MXPA06009122A - Herramienta multi-lobular de metal en polvo y metodo de fabricacion del mismo - Google Patents

Abstract

Se describe una herramienta (10) fabricada de metal pulverizado, tal como un T15 HSS modificado en forma pulverizada y que tiene un perfil de extremo multi-lobular (12) para punzonar rebajos multi-lobulares en piezas de trabajo, tal como a las cabezas de sujetadores. La herramienta (10) es homogénea y contiene solamente carburos los cuales son relativamente pequeños, tal como en el intervalo de 1-4 micras. También se proporciona un método de fabricación de tal herramienta. El método requiere que una barra de metal pulverizado sea cortada y luego la pieza cortada es trabajada para proporcionar la herramienta multi-lobular. La parte final es teóricamente 100%densa, en contraposición a ser solo 95-85%densa como en partes moldeadas por inyección de metal. En servicio, la parte final, debido a cómo es fabricada, tiene resistencia de columna incrementada y resistencia al impacto incrementada.

Description

HERRAMIENTA MULTI-LOBULAR DE METAL EN POLVO Y MÉTODO DE FABRICACIÓN DEL MISMO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente en general con herramientas multi-lobulares para troquelar un rebajo multi-lobular, por ejemplo a la cabeza de un sujetador. La invención es más concerniente específicamente con herramientas multi-lobulares y preformas de herramientas que son formados de metal pulverizado. La invención también es concerniente con métodos para formar una herramienta multi-lobular de metal en polvo. Las herramientas multi-lobulares, denominadas frecuentemente como "pernos de punzón" son usadas para punzonar un rebajo multi-lobular por ejemplo a la cabeza de un sujetador. La figura 1 ilustra un perno 10 de punzón multi-lobular. En servicio, la cabeza 12 del perno 10 de punzón, esto es, que tiene un perfil multi-lobular, es punzonado a una pieza de trabajo, tal como la cabeza de un sujetador, para formar un rebajo multi-lobular. Comúnmente, los pernos de punzón son formados de acero para herramientas estándar tal como acero para herramientas M42. El acero para herramientas, por naturaleza, es muy no homogéneo y contiene comúnmente carburos segregados grandes . La figura ' 2 proporciona una imagen de un perno de punzón formado de acero para herramientas M42, en donde la imagen fue formada con un microscopio de 400x, a lo largo de una sección transversal (esto es, a lo largo de la línea 2 en la figura 1) . La figura 3 es similar pero es una imagen tomada a lo largo de una sección transversal longitudinal (esto es, a lo largo de la línea 3 en la figura 1) . Como se muestra, los carburos (las áreas más claras en la imagen) , muchos de los cuales son relativamente grandes, pueden ser encontrados ya sea a lo largo de una u otra sección transversal. Con respecto al tamaño, en un perno de punzón formado de acero para herramientas convencional, frecuentemente existen carburos tan grandes como de 10-50 mieras o aún más grandes. La presencia de la segregación de carburos tiende a - producir un plano duro, quebradizo o debilitado, en donde el material tiene una tendencia a la fractura o a astillarse.

Generalmente hablando, es indeseable que un perno de punzón contenga carburos grandes y segregación de carburo, ya que los carburos proporcionan un punto de debilidad. Esto es especialmente cierto si un carburo bastante grande sucede que existe a lo largo de un lóbulo de un perno de punzón multi- lobular. En tal caso, el carburo puede provocar que el lóbulo se fragmente prematuramente durante el uso, como se muestra en la figura 4. La figura 4 proporciona una imagen de un perno de punzón formado de acero para herramientas M42, en donde la imagen fue tomada con un microscopio electrónico de barrido (SEM) a 35x, después que el perno de punzón fue usado en un número de ciclos para punzonar rebajos multi-lobulares a piezas de trabajo. No solamente presenta un problema- posible cuando existen carburos grandes sobre un lóbulo de un perno de punzón, sino que el problema es aún más severo mientras más grande es el perno de punzón. La patente estadounidense No. 6,537,487 revela un método de moldeo de una parte de metal en polvo utilizando un proceso de moldeo por inyección de metal ("MIM") . Tal proceso es relativamente complicado y utiliza un aglutinante. El aglutinante debe ser retirado (esto es, desaglutinante) durante la sinterización o antes de la sinterización. Una parte terminada fabricada con tal proceso comúnmente es solo 95 a 98% densa y tiene resistencia a columna disminuida y resistencia al impacto limitada.

OBJETOS Y BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objeto de una modalidad de la presente invención es proporcionar una herramienta multi-lobular y preforma de herramienta que son formadas de metal en polvo, proporcionando mediante esto que la herramienta es muy homogénea y contiene solamente carburos de naturaleza extremadamente pequeña. Todavía otro objeto de una modalidad de la presente invención es proporcionar un método relativamente simple de fabricación de una herramienta de metal en polvo multi-lobular, en donde el método no requiere ninguna de las etapas de des-aglutinación, ya sea antes de o durante la sinterización.

Brevemente y de acuerdo con por lo menos uno de los objetos anteriores, una modalidad de la presente invención proporciona una herramienta fabricada de metal en polvo, tal como un acero de alta velocidad TI5 modificado (en que se agrega molibdeno) en forma en polvo y que tiene un perfil del extremo multi-lobular para punzonar rebajos multi-lobulares a piezas de trabajo, tales como las cabezas de sujetadores. Otra modalidad de la presente invención proporciona un método de fabricación de una herramienta fabricada de metal en polvo, en donde la herramienta tiene un perfil del extremo multi-lobular. El método incluye las etapas de: corte de una longitud predeterminada de un vastago formado de metal en polvo, tal como un HSS T15 modificado (modificado en que se agrega molibdeno); aplicar un bisel de 47°/45° a ambos extremos; rectificar el diámetro externo a un tamaño predeterminado; aplicar aceite y extruir una configuración multi-lobular sobre un extremo del corte en el molde de extrusión que es asegurado en una prensa de punzón; alivio de tensión de la parte en un horno de tratamiento térmico; acuñado de una marca comercial (si se desea) sobre la parte; rectificar el .diámetro externo a un tamaño predeterminado; revestimiento a una longitud predeterminado; afeitado de un ángulo de nariz; tratamiento térmico a una dureza predeterminada; rectificación del ángulo de nariz para obtener un terminado y longitud deseados; rectificación de la etapa de diámetro externo a un tamaño y longitud predeterminado y pulido del ángulo de nariz a un ángulo deseado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Lo organización y manera de la estructura y operación de la invención, junto con objetos y ventajas adicionales de la misma, se pueden comprender mejor por referencia a la siguiente descripción, tomada en relación con las figuras adjuntas, en donde los números de referencia semejantes identifican elementos semejantes, en las cuales: La figura 1 es una vista en perspectiva de un perno de punzón multi-lobular; La figura 2 proporciona una imagen de un perno de punzón formado de acero para herramientas M42, en donde la imagen fue tomada con un microscopio a 400x, a lo largo de una sección transversal (esto es, a lo largo de la línea 2 en la figura 1) ; La figura 3 es similar a la figura 2, pero en donde la imagen ha sido tomada a lo largo de una sección transversal longitudinal (esto es, a lo largo de la línea 3 en la figura 1); La figura 4 proporciona una imagen de un perno de punzón formado de acero para herramientas M42, en donde la imagen fue tomada con un microscopio electrónico de barrido (SEM) a 35x, después que el perno de punzón fue usado en un número de ciclos para punzonar rebajos multi-lobulares a piezas de trabajos- La figura 5 proporciona una imagen de un perno de punzón formado de un HSS T15 modificado en forma en polvo, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, en donde la imagen fue tomada con un microscopio a 400x, a lo largo de una sección transversal (esto es, a lo largo de la línea 2 en la figura 1) ; La figura 6 es similar a la figura 5, pero en donde la imagen ha sido tomada a lo largo de una sección transversal longitudinal (esto es, a lo largo de la línea 3 en la figura i); La figura 7 proporciona una imagen de un perno de punzón formado de un HSS T15 modificado en forma en polvo, en donde la imagen fue tomada con un SEM a 50x, después que el perno de punzón fue usado en un número de ciclos para punzonar rebajos multi-lobulares a piezas de trabajo; y La figura 8 proporciona un diagrama de flujo de un método de fabricación de una herramienta multi-lobular, tal como un perno de punzón en donde el método está de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En tanto que la presente invención puede ser susceptible a implementarse en formas diferentes, se muestran en las figuras y serán descritas en la presente en detalle, modalidades de la misma con el entendimiento de que la presente invención será considerada como una ejemplificación de los principios de la invención y no se pretende limitar la invención a aquella como se ilustra y describe en la presente. Como se discute anteriormente, las Figuras 2-4 son concernientes con un perno de punzón formado de acero para herramientas M42. Las Figuras 5-7 proporcionan vistas similares, pero concernientes con una herramienta multi-lobular, específicamente un perno de punzón, formado de un HSS T15 modificado en forma en polvo (modificado en que se agrega molibdeno) de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Como resultado de ser formado de metal en polvo, el perno de punzón es mucho más homogéneo y contiene solamente carburos (las áreas más claras en las imágenes mostradas en las Figuras 5 y 6) que son relativamente pequeños, en relación con los carburos que están contenidos comúnmente en un perno de punzón formado de acero para herramientas . Como resultado de ser más homogéneo y contener solamente carburos relativamente pequeños, el perno de punzón es muy robusto y no propenso a la fragmentación o falla de otra manera durante el uso (esto es, en tanto que sea usado para por ejemplo punzonar rebajos en las cabezas de sujetadores) . La figura 5 proporciona una imagen del perno de punzón, en donde la imagen fue tomada con un microscopio a 400x a lo largo de una sección transversal (esto es, a lo largo de la línea 2 en la figura 1) . La figura 6 es similar a la figura 5, pero en donde la imagen ha sido tomada a lo largo de una sección transversal longitudinal (esto es, a lo largo de la línea 3 en la figura 1) . Como se muestra en las Figuras 5 y 6, los carburos (en las áreas más claras en las imágenes) son relativamente pequeños en comparación con aquellos presentes en el perno de punzón de acero para herramientas, como se muestra en las Figuras 2 y 3. Específicamente, en tanto que los carburos presentes en un perno de punzón fabricado de hacer para herramientas puede ser de 40 mieras o más, la provisión de que el perno de punzón sea formado de metal en polvo, tal como HSS T15 modificado en forma en polvo, proporciona que los carburos puedan ser tan pequeños como de 1-4 mieras. La figura 7 proporciona una imagen del perno de punzón, en donde la imagen fue tomada con un SEM a 50x, después que el perno de punzón fue usado en un número de ciclos para punzonar rebajos multi-lobulares a piezas de trabajo. Comparando la figura 7 con la figura 4, el perno de punzón de metal en polvo (figura .7) exhibe un desgaste solamente aceptable sin fragmentación, en tanto que el perno de punzón de acero para herramientas (figura 4) exhibe algo de fragmentación en un lóbulo. Debido a que los carburos grandes proporcionan un punto de debilidad y los lóbulos de una herramienta multi-lobular, tal como un perno de punzón, reciben mucho del esfuerzo durante el impacto, es importante proporcionar o asegurar que los carburos grandes no existan en un lóbulo de una herramienta multi-lobular. Comúnmente, las herramientas multi-lobulares, tales como pernos de punzón, son formadas de acero para herramientas que es muy no homogéneo. La provisión de que la herramienta multi-lobular sea fabricada en lugar de esto de metal en polvo, tal como HSS T15 modificado en forma en polvo, proporciona que la estructura de grano de la parte sea mucho más homogénea. Como tal, hay menos probabilidad o aún no hay probabilidad que los carburos grandes existirán en el área de o sobre uno de los lóbulos. Como resultado, el perno de punzón es mucho más robusto y tiene resistencia de columna mejorada y resistencia al impacto mejorada y tendrá una vida de servicio útil más larga. La figura 8 ilustra un método de fabricación de una herramienta multi-lobular de metal en polvo, tal como un perno de punzón como se muestra en las Figuras 5-7, en donde el método está de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Como se muestra, el método proporciona las siguientes etapas : corte de una longitud predeterminada de un vastago de inventario de barra formado de metal en polvo, tal como HSS T15 modificado (modificado en que se agrega molibdeno) ; aplicar un bisel de 47°/45° a ambos extremos; rectificar el diámetro externo a un tamaño predeterminado; aplicar aceite y extruir una configuración multi-lobular en un extremo del corte en el molde de extrusión que es asegurado en una prensa de punzón; alivio de tensión de la parte en un horno de tratamiento térmico; acuñado de una marca comercial (si se desea) sobre la parte; rectificación del diámetro extremo a un tamaño predeterminado; recubrimiento a una longitud predeterminada; afeitado de un ángulo de nariz; tratamiento térmico a una dureza predeterminada; rectificación del ángulo de nariz para obtener un terminado y longitud deseados; rectificación de la etapa del diámetro extremo a un tamaño y longitud predeterminados y pulido del ángulo de nariz a un terminado deseado. El proceso es relativamente simple y no requiere ninguna etapa de des-aglutinación, en contraposición con un proceso de moldeo por inyección de metal, en donde un aglutinante debe ser separado durante la sinterización o antes de la sinterización. Una parte terminada fabricada con tal proceso de moldeo de metal por inyección comúnmente es solo 95 a 98% denso. En contraste, una parte terminada fabricada con el método descrito anteriormente es teóricamente 100% densa y tiene resistencia de columna, resistencia al impacto mejoradas y vida de herramienta mejorada. Para proporcionar la barra de acero en polvo, antes de llevar a cabo las etapas de fabricación descritas anteriormente, se puede usar el siguiente proceso: 1. El metal fundido, de la composición apropiada, es atomizado en una atmósfera inerte. 2. El metal en polvo resultante es sellado en una "lata" de acero grande que es un tubo de acero de 5 a 6 pies de largo y 10 a 12 pulgadas de diámetro. 3. La lata sellada es colocada en una prensa isostática caliente (HIP) que ejerce una presión de 1000 atmósferas a una temperatura de 2100°F. 4. Después del proceso HIP, la lata de acero es maquinada del lingote ahora sólido de P.M. 100% denso. 5. Luego el lingote de P.M. es procesado como un lingote vertido convencionalmente. En tanto que se muestran y describen modalidades de la presente invención, se contempla que aquellos experimentados en el arte pueden idear varias modificaciones de la presente invención sin desviarse del espíritu y alcance de la revelación.

Claims (19)

1. REIVINDICACIONES 1. Una herramienta que tiene un cuerpo y un perfil del extremo multi-lobular para punzonar rebajos multi-lobulares a piezas de trabajo, la herramienta está caracterizada porque el cuerpo es fabricado de metal en polvo, de tal manera que el cuerpo es más de 98% denso.
2. 2. La herramienta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la herramienta es fabricada de acero de alta velocidad en forma en polvo.
3. 3. La herramienta de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el acero de alta velocidad comprende acero de alta velocidad T15.
4. 4. La herramienta de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el acero de alta velocidad incluye molibdeno.
5. 5. La herramienta de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el acero de alta velocidad T15 incluye molibdeno.
6. 6. La herramienta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la herramienta está configurada para punzonar rebajos multi-lobulares a las cabezas de sujetadores.
7. 7. Un método de fabricación de una herramienta fabricada de metal en polvo, en donde la herramienta tiene un perfil del extremo multi-lobular para punzonar rebajos multi-lobulares a piezas de trabajo, el método está caracterizado porque comprende : proporcionar un vastago forma de metal en polvo; cortar una longitud predeterminada del vastago, la longitud predeterminada define una parte; aplicar un bisel a por lo menos un extremo de la parte; rectificar un diámetro externo de la parte a un tamaño predeterminado; extruir una configuración multi-lobular sobre un extremo de la partes-rectificación del diámetro externo de la parte a un tamaño predeterminado y formar la parte a una longitud predeterminada.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además el alivio de tensión de la parte en un horno de tratamiento térmico.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además acuñado de una marca comercial sobre la parte.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además revestimiento de la parte a una longitud final predeterminada.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además afeitado de un ángulo de nariz sobre la parte.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 7 , caracterizado porque comprende además tratamiento térmico de la parte a una dureza predeterminada.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además pulido del ángulo de nariz a un terminado deseado.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de corte de una longitud predeterminada de la herramienta comprende el corte de una longitud predeterminado de un vastago formado de acero de alta velocidad.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de corte de una longitud predeterminada del vastago comprende el corte de una longitud predeterminada de un vastago formado de acero de alta velocidad T15.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de corte de una longitud predeterminada del vastago comprende el corte de una longitud predeterminada de un vastago formado de acero de alta velocidad que incluye molibdeno.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de corte de una longitud predeterminada de vastago comprende el corte de una longitud predeterminada de un vastago formado de acero de alta velocidad T15 que incluye molibdeno.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de aplicación de un bisel a por lo menos un extremo de la parte comprende aplicar un bisel de 47°/45° a ambos extremos de la parte.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de extrusión desuna configuración multi-lobular sobre un extremo de la parte comprende además aplicar aceite a la parte y extruir la configuración multi-lobular en un molde de extrusión que es asegurado sobre una prensa de punzón.