CN1079713C - 制造剖分型的机械零件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造剖分型的压实零件的方法，压实及成形铁基粉末，得到的生坯剖分为至少两个零件，随后烧结，及选择地进行热处理。得到的零件随后再配合。

Description

制造剖分型的机械零件的方法
本发明涉及制造剖分型的机械零件的方法。经粉末压实成形的零件在以后的处理中剖分成成对的配合的单个零件，并经烧结或选择地进行热处理。本发明特别关注连接杆的制造，但是其它的应用领域，如剖分的滑动轴承、轴承罩等，都落在本发明的范围内。
以前连接杆通过铸造或锻造出分开的可连接的盖及主体部分而制成。这些零件通过用中碳锻造钢制造和在结合和止推面分别进行机加工；随后分别钻孔以插入固紧件。
第一改进阶段中把连接杆铸或锻成单个钢坯，接着钻孔的插入固紧件。这些单个钢坯锯成盖及主体部分，它们分别在止推及接触面进行粗加工；随后两部分用螺栓连在一起进行精加工。分开的机加工及锯的步骤不仅繁琐而且费钱，而且它们也不能确保在操作力下良好的配合的盖及主体。在某些操作条件下，固紧件固有的尺寸间隙允许盖及主体部分稍些偏移，这又影响了轴承的寿命。
在这一改进变化的下一阶段，把一个整体的连接杆剖分或分裂成盖及主体部分，希望提供不滑动的表面，其中盖及主体用螺栓连接在一起。希望如果表面合适地重新配合，该重新配合会防止任何微小偏移发生，及保证操作的对准。为了把整件分成两元件，开始在一侧强烈地冲击。由于难以控制裂纹扩展，并且有塑性变形及使毛坯可能损坏的危险，很难满足要求。
其它的发展是沿着一个很好限定的凹槽快速地把两零件撕开的各种方法，这些方法可以是机加工，锻造，激光切削等。但这些方法也会在裂开的表面产生小的塑性变形，它们又造成分开的零件难以配合，这种方法也难以满足要求。
所有连接杆的商业生产的一般特点是用最后机加工步骤来保证杆的大小端的镗孔的位置、直线度及圆度以制出轴承或轴承套的组件。为了把整件剖分成两件，开始用剧烈的冲击在一侧敲。由于开裂面不可控制并可能损坏连接杆，这种方法也不太成功。
现在用的改进的剖分零件的方法在例如US2553935、US3571080、US3993054和US4923674(授予Krebsoge的专利)中公开了。
本发明涉及制造粉末冶金、烧结的重新配合的零件的新方法，生产出的零件的断裂表面没有微小偏移或塑性变形。这种方法包括下面的步骤：
使用一模具同时压实及成形铁基粉末以形成整体的生坯，所述的模具是带空腔的单件压模；
对生坯进行湿机加工；
把生坯在要求的剖分面处断分为至少两个零件；
烧结零件；和
把零件在剖分面处重新配合。
对烧结零件的可选择的机加工包括如车削，也可进行磨削。
在本发明方法中还可包括的另外的选择的步骤是对烧结零件进行热处理。
铁基粉末可从许多粉末中选出，如含有如Cu、Ni、Mo、Gr、Mn、C元素的预合金化的粉末、部分预合金化的粉末或粉末混合物。
本发明的一个重要特点是压实的生坯的高湿强度，以及为了得到要求的生坯强度，可以用各种方法。得到高的生坯强度的一个方法是在高温下压实金属粉末。这种热压实可在温度为至少100℃、优选地为至少120℃、以及在压力至少600MPa的条件下进行。另外一种可用的方法是使用润滑压模在环境温度下压实。通过使用各种提高生坯强度的添加剂，如聚合物，或可得到高的生坯强度的特种润滑剂也可得到高的生坯强度。生坯强度的实际值取决于生坯的随后的处理。一般，可以预计生坯的湿强度至少为20MPa，优选地为至少25MPa，更优选地为至少30MPa。在自动生产中，可要求更高的生坯强度。有如此高的生坯强度的生坯可以方便地及花费有效地机加工成要求的形状。
本发明的重要特点是高的生坯强度允许对整体的生坯进行未烧结状态的机加工。由于在未烧结状态可方便地进行机加工，可以用在最终状态不能钻孔/加工螺纹的材料。在未烧结状态机加工的另外的优点是可以便于烧结零件以后处理成剖分型的机械零件的终端使用。这意味例如消除了在欧洲专利公开696688中建议的为达到烧结零件塑性变形的剖分的步骤。
除了上述优点外，已发现可以用低的作用力来进行剖分，这样可用简单的断裂剖分装置。适合把一个连接杆大端进行简单剖分的装置的一个实例包括把两个半圆形的两半零件一起装入大端镗孔中和一个楔安排在由两个半零件形成的孔中。当楔沿轴向压入大端镗孔中，可在控制的情形下方便地剖分连接杆的两零件，只有很小的变形。很少有在分开的平面形成裂纹的危险。
连接杆材料的元件的烧结可在1080℃-1300℃，优选地在1100-1150℃下保持15-90、优选地为20-60分进行。还原气氛的实例是普通的吸热型气体或各种氢气/氮气混合物。
选择地，烧结零件可进行热处理，如贯穿硬化或表面硬化。可根据烧结零件的最终使用来选择热处理。
用本发明的方法得到精确的重新配合及防止微小偏移是由于剖分表面与粉末颗粒尺寸一样不均匀造成的。
现在在本发明的方法中用金属粉末来制造通常锻造的汽车发动机的连接杆，但是在这些方法中，也可以用粉末冶金及锻造的结合。据说这些方法改进了重量控制及对尺寸控制有很大的增加。在汽车工业中对这种结合有更多的兴趣。
一般，这种粉末-锻造方法开始用松散的粉末混合成要求的成分。随后，具有连接杆的总形状的锻造预成形件在标准P/M-压实压机中制出。湿的预成形件在还原气氛中烧结，并且直接转到锻造压机下。锻造在一次单冲击中完成，其也完全形成销及曲柄孔。根据锻造方法的类型，随后的操作可包括双盘磨削，喷丸硬化。
建议用于制造金属粉末的连接杆的另一种方法包括压实、预烧结、机加工、断裂和最终烧结。
按照本发明的方法取消了锻造及预烧结步骤，因此在这方面也是新的。
本发明进一步由下面的非限制性实例说明，该实例是一个连接杆大端的连接区域的模拟。本发明进一步通过下面的非限制性实例说明。
可从瑞典的Hoganas AB公司得到的铁基粉末Distaloy AE＋0.8C在130℃温度及700MPa的压实压力下热压实成30×12×10mm的棒形的生坯，密度为7.34g/cm3，生坯强度为40-50MPa。一个排屑孔钻到棒长度的一半，在棒的其余长度上钻一个通孔用于切出螺纹。通孔有M6×1的螺纹，通过弯曲把棒剖分一断裂成两零件。零件在1120℃在吸热型气体中烧结30分钟。零件连接起来，螺纹进行了试验，其中发现湿切削及烧结的螺纹就精度及强度言，其性能与标准螺母的螺纹一样。
下表示出在各种力矩值下，在未烧结状态攻出螺纹的坯料与标准螺母(参考试样1及2)的栓接力。
表：在不同的力矩(Nm)下的力(KN)
    力矩试样 7.5 10 15 20
12345参考试样1*参考试样2* 66.666.66.87.46.4 7.48.27.48.48.78.78.7 1111.61111.811.711.812.3 1514.614.91615.315.216.3
*参考试样1，2为标准螺母。
在未烧结状态剖分形成颗粒间断裂，导致在烧结后保持粗糙的不平的表面。零件的重新配合形成紧配合，其中零件不会相对地滑动。
虽然说明了连接杆的制造，但是本专业的技术人员很清楚本发明的方面也可用于其它方面的应用，例如剖分的滑动轴承及轴承罩等，对这些零件容易机加工及可精确地配合是相当重要的。

Claims (7)

1.一种制造剖分型的机械零件的方法，包括下列步骤：
使用一模具同时压实及成形铁基粉末以形成整体的生坯，所述的模具是带空腔的单件压模；
对生坯进行生坯机加工；
把生坯在要求的剖分面处断分为至少两个零件；
烧结零件；和
把零件在剖分面处重新配合。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的生坯具有至少20MPa的生坯强度。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于使用温压工艺进行压实。
4.按照权利要求1或2的方法，其特征在于在一个润滑模中进行压实。
5.按照权利要求1或2的方法，其特征在于所述的金属粉末包括增加生坯强度的添加剂。
6、按照上述权利要求中任一项的方法，其特征在于在所述的烧结步骤后进行机加工步骤。
7.按照上述权利要求中任一项的方法，其特征在于烧结的零件再进行热处理。
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