JP4201838B2 - 組み合わせ部品の製造方法 - Google Patents

Description

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３５７１０８０号、同第３９９３０５４号、同第４９２３６７４号

に記載されている。
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３０ＭＰａ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、完全焼き入れまたは表面焼き入れ）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１１２０℃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。

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。

Claims (9)

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および成形する段階と、
   圧粉成形体を生のままで機械加工する段階と、
   生のままで機械加工された前記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、
   前記圧粉成形体を破断分割して得られた前記部品を燒結する段階と、
   焼結された前記部品を分割面で再組み合わせする段階とを有する製造方法。
2. 請求項１に記載された方法であって、前記圧粉成形体が少なくとも２０ＭＰａのグリーン強度を有することを特徴とする製造方法。
3. 請求項１に記載された方法であって、前記圧粉成形体が少なくとも２５ＭＰａのグリーン強度を有することを特徴とする製造方法。
4. 請求項１に記載された方法であって、前記圧粉成形体が少なくとも３０ＭＰａのグリーン強度を有することを特徴とする製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項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。
6. 請求項１から４のいずれか一項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。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の方法であって、金属粉末がグリーン強度増大添加剤を含む製造方法。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された方法であって、燒結段階の後にさらに機械加工段階がおこなわれる製造方法。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載された方法であって、燒結された前記部品が熱処理される製造方法。