CN105817628A - 用于在烧结构件上形成鼓形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过校准烧结构件(2)在由烧结粉末制成的烧结构件(2)上、特别是在具有齿部的烧结构件(2)的齿上形成鼓形的方法，为此将烧结构件(2)导入校准模具(1)中，所述校准模具具有成型腔(8)，所述成型腔具有至少一个成型壁(9)，其中在成型壁(9)中构成与烧结构件(2)要形成的鼓形相反的鼓形，并且在校准之后将烧结构件重新从校准模具(1)中取出。校准模具(1)的成型腔(9)的尺寸至少在从将烧结构件(2)导入校准模具(1)中开始到从校准模具中取出烧结构件(2)结束的时间段上是保持不变的。

Description

用于在烧结构件上形成鼓形的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过校准烧结构件在由烧结粉末制成的烧结构件上、特别是在具有齿部的烧结构件的齿上形成鼓形的方法，为此，将已烧结的烧结构件引入校准模具中，所述校准模具具有成型腔，所述成型腔具有至少一个成型壁，在所述成型壁中构成与烧结构件要形成的鼓形相反的鼓形，在校准之后将烧结构件重新从校准模具中取出。

背景技术

粉末冶金制造的构件的齿上的鼓形对于具有工作齿部的齿轮的工作特性，例如表面承压曲线图、NVH特性、轴线误差的补偿等是有利的。通过在烧结之后对齿部进行切削加工，可以形成宽度鼓形。

但由现有技术已知辊轧法。例如DE3219674A1就记载了一种用于制造齿条形的工具的方法，所述工具用于冷轧鼓形齿部，据此，在模芯坯料上制造具有直齿的齿部，刀具嵌件坯料在制造齿部期间被夹紧和/或设有齿部的刀具嵌件坯料在使用中这样拱曲，使得在完成的具有刀架和安装在刀架上的刀具嵌件的刀具上得到模芯的齿部的与鼓形齿部的齿形互补的齿形。

由DE1817649A1、DE2060579A1、AT508990B1、WO2008/116243A1和US6,517,772B1已知用于形成鼓形的辊轧法。

由JP2008-049384A、DE1966067A1、DE2004222A1、DE1652654A1、FR2385480A1、GB2146590A、CH564999A5、DE2948106A1和US6,289,586B1已知用于制造鼓形或用于辊轧齿轮的其他方法和工具。

由本申请人的编号为A50550/2013奥地利专利申请已知一种用于在烧结构件、特别是在具有齿部的烧结构件的齿上形成鼓形的校准模具，所述校准模具包括校准模具基体，在所述校准模具基体中保持校准嵌件，校准嵌件具有用于容纳要校准的烧结构件或用于容纳压力销的凹口。校准嵌件在垂直于挤压方向的方向上能够调节，从而可以扩大或减小凹口的直径。为此设有调节装置，所述调节装置作用在用于改变凹口直径的校准嵌件。在校准嵌件的内表面或外表面上构成凹陷的区域或凸起的区域，用于形成所述鼓形。此外，该专利申请还记载了用于使用校准模具在烧结构件上形成鼓形的相应方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可能性，由此可以简单地制造带有具有鼓形的齿的齿部。

所述目的利用前面所述方法来实现，在所述方法中，校准模具的成型腔至少在从将烧结构件导入校准模具开始到从校准模具中取出烧结模制件结束的时间段里保持不变。

出人意料地显示，即使当经校准的烧结构件在校准之后从校准模具中顶出时，也可以在烧结构件上、特别是在烧结构件齿部的齿上形成鼓形，所述校准模具没有提供为了顶出而使校准模具扩大的可能性。因此在顶出时，必须通过强迫鼓形通过在校准模具的轴向开口区域内存在的横截面变窄部。这里预期的是，鼓形会发生变形并且在顶出烧结构件时鼓形消失。但在测试的过程中已经确认，尽管可能发生一定的变形，但在一定程度上仍保留了鼓形。这种鼓形在烧结构件的应用的角度上看已经足够了。就是说，由此能够在校准烧结构件期间实现鼓形形成的简化，因为不需要为了使成型腔的直径缩小或加大而进行调整，如在前面所述的本申请人的案号为A50550/2013的专利申请中那样。但由此也可以缩短烧结构件的处理时间并因此可以提高单位时间的生产率。

根据所述发明一个优选的实施方案可以设定，采用由刚性材料制成的一件式的校准模具。所述校准模具本身由此可以简单地操作并也可以设计得较为坚固，从而在校准期间能够防止出现较高的变形力。此外，由于放弃了校准模具的分体式结构，可以简单地避免在烧结构件上形成毛刺，由此通过减少用于对烧结构件进行后加工的各个工艺步骤，同样可以实现了缩短用于制造烧结构件的方法。

优选还可以设定，紧接着对烧结粉末的烧结直接进行用于形成鼓形的校准。就是说，烧结构件特别是在校准之前没有进行表面压实。这可以这样来实现，即，在烧结构件的机械应力较小时进行校准。此外由此还可以实现降低烧结构件的容差，因为当校准直接在对烧结粉末进行烧结之后进行时，可以在校准时改善材料的塑性流动。

根据另一个实施方案可以设定，使用具有圆柱形区域的校准模具，所述圆周形区域直接连接在校准模具的用于烧结构件的导入口上。由此可以在从校准模具中顶出烧结构件时实现更好地获得鼓形。

也可以设定，在校准期间和/或在从校准模具中取出烧结构件期间至少局部地对烧结构件经校准的表面进行表面压实，从而即使在没有事后的表面压实的情况下烧结构件也实现了较好的机械特性。由于省去了事后的表面压实，能够再次实现相应地缩短用于制造烧结构件的方法。

根据所述方法的另一个实施方案可以设定，使用这样的校准模具，该校准模具在圆柱形区域和具有与烧结构件的鼓形相反的鼓形的区域中具有成型棱边。由此可以制造这样的烧结构件，所述烧结构件在表面的区域内沿轴向方向具有密度梯度，由此可以改善齿部与其他齿部啮合时的表面承压曲线图。

可以使用这样的校准模具，所述校准模具的与要在烧结构件上形成的鼓形相反的鼓形沿轴向方向构造成对称的。由此可以在烧结构件上形成这样鼓形，所述鼓形沿轴向方向具有对称的走势，由此同样可以影响齿部与其他齿部啮合时的表面承压曲线图。

但另一方面，也可以使用这样的校准模具，所述校准模具的与要在烧结构件上形成的鼓形相反的鼓形沿轴向方向构造成不对称的。由此烧结构件的鼓形在校准模具中同样不对称地构成。但这种不对称性也可以在将烧结构件从校准模具中顶出时通过部分塑性的、保留的变形至少部分地补偿，特别是当在校准模具中构成成型棱边时。

在所述方法最后要提及的实施方案中优选设定，相反的鼓形的曲率半径沿从校准模具的第一端面朝第二端面的方向变大，由此在将经校准的构件顶出期间有助于在烧结构件上形成至少接近对称的鼓形。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面根据后面的附图来详细说明本发明。

这里分别用简化的示意图：

图1用剖开的侧视图示出校准模具的第一实施方案，

图2用按齿部的形式构成的成型壁的视图示出校准模具的一个局部；

图3示出具有齿的齿面的宽度鼓形的齿部的一个局部；

图4用剖开的侧视图示出校准模具的另一个实施方案的细部；

图5用剖开的侧视图示出校准模具的另一个实施方案的细部；

图6用剖开的侧视图示出校准模具的另一个实施方案的细部；

图7用剖开的侧视图示出校准模具的另一个实施方案的细部。

具体实施方式

首先要确认的是，在不同说明的实施例中，相同的部件有相同的附图标记或相同的构件名称，在整个说明书中包含的公开内容能合理地转用到据欧相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。在说明书中选用的位置表述，例如上、下、侧向等涉及当前说明或示出的附图，并且在位置改变时，所述位置表述能合理地转用到新的位置。

图1示出校准模具1，也可以成为校准凹模，用于校准烧结件2。

烧结件2特别是直齿轮。在本发明的范围内直齿轮是指本来意义上的直齿轮(用于啮合到另一个齿轮的齿部中)，也是指齿形带轮或链轮。但此外也可以用所述校准模具1制造其他烧结件1。

出于完整性的原因应该指出，烧结件1或粉末冶金构件通常按下面的工艺流程制造：

必要时对所使用的粉末进行预合金化(vorlegieren)；

混合粉末

在压制模具中由粉末压制成坯料；

烧结坯料，其中烧结可以分两个阶段进行；

对烧结的构件进行校准；

必要时对烧结构件进行机械的和/或物理的后处理(必要时硬化)。

由于原理上的方法过程以及对其的改动是由现有技术已知的，为了避免重复，对此请参考所引用的文献。

校准模具1在方法步骤“校准构件”中使用。这里设定，在该方法步骤中，不仅进行校准，即提高烧结构件2的尺寸精度本身，而且与此同时还形成烧结构件2的齿部4的齿3上的鼓形。

鼓形在本发明的范围内特别是指齿轮的齿的齿面的直线度的偏差。这既是指例如在图3中所示的宽度鼓形，也是指轮廓鼓形和侧面旋转鼓形。

宽度鼓形这里是指沿在齿轮的轴向方向上的齿宽齿轮廓的变化，纵向鼓形是指沿从齿底到齿顶的轮廓方向理论齿轮廓发生的改变，而齿面旋转鼓形是指通过齿面沿纵向方向的旋转使齿轮廓发生的改变。齿部的高度鼓形和宽度鼓形的定义包含在标准DIN3960中。

特别是利用校准模具1形成宽度鼓形。

可以共同地形成所有三个类型的鼓形，或仅形成单个类型的鼓形，或者形成前面所述鼓形类型中的两个类型的组合。

此外，校准模具2优选用于直齿部。但也可以用于制造具有齿轮廓鼓形的斜齿部。

鼓形既可以设计成对称的，也可以设计成不对称的。这意味着，例如在一种鼓形中齿面的一个侧面(沿齿轮的轴向方向观察)比第二个侧面更为强烈地回缩。

在图1中示出用于形成齿3的齿面上的宽度鼓形的校准模具1。

校准模具1可以在相应的没有详细示出的压力装置中保持在模具架5中。模具架5和压力装置都是由现有技术已知的，因此关于进一步的细节可以参考现有技术。

校准模具1具有沿轴向方向5连贯构成的凹口7。所述凹口7用于将烧结构件1导入校准模具1或从校准模具中移除烧结构件。凹口7由至少一个成型壁8包围。如更好地由图2所示的那样，成型壁8构造成一种齿部，以便由此能够校准齿轮的齿部。

这里至少一个成型壁8是指，成型壁的数量取决于要校准的烧结构件2的形状。

所述至少一个成型壁8限定成型腔9。

对烧结构件的校准已知用于改善烧结构件的尺寸精度，就是说，例如用于消除误差，例如由于烧结出现的扭曲变形。由此可以降低容差。因此，成型腔8的几何形状及其尺寸通常对应于制造完成的烧结构件。

由于利用本申请主题的方法中的校准形成烧结构件2的至少一个表面的鼓形，在校准模具1的按图1的实施方案中，在所述至少一个成型壁8中设置凹陷形式的凹口10。凹口10的形状和尺寸对应于要在校准模具中形成的鼓形。所述凹口10的尺寸优选大于在从校准模具1中脱模之后在烧结构件2上的完成的鼓形。由此要考虑到烧结构件1上的鼓形的可能保留的塑性变形，这种塑性变形可能通过脱模造成。

在校准模具1的该实施方案中，凹口10构造成凹陷。因此，利用该校准模具1能在烧结构件1的齿面上形成正鼓形，特别是正的宽度鼓形。

为了制造齿轮，凹口10构造成轴向对称的。但如果要校准的烧结构件2不同于“圆形几何形状”，则凹部10的平面轮廓相应地与烧结构件2的平面轮廓，就是说沿径向方向的轮廓相适配，从而烧结构件2在其周向上能整面地贴靠在成型壁9上。

对于利用校准模具1校准齿轮的情况，校准模具1的内表面同样具有齿部。

为了制造烧结构件1，如前面所述的那样，通过烧结由烧结粉末制造半成品的烧结构件1。在这个状态下，烧结构件1还不具有其至少一个表面的鼓形，就是说不具有齿轮的齿部的各齿3的齿面的宽度鼓形。在烧结构件1的校准过程中才形成鼓形。

在这种情况下要指出，正常的渐开线齿部的横截面，如在烧结后就可能存在的横截面本身并不是本发明意义上的鼓形。

对烧结构件1的校准借助于上冲头11和下冲头12进行。这里上冲头11以及下冲头12在径向的外表面上与所述至少一个成型壁8的几何形状相适配，就是说同样可以具有外齿部，所述外齿部在校准时嵌接到校准模具1的内齿部中。

为了校准经烧结的、优选没有表面压实的烧结构件2，可以将烧结构件放置到下冲头12上，为此下冲头12可以沿轴向方向6向上移动到校准模具1的上开口处。如果烧结构件2具有齿部，一旦烧结构件2的齿部的位置与校准模具1的内齿部相对应，则上冲头11向下朝下冲头12的方向降低，直至上冲头贴靠在烧结构件2上。然后，在这个位置中，下冲头12和上冲头11继续向下降低，从而烧结构件2进入校准模具的凹口10的区域。为了校准，此后上冲头11仍继续朝静止的下冲头的方向降低。此时出现材料流动，校准模具1的用于形成鼓形的凹口10用被挤压的材料填充。此外由此还消除了烧结构件的其他误差，如本身已知那样。烧结构件2由此全面地贴靠在校准模具2上并模仿校准模具的成型腔8的内轮廓。

如果该校准步骤结束，则上冲头11重新抬起，由此上冲头脱离与校准模具的结合。此后通过升高下冲头12将经校准的烧结构件从校准模具1中顶出。由于成型腔9的横截面向上逐渐变小，此时烧结构件2部分塑性地回弹变形。但出人意料的是，此时所形成的鼓形、特别是宽度鼓形仍得以保留，从而校准完成的、已顶出的烧结构件2在顶出后保持具有希望的鼓形。

就是说本发明提供了一种用于通过校准烧结构件2在由烧结粉末制成的烧结构件2上、特别是在具有齿部的烧结构件2的齿上形成鼓形的方法，为此将烧结构件2导入校准模具1中，所述校准模具具有成型腔9，所述成型腔具有至少一个成型壁8，其中在成型壁8中构成与烧结构件2要形成的鼓形相反的、互补的鼓形，并且在校准之后将烧结构件重新从校准模具中取出。校准模具1的成型腔9的尺寸这里至少在从将烧结构件2导入校准模具1中开始到从校准模具中取出烧结构件2结束的时间段上是保持不变的。就是说至少在所述时间段期间，在校准模具1的任何位置处的尺寸和形状都是不变的，即没有扩大或缩小，如在根据前面所述的本申请人的文件号为A50550/2013的方法中那样的变化。优选校准模具由实心材料制成并且特别是设计成一件式的，即是不可分的。

在从校准模具中取出烧结构件2期间可能出现的剩余塑性变形必要时可以简单的通过相应地设计成型腔9的尺寸来加以考虑，就是说，从而校准完成的烧结构件2总是具有希望程度的鼓形。

烧结构件2的脱模也可以这样进行，即，首先使下冲头12下降，此后用上冲头11将烧结构件2向下顶出。

对了对烧结构件2进行对中，可以设置芯销13，如在图1中用虚线示出的那样，所述芯销可以不可移动、即固定地设置在校准模具2中。

校准模具1优选由一件式的、刚性的、特别是金属的材料组成，从而在采用这种校准模具1的情况下可以执行所述方法，特别是校准模具1可以由钢组成。

另外优选的是，用于形成鼓形的校准直接紧接着对烧结粉末的烧结执行。

尽管原则上在校准模具1的所述至少一个成型壁8中凹陷的区域可以直接连接到校准模具1的用于导入烧结构件2的导入口14上，但优选的是，校准模具1首先具有直接连接到导入口14上的至少一个圆柱形区域15，所述圆柱形区域具有恒定的直径，在所述圆柱形区域上连接成型壁8中用于形成鼓形的凹陷，即凹口，如图1所示的那样。

尽管不是优选的，但还存在这样可能性，即，将区域15设计成锥形的。

校准模具优选还具有第二圆柱形区域，所述第二圆柱形区域在下面构成在沉入的下冲头12的区域内，如图1所示出的那样。

校准模具1中的负鼓形，就是说凹口10可以例如通过在侵蚀加工时具有确定系数的偏移来形成。凹口10相对于校准模具圆柱形的内表面的最大深度根据要在烧结构件2上形成鼓形的几何形状来确定。例如凹口的设计成具有曲率的凹陷区域的曲率半径16可以从10mm至15000mm的范围中选出。

如由图4所示，校准模具1的凹口10构造成对称的，从而负鼓形的曲率仅具有一个保持恒定的曲率半径16。

但也可以如图5所示的那样，使校准模具1沿径向方向具有与要在烧结构件2上形成的鼓形相反的鼓形，校准模具的鼓形构造成不对称的。校准模具1的凹口10为此例如可以构造成具有不同的曲率半径16。这样，凹口10的曲率半径16沿从校准模具1的第一端面17到第二端面18的方向变大。

此外，烧结构件2的经校准的表面在校准期间和/或在从校准模具1中取出烧结构件2期间至少局部地被表面压实。为此校准模具1的凹口7(图1)可以设计成具有比烧结构件的最大外直径小的直径。

此外，在所述方法中也可以使用具有成型棱边19的校准模具1。如图4所示，所述成型棱边例如在从校准模具1的凹口10到圆柱形区域15的过渡部中构成。例如可以将该过渡区域构造成尖棱的。由此可以形成经校准的表面的沿轴向方向6的密度梯度。

但需要指出的是，从凹口10到圆柱形区域15的过渡部构造成具有曲率，如图6中示出的那样。

在图7中示出校准模具1的一个实施方案，该实施方案替代凹口10在所述至少一个成型壁8中具有凸起20，所述凸起沿径向向内突出于成型壁8。由此可以制造具有负鼓形的烧结构件2，作为例如在齿面区域中的凹入成型部。

通常根据校准模具1的结构，鼓形也可以存在与齿轮或带齿的烧结构件1的齿顶上。

此外可以在加热的情况下执行对烧结构件2的校准，由此能简化鼓形的形成。

尽管前面所述的各实施形式涉及烧结构件2的外表面，特别是烧结构件2的外齿部，但也可以给烧结构件2的内齿部或内表面设置这种鼓形。为此采用具有相应成型的表面、即基于鼓形的表面的芯销。但所述芯销可以不必如前面所述的芯销13那样是固定的。就是说，该芯销能够沿轴向方向6上下运动。

在校准后，优选不对根据所述方法制造的、经校准的并且设有鼓形的烧结构件2进行表面压实。同样不对经校准的表面进行硬化加工/精加工。但在校准之后可以采用各种不同的、如在烧结构件2的制造领域中已知的热处理工艺。

各实施例示出了校准模具1的可能的实施方案，其中这里应说明的是，各个实施方案相互间也可以进行各种组合。

为了符合规则，最后应指出，为了更好地理解校准模具1的结构，所述校准模具或其组成部分有时不是按比例和/或是放大和/或缩小地示出的。

附图标记列表

1校准模具

2烧结构件

3齿

4齿部

5模具架

6轴向方向

7凹口

8成型壁

9成型腔

10凹口

11上冲头

12下冲头

13芯销

13芯销

14导入口

15区域

16曲率半径

17端面

18端面

19成型棱边

20凸起

Claims (9)

1.一种用于通过校准烧结构件(2)在由烧结粉末制成的烧结构件(2)上、特别是在具有齿部的烧结构件(2)的齿上形成鼓形的方法，为此将烧结构件(2)导入校准模具(1)中，所述校准模具具有成型腔(8)，所述成型腔具有至少一个成型壁(9)，其中在成型壁(9)中构成与烧结构件(2)要形成的鼓形相反的鼓形，并且在校准之后将烧结构件重新从校准模具(1)中取出，其特征在于，校准模具(1)的成型腔(9)的尺寸至少在从以将烧结构件(2)导入校准模具(1)中开始到以从校准模具中取出烧结构件(2)结束的时间段上是保持不变的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用一件式的由刚性材料制成的校准模具(1)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，紧接着对烧结粉末的烧结直接执行用于形成鼓形的校准。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，使用这样的校准模具(1)，所述校准模具具有圆柱形区域(15)，所述圆周形区域直接连接在校准模具(1)的用于烧结构件的导入口(14)上。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在校准期间和/或在从校准模具(1)中取出烧结构件(2)期间至少局部地对烧结构件(2)经校准的表面进行表面压实。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，使用这样的校准模具(1)，所述校准模具在圆柱形区域(15)和具有与烧结构件(2)的鼓形相反的鼓形的区域中具有成型棱边(19)。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，使用这样的校准模具(1)，所述校准模具的与要在烧结构件(2)上形成的鼓形相反的鼓形沿轴向方向构造成对称的。

8.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，使用这样的校准模具(1)，所述校准模具的与要在烧结构件(2)上形成的鼓形相反的鼓形沿轴向方向构造成不对称的。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述相反的鼓形的曲率半径沿从校准模具(1)的第一端面(18)朝第二端面(19)的方向变大。