CN1018160B - 制造粉末锻造部件的方法 - Google Patents
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Abstract
由两零件组成的部件由一整体毛坯经粉末压制、烧结、锻造、冷却和分离为最终形状的分立零件。本发明任务是简化制造方法，使零件配合准确。方法是，烧结前在毛坯两零件的分离处设一裂纹槽，此槽在烧结和锻造间得一氧化层，锻造时槽闭合为最终形状。部件冷却后，断裂为分立的零件，作为例子应用于有可分大头的连杆制造。冷却后，大头上加工出螺栓孔。连杆螺栓和螺母松动地装配好，后在大头的分离缝处产生分离面，再紧固住精加工。
Description
本发明涉及到制造粉末锻造金属部件的一种方法，此部件由至少两个零件组成，它由一个整体毛坯经粉末压制、烧结、锻造、冷却和分离成配对的分立零件而成最终形状。
这种方法例如应用于制造一个由至少两个彼此相连的零件构成的部件，特别是要求这个部件的每个零件必须彼此准确地配合。这种情况的一个例子是具有可分开连杆大头的连杆。这种连杆由轴承盖和连杆的其余部分组成，这两个零件通过连杆螺栓彼此连接。
昭55-154505A公开了一种制造一体的、能够经受高负荷的、粉末锻造的连杆之类的部件的方法。
在这个方法中，采用机加工工厂在切削或磨削灰铸铁铸件时产生的切屑或磨屑作为原料，将其粉碎成粉末状，通过离心分离机、例如旋风分离机将含有游离石墨与游离碳的微小颗粒粉末分离出来，得出含碳量低的脱碳铸铁粉末。这些分离出来的脱碳铸铁粉末在模具中用压机压制、必要时经过加工成近似于成品的形状，进行烧结;出来的毛坯在保护气氛中热锻，使之成为含有球状石墨或碳化物的钢组织的连杆之类的部件。在冷却后进行精加工。由此生产出具有能承受高负荷的、尺寸精确的、重量均衡精度高的连杆之类的部件。在上述过程中也可以加进热处理、如奥氏体等温淬火。
昭55-154505A所提供的方法只可用于制造整件的部件，用这种方法不能够制造出由至少两个零件组成的、在最后锻造与精加工后不需要再
进行机械加工即可被分离成两个准确配对的零件副的、诸如在连杆大头处分成轴承盖与包括连杆小头在内的连杆其余部分的连杆这样的部件。
属于开头所提的类型的一种公知的方法是带有加工余量的毛坯由粉末压制而成（英国的MPR印刷服务公司在1984年11月出版的“金属粉末报告”第39卷第11期内登载的Chiaki Tsumuti与Ichiro Nagare写的“汽车零件的粉末锻造”），在两个相邻零件之间的将来的分离缝部位应留有附加的加工余量。在烧结、锻造和冷却以后部件被分开成零件。这通过机械加工来完成，即在分离缝处用锯来使之彼此分成零件。在此部位的附加余量由锯来除去，随着须对相邻零件的两个分离面再进行机械加工，根据需要可以进行精配合的加工，例如磨削。
这种方法由于需要附加加工余量而需要在分离缝部位加进以后要用锯去除的材料。用锯加工以及其它的机械精加工，特别是必需的磨削，都提高了时间和成本的耗费。由于不能完全排除机械加工不完善，而难免出废品。所有这些缺点在大批量生产时更显严重。
本发明的目的在于提供一种部件的整体毛坯在成最终形状后通过断裂法分离成配对的零件而无需对分离面进行机械精加工即能保证分离面在装配时保持精密配合的制造方法。
根据本发明，此任务以如下方式解决：在烧结前在毛坯上两个零件间的分离处设置一个裂纹槽，此槽在烧结工序和锻造工序之间取得一层氧化层，并在锻造时闭合成最终形状。在冷却以后使部件在相应的分离点上断裂而被分开成配对的分立的零件。
根据本发明的方法，毛坯在厚度尺寸上相对于最终形状留有一个余量，而最终形状在锻造时达到。此时毛坯的裂纹槽已经闭合，这就使两个很薄的氧化层相互紧挨着，由此裂纹槽形成的裂纹用来分离。这样形成的裂纹通过裂纹槽的结构可以在其长度与宽度方面预先控制。在部件冷却后使之沿裂纹断裂分开成配对的分立的零件。
根据本发明，任务的解决方法还可以通过在预定的分离面范围内并在离裂纹槽一段距离处设置至少一个裂纹伸延槽得到改善。已有的裂纹具有极大的可能性在部件冷却后由于沿其裂纹并在其伸延线上断裂而分开成分立的零件。这种较宽的槽使分离面从分离处***，也可以说从一个槽向另一个槽伸延，因此分离面的位置可清楚地被确定。从而***时裂纹的伸延及其伸延方向可以通过裂纹伸延槽的布置来预先确定。此外还要考虑到，分离要少费工，并且要降低分离时分离面上出现变形的可能性。
采用这种方式的部件分离没有材料消耗在机械加工上。由于配合准确而形成无需加工的分离面。两个相邻的零件即刻就能在其分离面处互相配对地重新组合起来。这种分离面相对于公知的机械加工具有很大的优点，即其接触面积要大好几倍，因而使部件具有较高的承载能力。此外值得注意的是时间和成本耗费方面的节省，这是由于与公知的机械加工分割手段相比，分离是通过极为简单的方法断裂来实现的。
根据本发明这种方法要求毛坯在压制时至少设置一个裂纹槽和一个裂纹伸延槽，为此例如可以在压制时至少设置一个裂纹槽和一个裂纹伸延槽，为此例如可以在压力机中压出所需的形状。
在本发明的另一结构中，也可以通过机械加工在毛坯上设置至少一个裂纹槽和裂纹伸延槽。例如可以通过铣削和插削，根据所制造零件的情况，在适于分离的位置上布置一个或多个裂纹槽和裂纹伸延槽。
在烧结以前最好称出毛坯的重量。这对于必须保证分段重量预先给定的误差范围是必需的。
附加在粉末上的润滑剂可以随后被烧掉，然后烧结可在保护气体中进行。
裂纹槽最好是在具有这种槽的毛坯烧结以后在大气中被送去锻造时形成氧化层。这个相当短的时间已足够生成一层薄氧化层。此时部件几
乎没有冷却，因此本发明得以进一步安排毛坯在烧结后尚未冷却的高温下进行锻造。
在锻造时这些裂纹槽最好可以完全闭合，从而不再作为槽的形状存在。但是如前所述，由此裂纹槽出发，在前述的锻造时沿其氧化层、在裂纹槽闭合处产生一个长度和位置与裂纹槽的位置与大小相应的裂纹。此时两个相互对置的氧化层的作用是在它们之间保持分离。
通过将部件用空气、油或保护气体来冷却，从而可以将冷却与锻造衔接起来。然后根据本发明的进一步安排，可在两个相邻零件间通过断裂法而产生一个分离面。可对此施加以拉、压和/或弯曲负荷，这些负荷作用在部件合适的位置上。如果根据本发明的进一步安排，部件的温度在分离时保持低于室温，或其最高温度保持在室温，则分离可得到改善，这是由于变形断裂的可能性减小，断裂情况变得较脆。
根据本发明的一个优选结构，部件的温度在分离时不是整体保持低于室温而是在部件分离前仅在预定的分离面上部分地被冷却。这与部件整个冷却相比，所需的费用要小得多，而且也不会形成不希望有的冷凝水。
在预定的分离面区域内的部分冷却将引起那里的槽口的冲击韧性降低，因此必须设法得到一个较低的变形功。由于金属部件具有较高的热传导性，因而冷却作用很快进入预定的范围，因此避免了变形断裂并能够产生脆性断裂。
但是较好的断口状态也可通过高速分离来达到。
本发明特别涉及到具有分开连杆大头的连杆的制造方法。这个部件在其加工完成以后由两部分组成，即轴承盖和连杆的其余部分。在部件压制、烧结、锻造和冷却以后，根据本发明在连杆大头中加工出连杆螺栓孔，然后将连杆螺栓和连杆螺母松动地装配好，然后通过断裂法分离在连杆大头的分离缝中产生分离面。连杆螺栓和连杆螺母松动装配必须
一定尺度，以使两零件具有足够的分离行程来彼此分离。装配的优点在于分离后两零件彼此仍然相配，因此而排除了彼此不配对的轴承盖和其余连杆部分调乱。
各零件的彼此分离可以采用在连杆大头上装入一个分离工具的方法，例如可以用支撑头、楔形装置等等。
根据本发明的一个优选结构，在加工连杆螺栓孔时在孔壁上在连杆大头分离缝处设置裂纹伸展槽。作为环槽的裂纹伸展槽尤其可以在钻连杆螺栓孔时或紧接在钻孔之后制出。裂纹伸展槽的加工也可以在切制为连杆螺栓制备的螺纹的同时或其后进行。
根据本发明的一个优选的结构，如要在分离前将预定的分离面局部地进行冷却，则可通过对预定的分离面的外侧局部地施加流动冷却介质的方法来进行冷却，尤其可以向预定分离面施加一种最好是氮的液化气体。这可以用冷却介质成线状地和精细配量地喷射分离面的外侧来实现。不管是否采用冷却方法进行分离，按照本发明也可采用在连杆螺栓孔中装入一种分离装置来实现分离。取代在连杆大头部分装入一个分离工具，最好从两个连杆螺栓孔处着手分离，为此可采用不同的分离装置，以合适的方式将其安装和/固定在孔中。这种措施还可以减小分离面在分离时变形的风险。象采用冷却方式分离一样，分离面的配合精度还可得到改善，使分立的零件在分离面处的随后装配时不受影响。
在本发明的另一种结构中，在分离之后可紧接着进行连杆的切削精加工，特别是连杆大头的轴承孔和连杆小头孔的精加工，在连杆大头进行切削精加工前，可以将连杆螺栓和连杆螺母牢固地安装好。
下面将详细地描述按照本发明制造具有可分的连杆大头的连杆的方法的细节。将配制好的具有约0.1至0.5%Mn，0.1至0.5%Mo，0.2至2.2%Ni和0.3至1.0%C的合金铁粉进行压制，此时毛坯按±0.6%的重量容差来进行制造。裂纹槽设在轴承盖和连杆的其余部分的分离缝处。毛坯的密
度约为6.0至7.0g/cm3。在压制后检查连杆大头、连杆小头以及连杆毛坯整体的分段重量。连杆毛坯在烧结炉中进行短时间烧结，此炉具有一个烧掉润滑剂的区和一个烧结区，但是没有冷却区。在炉中，毛坯在常规保护气体气氛中被加热到烧结温度800°至1200℃，保温约半个小时。被烧结的毛坯直接从烧结的高温下取出，紧接着在高温下在一个封闭工具中在热状态下进行压实。毛坯在压型时已经具有带厚度余量的连杆尺寸，在锻造时被再压实而达到最终形状。在毛坯中在连杆大头内沿着在轴承盖和连杆的其余部分之间的分离缝处形成的两个裂纹槽在锻造时闭合成一个裂纹。结果获得一个密度超过7.6g/cm3的高强度的部件。
附图示出按本发明的方法制出的连杆的几个实施例，下面详加说明。附图中，
图1 示出本发明的连杆毛坯，附有部分A的细部图，
图2 示出图1的连杆的最终形状，附有部分B的细部图，
图3 示出图2的连杆在分离成零件后的状态，附有部分C的细部图，
图4 示出部分剖开的具有裂纹伸延槽的连杆大头，
图5 是沿图4中Ⅴ-Ⅴ线切取的剖视图，
图6 是带着冷却装置的连杆大头的顶视图，
图7 是图6的连杆大头的前视图。
由图1可见，两个裂纹槽11布置在连杆大头13的分离缝12处。毛坯的相对于图2的最终形状的厚度余量在图1中未示出。
图2示出裂纹槽11（图1）通过锻造闭合并形成两个裂纹14。
图3示出分成零件的轴承盖15和连杆的其余部分。这两个零件通过两个连杆螺栓17和未示出的连杆螺母彼此松动地连接。为了对连杆大头13进行切削精加工，轴承盖15通过连杆螺栓17和未示出的连杆螺母与的连杆的其余部分16牢固地连接在一起。连杆小头18的切削精加工最好与
连杆大头13的切削精加工同时进行。
除两个裂纹槽11外，在连杆大头13和轴承盖15之间的分离缝12处设置两个裂纹伸延槽19，如图4与图5所示，它是在加工未示出的连杆螺栓17的孔20时形成的。此处裂纹伸延槽19具有环槽形状。但是裂纹伸延槽19也可在切制供未示出的连杆螺栓17用的螺纹21时或在切制后制出。
图6示出的带有轴承盖15的连杆大头被一个冷却装置22包围住，这个冷却装置22具有一个冷却介质的注入口23。用虚线表示的槽24接在注入口23上，在槽24的端部设置喷嘴25。
Claims (26)
1、一种制造至少由两个零件组成的、粉末锻造的连杆的方法，这连杆由一个整体毛坯经粉末压制、烧结、锻造、冷却并分离成分立的零件而成为最终形状，其特征在于，在烧结前，在毛坯上两个零件间的分离处设置一个裂纹槽(11)，此槽在烧结工序与锻造工序之间取得一层氧化层，并在锻造时闭合成最终形状，在冷却后使连杆在相应分离点上断裂而分离成配对的分立的零件，即连杆大头(13)的轴承盖(15)与包括部份连杆大头与连杆小头(18)在内的连杆其余部份的两个零件。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在预定的分离面的部位并距裂纹槽（11）一段距离处设置一个裂纹伸延槽（19）。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，毛坯在压制时设置至少一条裂纹槽（11）和一条裂纹伸延槽（19）。
4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，毛坯通过机械加工设置至少一条裂纹槽（11）和一条裂纹伸延槽（19）。
5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，毛坯在烧结前称重。
6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，润滑剂被烧掉，烧结在保护气体中进行。
7、根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，裂纹槽（11）在锻造时闭合，在裂纹槽（11）的闭合处沿其氧化层产生一个在长度和位置上跟裂纹槽（11）相一致的裂纹。
8、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，毛坯在烧结后尚未冷却的高温下进行锻造。
9、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，连杆通过空气、油或保护气体进行冷却。
10、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，连杆在分离时的温度最高等于室温。
11、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，预定的分离面在分离前至少一部分通过冷却装置（22）进行冷却。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该预定的分离面的外侧至少一部分被施加以流动的冷却介质。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该预定的分离面被施加以一种最好是氮的液化气体。
14、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在连杆冷却后，在连杆大头中加工为连杆螺栓配备的孔（20）。
15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在加工为连杆螺栓配备的孔（20）时，在连杆大头（13）的分离缝（12）处的孔（20）的壁上设置裂纹伸展槽（19）。
16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，裂纹伸延槽（19）在钻孔时或钻孔后加工成环槽状。
17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，裂纹伸延槽（19）在切制为连杆螺栓配备的螺纹孔（21）时或切制后加工出来。
18、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，连杆螺栓和连杆螺母松动地装配好，并通过断裂法分离在连杆大头（13）的分离缝（12）处产生分离面。
19、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，连杆螺栓和连杆螺母松动地装配好，并通过断裂法分离在连杆大头（13）的分离缝（12）处产生分离面。
20、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在连杆大头（13）中装入一个分离工具。
21、根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在连杆大头（13）中装入一个分离工具。
22、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在为连杆螺栓配备的孔（20）中装入一个分离工具。
23、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在为连杆螺栓配备的孔（20）中装入一个分离工具。
24、根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在为连杆螺栓配备的孔（20）中装入一个分离工具。
25、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，连杆的切削精加工、特别是连杆大头（13）的轴承孔和连杆小头的活塞销孔的切削精加工、在分离后进行，为此，连杆螺栓牢固地装好。
26、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，连杆的切削精加工、特别是连杆大头（13）的轴承孔和连杆小头的活塞销孔的切削精加工、在分离后进行，为此，连杆螺栓牢固地装好。
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