CN105033258A - 用于制造组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造组件(1)的方法，所述组件至少包括第一构件(2)和第二构件(3)，其中第一构件(2)至少部分地设置在第二构件(3)的内部，此外第一构件(2)和第二构件(3)由至少一种金属烧结粉末按包括粉末压制和烧结步骤的烧结法制成。第一构件(2)和第二构件(3)在一个模具中由至少一种金属烧结粉末共同压制成一体的压坯(4)，并且这两个构件(2、3)在烧结之后才分离。

Description

用于制造组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造组件的方法，所述组件至少包括第一构件和第二构件，其中第一构件至少部分地设置在第二构件的内部，此外，第一构件和第二构件由至少一种金属烧结粉末按烧结法制成，所述烧结法包括粉末压制步骤和烧结步骤。
本发明还涉及一种用于制造组件的坯料的压制模具，所述组件至少包括第一构件和第二构件，所述压制模具具有用于容纳至少一种烧结粉末的型腔和压制冲头。
背景技术
通过粉末冶金制造金属的构件长期以来就是已知的。这种技术的一个主要的优点是，由此可以较为简单地建立几何形状复杂的构件形状，因为在烧结之后基本上不需要或者仅需要很少的切削式的再加工。出于这个原因，烧结构件被广泛使用并且用于各种不同的组件中。
发明内容
本发明的目的是，提供这样的可能性，即，简化由至少两个构件组成的金属组件的粉末冶金制造。
所述目的利用前面所述类型的方法来实现，其中，第一构件和第二构件由至少一种金属的烧结粉末在模具中共同压制成一体的压坯并且两个构件在烧结之后才分离。此外，所述目的利用前面所述的压制模具来实现，其中型腔具有用于第一构件的第一型腔容积和用于第二构件的第二型腔容积，其中，所述第一型腔容积通过至少一个模具壁部与第二型腔容积分开，并且第一型腔容积还至少部分地由第二型腔容积包围，在将第一型腔容积与第二型腔容积分开的模具壁部中构成至少一个通孔，第一型腔容积通过所述通孔与第二型腔容积连接，或者对此备选地在型腔的底部中和/或在压制冲头中构成至少一个凹部，第一型腔容积通过所述凹部与第二型腔容积连接。
这里有利的是，两个构件可以一起制造并且在烧结之后才分开。由此缩短了用于压制以及烧结的时间。此外，由此不在需要用于第二构件的第二压制模具。此外，还能改善烧结炉的占用率(Belegung)，因为两个构件不必在分开地烧结。就是说能够更好地利用在烧结炉中可供使用的位置，由此最终还可以实现降低用于使烧结炉运行所需的能量的成本。通过一直到烧结之后都共同地制造两个构件此外还可以明显降低用于制造构件的周期时间，由此还也可以实现相应的成本降低。这里关于压制模具有利的是，尽管两个构件相互连接也可以将压制模具设计得较为简单，因为只需要设置至少一个凹部或至少一个通孔用于构成连接。
根据所述方法的一个优选的实施方案可以设定，第一构件与第二构件通过至少一个预定断裂部位连接。这里预定断裂部位在本发明的范围内是指这样的区域，在该区域中，在烧结后进行两个构件的分离。预定断裂部位因此也称为预定分离部位。预定断裂部位不是一定是变细的区域或开槽的区域。通过将连接部构造成预定断裂部位简化了两个构件在烧结后的分离或者说由此可以预先限定两个构件应分离的区域。
这里有利的是，预定断裂部位构造成至少一个连板。这里连板可以简单地用粉末冶金的方式构成并改善了在制造期间两个构件的结合。此外在烧结后可以简单地重新除去连板。
此外，根据一个实施方案可以设想，所述至少一个连板在第一构件的外表面和第二构件的内表面之间构成。由此可以针对外部的机械影响更好地保护这个“薄弱部位”。
同样有利的是，所述连板偏心地并且在第一构件和第二构件的一个端面的区域内构成，因为通过这种构成对于以后的分离改善了连板的可接近性。此外，由此还可以更为简单地制造压制模具。
为了在制造期间实现更好的力分布或者说压力分布，可以设定，在第一构件的周边上均匀分布地构成多个连板。这还具有这样的优点，即，内部的第一构件在烧结期间发生构件变形的倾向较小，因为它受到外部的第二构件的支撑。出于这个原因，这里所述多个连板优选以相同的高度构成。
但对于前面所述的连接方案备选地或附加地，也可以使第一构件和第二构件在端侧相互连接。这一方面有这样的优点，即，压制模具的型腔能够设计得较为简单，因为连接部布设到了型腔的边缘区域中。但另一方面，由此还可以简化在烧结后两个构件的分离，因为两个构件能够同时地，就是说共同地通过切削加工分离。
优选第一构件与第二构件同轴地制造，由此没有不均匀的或者说不同的力作用到内部的第一构件上。
各构件的分离本身可以通过折断分离或通过刺穿或车削(Drehen)实现，其中刺穿和车削是优选的，因为由此能够可预见地进行分离，并且可以更好地避免在两个构件之一上出现缺口/断口(Ausbruch)。
在本发明优选的实施方案中，第一构件制造成泵的转子，而第二构件制造成泵的定子。
此外还可以由第一烧结粉末制造第一构件，而由第二烧结粉末制造第二构件，其中第一烧结粉末具有不同于第二烧结粉末的组成。由此可以仅在一个单一的方法步骤中压制两个具有不同的机械特性的构件并且接下来将其共同烧结。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面根据附图详细说明本发明的。
其中分别示出简化的示意图：
图1示出包括至少两个金属构件的组件的立体图；
图2示出用于制造烧结组件的压坯的第一实施方案；
图3示出用于制造烧结组件的压坯的第二实施方案；
图4示出压制模具的第一实施方案的一个局部；
图5示出压制模具的第二实施方案的一个局部。
具体实施方式
首先要确定，在不同地说明的实施形式中，相同的部件分配了相同的附图标记或构件名称，其中包含在整个说明书中的公开内容能合理地转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。在说明书中选用的位置说明，例如上、下、侧面等涉及当前说明的或示出的附图，并且这些位置说明在位置改变时合理地转换到新的位置。
本发明涉及一种用于制造组件1的粉末冶金方法，如示例性地在图1中用立体图示出的组件。
这种粉末冶金方法是由现有技术已知的。通常所述方法包括以下方法步骤：
-提供粉末、必要时制造粉末混合物；
-将粉末压制成压坯；
-必要时脱蜡；
-烧结压坯；
-必要时对烧结的构件进行再压制/校准；
-必要时对烧结的构件进行机械的再加工。
对此备选地，烧结分成两个阶段执行，其中，在第一个步骤中将压坯烧结成预烧结件此后通过高温烧结将所述预烧结件烧结完成。
由于这种方法方式和其中使用的方法参数以及所使用的金属粉末(混合物)是已知的，为了避免重复，对此可以参考所引用的现有技术。
组件1包括至少一个第一构件2和第二构件3。在图1中示例性地示出组件1的一个优选的实施方案。第一构件2这里构成泵、特别是叶片泵的转子，而第二构件3构成泵的定子。已知容纳在所示出的缝隙中的叶片没有示出。因此很清楚的是，组件1也可以包括多于两个构件2、3。
但通常按根据本发明的方法制造的组件1的第一构件2至少部分地设置在第二构件3的内部。第一构件2因此也可以称为内部构件，而第二构件3也可以称为外部构件。
因此，除了组件1作为叶片泵的实施方案，组件1也可以是VVT-组件等，即所谓脱耦(entkoppelt)的齿轮，其中，内齿轮部件通过橡胶圈与带有齿部的外齿轮部件连接。组件1通常可以是具有在周边上由外部构件包围的内部构件的组件。
这里“至少部分”是指，如图1所示，第一构件2不必完全由第二构件3包围，而是可以设置另外的构件，例如盖子，用于构成内腔，第一构件容纳在所述内腔中。
第一和第二构件2、3由金属烧结粉末、例如钢粉末制成，如前面已经说明的那样。为此，在烧结之前，由烧结粉末制造压坯4。
此外，在图2中示出压坯4的优选的第一实施方案。压坯4在所示实施方案中包括第一压坯构件5和第二压坯构件6，第一构件2由第一压坯构件制成，而第二构件3由第二压坯构件制成。与前面的说明相对应地，第二压坯构件6至少部分地包围第一压坯构件5。
如在烧结方法中常见的那样，两个压坯构件5、6已经具有制造完成的两个构件2、3应具有的几何形状。但这里需要注意在烧结中尺寸本身的改变，如本领域技术人员已知的那样。出于这个原因，因此在本发明的范围内，术语“构件”和“压坯构件”同义地使用，因为它们的区别主要在，它们在方法进程中处于哪个阶段。
对于组件1的制造方法重要的是，第一压坯构件5与第二压坯构件6连接并且直到烧结之后都保持连接。为此第一压坯构件5与第二压坯构件6在共同的压制模具7(图4)中由烧结粉末压制而成。
为了将第一压坯构件5与第二压坯构件6连接，可以在压制模具7中形成预定断裂部位。根据一个优选的实施方案可以通过至少一个连板8构成该预定断裂部位。
在图2中示出的压坯4的实施方案中构成多个连板。具体而言，存在四个连板8。但是这个数量不应视为对本发明是限制性的。相反，也可以制成少于或多于四个连板8，例如两个、三个、五个、六个等。
连板8可以构造成环形连板，这种环形连板在内部的第一压坯构件5的整个圆周上连续地延伸。但由于在组件1的所示实施例中，第一压坯构件5具有用于容纳前面所述叶片的一直延伸到第一压坯构件5的外表面10(周面)的缝隙状凹口9，连板8在所述凹口9的区域内优选是中断的。换而言之，由此，为了将第一压坯构件5与第二压坯构件6连接，构成多个连板8，这些连板优选均匀地在第一压坯构件5的周边11上分布，特别是均匀分布地构成或设置在外表面10上。
但还存在这样的可能性，如根据图2中右下方示出的连板8那样，一个或多个所述连板8也可以在第一压坯构件5的外表面10中的凹口9上延伸。在这种情况下有利的是，凹口9构造成一直延续到所述一个或多个连板8中，就是说，由此所述一个或多个连板8在凹口9的区域内具有变窄部12，或者换而言之，在两个压坯构件5、6相互连接之后，凹口9具有向外扩展的横截面。由此在以后分离两个构件2、3时，能够避免在这个敏感的边缘区域出现缺口，或者说在分离两个构件2、3之后能够简单地执行用于除去连板8的机械加工。
所述一个或多个连板8优选在第一压坯构件5的外表面10和第二压坯构件6的内表面13之间构成。第二压坯构件6的内表面13这里与第一压坯构件5的外表面10相邻地设置。
此外优选的是，所述至少一个连板8关于组件1沿轴向方向15的高度14偏心地设置，并且设置在第一压坯构件5的端面16的区域内和/或设置在第二压坯构件6的端部17的区域内。这两个端面16、17这里指向轴向方向15。
在端面16和/或17的区域这里是指，所述至少一个连板18可以构造成直接连接在端面16和/或17上(由此所述至少一个连板8构成端面16和/或17的一部分)或者与端面16和/或17隔开间距地构成，其中端面16和/或17与所述至少一个连板8的端面19的间距18在组件1沿轴向方向15的高度14的0％至20％之间(不包括0％)。
此外，所述至少一个连板8沿轴向方向15的连板高度20为组件1沿轴向方向15的高度14的5％至30％之间。连板高度20主要根据对两个压坯构件5、6的连接强度的机械要求确定，其中所述强度不应过大，以至于由此对两个构件2、3以后的分离产生过度的影响。对于确定的构件1合适的具体连板高度可以根据少数几次试验确定。
在构成多个连板8时，所有连板可以具有相同的连板高度20。但也存在这样的可能性，即，所述多个连板中的至少一个连板具有与其余连板8的连板高度20不同的连板高度10。在对此的一个变型方案中，还存在这样的可能性，在仅构成一个连板8时，该连板在其沿周边11的分布上具有至少一个构造得比连板8的其余区域窄或宽的区域。但即使对于多个连板8的情况，至少一个连板8也可以在其沿周边11的分布上构造成具有至少一个加宽部或变窄部(沿轴向方向15观察)。
此外可以设定，如图2所示，在构成多个连板8时，所有连板8构造成位于相同高度上(沿轴向方向15观察)。但也存在这样的可能性，即，所述多个连板8中的至少一个在与其余连板8的高度不同的高度上构成。
优选在组件1沿轴向方向15的高度14分布上仅相叠地构成一个预定断裂部位。但也存在这样的可能性，沿轴向方向15彼此叠置地构成多个预定断裂部位，即例如多个连板8。这里例如至少一个第一连板8可以如图1所示在端面16和/或19的区域上或中构成，至少一个另外的连板在构件2、3的与端面16、19沿轴向方向相对置的端面上构成，对于所述至少一个另外的连板，针对所述至少一个连板8所说明的内容也可以适用。
在前面使用了表述方式“端面16和/或10”。这是指，两个端面16、19不是强制性地必须设置在相同的平面上。就是说，两个构件之一2或3相对于第二个构件3或2可以沿轴向方向15具有不同的延伸尺寸。
在所述至少一个连板8沿周边11的方向的延伸尺寸上，和连板高度20方面相同，同样适用的是，对于确定的组件1适宜的是，可以根据少数几次试验来确定所述延伸尺寸。
在图3中示出用于制造根据图1的组件1的压坯4的另一个并且必要时本身独立的实施形式。其中对于相同的部件也采用和图2相同的附图标记或构件名称。因此，为了避免不必要的重复，可以参见或参考对图2的详细说明。
需要再次指出的是，根据图1的组件1仅是本发明的一个可能的实施方案，尽管它也是优选的实施方案。
与根据图2的压坯不同，内部的第一压坯构件5与外部的第二压坯构件6的连接这里不是仅通过第一压坯构件5的外表面10与第二压坯构件6的内表面13之间的至少一个连板8实现的，而是两个压坯构件5、6在端侧相互连接。为此也设有至少一个连板8，该连板既在第一压坯构件5的端面16上也在第二压坯构件6的端面19上一体成形，并且跨接两个压坯构件5、6之间的空隙21。
如前面针对图2所述，可以设置一个或多个这样的连板8。当设置多个连板8时，这些连板也可以在组件1的周边11上均匀分布地设置。所述一个或多个连板可以都具有相同的厚度或者至少部分地构造成具有不同的厚度。对此可以参考前面的说明。
对于仅构成一个连板8的情况，所述连板也可以构造成盘形的，从而连板8至少接近完全地、特别是整体地覆盖内部的第一压坯构件5。
优选两个压坯构件5、6在本发明的所有实施方案中都相互同轴地设置并且在这个位置中相互连接，从而空隙21在整个周边11上具有保持相同的间隙宽度22。
此外，所有连接元件、即所述一个或多个连板8优选由用于制造所述两个压坯构件5、6的粉末制成。
在本发明的范围内，所述组件1也可以具有多于两个构件2、3，这些构件可以彼此一起制造，其方式例如是，在第一构件2的内部还设置另一个构件或者构件2、3之一构造成多部分的。在这种情况下所述多于两个构件2、3也可以直到烧结之后都相互连接，就是说这些构件共同压制，然后共同且相互连接地烧结。
在烧结之后构件2、3的分离可以通过合适的切削方法进行，如例如通过切割或喷水切割进行。但两个构件2、3的分离优选通过折断分离或通过刺穿或通过车削进行。例如利用按照图2的压坯4制造的构件2、3可以通过折断分离或刺穿而分离。但也可以使用其他方法用于分离两个构件2、3，例如腐蚀、挤压等。
所述一个或多个连板8保留在相应构件2、3上的残余部此后可以利用切削方法除去，例如通过车削。由根据图3的压坯制成的构件2、3可以仅通过车削分离，其中在这种情况下对两个构件2、3的加工可以同时地、即共同地进行。
在分离之后，构件2和/或3必要时还要进行校准，并且必要时还要如常见的那样进行精加工。
但构件2、3也可以仍然共同地进行校准、特别是部分校准，从而在这种情况下分离在校准之后进行。
此外可以设定，构件2、3的分离通过校准或在校准时进行。
在图4中用横向剖视图示出用于制造根据图2的压坯4的压制模具7的一个实施方案的一个局部。
压制模具7具有型腔，所述型腔包括第一型腔容积23和第二型腔容积24。第一型腔容积23用于容纳用于制造第一压坯构件5、即后面的第一构件2的烧结粉末。第二型腔容积24用于容纳用于制造第二压坯构件6、即后面的第二构件3的烧结粉末。这两个型腔容积23、24通过模具壁部25相互分开。
现在为了能够制造所述至少一个连板8，模具壁部25在上部区域中，即在用于烧结粉末的填入口的区域中具有通口26，两个型腔容积23、24通过所述通口相互连接。由此在用烧结粉末填充压制模具7时，也同时填充了然后在压坯4中形成两个压坯构件5、6之间的连接部的区域。
通口26的具体数量和形状这里根据压坯4中的预定断裂部位的数量及其形状确定。
所述至少一个通口26可以向上朝填入口的方向敞开。在这种情况下所述至少一个连板8直接连接在压坯构件5、6的端面16和/或19上，如前面针对图2说明的那样。
如果希望与压坯构件5、6的端面16和/或19隔开间距，则用来挤压所填入的烧结粉末的压制冲头27可以在所述至少一个通口26的区域内具有突起28，所述突起在挤压烧结粉末时进入所述至少一个通口26中，但不是完全填满所述通口，由此可以压制出所述至少一个连板8。突起28的高度因此小于通口26沿相同方向的高度。
由于对烧结粉末的压制通常双向地进行，压制模具7可以对此备选或附加地在下侧，即与填入口相对置的侧面上根据前面的说明构成。
在图5中用横向剖视图示出用于制造根据图3的压坯4的压制模具7的一个实施方案的一个局部。
在该压制模具7中，模具壁部25在两个型腔体积23、24之间不具有通口。为此，底部29设有至少一个凹部30，在所述凹部中由填入的烧结粉末构成按图3的连板8。对此备选或附加地，压制冲头27也可以具有至少一个这样的凹部30。
两个型腔容积23、24通过所述至少一个凹部30也相互连接。
凹部30的具体数量和形状这里根据压坯4中的预定断裂部位的数量及其形状确定
如果压制、即粉末挤压应双向地进行，则底部29同样构造成压制冲头。
根据用于制造构件2、3的方法的一个实施方案可以设定，第一构件由第一烧结粉末制成，而第二构件由第二烧结粉末制成，其中第一烧结粉末的组成与第二烧结粉末不同。
此外第一构件2和/或第二构件3本身还可以由多种不同的烧结粉末制成，从而第一构件2和/或第二构件3局部地由与第一构件2和/或第二构件3的其余部分不同的金属材料组成。由此第一构件2和/或第二构件3的承载能力可以更好地与对组件1的特定要求相适配。
此外，第一构件2和/或第二构件3本身可以已经由多个部分按照前面所述的方法的至少之一制成并且所述多个部分在烧结后才相互分离。
这些实施例示出了压坯4和用于以粉末冶金方式制造组件1的压制模具7的可能的实施方案，其中这里要指出的是，各个实施方案相互间可以进行不同的组合。
由此，例如所述至少一个连板8可以既在端侧(如图3中所示)也在第一压坯构件5的外表面10和第二压坯构件6的内表面13之间(如图2中所示)构成。对此参考图3中最上面的连板8，该连板显示了这些实施方案的这种组合。该连板8具有凸台31，该凸台伸入两个压坯构件5、6之间的空隙21中。为此，相应的压制模具7此时是在图4和5中示出的压制模具7的实施方案的组合。
压坯4的这种实施方案的优点是，两个压坯构件5、6不仅通过所述至少一个连板8相互连接，而且这两个压坯构件5、6还可以支承在所述至少一个凸台31上。
为了符合规定，最后还要指出，为了更好地理解压坯4和压制模具7的结构，所述压坯和压制模具或其组成部分有时是不符合比例地和/或放大地和/或缩小地示出的。
附图标记列表
1组件
2构件
3构件
4压坯
5压坯构件
6压坯构件
7压制模具
8连板
9凹口
10表面
11周边
12变窄部
13表面
14高度
15方向
16端面
17端面
18间距
19端面
20连板高度
21空隙
22间隙宽度
23型腔容积
24型腔容积
25模具壁部
26通口
27压制冲头
28突起
29底部
30凹部
31凸台

Claims (14)

1.用于制造组件(1)的方法，所述组件至少包括第一构件(2)和第二构件(3)，其中第一构件(2)至少部分地设置在第二构件(3)的内部，此外第一构件(2)和第二构件(3)由至少一种金属烧结粉末按包括粉末压制和烧结的步骤的烧结法制成，其特征在于，第一构件(2)和第二构件(3)在一个模具中由金属烧结粉末共同压制成一体的压坯(4)，并且这两个构件(2、3)在烧结之后才分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一构件(2)通过至少一个预定断裂部位与第二构件(3)连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定断裂部位构造成至少一个连板(8)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个连板(8)在第一构件(2)的外表面(10)和第二构件(3)的内表面(13)之间构成。
5.根据权利要求3或4之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个连板(8)偏心地构成，并且在第一构件(2)的端面(17)的区域内和/或在第二构件(3)的端面(19)的区域内构成。
6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，在第一构件(2)的周边(11)上均匀分布地构成多个连板(8)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个连板(8)在相同的高度上构成。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，第一构件(2)和第二构件(3)在端侧相互连接。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，第一构件(2)与第二构件(3)同轴地制造。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，通过折断分离或通过刺穿或通过车削将第一构件(2)与第二构件(3)分离。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，第一构件(2)制造成泵的转子，而第二构件(3)制造成泵的定子。
12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，第一构件(2)由第一烧结粉末制成，而第二构件(3)由第二烧结粉末制成，其中第一烧结粉末的组成不同于第二烧结粉末。
13.用于制造用于组件(1)的压坯(4)的压制模具(7)，所述组件至少具有第一构件(2)和第二构件(3)，所述压制模具具有用于容纳至少一种烧结粉末的型腔，其特征在于，所述型腔具有用于第一构件(2)的第一型腔容积(23)和用于第二构件(3)的第二型腔容积(24)，第一型腔容积(23)通过至少一个模具壁部(25)与第二型腔容积(24)分开，此外第一型腔容积(23)至少部分地由第二型腔容积(24)包围，并且在将第一型腔容积(23)与第二型腔容积(24)分开的模具壁部(25)中构成至少一个通口(26)，第一型腔容积(23)通过所述通口与第二型腔容积(24)连接。
14.用于制造用于组件(1)的压坯(4)的压制模具(7)，所述组件至少具有第一构件(2)和第二构件(3)，所述压制模具具有用于容纳至少一种烧结粉末的型腔和压制冲头(27)，其特征在于，所述型腔具有用于第一构件(2)的第一型腔容积(23)和用于第二构件(3)的第二型腔容积(24)，第一型腔容积(23)通过至少一个模具壁部(25)与第二型腔容积(24)分开，并且在型腔的底部区域中和/或在压制冲头(27)中构成至少一个凹部(30)，第一型腔容积(23)通过所述凹部与第二型腔容积(24)连接。
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