部件的方法 - Google Patents

Abstract

由两零件组成的部件由一单体初型经粉末压制、 烧结、锻造、冷却和分离为最终形状的各自零件。本 发明任务是简化该方法，且使零件配合准确。方法 是，烧结前在初型两零件间的分离处至少设一裂缝沟 槽，沟槽在烧结和锻造间得一保护层，尤其氧化层，锻 造时闭合为最终形状。部件冷却后，断裂为各自的零 件。作为例子应用于有可分大头的连杆制造。冷却 后，大头上加工出螺栓孔，连杆螺栓和螺母浮动地装 配在孔中，后在大头的分离缝处产生分离面。

Description

发明涉及到制造粉末锻造金属部件的一种方法，此部件至少由两个零件组成，它由一个单体的初型经粉末压制、烧结、锻造、冷却和分离为各自的零件，而成为最终形状。

这种方法例如应用于下述情况：如果要制造一个部件，它至少由两个彼此相连的零件组成，特别是这种情况下要求每个零件必须彼此准确配合。这种情况的一个例子是具有可分连杆大头的连杆。这种连杆由轴承盖和其余连杆部分组成，这两个零件通过连杆螺栓彼此连接。

属于开头所提一类的一种众所周知的方法是其部件初型具有余量，由粉末压制而成。此时在两个相邻零件之间将来的分离缝范围内应留有附加的余量。在烧结、锻造和冷却以后，部件分裂为其各自的零件。这通过机械加工来完成，即在分离缝处用锯来彼此分割为零件。此范围内的附加余量由锯来消除之，然后须对相邻零件的两个分离面进行机械加工，根据需要可以进行精配合的加工，例如磨削。

这种方法要求在分离缝范围内由于附加余量而供以附加的材料，以后在锯时消除之。锯加工以及其它的精机械加工，特别是必需磨削，要求较大的时间和成本消耗。由于不能完全排除机械加工的不完善，而难免出废品。在大批量生产时，所有这些缺点是特别严重的。

本发明面临的任务是消除前述的缺点，大大简化开头所述的方法，同时使零件的精确配合加工成为可能。根据发明，此任务被如下解决：烧结前在初型上两个零件间的分离处设置至少一个裂缝沟槽，在烧结和锻造之间裂缝沟槽得到一层保护层，尤其是一层氧化层，而在锻造时闭合为最终形状。部件在冷却以后通过此处的断裂而分离为其各自的零件。

根据发明的方法初型在厚度尺寸上相对于最终形状留有一个余量，而最终形状在锻造时达到。此时初型的裂缝沟槽或多或少已经闭合，这就使两个很薄的保护层，尤其是氧化层相互紧挨，因此由此裂缝沟槽而形成的裂纹为分离作了准备。这样制造的裂纹通过裂缝沟槽的结构可以在其长度或其宽度方面予先控制。在部件冷却后通过沿裂纹断裂而分离为其各自的零件。

根据发明，任务的解决方法还可以通过在所希望的分离面范围内和离裂缝沟槽的一段距离内设置至少一个裂纹走向沟槽得到改善。已有的裂纹具有极大的可能性在部件冷却以后由于沿其裂纹断裂并继续发展而分离成其各自的零件。但是为了使其具有更大的把握，按照发明的建议，在两个零件间的分离处除了布置裂缝沟槽外，还在所希望的分离面范围内，离裂缝沟槽一段距离处至少布置一个裂纹走向沟槽。这种较宽的沟槽使分离面从分离处分裂，也可以说从一个沟槽向另一个伸延，因此分离面的位置可清楚地被确定。从而分裂时裂纹的走向及其延伸方向可以通过裂纹走向沟槽的布置来规定。此外还要考虑到，为了分离还需消耗少许功，并且降低了分裂时分离面上出现变形的可能性。

这样的部件分离没有机械加工时的材料损耗。由于配合准确而无需加工就可形成一个分离面。两个相邻的零件即刻就能在其分离面处重新合适地装配。这种分离面相对于已知的机械加工具有很大的优点，其表面积要大好几倍，因此而使部件具有较高的承载能力。此外值得注意的是时间和成本耗费方面的节省，这是由于与已知的机械加工切割手段相比，利用极为简单的方法造成断裂就可实现分离。

根据发明这种方法要求初型在压制时至少设置一个裂缝沟槽和一个裂纹走向沟槽，为此例如可以在压力机中压出所需的形状。

在发明的另外安排中，也可以通过机械加工在初型上设置至少一个裂缝沟槽和裂纹走向沟槽。例如可以通过铣削和插削，根据所制造零件的情况，在与分裂相适应的位置上布置一个或多个裂缝沟槽和裂纹走向沟槽。

在烧结以前最好称出初型的重量。这对于必须保证分段重量予先给定的误差范围是必需的。

粉末附着的润滑剂可以随后被烧尽，然后烧结可在保护气体中完成。

裂缝沟槽是在具有这种沟槽的初型烧结以后在大气中被送往锻造时得到保护层的。为了能形成一薄氧化层只需相当短的时间已足够。此时部件几乎没有被冷却，因此发明得以进一步安排具有烧结热度的初型去锻造。

在锻造时这些裂缝沟槽可以完全闭合，从而不再作为形状存在。但是如前所述，由此出发在锻造时沿其保护层，尤其是氧化层，在分离处产生一个长度和位置被定义的裂纹。此时两个相互对置的保护层，尤其是氧化层起作用，而在它们之间保持分离。

将部件用空气、油或保护气体来冷却，从而可以将冷却与锻造联系起来。然后根据发明的进一步安排，可在两个相邻零件间通过断裂而产生一个分离面。可对此施以拉、压和/或弯曲负荷，这些负荷作用在部件合适的位置上。如果根据发明的安排，部件的温度在分离时保持低于室温，或其最高温度等于室温，则分离可得到改善，这是由于变形断裂的可能性减小，断裂状况变得较脆。

根据发明的安排，部件的温度在分离时不再整体保持低于室温，而是部件分离前仅在所希望的分离面上至少部分被冷却。这与部件完全冷却相比，冷却所需的耗费要小得多，而且也不会形成不希望的冷凝水。

在所希望的分离面区域内的部分冷却将引起那里的缺口冲击韧性降低，因此必须设法得到一个较低的变形功。由于金属部件具有较高的热传导性，因而冷却很快进入所希望的范围，因此避免了变形断裂，能够产生脆性断裂。

但是较好的断口状态也可通过高速分离来达到。

发明特别涉及到具有分开连杆大头的连杆的制造方法。这个部件在其加工完成以后由两部分组成，即轴承盖和其余连杆部分。在部件压制、烧结、锻造和冷却以后，根据发明在连杆大头中制造出连杆螺栓孔，将连杆螺栓和连杆螺母浮动地装配在孔中，然后通过断裂分离在连杆大头的分离缝中产生分离面。连杆螺栓和连杆螺母浮动装配必须有一定的尺度，以使两零件具有足够的分离行程来彼此分离。装配的优点在于分离后两零件彼此仍然相配，因此而排除了彼此无关的轴承盖和其余连杆部分相调换。

各零件的彼此分离可以采用在连杆大头上装入一个分离工具的方法，例如可以用支撑头、楔形装置或其它设备。

根据发明的主要安排，在制造连杆螺栓孔时在孔壁连杆大头分离缝处设置裂纹走向沟槽。作为环槽的裂纹走向沟槽尤其可以在连杆螺栓孔加工时或紧接在钻孔之后制造。裂纹走向沟槽的制造也可以在连杆螺栓螺纹切割同时或其后进行。

根据发明的主要安排，当分离前所希望的分离面至少部分被冷却时，则可通过向所希望的分离面外侧至少部分地供给流动冷却介质的方法来进行冷却，尤其可以采用一种液化气体，主要是氮来冲刷所希望的分离面。这可以用冷却介质细线-状喷射分离面外侧来完成。与是否采用冷却进行分离无关，按照发明也可采用在连杆螺栓孔中装入一种分离装置来完成。替代在连杆大头上装入一个分离工具，最好从两个连杆螺栓孔处引入分离，为此可采用不同的分离装置，最好将其安装和/或固定在孔中，这种措施还可以减小分离时分离面处变形的危险。象采用冷却一样，分离面配合的准确性还可得到改善，因此以后零件在分离面处装配时可以不作改变。

根据发明的安排，在分离之后可紧接着进行连杆的精切削加工，特别是连杆大头轴承和连杆小头孔的精加工，但是在连杆大头精切削加工前，可以将连杆螺栓和连杆螺母紧固地装配。

下面将详细地插述按照发明制造具有可分连杆大头的连杆方法的细节。将制配好的具有0.1至0.5%Mn，0.1至0.5%Mo0.2至2.2%Ni和0.3至1.0%C的合金铁粉压制，此时初型以±0.6%的重量公差来制造。裂缝沟槽设在轴承盖和其余连杆部分的分离缝处，密度约为6.0至7.0g/cm³。在压制后检验连杆大头、连杆小头孔以及连杆整体的分段重量。连杆初型在烧结锻炉中被短烧结，此炉具有一个润滑剂烧尽区和一个较宽的烧结区，但是没有冷却区。在炉中，初型被放置在烧结温度800至1200℃的普通保护气体-大气中约半个小时。被烧结的初型直接从烧结热度中取出，然后在一个封闭工具中再次热压。当初型在压制时已经达到具有厚度余量的连杆尺寸，连杆在锻造时被再压而达到最终形状。初型时在轴承盖和其余连杆部分间连杆大头内的分离缝处设置两个裂缝沟槽。它们在锻造时每条缝形成一个裂纹。此时部件达到密度超过7.6g/cm³的高强度。

根据发明提出的方法制造连杆的实例以图插述之，下面详加说明：

图1    根据发明得到的连杆初型，具有放大部A

图2    根据图1而有的连杆最终形状，具有放大部B

图3    根据图2具有可分零件的连杆，具有放大部C

图4    具有裂纹走向沟槽的连杆大头，局部剖面

图5    图4中Ⅴ-Ⅴ线的剖面

图6    具有冷却装置连杆大头的顶视图

图7    图6连杆大头的前视图

由图1可见，两个裂缝沟槽11布置在连杆大头13的分离缝12处。相对于图2的最终形状，初型的厚度余量在图1中未表示出。

图2表示出裂缝沟槽11（图1）通过锻造而闭合，产生两个裂纹14。

图3表示出轴承盖15和其余连杆部分作为被分离的零件。这两个零件通过两个连杆螺栓17和未被表示出的连杆螺母彼此浮动连接。为了连杆大头13精切削加工，轴承盖15通过连杆螺栓17和未被表示出的连杆螺母与其余连杆部分16牢固地联接。连杆小头孔18的精切削加工最好与连杆大头13精切削加工同时完成。

除两个裂缝沟槽11外，在连杆大头13和轴承盖15之间的分离缝12处设置两个裂纹走向沟槽19，它是在制造未表示出的连杆螺栓17的孔20时形成的。此处裂纹走向沟槽19具有环槽形状。但是裂纹走向沟槽19也可在未表示出的连杆螺栓17的螺纹21切割时或切割后制造。

图6表示出具有轴承盖15的连杆大头被一个冷却装置22包围，这个冷却装置22具有一个冷却介质的注入口23。用虚线表示的槽24接在注入口23上，在槽24端部设置喷嘴25。

Claims (25)

1、制造粉末锻造部件的方法，此部件由至少两个零件组成，此部件由一个单体初型经粉末压制、烧结、锻造、冷却和分离为其各自的零件而成为最终形状，其特征是，在烧结前初型上两零件间的分离处至少设置一个裂纹沟槽(11)，此沟槽在烧结和锻造之间得到一层保护层，尤其是氧化层，并在锻造时闭合为最终形状，部件在冷却后由于沟槽处的断裂而分离为其各自的零件。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是，在所希望的分离面范围内和距裂缝沟槽（11）一段距离处至少设置一个裂纹走向沟槽（19）。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，初型在压制时至少设置一个裂缝沟槽（11）和一个裂纹走向沟槽（19）。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，初型通过机械加工至少每个设置一个裂缝沟槽（11）和裂纹走向沟槽（19）。

5、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，在烧结前初型称重。

6、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，润滑剂烧尽，烧结在保护气体中完成。

7、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，初型和裂缝沟槽（11）在烧结以后过渡到锻造时得到一层保护层，尤其是通过大气空气得到一层氧化层。

8、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，在锻造时裂缝沟槽（11）闭合，并且从此沟槽开始，沿其保护层，尤其是其氧化层，在分离处产生一个在长度和位置上被阐明的裂纹。

9、根据上述权利要求中任一项所述的方法，初型在具有烧结热度情况下锻造。

10、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，部件通过空气、油或保护气体冷却。

11、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，在两个相邻零件之间通过断裂而产生一个分离面。

12、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，部件温度在分离时最高等于室温。

13、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，所希望的分离面在分离前，至少一部分被冷却（冷却装置22）。

14、根据权利要求13所述的方法，其特征是，在所希望的分离面外侧至少供给一部分可流动的冷却介质。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征是，在所希望的分离面处供给液态气体，主要是氮。

16、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征是，分离以较高的速度完成。

17、根据上述权利要求中任一项所述制造具有可分连杆大头的连杆方法，其特征是，在连杆冷却后，在连杆大头中制造连杆螺栓（17）孔（20）。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征是，在制造连杆螺栓（17）孔（20）时，在连杆大头（13）的分离缝（12）处的孔（20）壁上开有裂纹走向沟槽（19）。

19、根据权利要求18所述的方法，其特征是，裂纹走向沟槽（19）在钻孔时或钻孔（20）以后，加工成环槽状。

20、根据权利要求18所述的方法，其特征是，裂纹走向沟槽（19）在连杆螺栓（17）螺纹（21）切割时或切割以后制造。

21、根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征是，连杆螺栓（17）和连杆螺母浮动地装配在孔（20）中，并通过断裂分离在连杆大头（13）的分离缝（12）处产生一个分离面。

22、根据权利要求21所述的方法，其特征是，在连杆大头（13）中装入一个分离工具。

23、根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征是，一个分离装置装入连杆螺栓（17）的孔（20）中。

24、根据权利要求17至23中任一项所述的方法，其特征是，连杆的精切削加工，特别是连杆大头（13）的轴承和连杆小头孔精加工在分离后完成。

25、根据权利要求24所述的方法，其特征是，在连杆大头精切削加工以前，连杆螺栓（17）和连杆螺母牢固地装配好。

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