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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zusammengesetztes Bauteil, wie etwa einen Planetenträger, dem man durch Verbinden zweier Elemente miteinander erhält, die durch Pulvermetallurgie oder andere Verfahren hergestellt sind, ein Verfahren für die Herstellung des zusammengesetzten Bauteils und eine Verdichtungspressformanordnung.
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Stand der Technik
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Planetenträger, wie etwa jener, der in einem automatischen Getriebe verwendet wird, werden mit Hilfe von Pulvermetallurgie hergestellt, um die Herstellungskosten zu verringern.
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Bei der Pulvermetallurgie werden Planetenträger hergestellt, indem ein erster Pressling und ein zweiter Pressling, die aus Pulver bestehen, in einem Zustand gesintert werden, in dem der erste und der zweite Pressling übereinanderliegen, und gleichzeitig der erste und der zweite Pressling durch Löten miteinander verbunden werden.
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Eine Säule ragt aufrecht auf einer plattenförmigen Basis des zweiten Presslings hervor. Der zweite Pressling befindet sich darunter, wobei der erste Pressling an der Spitze der Säule angebracht wird, die nach oben ragt. Der zweite Pressling und der erste Pressling werden miteinander verbunden, nachdem bewirkt wurde, dass Verbindungsflächen der Säule und des ersten Presslings mit Lot imprägniert werden.
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Dieses Verfahren für die Herstellung von Planetenträgern ist beispielsweise in PTLs 1 und 2 beschrieben.
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Literaturverzeichnis
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Patentliteratur
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- PTL 1: Geprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung No. 6-37644
- PTL 2: Japanisches Patent No. 3585743
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Übersicht über die Erfindung
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Technisches Problem
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Die Herstellung der oben beschriebenen Planetenträger verlangt eine hohe Positionierungsgenauigkeit hinsichtlich eines Abstandes zwischen den Basen des ersten Presslings und des zweiten Presslings.
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Hier wird gemäß den bestehenden Verfahren für die Herstellung von Planetenträgern, die beispielsweise in PTL 1 und 2 beschrieben sind, die Genauigkeit des Abstandes zwischen den Basen des ersten Presslings und des zweiten Presslings durch die Genauigkeit der Länge der Säule bestimmt, die an dem zweiten Pressling vorgesehen ist.
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Der zweite Pressling wird mit Hilfe eines Verfahrens ausgebildet, bei dem während des Verdichtens eines Pulvermaterials die Oberfläche der Basis, auf der die Säule angeordnet ist, durch einen zweiten unteren Stempel ausgebildet wird, die Spitze der Säule durch einen ersten unteren Stempel ausgebildet wird, der um den Umfang des zweiten unteren Stempels herum angeordnet ist, und die Oberfläche der Basis, auf der sich die Säule nicht angeordnet ist, durch einen oberen Stempel ausgebildet wird.
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Die Genauigkeit der Länge der Säule, die man mit diesem Verfahren erreicht, ist von den Relativpositionen des ersten unteren Stempels und des zweiten unteren Stempels in der Achsrichtung (Relativpositionen von Formabschnitten beider Stempel) abhängig.
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Die Relativpositionen des ersten unteren Stempels und des zweiten unteren Stempels in der Achsrichtung variieren in Abhängigkeit von Faktoren, wie etwa Montagefehlern dieser Stempel oder der Verformung und Ablenkung der Stempel infolge einer Verdichtungsbelastung. Für den Fall, dass der erste untere Stempel in zahlreiche Segmente gemäß der Zahl von Säulen des zweiten Presslings segmentiert ist, können sich die Grade der Verformung oder Ablenkung jedes der Segmente des ersten unteren Stempels voneinander unterscheiden.
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Dieser Unterschied zwischen den Relativpositionen des ersten unteren Stempels und des zweiten unteren Stempels, der unvermeidbar infolge von Montagegründen auftritt, verändert die Längen der Säulen, so dass die Genauigkeit des Abstandes zwischen den Basen des ersten Presslings und des zweiten Presslings instabil wird.
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Um die Zuverlässigkeit des Erzeugnisses zu verbessern, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin zu verhindern, dass die Abweichung der Relativpositionen eines ersten unteren Stempels und eines zweiten unteren Stempels in einer Achsrichtung die Genauigkeit der Abmessungen des Trägers, wie etwa einen Abstand zwischen den Basen eines ersten Presslings und eines zweiten Presslings beeinträchtigt.
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Lösung des Problems
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Um das oben beschriebene Zielt zu erreichen, werden die folgenden Vorrichtungen in einem Verfahren für die Herstellung eines zusammengesetzte Bauteils gemacht, bei dem ein erstes Element und ein zweites Element, bei dem eine Säule aufrecht auf einer Oberfläche einer Basis steht, aneinander befestigt werden.
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Insbesondere umfasst ein Verfahren für die Herstellung eines zusammengesetzten Bauteils einen Ausbildungsvorgang des Ausbildens einer Positionierfläche auf einer Stirnfläche des zweiten Elementes unter Verwendung eines Stempels, der eine Stirnfläche der Basis des zweiten Elementes ausbildet, auf dem eine Säule angeordnet ist, wobei die Positionierfläche einen Höhenunterschied zu der Stirnfläche des zweiten Elementes in einer Achsrichtung hat, und einen Zusammensetzvorgang, bei dem die Positionierfläche mit dem ersten Element in der Achsrichtung in Kontakt gebracht wird, so dass das erste Element und das zweite Element aneinander befestigt werden.
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Das zweite Element, das durch dieses Verfahren ausgebildet wird, umfasst eine Positionierfläche, die einen Höhenunterschied zu der Stirnfläche des zweiten Elementes in der Achsrichtung hat, wobei das zweite Element eine gekrümmte Oberfläche an einem Steg zwischen der Positionierfläche und einer Seitenfläche der Säule hat.
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Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren für die Herstellung eines zusammengesetzten Bauteils durch Befestigen des zweiten Elementes, das in dem oben beschriebenen Verfahren ausgebildet wird, an dem ersten Element durch Bestimmen der Relativpositionen des ersten und des zweiten Elementes in einer Achsrichtung mit Hilfe der Positionierfläche an.
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Die vorliegende Erfindung gibt zudem ein zusammengesetztes Bauteil an, das mit diesem Verfahren hergestellt wird.
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Eine Verdichtungspressformanordnung umfasst einen oberen Stempel, einen ersten unteren Stempel, einen zweiten unteren Stempel und eine Pressform. Der zweite untere Stempel umfasst einen Ausbildungsabschnitt, der eine Stirnfläche einer Basis eines zweiten Elementes ausbildet, an dem eine Säule angeordnet ist, und einen Positionierflächen-Ausbildungsabschnitt, der eine Positionierfläche an einer Stirnfläche des zweiten Elementes ausbildet, wobei die Positionierfläche einen Höhenunterschied zu der Stirnfläche des zweiten Elementes in einer Achsrichtung hat. Der erste untere Stempel bildet eine Stirnfläche der Säule.
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Wenn ein zweites Element, das eine Basis umfasst, ausgebildet werden soll, umfasst diese Verdichtungspressformanordnung zusätzlich einen Kernstab für die Ausbildung des Durchgangsloches.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß dem oben beschriebenen zusammengesetzten Bauteil, dem oben beschriebenen Verfahren zum Ausbilden desselben und der oben beschriebenen Verdichtungspressformanordnung, wird die Genauigkeit des Abstandes von der Stirnfläche der Basis des zweiten Elementes, auf dem die Säule angeordnet ist, zu der Stirnfläche des ersten Elementes unveränderlich gestaltet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Pulver während eines Schrittes zum Ausbilden eines zweiten Elementes eingespritzt wird.
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2 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand zeigt, bei dem das Verdichten bei dem Schritt zum Ausbilden eines zweiten Elementes abgeschlossen ist.
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3 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand zeigt, bei dem das zweite Element (verdichtet), das man bei dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Elementes erhält, aus der Pressformanordnung ausgeworfen wird.
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4 ist eine Seitenansicht, die schematisch ein Beispiel des zusammengesetzten Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist eine Aufsicht eines zweiten Elementes des zusammengesetzten Bauteils, das in 4 gezeigt ist.
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6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Beispiels eines Positionierabschnittes, der die Positionen eines ersten Elementes und eines zweiten Elementes bestimmt.
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7 ist eine Querschnittansicht eines weiteren Beispiels eines zusammengesetzten Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Verfahren für die Ausbildung eines zweiten Elementes des zusammengesetzten Bauteils zeigt, das in 7 dargestellt ist.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf 1 bis 8, die unten angefügt sind, werden im Folgenden Ausführungsformen eines zusammengesetzten Bauteils, ein Verfahren für die Herstellung des zusammengesetzten Bauteils und eine Verdichtungspressformanordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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1 bis 3 zeigen eine Pressformanordnung für die Ausbildung eines zweiten Elementes (das ein Pulverpressling ist), das bei der Pulvermetallurgie verwendet wird, und einen Vorgang für die Ausbildung des zweiten Elementes mit Hilfe der Pressformanordnung. In den Zeichnungen kennzeichnet 1 einen oberen Stempel, 2 einen ersten unteren Stempel, 3 einen zweiten unteren Stempel, 4 einen Kernstab, der sich durch das Zentrum des zweiten unteren Stempels 3 erstreckt, und 5 eine Pressform.
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In dem beispielhaften Ausbildungsvorgang wird das Verdichten durch Einspritzen eines Pulvermaterials P in einen Hohlraum 6, der durch die Pressform 5, den ersten unteren Stempel 2, den zweiten unteren Stempel 3, den Kernstab 4, der in 1 gezeigt ist, gebildet ist, und anschließendes Absenken des oberen Stempels 1 ausgeführt.
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Hier bildet der zweite untere Stempel 3 die Oberfläche einer Basis 21 eines zweiten Elementes 20, das in 4 gezeigt ist, auf dem die Säulen angeordnet sind, die Innendurchmesser-Seitenflächen zahlreicher Säulen 22, die aufrecht auf der ersten Oberfläche der Basis 21 stehen, wobei sie in einer Umfangsrichtung voneinander angeordnet sind, und die Umfangsseitenflächen der Säulen 22 aus.
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Darüber hinaus werden die Positionierflächen 23 der Säulen 22 durch den zweiten unteren Stempel 3 ausgebildet.
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Die obere Stirnfläche jeder Säule 22 wird durch den ersten unteren Stempel 2 ausgebildet. Die Oberfläche der Basis 21, auf der die Säulen nicht angeordnet sind, wird durch den oberen Stempel 1 ausgebildet. Ein zentrales Loch in der Basis 21 ist durch den Kernstab 4 ausgebildet. Der Außenumfang des zweiten Elementes 20 wird durch die Pressform 5 ausgebildet.
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2 zeigt den Zustand nach Vollendung des Verdichtens. 3 zeigt den Zustand, bei dem das erzeugte zweite Element 20 aus der Anordnung ausgeworfen ist.
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Der Säulenausbildungsabschnitt des zweiten unteren Stempels 3 bildet eine Positionierfläche 23 aus, die einen Höhenunterschied zu der oberen Stirnfläche der Säule 22 hat, die durch den ersten unteren Stempel 2 ausgebildet wird. Die Position des zweiten Elementes 20 relativ zu einem ersten Element 10, das ebenfalls ein Pulverpressling ist (siehe 4 und 6), wird in Bezug auf die Positionierfläche 23 bestimmt.
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In 1 bis 3 kennzeichnet das Symbol 3a einen Ausbildungsabschnitt, der die Positionierfläche 23 (siehe 3 bis 5) ausbildet, die als Bezug für die Positionierung verwendet wird. Ein Abstand L (siehe 1) von der Spitze des zweiten unteren Stempels 3 zu dem Ausbildungsabschnitt 3a wird in Übereinstimmung mit der Abmessung bestimmt, die zwischen der Basis 21 des zweiten Elementes 20 und einer Basis 11 des ersten Elementes 10 erforderlich ist.
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Der Abstand L ist ein Abstand zwischen Ausbildungsflächen desselben Stempels. Somit wird der Abstand L nicht durch die Abweichung der relativen Positionen des ersten unteren Stempels 2 und des zweiten unteren Stempels 3 in der Achsrichtung dem Ausbildungsvorgang beeinträchtigt.
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Somit wird der Abstand von der Basis 21 des zweiten Elementes 20 zu der Positionierfläche 23 durch den Abstand L des zweiten unteren Stempels 3 bestimmt, ohne durch die Abweichung der Relativpositionen des ersten unteren Stempels 2 und des zweiten unteren Stempels 3 in der Achsrichtung bei dem Ausbildungsvorgang beeinträchtigt zu werden.
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Somit wird durch Bringen der Positionierfläche 23 in Kontakt mit dem ersten Element 10, wie es in 6 gezeigt ist, verhindert, dass die Abmessung zwischen der Basis des zweiten Elementes 20 und der Basis des ersten Elementes 10 durch die Abweichung der Relativpositionen des ersten unteren Stempels und des zweiten unteren Stempels beeinträchtigt wird. Somit wird verhindert, dass sich die Abmessung zwischen den Basen verändert. Bei diesem Beispiel hat das erste Element 10 einen Vorsprung, der derart ausgeformt ist, dass er der Form der Positionierfläche 23 entspricht.
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Die Positionierfläche 23, wie sie in 6 gezeigt ist, ist von der Spitze der Säule 22 zurückversetzt. Jedoch kann die Positionierfläche 23 über die Spitze der Säule 22 hervorragen. Die Form der Positionierfläche 23 ist nicht auf eine horizontale flache Oberfläche beschränkt. Die Positionierfläche 22 kann eine geneigte oder eine gekrümmte Oberfläche oder eine Kombination aus diesen sein.
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Der Ausbildungsabschnitt 3a des zweiten unteren Stempels 3, der die Positionierfläche 23 ausbildet, ist mit einer gekrümmten Oberfläche, wie etwa einer Ecke R versehen, die vor einer Spannungskonzentration schützt. Somit hat die Positionierungsfläche 23, die durch den Ausbildungsabschnitt ausgebildet wird, eine gekrümmte Oberfläche 23a, die durch Drücken der Form der gekrümmten Oberfläche der Pressformanordnung, die auf diese gedrückt wird, an der Ecke zwischen der Positionierfläche 23 und der Seitenfläche jeder Säule (die Ecke, die zu der Seite des Innendurchmessers der Säule 22 in dem Beispiel geöffnet ist) ausgebildet wird, wie es in 6 gezeigt ist.
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Das Ausbilden der gekrümmten Oberfläche 23 kann somit eine Störung mit dem ersten Element vermeiden.
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Vorzugsweise hat das zweite Element 20 drei oder mehr Positionieroberflächen 23 an Positionen, die voneinander in der Umfangsrichtung (vorzugsweise in einem vorbestimmten Teilungsabstand) voneinander beabstandet sind. Wenn das zweite Element 20 drei oder mehr Positionierflächen 23 hat, können das zweite Element 20 und das erste Element 10 stabil miteinander in Kontakt gebracht werden, während ein Kippen ihrer Achsen verhindert wird.
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Die Positionierflächen 23, die eine kleine Fläche haben, sind zu bevorzugen. Der Grund hierfür ist, dass, wenn derselbe Stempel zahlreiche Ausbildungsflächen hat, die eine große Fläche haben und große Höhenunterschiede zueinander in der Achsrichtung haben, sich der Umfang der Kompression des Stempels während der Verdichtung in großem Umfang in der Achsrichtung unterscheidet und die Abschnitte des Bauteils, das durch die Ausbildungsflächenflächen ausgebildet wird, die die Höhenunterschiede zueinander haben, Dichteschwankungen verursachen.
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Sofern jede Positionierfläche 23 eine geringe Fläche hat, bewirkt der Verdichtungsdruck, dass ein Pulvermaterial in einen Abschnitt fließt, an dem der Umfang der Kompression des Stempels in der Achsrichtung kleiner ist (der Abschnitt, der dem Abschnitt entspricht, an dem die Positionierfläche 23 ausgebildet ist) als in den anderen Abschnitten. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Bauteil starke Schwankungen in der Verdichtungsdichte hat.
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4 zeigt ein zusammengesetztes Bauteil A, das ein Planetenträger ist, der durch Kombinieren eines ersten Elementes 10 und eines zweiten Elementes 20 ausgebildet ist, die gesinterte Träger sind.
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Dieser Planetenträger wird durch Verbinden des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 durch Verlöten während des Sinterns hergestellt.
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Wie es oben beschrieben wurde, wird bei der Lötverbindung das zweite Element 20 unten angeordnet und das erste Element 10 an der Spitze der Säule 22 nach oben weisend angebracht. Das zweite Element 20 und das erste Element 10 werden in einen Ofen eingeführt und miteinander verbunden, nachdem bewirkt wurde, dass die Verbindungsflächen der Säule 22 und des ersten Elementes 10 mit Lot imprägniert werden.
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Gleichzeitig werden, wie in 6 gezeigt, die Positionen des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 in der Achsrichtung derart bestimmt, dass die Positionierflächen 23, die in den Säulen 22 des zweiten Elementes 20 ausgebildet werden, mit dem ersten Element in Kontakt gebracht werden.
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In Anbetracht der Schätzabweichung der Relativpositionen des ersten unteren Stempels 2 und des zweiten unteren Stempels 3 in der Achsrichtung, wird der Höhenunterschied h zwischen der Spitze der Säule 22, die durch den ersten unteren Stempel 2 ausgebildet wird, und der Positionierfläche 23 derart bestimmt, dass verhindert wird, dass die Positionierfläche die Berührung mit dem ersten Element 10 in einem Zustand verliert, in dem die Spitze der Säule 22 in Kontakt mit dem ersten Element 10 ist.
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Ein Zwischenraum CL zwischen Verbindungsabschnitten des erste Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 (der Zwischenraum zwischen der Spitze der Säule 22 und dem ersten Element) wird derart bestimmt, dass der Abschnitt um den Zwischenraum mit geschmolzenem Lot infolge der Kapillarwirkung imprägniert wird, auch wenn die Relativpositionen des ersten unteren Stempels 2 und des zweiten untern Stempels in der Achsrichtung innerhalb des Schätzbereiches variieren.
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Der Verbindungsabschnitt des ersten Elementes 10 ist um einen Abstand H von dem Abschnitt des ersten Elementes 10 zurückversetzt, mit dem die Positionierfläche 23 des zweiten Elementes in Kontakt gebracht wird. Durch Bestimmen der ausgenommenen Größe H derart, dass sie größer oder gleich dem Maximalwert des Höhenunterschiedes h der Positionierfläche 23 ist, ist der Abstand sichergestellt, der ein Imprägnieren mit Lot zulässt.
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Soweit wurde ein gesinterter Planetenträger, der durch Pulvermetallurgie hergestellt wird und hinsichtlich Massenproduktion und Kosten vorteilhaft ist, als ein Beispiel beschrieben. Jedoch kann ein zusammengesetztes Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung alternativ durch Schmieden oder Spritzgießen hergestellt werden. Effekte der vorliegenden Erfindung an Erzeugnissen, die durch Schmieden oder Spritzgießen ausgebildet werden, werden ebenfalls erwartet, weil die Abmessung zwischen den Basen des zweiten Elementes und des ersten Elementes vermutlich infolge eines Grundes, wie etwa Fehlern, variiert, die während des Zusammenbaus der Pressformanordnung auftreten.
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Wie in 7 gezeigt, kann die vorliegende Erfindung auf ein Erzeugnis angewendet werden, bei dem eine Säule 22 (oder möglicherweise mehrerer Säulen) auf der Innenseite der Basis 21 des zweiten Elementes 20 in der radialen Richtung angeordnet ist.
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Wie es in 8 gezeigt ist, wird das zweite Element 20 des zusammengesetzten Bauteils A, das in 7 gezeigt ist, derart ausgebildet, dass der erste untere Stempel 2 auf der Innenseite des zweiten unteren Stempels 3 angeordnet wird und die Spitze der Säule 22 durch den ersten unteren Stempel 2 ausgebildet wird.
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Der zweite untere Stempel 3, der einen Positionierflächen-Ausbildungsabschnitt 3a an einem Abschnitt in der Mitte des zweiten unteren Stempels 3 in der Längsrichtung umfasst, bildet die Stirnfläche der Basis 21 des zweiten Elementes 20, an dem die Säule angeordnet ist, und einen Abschnitt der Spitze der Säule 22 (Positionierfläche 23).
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Für den Fall eines zusammengesetzten Bauteils, das eine Säule 22 hat, wie es in 7 gezeigt ist, werden drei oder mehr Positionierflächen 23 vorzugsweise an der Stirnseite der Säule 22 ausgebildet, so dass ein Kippen der Achsen des ersten Elementes und des zweiten Elementes verhindert wird. Das erste Element 10 und das zweite Element 20 werden aneinander befestigt, wobei die Positionierflächen 23 derart beschaffen sind, dass sie fortwährend mit dem ersten Element 10 in Kontakt gebracht sind.
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Aus demselben Grund hat das zusammengesetzte Bauteil, das zwei Säulen 22 an Positionen umfasst, die symmetrisch um das Zentrum sind, vorzugsweise drei oder mehr Positionierflächen 23.
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Ein Verfahren zum Verbinden des ersten Elementes und des zweiten Elementes miteinander ist nicht auf Verlöten beschränkt. Effekte der vorliegenden Erfindung wirken sich auch auf ein zusammengesetztes Bauteil aus, das man durch Befestigen des ersten Elementes und des zweiten Elementes aneinander durch andere Verfahren, wie etwa Diffusionsschweißen, Adhäsion oder mechanisches Befestigen erhält.
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Effekte der vorliegenden Erfindung wirken sich zudem auf zusammengesetzte Bauteile aus, die durch Schweißen oder Spritzgießen hergestellt werden, da die Abmessungen zwischen den Basen des zweiten Elementes und des ersten Elementes der zusammengesetzten Bauteile voraussichtlich infolge von Fehlern variieren, die während des Zusammenbaus der Pressformanordnung auftreten.
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Der gegenteilige Abschnitt, mit dem die Positionierfläche jeder Säule des zweiten Elementes in Kontakt gebracht wird, muss keine Platte sein. Die Positionen des ersten Elementes und des zweiten Elementes können bestimmt werden, indem die Säule mit einer weiteren Säule in Kontakt gebracht wird.
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In dieser Form können die Positionierflächen beider Säulen miteinander in Kontakt gebracht werden, indem mit Hilfe des zweiten unteren Stempels, der die Stirnfläche der Basis jedes Elementes ausbildet, eine Positionierfläche ausgebildet wird, die von der Spitze der Säule an dem ersten Element oder dem zweiten Element ausgenommen ist, eine Positionierfläche ausgebildet wird, die von der Spitze der Säule an dem anderen des ersten Elementes oder des zweiten Elementes hervorragt, und die hervorragende Positionierfläche einer der Säulen in die ausgenommene Positionierfläche der anderen Säule eingefügt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- oberer Stempel
- 2
- erster unterer Stempel
- 3
- zweiter unterer Stempel
- 3a
- Positionierflächen-Ausbildungsabschnitt
- 4
- Kernstab
- 5
- Pressform
- 6
- Hohlraum
- 10
- erstes Element
- 11
- Basis
- 20
- zweites Element
- 21
- Basis
- 22
- Säule
- 23
- Positionierfläche
- 23a
- gekrümmte Oberfläche an der Ecke
- A
- zusammengesetztes Bauteil
- P
- Pulvermaterial
- L
- Abstand L von der Spitze des zweiten unteren Stempels zu dem Positionierflächen-Ausbildungsabschnitt
- h
- Höhendifferenz zwischen der Spitze der Säule und der Positionierfläche
- H
- Umfang, in dem die zusammengesetzte Oberfläche des ersten Elementes ausgenommen ist
- CL
- Zwischenraum zwischen den Verbindungsabschnitten des ersten Elementes und des zweiten Elementes
