DE4307560A1 - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines bereichsweise unterschiedlichen Belastungsarten ausgesetzten Maschinenteils - Google Patents

Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1 von einem Verfahren aus, wie es aus der DE-AN D 87 722 Ib/49i vom 18. Juni 1953 bekannt ist.

Bekanntlich unterliegen Maschinenteile häufig bereichs­ weise unterschiedlichen Belastungsarten, die bei ein- und demselben Werkstoff des Maschinenteils zu nicht ohne wei­ teres beherrschbaren gegensätzlichen Anforderungen füh­ ren. Als ein solches Maschinenteil ist ein Pleuel, insbe­ sondere für eine Brennkraftmaschine, anzusehen. Dieses ist in seinem Verbindungsteil wechselnden Zug-Druck- und Biege-Belastungen ausgesetzt, die für eine sichere Be­ triebsfestigkeit eine bestimmte Elastizität des Werk­ stoffes erfordern. Weiters wirkt das Pleuel über eine La­ gerbohrung mit einem anderen Maschinenteil gelenkig zu­ sammen, wobei in der Gelenkstelle pleuelseitig eine hohe Verschleißfestigkeit angestrebt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pulver­ metallurgisch einstückig herstellbares Pleuel unter An­ wendung des gattungsgemäßen Verfahrens im Bereich der La­ gerbohrung durch gezielte Werkstoffauswahl verschleißfest auszubilden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit der freien Wahl von den jeweili­ gen Anforderungen bestmöglich angepaßten Werkstoffen in Pulverform, wobei erst mit der verfahrensgemäßen Entfer­ nung der während des Matrizen-Befüllvorganges vorgese­ henen zylindrischen Trennwand eine lokale Vermischung beider unterschiedlicher Pulver vorteilhaft erreicht ist. Die gegenseitige Durchdringung der Pulver in einer schma­ len Zone ergibt im anschließenden Sinter-Press-Verfahren eine hochbelastbare Verbindung. Weiter kann der pulver­ förmige Ausgangsstoff für die Lagerbohrung vorteilhaft so gewählt werden, daß nicht nur eine harte, verschleißfeste Oberfläche der Laufbahn in der Lagerbohrung für Wälzkör­ per einer Wälzlageranordnung erreicht ist, sondern die Laufbahn auch auf einem in radialer Richtung beliebig tief durchhärtbaren Untergrund zur Erzielung einer ge­ wünschten Tragfähigkeit ausgebildet werden kann.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird als Aus­ gangsstoff für die Lagerbohrung ein Pulver aus legiertem Stahl mit einem Gehalt an Kohlenstoff von 0,4 bis 0,9% verwendet. Bei Verwendung eines in den Legierungsanteilen auf die Biege- und Zug-Druck-Wechselfestigkeiten des üb­ rigen Pleuelkörpers abgestellten Stahlpulvers ist mit der großen Werkstoffaffinität beider Stahl-Pulver eine hoch­ belastbare Verbindung der den unterschiedlichen Bela­ stungsanforderungen ausgesetzten Bereiche des einstückig hergestellten Pleuels erzielt.

Für eine Härtung der Lagerbohrung mit gewünschter Tragfä­ higkeit am fertiggesinterten Pleuel bietet sich bei ho­ her, gleichbleibender Qualität der Härtung das Induk­ tionshärten als kostengünstig, insbesondere bei einer Massenfertigung, an.

Weiter kann bei dem erfindungsgemäßen Pleuel die Teilung eines Pleuellagers durch gezieltes Brechen vorteilhaft genutzt werden, um die Lagerhälften über die Bruchflächen gegenseitig positioniert miteinander zu verspannen.

Eine abschließende Feinstbearbeitung der gehärteten La­ gerbohrung in dem durch Brechen geteilten Pleuellager er­ möglicht die Anordnung von Wälzlagerkörpern ohne einen Wälzlager-Außenring.

Das erfindungsgemäße Herstellverfahren ist im folgenden beschrieben.

Ein Sinterpreßwerkzeug 1 für ein aus Fig. 5 erkennbares Pleuel 2 umfaßt gemäß Fig. 1 ein Unterteil bzw. eine Ma­ trize 3 und ein Oberteil 4 als Preßstempel. Einem zur Ausbildung einer Lagerbohrung 5 im großen Pleuelauge 6 dienenden Dorn 7 der Matrize 3 ist koaxial eine zylindri­ sche, entfernbare Trennwand 8 zugeordnet, die durch ihren radialen Abstand vom Dorn 7 einen vom übrigen Pleuel­ körper-Füllraum 9 gesonderten Füllraum 10 für den Bereich der Lagerbohrung 5 bildet.

Der lagerbahnseitige Füllraum 10 wird über einen Befüll­ schuh 11 mit einem Pulver aus legiertem, insbesondere hochlegiertem Stahl, mit einem insbesondere dem späteren Härten dienenden Gehalt an Kohlenstoff von 0,4 bis 0,9%, vorzugsweise von 0,65% gefüllt. Mittels eines weiteren Befüllschuhes 12 wird anschließend gemäß Fig. 2 der üb­ rige Befüllkörper-Füllraum 9 mit einem insbesondere auf Wechselfestigkeit ausgelegten Stahl-Pulver gefüllt.

Nach diesem Füllvorgang wird die zylindrische Trennwand 8 gemäß Fig. 3 entfernt, wobei mit dem Herausziehen der umfänglich geschlossenen Trennwand 8 entsprechend ihrer relativ geringen Wandstärke eine gewünschte Vermischung der unterschiedlichen, pulverförmigen Ausgangsstoffe er­ reicht ist.

Anschließend werden die Ausgangsstoffe in den Füllräumen 9 und 10 der Matrize 3 mittels des Oberteiles 4 gepreßt, wie dies aus Fig. 4 erkennbar ist. Der als Pleuel 2 vor­ liegende Preßling wird gemäß Fig. 5 aus der Matrize 3 ausgeworfen und als sog. Grünling einem Sinterprozeß zu­ geführt. Zur Erzielung eines formgenauen Pleuels 2 wird dieses nach dem Sintern noch einem Schmiedevorgang unter­ worfen.

Dem schließt sich im weiteren das Härten der Lagerbohrung 5 im großen Pleuelauge 6 des Pleuels 2 an. Um in der La­ gerbohrung 5 eine verschleißfeste und tragfähige Laufbahn für Wälzkörper einer Wälzlageranordnung zu erreichen, wird der an die Lagerbohrung 5 angrenzende Umfangsbereich entsprechend dem hochlegierten Ausgangsstoff bzw. Sinter­ wirkstoff in einer Stärke von mehreren Millimetern gehär­ tet. Für ein in Großserie hergestelltes Pleuel 2 findet vorzugsweise das Induktionshärten Anwendung.

Dem Härten und eventuellen Vorschleifen der Lagerbohrung 5 kann sich im weiteren die Teilung des die Lagerbohrung 5 umschließenden Pleuelauges 6 durch gezieltes Brechen anschließen, wobei die durch Bruchtrennung geteilten La­ gerhälften über ihre Bruchflächen gegenseitig positio­ niert miteinander verspannt werden. Dem schließt sich eine Feinstbearbeitung der gehärteten Lagerbohrung 5 zur Erzielung einer für Wälzkörper geeigneten Laufbahn an.

Claims (5)

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines bereichsweise unterschiedlichen Belastungs­ arten ausgesetzten Maschinenteils,

• - wobei unterschiedliche pulverförmige Ausgangs­ stoffe den jeweiligen Bereichen des Maschinen­ teils zugeordnet in eine Matrize unter Zwi­ schenlage einer entfernbaren Trennwand einge­ füllt werden, und
• - der Inhalt der Matrize anschließend sinter­ gepreßt wird,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß als Maschinenteil ein Pleuel (2) mit einer in einem der Endabschnitte angeordneten Lager­ bohrung (5) hergestellt wird, wobei
• - die Matrize (3) in dem durch eine zylindrische, entfernbare Trennwand (8) vom übrigen Pleuel­ körper-Füllraum (9) abgegrenzten Bereich (10) der Lagerbohrung (5) mit einem solchen pulver­ förmigen Ausgangsstoff gefüllt wird, der
• - am fertiggesinterten Pleuel härtbar ist zur Ausbildung einer für Wälzkörper einer Wälz­ lageranordnung tragfähigen, verschleißfesten Laufbahn der Lagerbohrung (5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff für die Lagerbohrung ein Pul­ ver aus legiertem Stahl mit einem Gehalt an Kohlen­ stoff von 0,4 bis 0,9% verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerbohrung im fertiggesin­ terten Pleuel induktionsgehärtet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß ein hälftiges Teil des Pleuellagers durch gezieltes Brechen abgetrennt wird, und
• - die Lagerhälften über die Bruchflächen gegen­ seitig positioniert miteinander verspannt wer­ den.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeich­ net durch eine abschließende Feinstbearbeitung der gehärteten Lagerbohrung.