DE3500653C2

DE3500653C2 -

Info

Publication number: DE3500653C2
Application number: DE3500653A
Authority: DE
Inventors: Genkichi Tokio/Tokyo Jp Umeha; Shigeru Omiya Saitama Jp Urano; Osamu Hirakawa; Shunsuke Yono Saitama Jp Takaguchi
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1984-01-12
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1988-11-17
Also published as: DE3500653A1; US4595556A; JPS60149703A; GB8500384D0; GB2153388A; GB2153388B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle, wobei ein Metallpulver-Grünling für Paßteile geformt und vorgesintert wird und die vorgesinterten Paß teile auf einer Stahlwelle angeordnet werden, wobei dann die Paßteile auf die Stahlwelle beim Fertigsintern aufge sintert werden.

In der japanischen Patentanmeldung JP B 2 58 13 603 ist eine zusammengesetzte Nockenwelle mit einer Stahlwelle und einer Vielzahl von Paßteilen wie beispielsweise Nocken buckeln und Zapfen erläutert, die mit der Stahlwelle mit tels eines Flüssigphasen-Sinterverfahrens fest verbunden sind. Das Paßteil wird als Grünling aus Metallpulvern her gestellt und weist eine Bohrung zwecks Paßeingriffes mit der Stahlwelle auf. Danach wird gesintert, um eine flüssi ge Phase und ein Schrumpfen zu bewirken, so daß das Paß teil hinsichtlich Verschleißbeständigkeit und Bindungs festigkeit verbessert wird. Beim Sintern haftet das Paß teil mit einem Punkt zunächst an der Stahlwelle, um einen neutralen Schrumpfquerschnitt zu bestimmen, in welchem es keine Änderung der Axialposition gibt und zu welchem andere Querschnitte axial wandern. Dieser zunächst anhaf tende Punkt oder neutrale Querschnitt ist 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.

Bei dem aus der GB-PS 21 04 551 A bekannten Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle wird der Grünling zunächst bei einer Temperatur gesintert, bei welcher keine flüssige Phase entsteht, d.h. die Temperatur liegt innerhalb des Bereiches von 900 bis 1000°C. Dies führt zu dem Ergebnis, daß bei dem bekannten Vorschlag der Grünling durch das Vorsintern nicht wesentlich schrumpfen kann und sich damit der Nachteil ergibt, daß die auf der Nockenwelle vorgese henen Paßteile nicht sehr maßgenau fixiert werden.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben umrissenen Art anzugeben, mit welchem es möglich ist, bei einer Nockenwelle die an ihr zu fi xierenden Nocken und Zapfen u.dgl. in ihrer Axialposition immer innerhalb einer gewünschten Toleranz zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Metallpulver ein Eisenpulver mit 0,5 bis 4,0 Gew.-% Koh lenstoff und 0,1 bis 3,0 Gew.-% eines oder zweier Elemente aus der Gruppe Phosphor, Bor und Silizium verwendet wird, daß das Vorsintern als Flüssigphasen-Sintern bei 1000 bis 1120°C derart erfolgt, daß ein Schrumpfen in axialer Rich tung um etwa 50% des endgültigen Schrumpfmaßes eintritt, und daß das Fertigsintern bei 1050 bis 1200°C vorgenommen wird.

Zweckmäßig weist der Grünling eine Porosität von 12 bis 20 Porenvolumen-% auf, wovon wenigstens 40% aus Poren be steht, die eine Porengröße von nicht mehr als 250 µm auf weisen, um einen gesinterten Preßling mit 0,2 bis 10 Volu men-% der Sinterporen zu ergeben, wovon wenigstens 40% aus Poren besteht, die eine Porengröße nach dem Sintern von nicht mehr als 100 µm aufweisen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schrumpft das Paßteil auf der Nockenwelle axial um die Hälfte des vorgewählten Schrumpfmaßes mit dem Ergebnis, daß sein Abweichen hinsicht lich der Axialposition oder des Abstandes von der Bezugs ebene um die Hälfte im Vergleich mit dem nach dem bekannten Verfahren hergestellten Paßteil reduziert ist.

Der erfindungsgemäß erzielbare Vorteil besteht darin, daß bei der Nockenwelle die Paßteile fest an der Welle in den entsprechenden Positionen mit einer hohen Genauigkeit be festigt werden. Der Axialabstand eines jeden Paßteiles von der Bezugsebene wird leicht innerhalb einer gewünschten To leranz 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 Grünlings in der ersten Verfahrensstufe,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht, wobei der vorgesinterte Preßling in der zwei ten Stufe gezeigt ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht des vorgesinterten Preß lings, welcher in der dritten Stufe auf die Welle aufgepaßt ist,

Fig. 4 eine Seitenansicht des gesinterten Preß lings 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 Grünling 11 für die Herstellung eines Zapfens durch Verpressen von Metallpulver hergestellt, welches eine flüssige Phase ergibt und schrumpft, wenn das Material gesintert wird. Der Grünling 11 ist mit einer Bohrung 17 zwecks Eingriffs mit einer Stahlwelle versehen, wobei die Bohrung im Durchmesser größer als die Welle ist. Das Me tallpulver besteht aus Eisenpulver oder einer eisenhalti gen Legierung, die 0,5 bis 4,0 Gew.-% Kohlenstoff und 0,1 bis 3,0 Gew.-% eines Elementes enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Phosphor, Bor und Silizium besteht. Die verschiedenen Bestandteile des Metallpulvers werden ausge wählt, um dem Preßling ein zweckmäßiges Schrumpfmaß beim Flüssigphasen-Sintern zu verleihen und ihn metallurgisch mit der Welle aufgrund einer Diffusion zu verbinden. Der gesinterte Preßling weist eine ausgezeichnete Abriebsbestän digkeit als Gleitglied auf. 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 Kohlen stoff 4,0 Gew.-% übersteigt, macht eine übermäßige Diffu sion den Preßling nach dem Sintern brüchiger. Phosphor, Bor und Silizium setzen die die flüssige Phase ergebende Tempera tur herab. 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 Grünling 11 so beschaffen, daß er eine Porosität von 12 bis 20 Porenvolumen-% aufweist, wobei wenigstens 40% aus Poren besteht, die eine Porengröße von nicht mehr als 250 µm aufweisen, um einen gesinterten Preßling mit 0,2 bis 10 Vol.-% an Sinterporen zu ergeben, wo von wenigstens 40% an Poren besteht, die eine Porengröße nach dem Sintern von nicht mehr als 100 µm aufweisen, so daß der Preßling gute Eigenschaften in Bezug auf Grübchenbildung und Ölhaltevermögen aufweist.

In der zweiten Verfahrensstufe nach Fig. 2 wird der Grün ling zu einem vorgesinterten Preßling 12 gesintert, der axial um ungefähr 50% (1/2 s) des vorgewählten Maßes s ge schrumpft ist. Das Vorsintern wird in einem Temperaturbe reich von 1000 bis 1120°C durchgeführt. Wenn die Tempera tur geringer als 1000°C ist, erfolgt weder eine flüssige Phase noch ein Schrumpfen des Grünlings. Andererseits schrumpft der Grünling zu sehr und sitzt locker auf der Wel le, wenn die Temperatur höher als die obere Grenze von 1120°C ist. Der vorgesinterte Preßling 12 ist axial um 1/2 s kürzer als der Grünling, wie dies durch gestrichelte Linien dargestellt ist, und seine Porosität ist ebenfalls geringer als die des Grünlings.

Bei der dritten Stufe nach Fig. 3 wird der vorgesinterte Preßling 12 in einer vorbestimmten Position auf die Welle 14 angeordnet.

Bei der vierten Stufe nach Fig. 4, in welcher der vorgesin terte Preßling vollständig zu einem gesinterten Preßling 13 gesintert wird, wird die Anordnung in einem nicht gezeigten Ofen bei 1050 bis 1200°C behandelt. Die untere Grenztempera tur von 1050°C des abschließenden Sinterns ist höher als die des Vorsinterns. Die obere Grenze von 1200°C liegt un terhalb eines Schmelzpunktes des Preßlings, jedoch höher als die des Vorsinterns. Das abschließende Sintern verur sacht, daß sich beim vorgesinterten Preßling wiederum eine flüssige Phase ergibt und er um das verbleibende Schrumpf maß schrumpft, wobei seine Porosität und das Volumen verrin gert 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 Flüs sigphasensinterns, in welcher die Elemente des Preßlings diffundieren und in die Stahlwelle eindringen können, wird eine metallurgisch feste Bindung zwischen der Stahlwelle 14 und dem gesinterten Preßling 13 geschaffen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind der vorgesinterte Preßling 12 in der Form eines Zapfens und der vorgesinterte Preß ling 15 in der Form eines Nockenbuckels lose auf der Stahl welle 14 angeordnet und bilden eine vorgesinterte Anordnung 10. Die vorgesinterte Anordnung wird zu einer Nockenwelle 20 mit gesinterten Preßlingen 13, 16, 10 gesintert. Der Abstand L 1 zwischen dem vorgesinterten Preßling und dem Ende der Stahlwelle 14 ist nicht immer gleich dem Abstand L 2 zwischen dem gleichen gesinterten Preßling und dem En de der Stahlwelle 14, demzufolge existiert ein Unterschied e zwischen L 1 und L 2. 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 anhaftende Punkt unerwartet variabel zwischen der Axiallänge des vorgesin terten 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 eines herkömmlichen Preßlings, der di rekt aus dem Grünling gesintert ist. Demzufolge können an der Nockenwelle die Paßteile je in einer vorbestimmten axialen Lage mit hoher Genauigkeit befestigt werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle, wobei ein Metallpulver-Grünling für Paßteile geformt und vorge sintert wird und die vorgesinterten Paßteile auf einer Stahl welle angeordnet werden, wobei dann die Paßteile auf die Stahlwelle beim Fertigsintern aufgesintert werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver ein Ei senpulver mit 0,5 bis 4,0 Gew.-% Kohlenstoff und 0,1 bis 3,0 Gew.-% eines oder zweier Elemente aus der Gruppe Phosphor, Bor und Silizium verwendet wird, daß das Vorsintern als Flüssigphasen-Sintern bei 1000 bis 1120°C derart erfolgt, daß ein Schrumpfen in axialer Richtung um etwa 50% des end gültigen Schrumpfmaßes eintritt, und daß das Fertigsintern als Flüssigphasen-Sintern bei 1050 bis 1200°C vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grünling eine Porosität von 12 bis 20 Porenvolu men-% aufweist, wovon wenigstens 40% aus Poren besteht, die eine Porengröße von nicht mehr als 250 µm aufweisen, um einen gesinterten Preßling mit 0,2 bis 10 Volumen-% der Sinterporen zu ergeben, wovon wenigstens 40% aus Poren be steht, die eine Porengröße nach dem Sintern von nicht mehr als 100 µm aufweisen.