JP2001502380A - 組み合せ部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、引き続く工程で、組み合せ対となる個々の部品に分断され、燒結され、必要に応じて熱処理され、再組み合わせがなされる粉末冶金法で圧密化された部材の製造方法である。本発明方法では、鉄基粉末が圧粉成形され、得られた圧粉成形体は少なくとも２つの部品に破断分割される。これらの部品はその後燒結され、必要に応じて熱処理される。得られた燒結部品はその後再組み合わせされる。

Description

【発明の詳細な説明】 組み合せ部品の製造方法 本発明は、圧縮された粉末金属部品の製造方法に係わり、この圧縮粉末金属部 品は、引き続く工程で、組み合わせ対となる個々の部品に分離され、燒結され、 必要に応じて熱処理される。本発明は、連接棒の製造にとりわけ関係が深いが、 例えば分割された滑り軸受、軸受ケージ（箱体）等の他の利用分野にも関係があ る。背景技術 連接棒（コネクチグロッド）は、元来、別体の取り付けキャップ部分と本体部 分を鋳造または鍛造して作られる。通常、これらの部品は、中炭素鍛連鋼で作ら れ、それぞれ、結合面およびスラスト面が機械加工される。それらの部品は、そ の後締着具を受ける穴を別々にドリル加工される。 第１の発展段階は、単一鋼部品として連接棒を鋳造または鍛造し、続いて締着 具を受ける穴をドリル加工することであった。この単一部品はキャップ部分およ び本体部分を得るために鋸切断され、それらの部分が別々にスラスト面および接 触面を機械的に粗加工される。その後、この２つの部分は仕上げ機械加工のため に互いにボルト結合される。別工程である機械加工および鋸切断は煩雑で費用が 高くなるだけでなく、作動力が作用する条件の下でキャップと本体との完全な合 致を保証しない。幾つかの作動条件の下では、固有の直径方向における締着具間 隙がキャップ部分および本体部分の僅かな変位を可能にして、これが軸受寿命に 影響を及ぼす。 次の発展段階では、単一部品である連接棒が、非滑り面を与えるために、キャ ップ部分と本体部分に分断または割断された。このキャップ部分と本体部分は互 いにボルト結合される。非滑り面が適正に再組み合わされて、再組み合わせがい かなる微小変位をも防止し、作動時の正確な整合を保証することが期待された。 単一部品を２つの部分に分断するために、当初は、片側に鋭い打撃が与えられた 。この方法は亀裂の伝播を制御することが困難で、塑性変形および素材の損傷の 危 険があるために、条件が与えられ、成功例は限られていた。 適正に位置決めされノッチに沿って部品を互いに素早く破断する機械加工、鍛 造、レーザー切断などが可能な各種の方法がさらに開発された。これらの方法も 破断面に小さな塑性変形を発生し、これが分断部品の組み合わせを困難にするこ とになる。 連接棒の工業生産における共通の特徴は、軸受またはブッシングの組立体を準 備するために連接棒の大径端および小径端における穴の位置、真直度および真円 度を保証するための最終機械加工段階である。単一部材を２つに分断するために 、当初は、片側に鋭い一撃が加えられた。これは亀裂面および連接棒に生じ得る 損傷が制御不能であるという理由で、ほとんど成功しなかった。 更に新しい改良された分断方法が、米国特許第２５５３９５３号、同第３５７ 載されている。発明の概要 本発明は、実質的に、破断面の微細変位または塑性変形のない、粉末冶金法に よる燒結された再組み合わせ部品を製造する新規な方法に関するものである。 この方法は、一体圧粉成形体を成形するためのキャビティ（空所）を有する単 一ダイを備えたモールドを使用する鉄基粉末を同時に圧粉成形する段階と、 圧粉成形体を生（なま）のままで機械加工する段階と、 圧粉成形体を意図する分割面にて少なくとも２つの部品に破断分割する段階と 、 これらの部品を燒結する段階と、 部品を分割面で再組み合わせする段階とを含む。 旋削およびフライス削りなどを含む燒結部品の選択的な機械加工もまた行うこ とができる。 本発明方法に含まれる他の選択的な作業は、燒結部品の熱処理である。 鉄基粉末は予合金化された（すなわち、予め合金化された）粉末、部分的に予 合金化された粉末、またはＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃのような元素を含 む粉末混合材のような、各種粉末から選ぶことができる。 本発明の重要な特徴は、圧粉成形された圧粉成形体のグリーン（生）強度であ り、所望のグリーン強度を得るために異なる方法が使用できる。高グリーン強度 を得る一つの方法は、金属粉末を上昇温度で圧粉成形することである。このよう な温間圧粉成形は、少なくとも１００℃の温度、好ましくは少なくとも１２０℃ の温度で、少なくとも６００ＭＰａの圧力で行うことができる。使用できる他の 方法は、潤滑されたダイ（型）を使用する環境温度での圧粉成形である。ポリマ ーのようなさまざまなグリーン強度増大添加剤、または高グリーン強度を与える 特別な潤滑剤を使用することで、高グリーン強度が得られる。グリーン強度の正 確な値は圧粉成形体の引き続く工程に依存する。一般に、圧粉成形体は少なくと も２０ＭＰａ、好ましくは少なくとも２５ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも３ ０ＭＰａのグリーン強度を有しなければならないと見込まれる。自動化された製 造においては、更に大きなグリーン強度が必要であるかもしれない。このような 高い値のグリーン強度を有する圧粉成形体が、容易に、また良好な費用対効果を もって所望形状に機械加工可能である。 本発明の重要な特徴は、一体圧粉成形体のグリーン機械加工を可能にする高グ リーン強度である。圧粉状態での機械加工を容易に行うことができるため、仕上 げ状態でドリル加工／ねじ切りを行うことができない材料を使用できる。このグ リーン機械加工の実施による他の利点は、分割された機械的部品の最終使用に向 けての燒結部品の後処理が容易になることである。このことは、例えばヨーロッ パ特許公報第６９６６８８号で提案された、燒結部品の塑性変形を得るための別 の作業を省略できることを意味する。 前記利点に加えて、小さな力によって分断を行うことができ、そのため簡単な 破断分割装置を使用できる。連接棒の大径端を分割する上で好適な簡易分割装置 の一例は、２つの半円形に形成された半体から成り、これらの半体は共に大径端 の穴に嵌合され、この２つの半体が形成する穴にくさびが配置される。大径端の 穴内に軸線方向に沿ってくさびを圧入すると、連接棒の両部品は制御された状況 の下で、また非常に小さい変形で容易に分割される。２重亀裂（ダブル・クラッ ク）が分割面に形成される危険性は小さい。 連接棒の部品の燒結は、１０８０℃〜１３００℃（好ましくは、１１００℃〜 １１５０℃）、１５〜９０分（好ましくは、２０〜６０分）の時間に わたって実施できる。還元雰囲気の例は、通常、エンドガス（endogas：内部ガ ス）または各種の水素／窒素混合気である。 必要に応じて、燒結部品は、熱処理（例えば、完全燒き入れまたは表面燒き入 れ）を行うことができる。この熱処理は、燒結部品の最終用途に考慮して選択さ れる。 本発明方法を使用して得られる正確な再組み合わせおよび微小変位の防止は、 分割面が粉末の粒径と同程度の平坦さではでないという事実による。 現在、自動車エンジンの連接棒を従来通り鍛造する方法で金属粉末が使用され ているが、これらの方法では粉末冶金と鍛造の組み合わせが使用されている。こ れらの方法は重量制御を改善し、また寸法制御に大きな向上を与えると言われる 。この組み合わせは自動車工業分野から非常に関心を持たれている。 一般に、このような粉末鍛造工程は、所望組成になるように混合された遊離金 属粉末から始まる。その後、連接棒の一般形状をした前述の予備成形体が標準的 なＰ／Ｍ圧縮化プレスで製造される。生の予備成形体は還元雰囲気中で燒結され 、鍛造プレスへ直接送られる。鍛造は１回のストロークで完了し、このストロー クでピン穴およびクランク穴の両者が完全に形成される。第２作業は、鍛造プレ スの形式に応じて、ダブルディスク研削、およびショットピーニングを含むこと ができる。 金属粉末から連接棒を作るために提案される他の工程は、圧粉成形、予備燒結 、機械加工、破断および最終燒結である。 本発明方法は、鍛造と予備燒結段階をそれぞれ省略するものであり、したがっ てこの点についても新規である。 本発明は、連接棒の大径端における結合部分のシミュレーションを意味する以 下の非制限的例によってさらに説明される。本発明は以下の非制限的例でさらに 説明される。 スウェーデンのヘガネスＡＢ社から入手できる鉄基粉末であるデイスタロイ（ Ｄｉｓｔａｌｏｙ）ＡＥ＋０．８Ｃ材料が、密度７．３４ｇ／ｃｍ³およびグリ ーン強度４５〜５０ＭＰａを有する３０×１２×１０ｍｍの棒形状の圧粉成形体 となるように、温度１３０℃および圧縮力７００ＭＰａで温間圧粉成形され た。間隙穴が棒長の半分までドリル加工され、またねじ切りされる貫通孔が棒長 の残りの部分にドリル加工された。貫通孔はＭ６×１ねじを形成され、棒は曲げ によって２つの部品に分割破断された。これらの部品はエンドガス中で温度１１ ２０℃で３０分間にわたり燒結された。これらの部品は結合されてねじ止めテス トが行われ、テストによって、生の状態で形成されかつ燒結されたねじが、誤差 および強度に関し標準ナットのねじと同等の性能を有し得ることが見い出された 。 以下の表は圧粉成形状体でタップ立てした部材および標準ナット（参照番号１ ，２）に関する各種トルク値でのボルト力を示している。 生状態での分断は粒子間破断を与え、これは平坦でない面を生じ、この面が燒 結後に再組み合わせされた。塑性変形は破断面に全く認められず、部品どうしの 再組み合わせはぴったり対接して、部品間の相対的な滑りはできなかった。貫通 孔がねじ切りされ、棒が曲げによって２部品に分割破断された。これらの部品は 温度１１２０℃でエンドガス中で３０分間燒結された。ねじがテストされ、生の 状態で形成されたねじは標準ナットのねじとほとんど同じであることが見い出さ れた。 以下の表は、生の状態でタップ立てされた本体および標準ナットに関する異な るトルク値でのボルト力を示す。 異なるトルク（Ｎｍ）での力（ｋＮ） ^*注１および注２は標準ナットである。 生の状態での分断は粒子間での破断を与え、これは粗く平坦でない面を生じ、 この面は燒結後に残った。部品の再組み合わせはピッタリと対接して、部品間の 相対的な滑りはできなかった。 連接棒の製造に関して説明したが、当業者には本発明が分割された滑り軸受と 軸受ケージ（箱体）等のような他の応用例にも使用できることは明白であって、 容易な機械加工と正確な組み合わせが最も重要である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 分割式機械部品を製造する方法であって、 一体圧粉成形体を成形するためのキャビティを有する単一ダイを備えたモール ドを使用して鉄基粉末を同時に圧粉成形する段階と、 圧粉成形体を生のままで機械加工する段階と、 圧粉成形体を意図する分割面にて少なくとも２つの部品に破断分割する段階と 、 これらの部品を燒結する段階と、 部品を分割面で再組み合わせする段階とを含む製造方法。 2. 請求項１に記載された方法であって、圧粉成形体が少なくとも２０ＭＰａ 、好ましくは少なくとも２５ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも３０ＭＰａのグ リーン強度を有する製造方法。 3. 請求項１または請求項２に記載された方法であって、圧粉成形が温間圧縮 成形技術を使用して実施される製造方法。 4. 請求項１または請求項２に記載された方法であって、圧粉成形が潤滑され たダイで実施される製造方法。 5. 請求項１または請求項２に記載された方法であって、金属粉末がグリーン 強度増大剤を含む製造方法。 6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法であって、機 械加工段階が燒結段階の後に行われる製造方法。 7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された方法であって、燒 結された部品が熱処理される製造方法。 8. 対をなして組み合わされる燒結部品であって、機械加工され破断分割され た圧粉成形体から準備され、前記圧粉成形体は圧粉成形された鉄基粉末から作成 され、少なくとも２０ＭＰａのグリーン強度を有している燒結部品。 9. 請求項８に記載された部品であって、圧粉成形体が少なくとも２５ＭＰａ のグリーン強度を有している燒結部品。 10．請求項８または請求項９に記載された部品であって、連接棒を製造するた めの燒結部品。