JP2009062614A

JP2009062614A - クランクシャフト軸受筒の製法

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Publication number: JP2009062614A
Application number: JP2008216462A
Authority: JP
Inventors: John Engquist; ジョン・イングクイスト; Bret E Viant; ブレット・イー・ヴィアン; Matt Bowman; マット・ボーマン; Kevin Skibinski; ケビン・スキビンスキ; Mark R Haas; マーク・アール・ハース; Kurt Kujawski; カート・クジャウスキ
Original assignee: Burgess Norton Manufacturing Co Inc
Current assignee: Burgess Norton Manufacturing Co Inc
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2009-03-26
Also published as: TWI361732B; TW200911418A; US7931856B2; CN101417335B; EP2033723A1; CN101417335A; CA2638554A1; RU2008135768A; US20090060771A1; EP2033723B1; KR20090024634A

Abstract

【課題】クランクシャフト軸受筒又は類似部品の形成法を提供する。
【解決手段】ほぼ円筒状で軸方向の内部空洞を形成する圧密化ダイを準備する。圧密化ダイの内部空洞に対応する外面を有する上部パンチと下部パンチとを準備する。上部コアロッドは、上部パンチに形成される軸方向の内孔に挿入される。下部コアロッドは、下部パンチに形成される軸方向の内孔に挿入される。上部コアロッドと下部コアロッドは、それぞれほぼ平坦な外面部を有する。上部パンチと下部パンチ並びに上部コアロッドと下部コアロッドの組合せ動作により、金属粉体は、圧密化ダイ内で圧密化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクシャフト軸受筒の形成法、特に複数のパンチとコアロッドとを併用する圧密化ダイに粉末金属処理法を使用するクランクシャフト軸受筒の形成法に関する。

ほぼ円筒状で軸方向の内部空洞を有するクランクシャフト軸受筒及びその類似部品を形成する通常の粉末冶金処理及び方法は、実用的である。しかしながら、例えば僅かに突出する凸面を形成する等、軸受筒内の軸方向の内孔に修正が必要なとき、従来の粉末金属方法では、更なる仕上げ加工を必要とする。僅かに突出する凸面が外側形状に精密に整合するように外側直径の外側円筒形状を研磨・研削する機械加工により、通常、付加的な前記仕上げ加工が行われる。付加的な前記機械加工工程は、製造価格と生産性の観点から望ましくない。

従って、本発明の目的は、粉末冶金法を使用してクランクシャフト軸受筒又は類似部材の改善された形成方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、粉末冶金法を使用して、ほぼ平坦面又は僅かに突出する凸面に形成される軸受筒の内側面を有するクランクシャフト軸受筒又は類似部品を形成する方法を提供することである。

本発明は、粉末冶金技術を使用してクランクシャフト軸受筒又は類似する製品を形成する方法を提供する。

通常、ほぼ円筒状で軸方向の内部空洞を有する圧密化ダイ（成形用金型）を準備する。圧密化ダイの内部空洞に一致する外面を有する下部パンチを準備する。圧密化ダイの内部空洞に一致する外面を有する上部パンチを準備する。

下部パンチ本体は、ほぼ円筒状で軸方向の内孔を更に有する。下部コアロッドは、下部パンチの内孔に一致する外面を有する。

また、上部パンチは、ほぼ円筒状で軸方向の内孔を有する。上部パンチの内孔に一致する外面を有する上部コアロッドが設けられる。

圧密化ダイの内部空洞内に金属粉体が導入される。圧密化ダイの内部空洞内に下部パンチと上部パンチとを挿入して、金属粉体を圧密化して、粉末金属半製品が形状される。更に、下部パンチの軸方向の内孔に下部コアロッドを挿入すると共に、上部パンチの内孔に上部コアロッドを挿入して、下部コアロッドの頂面と上部コアロッドの底面とを互いに接近させるように圧密化ダイ内に挿入する。従って、通常型の軸受筒又は類似製品の粉末金属半製品が形成される。

更に、ほぼ平坦な又は僅かに突出する凸状部が下部コアロッドの外面に設けられ、凸状部は、下部コアロッドの上面から外壁部との交差部まで下方に向かってテーパ状に傾斜する。同様に、上部コアロッドの外面上にほぼ平坦な又は僅かに突出する凸状部が設けられ、凸状部は、上部コアロッドの底面から外壁部との交差部まで上方に向かってテーパ状に傾斜し、これにより、粉末金属半製品上にほぼ平坦な又は僅かに突出する凸状部が形成される。

更に、ほぼ円筒状で軸方向の内孔が下部コアロッド自体に設けられる。圧密化ダイの内部空洞内の金属粉末を圧密化する際に、圧密化ダイの内部空洞から下部コアロッドの内孔を通じて余剰の金属粉末を排出できる。

図１及び図２について説明すると、円筒状の内部空洞（内側面）13を有するほぼ円筒状の構造体として圧密化ダイ12を図示する。工具用鋼により通常形成される圧密化ダイ12の直径は、約１２.７cm〜２５.４cm（５インチ〜１０インチ）、高さは、約１２.７cm〜２５.４cm（５インチ〜１０インチ）である。内側面13により形成される内部空洞は、形成すべきブッシュ（軸受筒）又は他の製品の所望の形状に相補的な形状を有し、例えば、内径約２.５４cm〜５.０８cm（１〜２インチ）、高さ約５.０８cm〜１０.１６cm（２インチ〜４インチ）の形状を有する。

また、圧密化ダイ12の内部空洞13に一致する外径を有するほぼ円筒状の構造体に形成される下部パンチ14を図示する。下部パンチ14は、ほぼ円筒状の外面16と、ほぼ円筒状で軸方向に形成される内孔18とを有する。また、工具用鋼により通常形成される下部パンチ14の長さは、通常約１０.１６cm〜１５.２４cm（４インチ〜６インチ）である。

下部パンチ14の内孔18に一致する外面22を有するほぼ円筒状の構造体に下部コアロッド20が形成される。また、下部コアロッド20の頂面26から底面25まで延伸するほぼ円筒状で軸方向の内孔24が下部コアロッド20に設けられる。また、工具用鋼により通常構成される下部コアロッド20の長さは、ほぼ約１５.２４cm〜２０.３２cm（６インチ〜８インチ）である。

ほぼ円筒状の外面32と、ほぼ円筒状で軸方向に形成される内孔34とを有する上部パンチ30は、ほぼ円筒状の構造体に形成される。また、上部パンチ30の寸法は、下方パンチ14の寸法に類似するが、上部パンチ（外部パンチ）30の外面32が、圧密化ダイ12の内部孔13内に上方から挿入されるのに対し、下部パンチ14は、圧密化ダイ12の孔13内に下方から挿入される。また、下部パンチ14の内部孔18の外径に類似する内径を備えほぼ円筒状で軸方向に形成される内孔34を有するものとして上部パンチ30を示す。工具用鋼により通常形成される上部パンチ30の長さは、約５.０８cm〜７.６２cm（２インチ〜３インチ）である。

上部パンチ30の内孔34内に嵌合される形状でほぼ円筒状に形成される外面38を有するほぼ円筒状の構造体として上部コアロッド36を示す。また、上部コアロッド36に設けられる底面40は、下部コアロッド20の頂面26に接近しかつ整合する構造として示す。テーパを有する円筒形又はピラミッド型の構造体に通常形成される突出部42が上部コアロッド36の底面40に設けられる。下部コアロッド20の頂面26に形成される対応する窪み44内に整合しかつ嵌合される構造として突出部42を示す。

更に、下部コアロッド20の外面22から頂面26まで延伸する平坦な又は僅かに窪む凹面48が下部コアロッド20に設けられる。同様に、上部コアロッド36の外面38から底面40まで延伸する平坦面46が上部コアロッド36に設けられる。

図３に明示するように、円筒面として上部パンチ30の外面32を有する上部パンチ30の詳細を示す。更に、底面40と突出部42とを備える上部コアロッド36を図示する。突出部42をテーパを有する円筒形に示すが、テーパ状を有するピラミッド形（角錐形）でもよい。また、上部コアロッド36の底面40から外面38との交差部まで上方にテーパ状に延伸する平坦面又は僅かに窪む凹面46（図２）が上部コアロッド36に設けられる。

図４は、上部コアロッド36を除去したほぼ円筒状の構造体として示す圧密化ダイ12の平面図を示す。圧密化ダイ12の内部空洞13も同様に明示する。上部パンチ30の内孔34内で下部コアロッド20の頂面26まで上方に延伸する円筒状の構造体として示す下部コアロッド20は、頂面26の窪み44まで延伸する内孔24を備える。窪み44は、下部コアロッド20の内孔24に連絡する。最後に、平坦面46と上部コアロッド36とに接近しかつ整合する平坦面48が下部コアロッド20に設けられる。

図５及び図６には、本発明の製法により製造されるクランクシャフト軸受筒の全体を符号50で示す。軸受筒50は、ほぼ円筒状の外面52と、第１の平坦内面54と、第２の平坦内面56とを有する。軸受筒50は、下記実施例で更に説明する何れかの所望の金属粉末組成物により構成される。軸受筒50の第１の平坦内面54は、上部コアロッド36の平坦面46との接触により形成され、軸受筒の第２の平坦内面56は、下部コアロッド20の平坦面48との接触により形成される。

前記の通り、高耐磨耗性金属構造を形成するあらゆる低合金材料を軸受筒50の材料にすることができる。

本発明の一実施の形態による軸受筒の製法は、通常、所望の要素成分と、本質的に鉄である残部とを含む初期金属合金粉末を準備する工程を含む。粉末冶金処理法に従って適切な潤滑材を添加して、潤滑材を含有する金属粉体を形成する。次に、圧密化ダイ12の内部空洞内に潤滑材含有金属粉体を導入する。その後、通常５６２４.５６kg/cm²〜９１３９.９kg/cm²（４０米トン/平方インチ〜６５米トン/平方インチ）の圧力を金属粉体に加えて圧密化し、一体圧密化金属半製品を形成する。下部パンチ14と上部パンチ30の各々に形成される孔を通じて圧密化ダイ12の内部空洞内に下部コアロッド20と上部コアロッド36との両方を挿入しながら、適切な圧力下で圧密化ダイ12の内部空洞内に上部パンチ30と下部パンチ14とを挿入して、圧密化が行われる。下部コアロッド20と上部コアロッド36とが整合し、下部コアロッド20の頂面26と上部コアロッド36の底面40とが互いに接近しかつ最終的に接触して、上部コアロッド36の突出部42が下部コアロッド20の頂面26の窪み44内に嵌合して、軸受筒50上の部分的な平坦内面54,56が形成される。

本発明の実施の形態による実施例を次に説明する。

クランクシャフト軸受筒の製法では、重量基準で、炭素(C)０.５%と、モリブデン(Mo)０.８５%と、本質的に鉄である残部とを含み、粒径４５〜２５０μmを有する金属粉末を準備した。エチレン・ビス・ステアラミド（EBS）０.７５%を潤滑材として金属粉末に添加して、潤滑材含有金属粉体を形成した。下部コアロッドを有する下部パンチと上部コアロッドを有する上部パンチとを用いて、６３２７.６２kg/cm²（４５米トン/平方インチ）の圧力で圧密化ダイ内の潤滑材含有金属粉体を圧密化した。続いて、得られたダイ圧密化金属半製品を温度１１３８℃（２０８０°F）で１５分間焼結した後、初期温度８９９℃（１６５０°F）から６６℃（１５０°F）の温度に焼結金属半製品を急冷（焼き入れ）した。更に、温度１９３℃（３８０°F）で１２０分間、急冷した焼結金属半製品を焼き戻した。その後、最後に焼き戻した金属塊半製品を研削して最終的な軸受筒寸法及び形状に仕上げた。

クランクシャフト軸受筒の製法では、重量基準で、炭素(C)０.５%と、モリブデン(Mo)１.５%と、本質的に鉄である残部とを含み、粒径４５〜２５０μmの金属粉末を準備した。エチレン・ビス・ステアラミド（EBS）０.７５%を潤滑液として金属粉末に配合して、潤滑材配合金属粉体を生成した。下部コアロッドを有する下部パンチと、上部コアロッドを有する上部パンチとを用いて、６３２７.６２kg/cm²（４５米トン/平方インチ）の圧力で圧密化ダイ内の潤滑材配合金属粉体を圧密化した。その後、得られたダイ圧密化金属半製品を温度１１３８℃（２０８０°F）で１５分間焼結した後、初期温度８９９℃（１６５０°F）から温度６６℃（１５０°F）に焼結金属半製品を急冷（焼き入れ）した。更に、温度１９３℃（３８０°F）で１２０分間、急冷した金属塊半製品を焼き戻した。その後、最後に焼き戻した金属半製品を研削して最終的な軸受筒寸法及び形状に仕上げた。

本発明の製法を実施する装置の側方断面図本発明の製法を実施する装置の図１から９０度角度をずらした側方断面図本発明の製法を実施する装置の一部を構成する上部パンチと上部コアロッドを示す斜視図本発明の製法を実施する装置の下部パンチ、下部コアロッド及び圧密化ダイの平面図本発明の製法により製造する軸受筒の斜視図本発明の製法により製造する軸受筒の断面図

符号の説明

(12)・・圧密化ダイ、 (13)・・内部空洞、 (14)・・下部パンチ、 (20)・・下部コアロッド、 (26)・・頂面、 (30)・・上部パンチ、 (36)・・上部コアロッド、 (40)・・底面、 (42)・・突出部、 (44)・・窪み、 (50)・・クランクシャフト軸受筒、 (54)・・第１の平坦内面、 (56)・・第２の平坦内面

Claims

下部空洞と上部空洞とを有する内部空洞を形成する内壁を備える圧密化ダイを準備する工程と、
圧密化ダイの内部空洞にほぼ一致する外面を形成する外壁と、内孔を形成する内壁とを有しかつ圧密化ダイの内部空洞の下部空洞内に配置すべき下部パンチを準備する工程と、
圧密化ダイの内部空洞にほぼ一致する外面を形成する外壁と、内孔を形成する内壁とを有しかつ圧密化ダイの内部空洞の上部空洞内に配置すべき上部パンチを準備する工程と、
下部パンチの内孔にほぼ一致する外面を形成する外壁と、内孔を形成する内壁と、頂面とを有する下部コアロッドを準備する工程と、
上部パンチの内孔にほぼ一致する外面を形成する外壁と、底面とを有する上部コアロッドを準備する工程と、
圧密化ダイの内部空洞内に金属粉末を導入する工程と、
圧密化ダイ内に下部コアロッドと上部コアロッドとを配置して、下部コアロッドの上面と上部コアロッドの底面とを互いに接近させ、粉末金属半製品に軸方向の孔を形成するように、圧密化ダイの内部空洞内に下部パンチと、上部パンチとを挿入することにより金属粉末を圧密化して粉末金属塊を形成する工程とを含むことを特徴とする軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの外面上にほぼ平坦な面を形成し、下部コアロッドの頂面から外壁部との交差部まで下方に向かって平坦な面をテーパ状に傾斜させた請求項１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドのほぼ平坦な面は、頂面から外壁部との交差部まで僅かに窪む凹面を有する請求項２に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
上部コアロッドの外面にほぼ平坦な面を形成し、上部コアロッドの底面から外壁部との交差部まで上方に向かって平坦な面をテーパ状に傾斜させた請求項１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
上部コアロッドのほぼ平坦な面は、底面から外壁部との交差部まで僅かに窪む凹面を有する請求項４に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの頂面から外壁部との交差部まで下方に延伸する僅かに窪むテーパ面を下部コアロッドの外面上に設け、僅かに窪むテーパ面を下部コアロッドに形成した請求項１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
上部コアロッドの底面から外壁部との交差部まで上方に延伸する僅かに窪むテーパ面を上部コアロッドの外面上に設け、僅かに窪むテーパ面を上部コアロッドに形成した請求項１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの頂面に窪みを設け、上部コアロッドの底面に突出部を設け、金属粉末を圧密化するとき、上部コアロッドの底面の突出部の少なくとも一部を下部コアロッドの頂面の窪みに嵌合する工程を含む請求項１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの頂面の窪みをテーパ壁により形成し、上部コアロッドの底面上の突出部を相補的なテーパ壁により形成した請求項８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
金属粉末を圧密化するとき、下部コアロッドの内孔を通じて圧密化ダイの内部空洞から過剰な金属粉末を排出する工程を含む請求項８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部空洞と上部空洞とを有するほぼ垂直で軸方向の内部空洞を形成する内壁を備える圧密化ダイを準備する工程と、
圧密化ダイの内部空洞にほぼ一致する外面と、ほぼ垂直な軸方向に延伸する内孔とを有する下部パンチを準備する工程と、
圧密化ダイの内部空洞にほぼ一致する外面と、ほぼ垂直な軸方向の内孔とを有する上部パンチを準備する工程と、
下部パンチのほぼ垂直な軸方向の内孔にほぼ一致する外面と、ほぼ垂直な軸方向の内孔と、頂面とを備える下部コアロッドを準備する工程と、
上部パンチのほぼ垂直な軸方向の内孔にほぼ一致する外面と、底面とを備える上部コアロッドを準備する工程と、
金属粉末を圧密化ダイの内部空洞内に導入する工程と、
圧密化ダイの内部空洞に下部パンチと上部パンチとを配置し、下部パンチの内孔を通じて圧密化ダイの内部空洞内に下部コアロッドを挿入し、上部パンチの内孔を通じて圧密化ダイの内部空洞内に上部コアロッドを挿入して、下部コアロッドの頂面と上部コアロッドの底面とを互いに接近させて、金属粉末を圧密化して金属半製品を形成する工程とを含むことを特徴とする軸受筒又は類似製品の製法。
金属粉末を圧密化するとき、圧密化ダイの内部空洞の底部を通じて下部パンチを挿入し、圧密化ダイの内部空洞の頂部を通じて上部パンチを挿入する請求項１１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの外面上にほぼ平坦な面を形成し、下部コアロッドの頂面から外面との交差部まで下方に向かって平坦な面をテーパ状に傾斜させた請求項１１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
上部コアロッドの外面にほぼ平坦な面を形成し、上部コアロッドの底面から外面との交差部まで上方に向かって平坦な面をテーパ状に傾斜させた請求項１１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの頂面に窪みを設け、上部コアロッドの底面に突出部を設け、金属粉末を圧密化するとき、上部コアロッドの底面の突出部の少なくとも一部を下部コアロッドの頂面の窪みに嵌合する工程を含む請求項１１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの頂面の窪みをテーパ壁により形成し、上部コアロッドの底面上の突出部を相補的なテーパ壁により形成した請求項１１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
金属粉末を圧密化するとき、下部コアロッドの内孔を通じて圧密化ダイの内部空洞から過剰な金属粉末を排出する工程を含む請求項１１に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部空洞と上部空洞とを有するほぼ垂直で軸方向の内部空洞を形成する内壁を備える圧密化ダイを準備する工程と、
圧密化ダイの内部空洞に一致するほぼ円筒状の外面と、ほぼ円筒状の垂直な軸方向の内孔とを有する下部パンチを準備する工程と、
圧密化ダイの内部空洞に一致するほぼ円筒状の外面と、ほぼ円筒状の垂直な軸方向の内孔とを有する上部パンチを準備する工程と、
下部パンチの内孔に一致するほぼ円筒状の外面と、ほぼ円筒状で垂直な軸方向の内孔と、頂面とを有する下部コアロッドを準備する工程と、
上部パンチの内孔に一致するほぼ円筒状の外面と、底面とを有する上部コアロッドを準備する工程と、
金属粉末を圧密化ダイの内部空洞内に導入する工程と、
圧密化ダイの内部空洞の下部空洞に下部パンチを配置し、圧密化ダイの内部空洞の上部空洞に上部パンチを配置し、下部パンチの内孔を通じて圧密化ダイの内部空洞内に下部コアロッドを挿入すると共に、上部パンチの内孔を通じて圧密化ダイの内部空洞内に上部コアロッドを挿入して、下部コアロッドの頂面と上部コアロッドの底面とを互いに接近させて、金属粉末を圧密化して金属半製品を形成する工程とを含むことを特徴とする軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの外面上にほぼ平坦な面を形成し、下部コアロッドの頂面から外面との交差部まで下方に向かって平坦な面をテーパ状に傾斜させた請求項１８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
上部コアロッドの外面にほぼ平坦な面を形成し、上部コアロッドの底面から外面との交差部まで上方に向かって平坦な面をテーパ状に傾斜させた請求項１８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの頂面に窪みを設け、上部コアロッドの底面に突出部を設け、金属粉末を圧密化するとき、上部コアロッドの底面の突出部の少なくとも一部を下部コアロッドの頂面の窪みに嵌合する工程を含む請求項１８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
下部コアロッドの頂面の窪みをテーパ壁により形成し、上部コアロッドの底面上の突出部を相補的なテーパ壁により形成した請求項１８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
金属粉末を圧密化するとき、下部コアロッドの内孔を通じて圧密化ダイの内部空洞から過剰な金属粉末を排出する工程を含む請求項１８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
５６２４.５６kg/cm²〜９１３９.９kg/cm²（４０米トン/平方インチ〜６５米トン/平方インチ）の圧力でダイ圧密化を行って金属半製品を形成する請求項１８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
１０９０℃（２０００°F）〜１２９０℃（２３５０°F）間の温度で少なくとも１０分間圧密化した金属半製品を焼結して、焼結金属半製品を形成する請求項２４に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
金属粉末は、重量基準で炭素(C)０.４%〜０.７%と、モリブデン(Mo)０.４%〜１.５%と、マンガン(Mn)０.０５%〜０.３０%と、２%以下の他成分と、本質的に鉄の残部とを含む請求項１８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
８５０℃（１５５０°F）〜９２５℃（１７００°F）間の温度から５０℃（１２５°F）〜８０℃（１７５°F）間の温度に焼結金属半製品を急冷（焼き入れ）して金属半製品を形成する請求項２５に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
１７６℃（３５０°F）〜２３０℃（４５０°F）間の温度に急冷した金属半製品を焼き戻して、焼き戻し金属半製品を形成する請求項２７に記載の軸受筒又は類似製品の製法。
焼き戻し金属半製品を室温に冷却した後、焼き戻し金属半製品の外面と内面とを研削する請求項２８に記載の軸受筒又は類似製品の製法。