DE3500653A1 - Verfahren zum herstellen von nockenwellen - Google Patents
Verfahren zum herstellen von nockenwellenInfo
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Description
Nippon Piston Ring Co., Ltd. K 5976
2-6, Kudan-Kita 4-chome,
Chiyoda-ku, Tokyo / Japan 8· Januar 1985
Beschreibung
Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Steuerwelle bzw. einer Nockenwelle der Art, welche eine
kompakte oder rohrförmige Stahlwelle und eine Vielzahl von Paßteilen wie beispielsweise Nockenbuckel, Zapfen
und Zahnräder aufweisen, die getrennt aus Metallpulvern hergestellt werden und auf die Welle mittels eines Flüssigphasen-Sinterverfahrens
aufgepaßt werden.
In der japanischen Patentanmeldung JP B2 58-13603 ist
eine zusammengesetzte Nockenwelle mit einer Stahlwelle und einer Vielzahl von Paßteilen, wie beispielsweise
Nockenbuckeln und Zapfen, erläutert, die mit der Stahlwelle mittels eines Flüssigphasen-Sinterverfahrens fest
verbunden sind. Das Paßteil wird als Rohteil bzw. Rohpreßling aus Metallpulvern hergestellt und weist eine
Bohrung zwecks Paßeingriffes mit der Stahlwelle auf, wonach gesintert wird, um eine flüssige Phase und ein
Schrumpfen zu ergeben, so daß es hinsichtlich Verschleißbeständigkeit und Bindungsfestigkeit überlegen ist. Wenn
der Rohpreßling gesintert wird, um zu schrumpfen, weist er in der Bohrung einen Punkt auf, welcher zunächst an
der Stahlwelle haftet, um einen neutralen Schrumpfquerschnitt
zu bestimmen, in welchem es keine Änderung der Axialposition gibt und zu welchem andere Querschnitte
axial wandern. Dieser zunächst anhaftende Punkt oder
neutrale Querschnitt ist unter Umständen unerwartet variabel.
Dies ergibt für die bekannte Nockenwelle einen
Nachteil, daß die Axiallage oder der Abstand von der Bezugsebene eines jeden Paßteiles nicht immer innerhalb
einer gewünschten Toleranz gehalten wird.
Mit der vorliegenden Erfindung soll nun Abhilfe geschaffen
werden. Erfindungsgemäß wird das Problem gelöst, wie eine zusammengesetzte Steuer- bzw. Nockenwelle mit einer
Vielzahl von gesinterten Teilen, wie beispielsweise Nokkenbuckel und Zapfen, herzustellen ist, deren Axialpositionen
immer innerhalb einer gewünschten Toleranz gehalten werden.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer
Steuer- bzw. Nockenwelle mit einer Stahlwelle und einer Vielzahl von Paßteilen, die auf die Welle aufgepaßt sind.
Erfindungsgemäß wird ein Rohpreßling eines jeden Paßteiles aus Metallpulvern hergestellt, welche eine flüssige
Phase ergeben und schrumpfen, wenn sie gesintert werden, wobei vorläufig der Rohpreßling zu einem vorgesinterten
Preßling gesintert wird, der um ungefähr 50 % eines vorgewählten axialen Schrumpfmaßes geschrumpft ist,
wobei der vorgesinterte Preßling auf die Stahlwelle aufgepaßt wird und der vorgesinterte Preßling zu einem gesinterten
Preßling gesintert wird, welcher um das verbleibende Schrumpfmaß geschrumpft und an der Welle befestigt
ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schrumpft das Paßteil
auf der Welle axial um die Hälfte des vorgewählten
Schrumpfmaßes mit dem Ergebnis, daß sein Abweichen hinsichtlich der Axialposition oder des Abstandes von der
Bezugsebene um die Hälfte im Vergleich mit dem nach dem bekannten Verfahren hergestellten Paßteil reduziert
ist.
Der erfindungsgemäß erzielbare Vorteil besteht darin,
daß bei der Steuerwelle die Paßteile fest an der Welle in den entsprechenden Positionen mit einer hohen Genauigkeit
befestigt sind. Der Axialabstand eines jeden Paßteiles von der Bezugsebene wird leicht innerhalb einer
gewünschten Toleranz gehalten.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Rohpreßlings in der ersten Verfahrensstufe,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht,
wobei der vorgesinterte Preßling in der zweiten Stufe gezeigt ist,
Fig. 3 eine Seitenansicht des vorgesinterten
Preßlings, welcher in der dritten Stufe auf die Welle aufgepaßt ist,
Fig. 4 eine Seitenansicht des gesinterten Preßlings in der vierten Stufe,
Fig. 5 schematisch einen Axialunterschied zwischen dem vorgesinterten Preßling und
dem Preßling nach dem Sintern.
In Fig. 1, in welcher die erste Verfahrensstufe dargestellt ist, ist ein Rohpreßling 11 für die Herstellung
eines Zapfens durch Verpressen von Metallpulvern hergestellt, welche eine flüssige Phase ergeben und schrumpfen,
wenn das Material gesintert wird. Der Rohpreßling 11 ist
mit einer Bohrung 17 zwecks Druckpass- oder Spielpasseingriffs mit einer Stahlwelle ausgebildet, wobei die
Bohrung im Durchmesser größer als die Welle ist. Die Metallpulver bestehen aus Eisen oder einer eisenhaltigen Legierung,
die 0,5 - 4,0 Gew.-% Kohlenstoff und 0,1 - 3,0 Gew.-% eines oder zweier Elemente enthält, ausgewählt aus
der Gruppe, die aus Phosphor, Bor und Silicium besteht. Die verschiedenen einzelnen Komponenten der Metallpulver
werden ausgewählt, um dem Preßling ein zweckmäßiges Schrumpfmaß beim Sintern in der flüssigen Phase zu verleihen
und ihn metallurgisch mit der Welle aufgrund einer dazwischen eintretenden Elementendiffusion zu verbinden.
Die Pulver geben dem gesinterten Preßling eine Überlegenheit hinsichtlich Abriebbeständigkeit als Gleitglied.
Kohlenstoff trägt nicht nur als Diffusionselement zur Bindung bei, sondern auch zu einer Verschleißbeständigkeit
aufgrund der Ausbildung von Chrom- und/oder Wolframkarbid. Wenn der Kohlenstoffgehalt geringer als 0,5
Gew.-% ist, ist der Anteil des Ausscheidungskarbides nicht zweckmäßig. Wenn andererseits der Gehalt an Kohlenstoff
4,0 Gew.-% übersteigt, macht eine übermäßige Diffusion den Preßling brüchiger nach dem Sintern. Phosphor,
Bor und Silicium sind wirksam, um die die flüssige Phase ergebende Temperatur herabzusetzen. Jedoch ist die flüssige
Phase zu gering, wenn der Anteil an diesen Elementen weniger als 0,1% beträgt. Wenn ihr Anteil andererseits
größer als 3,0% ist, wird die Geschwindigkeit bzw. das
Maß der flüssigen Phase zu groß, um eine Dimensionsgenauigkeit des gesinterten Preßlings zu halten. Weiterhin
ist der Rohpreßling 13 so angeordnet, daß er eine Porosität
von 12 - 20 Vol.-% an Poren aufweist, wobei wenigstens
40% aus Poren besteht, die eine Porengröße von nicht mehr als 250 μΐη aufweisen, so daß 0,2 - 10 VoI.-%
an Sinterporen wenigstens teilweise aus Poren besteht, die nach dem Sintern eine Porengröße von nicht mehr als
100 μπι aufweisen, so daß der Preßling in Bezug auf Grub-
chenbildungs-Beständigkeit und ölfesthaltevermögen überlegen
1st.
In der zweiten Verfahrensstufe nach Fig. 2 wird der Rohpreßling
anfänglich zu einem vorgesinterten Preßling 12 gesintert, der axial um ungefähr 50% (1/2 s) des vorgewählten
Maßes S geschrumpft ist. Das Vorsintern wird in
einem Temperaturbereich von 1000 - 11200C durchgeführt.
Wenn die Temperatur geringer als die untere Grenze von 1Ö00°C ist, erfolgt weder eine flüssige Phase noch ein
Schrumpfen des Rohpreßlings. Andererseits schrumpft der Rohpreßling zu sehr und sitzt locker auf der Welle, wenn
die Temperatur höher als die obere Grenze von 11200C ist.
Der vorgesinterte Preßling 12 ist axial um 1/2 s kürzer als der Rohpreßling, wie dies durch gestrichelte Linien
dargestellt ist, und seine Porosität ist ebenfalls geringer
als die des Rohpreßlings.
Bei der dritten Stufe nach Fig. 3 wird der vorgesinterte Preßling 12 in einer vorbestimmten Position auf die
Welle 14 aufgepaßt, um eine vorgesinterte Anordnung zu ergeben.
Bei der vierten Stufe nach Fig. 4, in welcher der vorgesinterte
Preßling vollständig zu einem gesinterten Preßling 13 gesintert wird, wird die Anordnung in einem nicht
gezeigten Ofen bei 1050 - 12000C behandelt. Die untere
Grenztemperatur von 10500C des abschließenden Sinterns ist höher als die des Vorsinterns. Die obere Grenze von
12000C liegt unterhalb eines Schmelzpunktes des Preßlings,
jedoch höher als die des Vorsinterns. Das abschließende Sintern verursacht, daß sich beim vorgesinterten
Preßling wiederum eine flüssige Phase ergibt und er um das verbleibende Schrumpfausmaß schrumpft, wobei
seine Porosität und das Volumen verringert werden. Der gesinterte Preßling 13 ist axial um 1/2 s kürzer als
der vorgesinterte Preßling, wie dies mit Hilfe von gestrichelten Linien dargestellt ist. Während des Sinterns
in Gegenwart einer flüssigen Phase, in welcher die Elemente des Preßlings diffundieren und in die Stahlwelle
eindringen können, wird eine metallurgisch feste Bindung
zwischen der Welle 14 und dem gesinterten Preßling 13 erzeugt.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind der vorgesinterte Preß-
1^ ling 12 in der Form eines Zapfens und der vorgesinterte
Preßling 15 in der Form eines Nockenbuckels lose auf die Stahlwelle 14 aufgepaßt, um eine vorgesinterte Anordnung
10 zu ergeben. Die vorgesinterte Anordnung wird zu einer vollständig gesinterten Steuer- bzw. Nockenwel-Ie
20 mit gesinterten Preßlingen 13, 16, 10 gesintert. Der Abstand L1 zwischen dem vorgesinterten Preßling und
dem Ende der Welle 14 ist nicht immer gleich dem Abstand L2 zwischen dem gleichen gesinterten Preßling und dem Ende
der Welle 14, demzufolge existiert ein Unterschied e zwischen L1 und L2. Der Unterschied ergibt sich daraus,
daß der vorgesinterte Preßling axial um das verbleibende Schrumpfmaß mit einem neutralen Querschnitt einschließlich
eines Punktes schrumpft, der zunächst an der Stahlwelle beim Sintern haftet, wobei dieser zuerst anhaften-
de Punkt unerwartet variabel zwischen der Axiallänge des
vorgesinterten Preßlings unter verschiedenen Bedingungen ist. Jedoch beträgt der Unterschied e nicht mehr als die
Hälfte des vorgewählten Schrumpfmaßes und ist relativ gering im Vergleich mit dem des herkömmlichen Preßlings,
der direkt aus dem Rohpreßling gesintert ist. Demzufolge können an der Nockenwelle die Paßteile je in einer vorbestimmten
axialen Lage mit hoher Genauigkeit befestigt werden.
aus dem Obigen ergibt sich, daß bei dem erfindungsgemässen
Verfahren der Materialzusammensetzung nach dem Aus-
führungsbeispiel keine Beschränkung auferlegt wird, so daß die Paßteile, wie beispielsweise das Nockenteil und
der Zapfen, aus Eisen oder eisenhaltigen Legierungspulvern hergestellt werden können, welche eine flüssige
Phase ergeben und um einen geeigneten Betrag schrumpfen, um eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Paßteil und
der Welle zu schaffen.
Es lassen sich zweckmäßige Modifikationen bei dem obigen
Ausführungsbeispxel ausführen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle, da- -*
durch gekennzeichnet , daß ein Rohpreßling *
(11) für Paßteile aus einem Material geformt wird, welches schrumpft und beim Sintern eine flüssige Phase ergibt,
daß dieser Rohpreßling zunächst zu einem vorgesinterten
Preßling (12, 15) gesintert wird, welcher axial um ungefähr 50% eines vorbestimmten Schrumpfmaßes geschrumpft
ist, daß dieser vorgesinterte Preßling auf eine Stahlwelle (14) aufgepaßt wird, um eine vorgesinterte Nockenwelle
(10) zu schaffen, und daß diese vorgesinterte Nockenwelle
zu einer gesinterten Nockenwelle (20) und der vorgesinterte Preßling zu einem gesinterten Preßling (13, 16) gesintert
werden, welcher axial um das verbleibende Schrumpfmaß schrumpft und metallurgisch mit der Stahlwelle verbunden
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eisenhaltige Legierungspulver umfaßt, die
0,5 - 4,0 Gew.-% Kohlenstoff und 0,1 - 3,0 Gew.-% eines 20
20
25
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35
-2-
oder zweier Elemente enthält, die aus der Gruppe ausgewählt
sind, welche Phosphor, Bor und Silicium umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohpreßling eine Porosität von 12 - 20 Porenvolumen-% aufweist, wovon wenigstens 40 % aus Poren
besteht, die eine Porengröße von nicht mehr als 250 μΐη
aufweisen, um einen gesinterten Preßling mit 0,2 - 10 Volumen-%
der Sinterporen zu ergeben, wovon wenigstens 40% aus Poren besteht, die eine Porengröße nach dem Sintern von nicht mehr als 100 μΐη aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohpreßling bei 1000 - 11200C vorgesintert und der vorgesinterte Preßling bei 1050 - 12000C gesintert
wird.
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