DE2004455A1

DE2004455A1 - Verfahren zur Herstellung eines einstükkige Teile verschiedener Wichte aufweisenden Sinterkörpers

Info

Publication number: DE2004455A1
Application number: DE19702004455
Authority: DE
Inventors: Takashi; Awano Yoji; Nagoya Aichi; Kimura (Japan)
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1969-01-31
Filing date: 1970-01-31
Publication date: 1970-10-15
Also published as: CA918462A; JPS524482B1; GB1292007A; DE2004455C3; DE2004455B2

Description

Verfahren zur Herstellung eines einstückige Teile verschiedener Wichte aufweisenden Sinterkörpers.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einstückige Teile verschiedener Wichte aufweisenden verfestigten Körpers (wie z. B. eine-Sinterlegierung), dessen Teile mit verschiedenen Wichten dadurch erzeugt werden, dass getrennte Teile des Körpers unter verschiedenen Pressdruckverhältnissen gepresst werden.

Sinterkörper finden bei Filtern, öllosen Lagern usw. wegen ihrer Porosität Einsatz, jedoch weisen sie verschiedene Nachteile auf, wie z. B. niedrige Festigkeit und Zähigkeit, die auf die hohe Porosität zurückzuführen sind.

Es ist bekannt, bei der Herstellung hochporöserProdukte, die gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Zähigkeit auf weisen, das Material durch ein eine höhere Festigkeit auf- weieended Material zu verstärken. Dennoch führt eine sol che Verstärkung zu einem aufwendigen Herstellungsverfahren, das wegen des Verstarkungtmateri*li und der Verstärkungs- btha*dlung zahlreiche Herattllungaetufen umfasst.

Di· vorliegende Erfindung aieht ein Verfahren zur Herstel lung tinea verfeatigttn flinttrkörpera vor, der Teile mit ytrachitdenen Eigtnachaftta und funktionen aufweist, das dadurch gekennzeichnet tat, da·· tin Metall, eine Legie-

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rung oder ein Cermetpulver gepresst wird, ^ etwa Gestalt und Grosse eines erwünschten Produkts zu geben, gesintert wird, ein Teil des Körpers auf eine höhere Wichte gepresst wird, wodurch, ein Produkt ohne weiteres erzielt wird, das einstückige poröse Teile niedriger Wichte und nicht poröse Teile hoher Wichte aufweist, wobei die hohe Festigkeit und Zähigkeit der Teile hoher Wichte, die schwachen porösen Teile verstärkt. Durch das vorliegende Verfahren entfällt die bekannte aufwendige Behandlung, wie z. B. eine Verstärkung mit festerem Material oder Einsetz, ι hochfester Teile. Ein Teil des Produkts, der eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweisen sollte, wird bei oder unterhalb der Sintertemperatur zusammengepresst. Das Zusammenpressen kann auch bei Zimmertemperatur erfolgen. Die Grenzfläche zwischen dem porösen Teil und dem Teil hoher Wichte des Produkts wird in natürlicher Weise kontinuierlich verlängert, wodurch eine feste einstückige Verbindung der Teile mit niedriger bzw. hoher Wichte entsteht. Dadurch wird der poröse Teil durch den Teil hoher Wichte verstärkt. Die vorliegende Erfindung führt su einem Produkt, das die Vorteile der einfachen Behandlung, einer Erniedrigung der Materialkosten und einer Steigerung der Produktion und 4«r Wirtschaftlichkeit wegen des einstöckigen Verfahrens aufweist. ^s

Saraus folgt, dass dit Aufgabt der Irfinduaf in erster t»i- alt daiim liegt, tia Verfahren iur Herstellung tines einstückig« Teiles verschiedener Wiohtt aufwtistadtn Sinttr-

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körpers zu schaffen, das die Mängel und Nachteile "bekannter Verfahren zur Herstellung solcher Produkte vermeidet.

Ein weiteres Zeil bzw. eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines Sinterproduktes vorzusehen, das verschieden:, ^yHl' kaiische Werte aufweist und einen breiten.Anwendungsbereich besitzt.

Ein noch weiteres Ziel bzw. weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterprodukt es vorzusehen, das einfach in der Ausführung ist und billig und wirtschaftlich durchgeführt werden kann« ,

Die aeuartigen Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung betrachtet werden, eind in ihren Einzelheiten in den angelangten Ansprüchen aufgestellt. Die Erfindung selber« sowohl in ihrem Zusammenbau alt auch in ihrer Wirkungsweise zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen, ist am beaten der folgenden Beschreibung verschiedener spezi fischer Ausfuhrungeformen und den zugeordneten beiliegendeil Zeichungen zu entnehmen, worin gleiche Bezugszeichen glei che Teile in den verschiedenen Figuren bezelchen. Es zeigen:

Figur 1 «ine Formvorrichtung, die im Verfahren gemäss der ■ ' Erfindung benützt wird, um dal endgültige Produkt als einen Teile verschiedener Wichte aufweisenden Sinterkörper zu gestalten, im Schnitt;

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Figur 2 einen Querschnitt eines anfänglich, geformten

Körpers aus porösen Sintermaterial vor dem Einlegen in die Form gemäss Figur 1;

Figur 3 einen Querschnitt des endgültigen verfestigten Produkts, wobei der Körper geinäss Figur 2 nach der Verfestigung in der Formvorrichtung gemäss Figur 1 verfestigt wird;

Figur 4- ein Schliffbild eines Teiles des Produkts, ge- f mäss Figur 3> und

Figur 5 ein vergrössertes Schliffbild der einstückigen •Grenzfläche zwischen den Teilen hoher und niedriger Wichte gemäss Figur 4.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf das Formen eines Synchronisierrings eines Kraftfahrzeuggetriebes beschrieben.

Eisen- und Kohlenstoffpulver werden in dem Verhältnis FeO,5 % C vermischt und in eine Matrize verfestigt, worauf sie während 30 Minuten bei 1100° C gesintert werden, um den porösen Sinterring 40 zu bilden, der einen Hauptringteil 41 mit einer inneren Umfangeflache 43, einer äusseren Umfangsflache 44 sowie eine Oberfläche 45 aufweisenden Ringflansch bzw. -rand aufweist.

Eine weitere Probe des Rings 40 wurde aus Fe-2 % Cu-PuIyer

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gebildet, in dem das Pulver in der Matrize verfestigt und anschliessend bei 1100° C während 15 Minuten gesintert wurde.

Der Randteil42 desporösen Sinterrings 40 wurde mit einer grösseren Stärke begildet als die der entsprechenden Randpartie des herzustellenden Produktes, Der Ring 40 wurde zwischen die Matrize 10 und den Stempel 20 gesetzt (Figur 1) und bei erhöhter Temperatur weiter verdichtet, wodurch das Produkt mit der gewünschten Gestalt und Grosse unter Schliessen der im Randteil 42 befindlichen Poren mit einem Rand hoher Wichte und verminderter Stärke entstand. Die erhöhte Temperatur kann die Sintertemperatur oder eine niedrigere Temperatur sein. Es besteht auch die Möglichkeit bei Zimmertemperatur zu arbeiten.

Die Formvorrichtung gemäss Figur 1 umfasst eine Metallmatrize 10 und einen Stempel 20, die eine untere Fläche 11, eine innere zylindrische Fläche 12, die sich nach oben von der unteren Fläche erstreckt, eine gestufte Fläche 13 bzw. Schulter, die sich nach aussen von der Fläche 12 erstreckt und die schräg nach innen und nach unten gerichtet wird, eine SeitenfJäche 14 am Umfang, die sich nach oben senkrecht von dem Absatz 13 erstreckt, eine obere Endfläche 15, die eich nach auesen unter einem rechten Winkel zu der Fläche 14 erstreckt, und eine Auedehnung 19 in der Fläche 15 aufweisen. . ■ - . V- -^: \ .^:.>.'■;.' ..-"_.'

Der SttBpel 20 besitzt eint untere,Endfläcne 23, eine äus-

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sere Umfangsflache 22, die sich, schräg nach aussen und nach oben von der Fläche 23 erstreckt, eine gestufte Fläche 21 bzw. eine Schulter, die sich waagrecht nach aussen von der Fläche 22 erstreckt. Dementsprechend bleibt beim Einfügen des Stempels 20 in die Metallmatrize 10, bis der Matriaenansatz 15 gegen den Stempelansatz 21 zu liegen kommt, ein Raum 30 zwischen dem Stempel und der Matrize (Figur 1). Im Raum 30 entspricht der Abstand zwischen den durch die Oberfläche der Matrize 12 und des Stempels 22 begrenzten Wänden 22 etwa der Stärke des Hauptringkörpers 41 (Figur 2).

Bei der Anwendung der Formvorrichtung wird der Stempel 20 aus der Matrize 10 und dem Ring 40 herausgehoben, bis auf etwa 900 G erhitzt und soweit in die Matrize geschoben, dass die äussere Umfangsfläche 44 des Rings 40 die innere Matrizenfläche 12 berührt. Sodann wird der Stempel 20 in die Metallmatrize 10 eingeschoben. Deageaäss entsteht aus dem Ring 40 das Produkt 50 (Figur 3)» daa einen Hauptringkörper 51 besitzt, der eine innere Uafangsflache 53» eine äussere Umfangsf1äshe 54· und eine Oberfläche 55 aufweist.

Da der Matrizenraum 30 dieselben Abmessungen wie der Ringkörper 41 aufweist, wird während der Presawirkung des Stempels 20 der Hauptringkörper 41 höchsten· geringfügig gepresst. Eb entsteht jedoch eine erheblich· Pressung des Flansches 42, weil seine Stärk· erheblich grosser ist, de der entsprechende Raum !wischen den Schultern 13 und 15· Demzufolge weist der Hauptkörper 51 des Produkt··· 50 un-

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gefähr dieselbe Porosität wie der Teil 41 des Rings 40 auf, während der gepresste Flansch 52 eine erheblich grössere Wichte aufweist. In anderen Worten besitzt das sich ergebende Produkt einen porösen Teil 51-, sowie einen nicht porösen Teil 52 hoher Wichte.

Die Temperatur während des Pressens durch den Stempel 20 kann zweckmässig bei Materialien, die eine hohe Pressbarkeit aufweisen bei der Sintertemperatur oder etwas darunter liegen, und bei Materialien, cLie ein kleines Pressverhältnis aufweisen, bei Zimmertemperatur liegen.

ler Wichteunterschied zwischen den Teilen 51, 52 des Synchronisierrings 50 ist dem Schliffbild gemäss Figur 4 zu entnehmen, das einen Querschnitt des Rings darstellt, der dadurch hergestellt wurde, dass ein Pressling aus Fe-O,-5 % C-Pulver gesintert wurde, worauf lediglich der Randteil erfindungsgemäss gepresst wurde. Im Schliffbild bezeichnen die schwarzen Punkte Poren. Daher entspricht eine grössere Anzahl an schwarzen Punkten in einem bestimmten Oberflächenteil einen Teil höherer Porosität, während weniger schwarze Punkte innerhalb einer vorgegebenen Fläche einen Teil höherer Wichte kennzeichnen* Eine überprüfung der Figur 4 zeigt, dass der Hauptringkörper eine hohe Porosität besitzt, während der waagrechte Rand oder Flansch eine hohe Wichte aufweist.

Figur 5 stellt auf einem vergrösserten Masstab einen Teil des Körpers 50 dar, der den äusseren gekrümmten Rand 57 . zwischen dem Hauptringkörper 51 und dem Flansch 52 besitzt*

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Dies ist die Grenze zwischen dem porösen Ring 51 und dem gepressten nicht porösen Flansch 52. Wie aus der Figur hervorgeht, ist diese Grenze nicht klar umrissen, wobei die beiden Teile durch eine faserartige Struktur verbunden sind, die beweist, dass der poröse und die nicht porösen Teile einstückig in einer kontinuierlichen und natürlichen Weise miteinander verbunden sind.

Ringproben aus Eisen-Kohlenstofflegierungen, wie oben erwähnt, wurden in der beschriebenen Weise hergestellt. Der überflüssige Teil 56 des Flansches auf Jedem Hing wurde anschliessend in an sich bekannter Weise abgeschnitten, woraufhin Zähne in dem Flanschten 52 bearbeitet wurden, um Zahnräder herzustellen, die mit Hülsen in Kraftfahrzeuggetrieben als fertige Synchronisierringe zusammenarbeiten sollen. Die fertigen Synchronisierringproben wurden auf Abrieb, Festigkeit und praktiechen Streichabrieb (stroke abrasion) mit den unten gegebenen Ergebnissen untersucht.

Um die Proben auf Abrieb weitgehendst unter dem Betrieb entsprechenden Bedingungen zu untersuchen, wurde die innere TJmfangs fläche 55 des Synchronisierrings unterbrochen gegen eine verjüngte Welle unter den folgenden Bedingungen gerieben; Reibungsgeschwindigkeit 4,4 m/sek.; Reibungsbelastung 15 kg; öltemperatur 40 - 50° C, Belastungazyklus in der Minute, Belastungseeit 1,45 sek. pro Zyklus. Der Zyklus wurde 5.000 mal wiederholt. Aa der durch das Verschleiss des Ringes verursachten Einschubbewegung der ver··

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jungten Welle wurde der Verschleissgrad gemessen. Die verjüngte Welle wurde aus Chromstahl mit einer Härte von Hv 600 (Hv = Vielter Härte) hergestellt.

Um die Festigkeit zu erproben, wurde die Kraftwirkung gemessen, die ausreichte, um bei eingesetzter verjüngter Welle alle Zahne auf dem Plansch gleichzeitig zu verbiegen und abzubrechen.

Die Streichabriebuntersuchung wurde dadurch durchgeführt, dass eine Synchronisierringprobe In ein Kraftfahrzeugge-

! triebe eingebaut wurde, das bei 2.600 U/min der Getriebe-

\ welle lief. Das Getriebe wurde zwischen 4.280 U/min und

2-600 U/min 32 mal in der Minute 5*000 mal geschaltet, Das Verschleiss wurdedurch das Einfügen einer verjüngten

^[- , Welle in den ausgebauten Ring wie oben beschrieben fest—

Die folgende Tabelle gibt die Versucheergebnisse bei den ^yÄCÄronieierringproben wieder, umeinen Vergleich mit tine» bekannten Synchroniaierring, der aus Pe-0,5 %-C-Stahl geschmiedet wurde, zuhaben.

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(Rockwell Härte B)

Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, weiet der poröse Ringteil der Probe 1 keinen merklichen Unterschied in der Rei bungszahl mit BeBug auf Probe 3 *uf, die durch herkömmliche Methoden aus demselben Material wie bei Probe 1 erhalten wurde, während das Verschleiee der Probe 1 towohl in dem Abreibtest, wie auch in dem Streichabreibteit merklich ge-

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Bei dem die hohe Wichte aufweisenden Plansch besitzen beide Proben ungefähr dieselbe Festigkeit und Härte. Aus einem Vergleich der I robe 2 mit der herkömmlichen Probe 3 geht hervor, dass die Ergebnisse gerirgfügig besser sind, bei Probe 2 als auch bei Probe 1.

Der Synchronisierring sollte auf der inneren Fläche des Ringteiles eine gute Verschleissfestigkeit und eine hohe Reibungszahl aufweisen, während der Flansch eine hohe. Festigkeit wegen des Abwälzens mit der Innenverzahnung tier Hülse im Getriebe aufweisen sollte. Durch die obigen Tests und weitere in Kraftfahrzeugen geführten Tests ist bewiesen worden, dass das gesinterte Produkt gemäss der Erfindung bei hochfesten Teilen Anwendung finden kann, wie.aus der obigen Tabelle hervorgeht·

Obgleich der beschriebene Synchronisierring eil Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, in welche die porösen Teile und die Teile hoher Wichte zu beiden Seiten' vorgesehen sind, ist es möglich, ein Sinterprodukt in dem die verschiedenen Teile abwechselnd angeordnet sind, herzustellen. Es ist auch möglich, durch entsprechender Ausbildung des Stempels verschiedene Presswirkungen in verschiedenen Oberflächen auszuüben und dadurch zwei Tel-Ie verschiedener Wichte vorzusehen.

Bei dem Ausführungebeispiel eines Synchronisierrings wurde die Presswirling lediglich auf den Flansch ausgeübt, während keine oder nur eine geringfügige Presewirkung, die

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die Grosse der Poren nicht änderte, auf dem Hauptringteil ausgeübt wurde. Bei anderen Produkten kann die ganze Gestalt und Grosse aller Teile durch die Pressung und die Formung geändert werden.

Zwar is eine gewisse spezifische Ausführungsform der Erfindung dargestellt und "beschrieben worden, es ist jedoch naheliegend, dass viele andere Änderungen in der Erfindung möglich sein werden. Die Erfindung ist daher nicht auf den genauen Inhalt der Zeichnungen und ihrer Beschreibung zu beschränken. Sie umfasst vielmehr entsprechende und naheliegende Äquivalente.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Sintergegenstand.es mit einem porösen Teil niedriger'Wichte und einem nicht porösen Teil hoher Wichte, dadurch gekennzeichnet, dass Metallpulver in eine Gestalt gesintert wird, die etwa der· Gestalt des gewünschten Gegenstandes entspricht, der Sinterpulverkörper wird unter einem Druck geformt, wobei die Di¹UCkWirkung pro Flächeneinheit auf einem Teil des Körpers hoher ist als auf. einem anderen, um den Teil höherer Wichte zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genanrte Sinterpulverkörper unter Druck zwischen die iOrmoberfläche einer Matrize und der Formoberfläche eines Stempels gepresst wird, wobei die Matrize und der Stempel so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie auf einem Teil des Sinterpulverkörpers einen höheren Druck pro Flächeneinheit ausüben. - .

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine genannte Teil des Sinterpulverkörpers stärker ist als der nicht poröse Teil höherer Wichte, wobei der stärkere Teil während des Formens bis auf kleinere Abmessungen gepresst wird.

4·. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckformen stattfindet, während der Sinterpulverkörper erhitzt wird.

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5. Gesinterter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass er einen porösen Teil niedriger Wichte und einen nicht porösen Teil höherer Wichte aufweist, die einstückig und gleichzeitig durch das Verfahren gemäss Anspruch 1 hergestellt sind.

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