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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität des Anmeldedatums der United States Provisional Patent Application No. 62/145,773 mit dem Titel „Method of Producing Composite Components Using Post-Compaction Dimensional Change“, eingereicht am 10. April 2015, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme für alle hier ausgeführten Zwecke aufgenommen ist.
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ERKLÄRUNG BEZÜGLICH MIT BUNDESMITTELN GEFÖRDERTER FORSCHUNG BZW. ENTWICKLUNG
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Pulvermetallurgie. Insbesondere betrifft diese Offenbarung Verfahren zum Bilden von Verbundkomponenten durch Zusammenbau mindestens eines neuerlich verdichteten „grünen“ Presskörpers und einer anderen Komponente unmittelbar nach Herstellung des Presskörpers.
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STAND DER TECHNIK
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Pulvermetallurgie wird üblicherweise zum Herstellen von Massenkomponenten mit guter Maßhaltigkeit verwendet. Typischerweise werden ein Pulvermetall und eine gewisse Menge an Bindemittel und/oder Gleitmittel in einem Werkzeug- und Gesenksatz verdichtet, um einen „Grünling“ oder ungesinterten Pulvermetall-Presskörper oder Rohling auszubilden. Solche Presskörper oder Rohlinge werden dann auf Sintertemperatur knapp unter der Schmelztemperatur des Pulvermetalls erhitzt, um die Pulvermetallteilchen miteinander zu versintern. Dieses Sintern involviert normalerweise benachbarte Teilchen, die aneinander angreifen, um die Pulvermetallteilchen miteinander zu verbinden oder zu bonden, während gleichzeitig die Porosität der Komponente verringert und deren Dichte vergrößert wird. Bei manchen Formen kann der Sinterschritt „Flüssigphasen“-Sintern beinhalten, bei dem mindestens einer der Pulvermetallbestandteile derart ausgelegt ist, dass er bei Sintertemperaturen in eine Flüssigphase schmilzt, wodurch zusätzliche Flüssigkeitsphase für einen Transport bei Sintertemperaturen bereitgestellt wird. Auf jeden Fall bildet der Sinterprozess eine gesinterte Pulvermetallkomponente, die viel stärker als der grüne Presskörper oder der Rohling ist und der im Vergleich mit anderen durch andere Prozesse, wie beispielsweise Gießen, hergestellte Teile außerordentliche Maßgenauigkeit aufweist. In vielen Fällen wird diese gesinterte Pulvermetallkomponente weiter durch maschinelle Bearbeitung und/oder Schmieden und so weiter verarbeitet.
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Obwohl gesinterte Pulvermetallkomponenten ihre Vorteile haben, gibt es gewisse Umstände, bei denen eine einzelne gesinterte Pulvermetallkomponente nicht alle der gewünschten Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung besitzt. Unter solchen Umständen werden häufig Verbundkomponenten verwendet, bei denen mehr als ein Material zum Herstellen der Komponente verwendet wird. Um beispielsweise bimaterielle Verbundteile zu bilden, wurden Presstechniken entwickelt, bei denen mehrere Pulvermetalle in einen einzigen Werkzeug- und Gesenksatz (beispielsweise unter Verwendung von komplexen Teilern) gefüllt und diese Materialien dann gleichzeitig verdichtet werden.
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Nichtsdestotrotz fügen bekannte Produktionsprozesse für Verbundkomponenten ernsthafte Komplexität zu vorhandenen Prozessschritten hinzu und/oder fügen Notwendigkeit für zusätzliche Befestigungsmittel hinzu, um das Ausbilden des Verbundstücks zu ermöglichen. Ferner gibt es selbst im einfachsten Fall von Diffusionsbonding von zwei Komponenten, bei dem zwei Komponenten während des Sinterschritts dicht aneinander platziert werden, für mindestens eine der Komponenten potentiell Bedenken hinsichtlich konsistenter und genauer Platzierung der Anteile der zwei Bestandteile relativ zueinander, da das Sinterbonden relativ schlecht ausfallen kann, wenn es keine konsistente Grenzflächenqualität zwischen den Anteilen gibt.
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Somit gibt es Bedarf an Verbesserungen auf dem Gebiet der Herstellung von Pulvermetall-Verbundkomponenten.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein Verfahren wird hier offenbart, das die temporäre Wärme ausnutzt, die durch die Deformationsarbeit des Pulvermetalls während des Verdichtungsprozesses und der nachfolgenden Maßschrumpfung beim Abkühlen des Presskörpers bei einem Verfahren des Bildens einer Verbundkomponente erzeugt wird. Solange das verdichtete Teil noch warm vom Verdichten ist, wird es effektiv mit einer zweiten Komponente zusammengebaut. Beim Ableiten der Wärme (das heißt beim Abkühlen) vom verdichteten Teil, was zu einer geringen Maßschrumpfung führt, wird der Pulvermetall-Presskörper mit einer Presspassung auf die zweite Komponente aufgeschrumpft. Diese zusammengefügten Teile können dann zusammengesintert werden, um die Teile fest miteinander zu bonden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer Verbundkomponente offenbart. Das Verfahren beinhaltet die sequentiellen Schritte des Verdichtens eines Pulvermetalls in einem Werkzeug- und Gesenksatz unter Verwendung einer Verdichtungspresse, um einen Pulvermetall-Presskörper zu bilden, Auswerfens des Pulvermetall-Presskörpers aus dem Werkzeug- und Gesenksatz, Positionierens des Pulvermetall-Presskörpers relativ zu einem anderen Teil und Abkühlens des Pulvermetall-Presskörpers. Insbesondere sind das Timing und die Abfolge dieser Schritte insofern signifikant, da, wenn das Pulvermetall verdichtet wird, eine Temperatur des Pulvermetalls, die verwendet wird, um den Pulvermetall-Presskörper zu bilden, aufgrund der Deformation des Pulvermetalls während des Verdichtens relativ zur Umgebungstemperatur ansteigt. Nach dem Auswerfen und solange sich der Pulvermetall-Presskörper noch über der Umgebungstemperatur befindet, wird der Presskörper relativ zum anderen Teil positioniert. Dann schrumpft der Pulvermetall-Presskörper während des Abkühlens des Pulvermetall-Presskörpers in seinen Maßen, um eine Presspassung zu bilden, die den Pulvermetall-Presskörper und das andere Teil zusammenfügt, wodurch die Verbundkomponente gebildet wird.
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Das Verfahren kann ferner, nach dem Abkühlen des Pulvermetall-Presskörpers, das Sintern der Verbundkomponente beinhalten. Während des Sinterns kann der Pulvermetall-Presskörper mindestens einen Anteil eines gesinterten Abschnitts der Verbundkomponente bilden. Es ist angedacht, dass, in manchen Formen, der andere Teil ein weiterer Pulvermetall-Presskörper sein kann (wenn auch einer mit einer anderen Geometrie). In diesem Fall können beide Pulvermetall-Presskörper während des Sinterschritts gleichzeitig gesintert werden.
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Der Schritt des Sinterns kann auch zu dem Diffusionsbonden eines ersten Abschnitts und eines zweiten Abschnitts an einer Grenzfläche führen, die zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt definiert ist, in der der erste Abschnitt der Verbundkomponente durch das Sintern des Pulvermetall-Presskörpers gebildet ist und der zweite Abschnitt den anderen Teil beinhaltet. Diese Grenzfläche zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, an der das Diffusionsbonden auftritt, kann einer Grenzfläche entsprechen, die zwischen dem Pulvermetall-Presskörper und dem anderen Teil während des Schaffens der Presspassung während des Abkühlens des Pulvermetall-Presskörpers gebildet wird. Es ist angedacht, dass nach dem Sintern andere Nachsinterschritte durchgeführt werden können, wie etwa beispielsweise Wärmebehandlung der Verbundkomponente.
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Bei manchen Formen des Verfahrens kann sich der andere Teil vor dem Schritt des Positionierens des Pulvermetall-Presskörpers relativ zum anderen Teil auf Umgebungstemperatur befinden oder kann vor dem Schritt des Positionierens des Pulvermetall-Presskörpers relativ zum anderen Teil auf eine Temperatur unter Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Mit dem anderen Teil vor dem Positionierungsschritt auf oder unter Umgebungstemperatur bedeutet dies, dass der Pulvermetall-Presskörper in seinen Abmessungen auf den anderen Teil aufschrumpft, wenn der Pulvermetall-Presskörper relativ zum anderen Teil abkühlt. Bei manchen Formen kann sich der andere Teil vor dem Positionieren auch oberhalb der Umgebungstemperatur befinden, wobei der andere Teil in diesem Fall so gestaltet sein sollte, dass er eine geringere Maßschrumpfung bei der Abkühlung aufweist als der Pulvermetall-Presskörper, um so sicherzustellen, dass die Presspassung ausgebildet wird.
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Bei manchen Formen des Verfahren kann der Pulvermetallteil einen Innenumfang aufweisen und der andere Teil kann einen Außenumfang aufweisen und der Innenumfang des Pulvermetallteils und der Außenumfang des anderen Teils können entsprechende Gestalten aufweisen, die nach dem Abkühlen des Pulvermetall-Presskörpers die Presspassung bilden. Bei einer speziellen Form kann der Pulvermetall-Presskörper von ringförmiger Gestalt sein; andere Gestalten können aber auch funktionieren.
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Der andere Teil kann eine von einer Anzahl von verschiedenen Formen annehmen. Wie oben erwähnt wurde, könnte der andere Teil auch ein Pulvermetall-Presskörper sein und es ist angedacht, dass dieser Pulvermetallteil gleichzeitig mit dem Pulvermetall-Presskörper gesintert werden könnte oder vor dem Positionieren und Abkühlen, was die Presspassung bildet, zentriert werden könnte. Allerdings kann der andere Teil auch ein Festkörper, ein Teil voller Dichte sein, wie etwa beispielsweise ein Guss- oder Extrusionsteil.
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Es ist ebenfalls angedacht, dass der Pulvermetall-Presskörper bei manchen Formen des Verfahrens zwischen dem Schritt des Auswerfens und des Positionierens erhitzt oder warm gehalten werden kann. Derartiges Erhitzen kann verhindern, dass der Pulvermetall-Presskörper sofort abkühlt (oder in einem derartigen Ausmaß abkühlt, dass das Abkühlen die Platzierung des Pulvermetall-Presskörpers relativ zum anderen Teil für die nachfolgende Bildung der Presspassung verhindert).
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Es ist ebenfalls angedacht, dass der Pulvermetall-Presskörper bei manchen Formen vor dem Schritt des Positionierens des Pulvermetall-Presskörpers relativ zum anderen Teil möglicherweise nicht auf Umgebungstemperatur abkühlt. Anders ausgedrückt kann das Positionieren ohne irgendwelches Wiedererhitzen zwischen Auswurf und Positionieren auftreten, so dass das verwendete Erhitzen vorwiegend durch den Verdichtungsprozess erzeugt wird.
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Diese und noch andere Vorteile der Erfindung werden anhand der ausführlichen Beschreibung und der Zeichnungen ersichtlich werden. Das Folgende ist lediglich eine Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Um den vollen Schutzumfang der Erfindung zu bewerten, sollten die Ansprüche betrachtet werden, da diese bevorzugten Ausführungsformen nicht als die einzigen im Schutzumfang der Ansprüche liegenden Ausführungsformen beabsichtigt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm, das die Schritte des Verfahrens des Bildens der Verbundkomponente veranschaulicht.
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2A bis 2D veranschaulichen schematisch Teile des in 1 veranschaulichten Verfahrens.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Beziehen wir uns zunächst auf 1, wo ein Verfahren 100 für die Herstellung einer Verbundkomponente, die mindestens einen Pulvermetallanteil beinhaltet, veranschaulicht ist. Der andere Anteil bzw. die anderen Anteile der Verbundkomponente kann/können ebenso aus Pulvermetall bestehen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist, kann/können aber auch Nicht-Pulvermetallanteile sein, d. h. beispielsweise durch Guss, Extrusion oder derart auf andere Weise ausgebildet sein.
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Gemäß dem Verfahren 100 in 1 wird zunächst ein Pulvermetall in einen Werkzeug- und Gesenksatz gefüllt und wird dann, wie in Schritt 102 angegeben ist, in dem Werkzeug- und Gesenksatz verdichtet, um einen Pulvermetall-Presskörper zu bilden. Dieses Pulvermetall beinhaltet einen oder mehrere Pulvermetallbestandteile (die ein homogenes Pulvermetall oder Vermengungen oder Vermischungen verschiedener heterogener Pulvermetalle sein können) und wird typischerweise mit einem Gleitmittel und/oder einem Bindemittel versehen, das dabei hilft, die Form des verdichteten Pulvermetalls vor dem Sintern beizubehalten sowie das nachfolgende Auswerfen des Pulvermetall-Presskörpers aus dem Werkzeug- und Gesenksatz zu erleichtern.
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Durchschnittsfachleuten sind verschiedene Pulvermetallverdichtungsverfahren bestens bekannt, obgleich nun ein beispielhaftes Verfahren beschrieben werden wird. Bei einer herkömmlichen Form der Pulvermetallverdichtung wird nur ein unterer Werkzeugsatz in einem Hohlraum eines Gesenks platziert, um einen unteren Boden zu bilden. Pulvermetall kann dann unter Verwendung eines Füllschuhs in diesen Gesenkhohlraum eingefüllt werden. Bei entferntem Füllschuh wird ein oberer Satz des Werkzeugs in den Hohlraum des Gesenks abgesenkt und ein einachsiger Verdichtungsdruck wird durch das obere Werkzeug und das untere Werkzeug auf das Pulvermetall ausgeübt, wenn sie zueinander gebracht werden.
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Dies ist aber nur ein bekanntes Verfahren der Verdichtung. Es gibt zahlreiche Varianten, diesen Verdichtungsschritt auszuführen, und derartige Varianten werden selbstverständlich als in den Schutzumfang des beschriebenen Verdichtungsschritts fallend angesehen.
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Insbesondere werden die Pulvermetallteilchen während des Verdichtungsschritts bearbeitet und deformiert, was Wärme erzeugt, die den Teil über die Umgebungstemperatur aufwärmt. Diese Wärme wird durch Bearbeiten und Deformation der Teilchen erzeugt, was die hergestellten Pulvermetall-Presskörper merklich erwärmt.
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So wie sie hier verwendet wird, beschreibt „Umgebungstemperatur“ eine Temperatur der umgebenden Umwelt, aber nicht des Pulvermetalls unmittelbar nach der Verdichtung oder der der Verarbeitungsgerätschaften selbst. In den meisten Umfeldern wird die Umgebungstemperatur die Raumtemperatur sein, in der der Prozess stattfindet. Da Pulvermetallurgie häufig unter Fabrikbedingungen stattfindet, mit Öfen überall in der Einrichtung, ist es möglich, dass die Umgebungstemperatur zumindest unter manchen Bedingungen um oder über 100 Grad Fahrenheit liegt. Es versteht sich, dass „Umgebungstemperatur“ ein relativer Begriff ist, der im Zusammenhang mit der Betriebsumgebung steht.
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Sobald der Teil gemäß dem Schritt 102 verdichtet ist, wird dann der Pulvermetall-Presskörper gemäß dem Schritt 104 aus dem Werkzeug- und Gesenksatz ausgeworfen. Herkömmlicherweise involviert dieses Auswerfen das Abziehen des oberen Werkzeugelements aus dem Gesenk und das Abheben des unteren Werkzeugelements, um bündig mit der oberen Oberfläche des Gesenks abzuschließen. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Seitenschieberelement den Pulvermetall-Presskörper weg vom und getrennt vom Verdichtungswerkzeug und beispielsweise auf ein Förderband oder anderweitig, zwecks Handhabung, an einen Bediener bewegen.
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Es versteht sich, dass zusätzlich zu jeglicher durch die Bearbeitung und Deformation des Pulvermetalls während der Verdichtung erzeugten Wärme, eine gewisse Wärmemenge während des Schritts 104 während des Auswerfens des Pulvermetall-Presskörpers aus dem Werkzeug- und Gesenksatz erzeugt werden kann. Diese Wärme kann durch Reibungseingriff des Werkzeug- und Gesenksatzes und des Pulvermetall-Presskörpers erzeugt werden, wenn der Pulvermetall-Presskörper aus dem Werkzeug ausgeworfen wird. Insbesondere kann dieses zyklische Verdichten und Auswerfen des Pulvermetall-Presskörpers in und aus dem Werkzeug- und Gesenksatz bei Produktion von Presskörpern in großen Mengen erhebliche Wärmemengen erzeugen, die sowohl in den Pulvermetall-Presskörper als auch in den Werkzeug- und Gesenksatz selbst eingebracht werden. Dementsprechend kann es unter den Bedingungen, bei denen Reibung eine erhebliche Rolle bei der Aufheizung spielt, angebracht sein, eine Anzahl von Verdichtungszyklen durchzuführen, um die Temperatur des Werkzeugs anfangs anzuheben und kann zu relativ konsistenten Temperaturen von Verdichtung zu Verdichtung führen.
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Als einige nicht beschränkende Beispiele für Temperaturen von frischgepressten Pulvermetall-Presskörpern würde die Temperatur von Presskörpern typischerweise von etwa 125 bis 165 Grad Fahrenheit betragen. Elektrische Heizpatronen oder temperaturgeregeltes Fluid (beispielsweise Kanäle im Gesenk) können die Temperatur erhöhen oder steuern. Es gibt einige Gleitmittel, die bei 225 Grad Fahrenheit betrieben werden können, so dass die Temperatur der frischgepressten Presskörper erheblich angehoben werden kann, ohne das Pulver aufzuheizen. Die Maximaltemperatur für geheiztes Pulver oder geheizte Werkzeuge würde bei Verwendung eines speziellen Gleitmittels bei 450°F liegen. Von daher gibt es einen weiten Bereich von potentiell anwendbaren Temperaturen für die gepressten Presskörper. Als ungefähre Schätzungen für Ausdehnungsraten für einige Eisenmetalle liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis ungefähr 200 Grad Fahrenheit bei 5,9 × 10–6 / °F oder von Raumtemperatur bis 400 Grad Fahrenheit bei 6,4 × 10–6 / °F.
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Bei gerade aus dem Werkzeug- und Gesenksatz ausgeworfenen Pulvermetall-Presskörper wird der noch warme Pulvermetall-Presskörper gemäß Schritt 106 relativ zu einem anderen Teil positioniert und weiter, wie beispielsweise in den 2A und 2B, in denen der Pulvermetall-Presskörper 210a und der andere Teil 220 zunächst voneinander getrennt sind und dann jeweils relativ zu einander positioniert werden, sequentiell veranschaulicht ist. Bei noch warmem Pulvermetall-Presskörper 210a, wie in 2A und 2B veranschaulicht ist, weist der Pulvermetall-Presskörper 210a aufgrund vom Wärmeausdehnung leicht größere Maße als der Pulvermetall-Presskörper 210b nach dem Abkühlen auf, was nachfolgend in 2C veranschaulicht ist, nach dem Abkühlen und bei leicht abgenommenen Maßen. Im noch warmen Zustand kann, wie in 2B gezeigt ist, ein Innenumfang 212a des Pulvermetall-Presskörpers 210 um einen Außenumfang 222 des anderen Teils 220 herum platziert werden. Bei der schematisch veranschaulichten bestimmten Form ist der Pulvermetall-Presskörper 210a allgemein hohlzylindrisch, wohingegen der andere Teil 220 zylindrisch ist. Der Innenumfang 212a des Pulvermetall-Presskörpers 210a und der Außenumfang 222 des anderen Teils 220 entsprechen einander stark hinsichtlich Gestalt und Maßen, obgleich der Innenumfang 212a des Pulvermetall-Presskörpers 210a noch leicht größer ist als der Außenumfang 222 des anderen Teils 220, wenn der Pulvermetall-Presskörper 210a noch warm vom Verdichten und Auswerfen ist, um ein Zwischenkomponentenvolumen oder einen Spalt 230 zwischen dem Innenumfang 212a des Pulvermetall-Presskörpers 210a und dem Außenumfang 222 des anderen Teils 220 zu schaffen. Diese Maßdifferenz kann hinsichtlich der nachfolgenden Schritte relativ klein sein. Beispielsweise kann die Durchmesserdifferenz zwischen dem Innenumfang 212a und dem Außendurchmesser 222 weniger als 1% des Gesamtdurchmessermaßes betragen.
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Es versteht sich, dass die veranschaulichten Gestalten des Innen- und des Außendurchmessers lediglich beispielhaft sind. Andere Gestalten von Umfängen, ob sie nun vollständig übereinstimmen oder nur teilweise übereinstimmen, können anstelle von kreisförmigen Querschnitten eingesetzt werden.
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Ferner versteht sich, dass, obgleich der andere Teil 220 als ein Teil mit voller Dichte veranschaulicht ist, der andere Teil 220 ein beliebiger aus einer Anzahl von Arten sein kann, ob es nun Pulvermetall oder Nicht-Pulvermetall ist. Wenn der andere Teil 220 Pulvermetall ist, dann kann der andere Teil 220 beim Schritt 106 des Positionierens entweder gesintert oder ungesintert sein.
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Es ist ebenfalls angedacht, dass der der Pulvermetall-Presskörper, optional zwischen dem Auswurf des Pulvermetall-Presskörpers aus dem Werkzeug- und Gesenksatz gemäß Schritt 104 und dem Positionieren des Pulvermetall-Presskörpers relativ zu einem anderen Teil gemäß Schritt 106, gemäß dem optionalen Schritt 108 über der Umgebungstemperatur gehalten werden kann. Halten der Temperatur des Pulvermetall-Presskörpers über der Umgebungstemperatur kann potentiell Verwendung von temporären Wärmern oder Verwenden wärmeisolierender Transportmechanismen involvieren, um sicherzustellen, dass der Pulvermetall-Presskörper nicht in einem unzulässigen Ausmaß (d. h., einem, bei dem der Pulvermetall-Presskörper aufgrund mit der Abkühlung assoziierter Maßschrumpfung nicht mehr relativ zu einem anderen Teil gemäß dem Schritt 106 positioniert werden kann) vor dem Schritt 106 des Positionierens des Pulvermetall-Presskörpers relativ zum anderen Teil abkühlt. Noch weiter ist es angedacht, dass das Pulvermetall oder der Werkzeug- und Gesenksatz selbst gewärmt werden, wie etwa während der warmen Verdichtung, um einen grünen Presskörper mit einer erhöhten Temperatur zu erreichen.
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Es ist angedacht, dass sich der andere Teil während des Positionierungsschritts 106 auf Umgebungstemperatur, unter Umgebungstemperatur (möglicherweise unter Verwendung von Kühlmechanismen) oder sogar leicht über Umgebungstemperatur befinden kann. Unabhängig von der Temperatur des anderen Teils zur Zeit des Positionierens sollten der Pulvermetall-Presskörper und der andere Teil anfangs relativ zueinander positionierbar sein, derart, dass das im folgenden Schritt beschriebene Ergebnis zum Bilden einer Presspassung zwischen dem Pulvermetall-Presskörper und dem anderen Teil erreicht werden kann.
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Nachdem der Pulvermetall-Presskörper und der andere Teil relativ zueinander wie in Schritt 106 positioniert wurden, wird dem Pulvermetall-Presskörper gemäß dem Schritt 108 erlaubt, zu schrumpfen. Durch Kühlen des Pulvermetall-Presskörpers erfährt der Pulvermetall-Presskörper aufgrund von Wärmekontraktion eine geringe Menge an Maßschrumpfung. Dies ist in 2C veranschaulicht, bei der der Pulvermetallteil 210b abgekühlt ist, um auf den anderen Teil 220 aufzuschrumpfen, der zwischenzeitlich relativ maßstabil blieb, um den Zwischenkomponentenspalt 230 zu beseitigen und eine Presspassung 240 an der Grenzfläche zwischen dem Innenumfang 212b des Pulvermetall-Presskörpers 210 und dem Außenumfang 222 des anderen Teils zu bilden, um dadurch eine Verbundkomponente 250b zu bilden. Demnach tritt im Pulvermetall-Presskörper bei Abkühlen von 210a zu 210b (der Durchmesser des Innenumfangs 212a im warmen Presskörper 210a ist größer als der Durchmesser des Innenumfangs 212b im abgekühlten Presskörper 210b) eine kleine, aber signifikante, Maßänderungsmenge auf, um die Presspassung zwischen den Teilen der Verbundkomponente 250b zu schaffen.
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Es sei angemerkt, dass ein grüner Pulvermetall-Presskörper bei sanfter Handhabung leicht seine Form behält; allerdings ist es bei etwas Krafteinwirkung möglich, dass der grüne Presskörper bröckelt oder bricht. Beispielsweise würde Fallenlassen eines grünen Presskörpers aus Höhe von ein paar Fuß typischerweise dazu führen, dass der Presskörper in viele Stücke zerbricht oder zerbröselt. Diese strukturelle Unversehrtheit oder deren Abwesenheit sollte immer berücksichtigt werden, wenn die zusammenzufügenden Teile designt werden, in Anbetracht dessen, dass beim Bilden der Presspassung etwas Druck auf den grünen Presskörper ausgeübt wird (beispielsweise im Falle eines hohlzylindrischen grünen Presskörpers in der Umfangsrichtung). Demnach sollten die Maße der Komponenten derart gewählt werden, dass, wenn beim Abkühlen eine Presspassung erzeugt wird, die zum Schaffen und Erhalten der Presspassung eingebrachte Kraft dem grünen Presskörper keinen strukturellen Schaden zufügt. Demnach ist ein Gleichgewicht herzustellen, um die Presspassung ohne Beschädigung der grünen Komponente zu erreichen.
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Es sei ebenfalls angemerkt, dass beim Auftreten der Abkühlung eine gewisse Wärmemenge vom Presskörper auf den anderen Teil übertragen wird, wodurch sich nicht nur eine Wärmekontraktion des Pulvermetall-Presskörpers, sondern auch mindestens eine temporäre Wärmeausdehnung des anderen Teils ergibt. In Abhängigkeit von den Wärmeausdehnungsraten der zwei Anteile ist es angedacht, dass das Abkühlen nicht bis zu einer vollständigen Abkühlung auf Umgebungstemperatur stattfinden muss, insbesondere, wenn der andere Teil eine größere Wärmeausdehnungsrate als der Pulvermetall-Presskörper aufweist, dass es möglich oder sogar bevorzugt sein kann, die zusammengefügten Komponenten bei einer Temperatur über der Umgebungstemperatur zu halten, um die Presspassung zu erhalten oder zu befördern.
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Nachdem die Presspassung gemäß Schritt 110 erstellt wurde, kann dann ein Schritt des Sinterns 112 der Verbundkomponente stattfinden, um an der Pulvermetall- Presskörperpassung auf den anderen Teil sowie potentiell auch den anderen Teil anzusintern (wenn der andere Teil auch ein Pulvermetall ist). Sintern findet durch Erhitzen der Verbundkomponente 250b auf knapp unter der Schmelztemperatur von mindestens einem der Bestandteile des Pulvermetall-Presskörpers 210b statt. Die Strukturänderung des Sinterschritts 112 spiegelt sich zwischen den 2C und 2D wider, bei denen der gekühlte, ungesinterte Pulvermetall-Presskörper 210b gesintert wird, um den gesinterten Pulvermetallanteil 210c der Verbundkomponente 250c zu bilden, die beide auch den anderen Teil 220 beinhalten.
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Während des Sinterns kann an der vorherigen Grenzfläche der Presspassung 240 eine diffusionsgebondete Region 260 geschaffen werden (die im Allgemeinen durch die Linie 260 in 2D dargestellt wird, obgleich eine derartige Grenzfläche ein Diffusionsgradient ist). Diese diffusionsgebondete Region 260 bildet eine starke metallurgische Bindung zwischen dem gesinterten Pulvermetallanteil 210c und dem anderen Teil 220. Ferner gibt es außerordentlichen Oberfläche-Oberfläche-Kontakt, in dem Ausmaß, dass dem Sintern eine Presspassung 240 vorausgeht, zwischen den Rohlingoberflächen des Innenumfangs 212b und des Außenumfangs 220, der die Stärke der diffusionsgebondeten Region 260 vergrößert.
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Ferner wird beobachtet, dass der Pulvermetall-Presskörper 210b während des Sinterns eine Tendenz zum Maßschrumpfen aufweist, da er während des Sinterns an Dichte zunimmt, um den gesinterten Pulvermetallanteil 210c zu bilden. Dies intensiviert die Presspassung und den Oberflächenkontakt zwischen den Anteilen weiter.
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Auf den Schritt 112 des Sinterns folgend kann die Verbundkomponente 250c während eines Schritts 114 zusätzlichen Zweitoperationen und Nachsinteroperationen unterzogen werden, wie etwa beispielsweise Wärmebehandlung, Einsetzen, mechanisches Bearbeiten, Schmieden und so weiter.
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Es versteht sich, dass Varianten angedacht sind, obgleich ein Einzelfall der Bildung einer Verbundkomponente mit einem Pulvermetallanteil und einem Nicht-Pulvermetallanteil veranschaulicht ist. Unter anderem ist, wie früher angemerkt wurde, zusätzlich zum Modifizieren der Gestalten und Arten von Teilen, angedacht, dass die Verbundkomponente mehr als nur zwei Komponenten beinhaltet, wie in 2A–2D veranschaulicht ist. Beispielsweise können mehrere Pulvermetallkomponenten zu einer Presspassung auf ein einziges Basisteil abgekühlt werden. Als noch eine weitere Alternative kann ein einziges Pulvermetallteil gekühlt werden, um eine Presspassung zwischen zwei anderen getrennten Komponenten zu bilden, um diese beispielsweise zusammenzufügen. Somit sind zahlreiche Varianten angedacht und das dargestellte Beispiel sollte als veranschaulichend aber nicht beschränkend angesehen werden.
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Es versteht sich, dass verschiedene andere Modifikationen und Varianten an den bevorzugten Ausführungsformen innerhalb des Wesens und des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen werden können. Daher sollte die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt werden. Um den vollen Schutzumfang der Erfindung festzustellen, sollten die folgenden Ansprüche berücksichtigt werden.
