DE3806236C1 - Method for the production of powder-forged components - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung pulver
geschmiedeter metallischer Bauteile, die aus zumindest
zwei Einzelteilen bestehen, wobei das Bauteil von einer
einteiligen Vorform zur Endform aus Pulver gepreßt, ge
sintert, geschmiedet, abgekühlt und in seine Einzelteile
getrennt wird.
Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise angewandt,
wenn ein Bauteil hergestellt werden soll, das aus zu
mindest zwei einander zugeordneten Einzelteilen besteht.
Insbesondere kann es sich dabei um Einzelteile handeln,
die zueinander passungsgenau ausgeführt sein müssen. Ein
derartiger Fall liegt z. B. bei einem Pleuel mit geteiltem
Pleuelkopf vor. Ein solches Pleuel besteht aus dem Lager
deckel und dem übrigen Pleuel, wobei diese beiden Einzel
teile durch Pleuelschrauben miteinander verbunden werden.
Es ist ein Verfahren der eingangs genannten Gattung be
kannt, bei dem die Vorform mit Aufmaß aus Pulver gepreßt
wird (Metal Powder Report, Band 39, Nr. 11, erschienen
November 1984 (MPR Publishing Services Ltd, Shrewsbury,
Großbritannien), Chiaki Tsumuti und Ichiro Nagare, "Appli
cation of Powder forging to Automotive Parts", siehe Fig.
8 und 12). Dabei wird im Bereich der zukünftigen Trennfuge
zwischen zwei benachbarten Einzelteilen ein zusätzliches
Aufmaß vorgesehen. Nach dem Sintern, Schmieden und Abküh
len folgt die Trennung des Bauteiles in seine Einzelteile.
Dies geschieht durch mechanische Bearbeitung dadurch,
daß die Einzelteile in der Trennfuge durch Sägen voneinan
der getrennt werden. Das zusätzliche Aufmaß in diesem
Bereich wird durch das Sägen weitgehend beseitigt. An
schließend ist es notwendig, die beiden Trennflächen der
benachbarten Einzelteile mechanisch zu bearbeiten. Je
nach Bedarf ist es dabei erforderlich, eine passungsge
naue Bearbeitung folgen zu lassen, beispielsweise durch
Schleifen.
Dieses Verfahren erfordert durch das zusätzliche Aufmaß
im Bereich der Trennfuge den Einsatz von Werkstoff, der
später beim Sägen beseitigt wird. Die Bearbeitung des
Sägens und der weiteren mechanischen Nachbearbeitung,
nicht zuletzt eines etwa erforderlichen Schleifens, ver
langt einen erheblichen Aufwand an Zeit und Kosten. Da
sich eine unzureichende mechanische Bearbeitung nicht
vollständig ausschließen läßt, ist Ausschuß unvermeidlich.
Alle diese Nachteile wiegen besonders schwer, wenn es
sich bei der Herstellung um eine Massenproduktion handelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend
dargelegten Nachteile zu beseitigen, das eingangs genannte
Verfahren erheblich zu vereinfachen und gleichzeitig eine
passungsgenaue Herstellung der Einzelteile zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß die Vorform vor dem Sintern an der Trennstelle zwischen
zwei Einzelteilen mit zumindest einer Kerbe versehen wird,
die zwischen Sintern und Schmieden eine Schutzschicht,
insbesondere eine Oxidschicht, erhält und beim Schmieden
zur Endform geschlossen wird, worauf das Bauteil nach
dem Abkühlen durch Bruch in seine Einzelteile getrennt
wird.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung weist die Vorform
in den Dickenabmessungen ein Aufmaß gegenüber der Endform
auf. Die Endform wird beim Schmieden erreicht. Dabei wird
die Kerbe der Vorform mehr oder weniger geschlossen. Dies
hat zur Folge, daß zwei, vorzugsweise dünne Schutzschichten,
insbesondere Oxidschichten, benachbart werden und so für
eine Trennung sorgen, die als von der Kerbe ausgehender
Riß besteht. Der auf diese Weise hergestellte Riß kann
sowohl in seiner Länge als auch in seiner Breite durch
die Gestaltung der Kerbe vorbestimmt werden. Nach dem
Abkühlen des Bauteils wird die Trennung in seine Einzelteile
durch Bruch längs des Risses erreicht.
Bei einer solchen Trennung des Bauteils wird kein Werkstoff
durch mechanische Bearbeitung verbraucht. Es entsteht
eine Trennfläche, die keiner Bearbeitung bedarf, da sie
passungsgenau ist. Ohne weiteres können zwei benachbarte
Einzelteile an ihren Trennflächen wieder passend zusammen
gesetzt werden. Diese Trennflächen weisen gegenüber bekannten
mechanisch bearbeiteten den wesentlichen Vorteil auf,
daß ihre Oberfläche um ein Vielfaches größer ist. Eine
höhere Belastbarkeit des Bauteils wird dadurch geboten.
Beachtlich sind weiterhin die Ersparnis von Zeit- und
Kostenaufwand, da das Trennen durch Bruch mit wesentlich
einfacheren Mitteln durchführbar ist als das bekannte
Trennen durch mechanische Bearbeitung.
Das Verfahren kann gemäß der Erfindung dadurch ausgestaltet
werden, daß die Vorform beim Pressen mit einer Kerbe ver
sehen wird. Hierzu kann beispielsweise im Preßwerkzeug
ein Dorn vorgesehen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorform
aber auch zwischen Pressen und Sintern durch mechanische
Bearbeitung mit einer Kerbe versehen werden. Dies ist
beispielsweise durch Fräsen oder Stoßen möglich. Je nach
dem herzustellenden Bauteil werden eine oder mehrere Kerben
an den zur Trennung geeigneten Stellen angebracht.
Vorteilhaft wird die Vorform vor dem Sintern ausgewogen.
Dies ist erforderlich, wenn vorgegebene Toleranzen der
Sektionsgewichte eingehalten werden müssen.
Ein dem Pulver beigegebenes Gleitmittel kann anschließend
ausgebrannt werden. Sodann kann die Sinterung unter Schutz
gas erfolgen.
Vorzugsweise erhält die Kerbe ihre Schutzschicht dadurch,
daß die Vorform mit der Kerbe nach dem Sintern zum Schmie
den durch die Luftatmosphäre verbracht wird. Diese verhält
nismäßig kurze Zeit genügt, um eine dünne Oxidschicht
entstehen zu lassen. Das Bauteil kühlt dabei kaum ab,
so daß es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich
ist, die Vorform mit Sinterhitze zu schmieden.
Beim Schmieden kann die Kerbe dann vorzugsweise vollständig
geschlossen werden, so daß sie dann als Form nicht mehr
besteht. Von ihr ausgehend wird aber beim Schmieden, wie
vorstehend beschrieben, längs ihrer Schutzschicht, insbeson
dere Oxidschicht, ein in Länge und Lage definierter Riß
in der Trennstelle erzeugt. Dabei bewirken die beiden
einander gegenüberliegenden Schutzschichten, insbesondere
Oxidschichten, daß zwischen ihnen die Trennung aufrecht
erhalten bleibt.
An das Schmieden kann sich das Abkühlen dadurch anschließen,
daß das Bauteil durch Luft, Öl oder Schutzgas abgekühlt
wird. Dann kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
zwischen zwei benachbarten Einzelteilen eine Trennfläche
durch Bruch erzeugt werden. Hierzu können Zug-, Druck-
und/oder Biegebeanspruchungen aufgebracht werden. Diese
greifen an geeigneten Stellen des Bauteiles an. Wenn in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Temperatur des
Bauteils beim Trennen niedriger als die Raumtemperatur
oder ihr höchstens gleich gehalten wird, kann das Trennen
dadurch verbessert werden, da die Wahrscheinlichkeit von
Verformungsbrüchen vermindert wird. Das Bruchverhalten
wird spröder. Ein günstiges Bruchverhalten kann aber auch
dadurch erreicht werden, daß die Trennung mit hoher
Geschwindigkeit erfolgt.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines Pleuels mit geteiltem Pleuelkopf. Dieses
Bauteil besteht nach seiner Fertigstellung aus zwei Einzel
teilen, nämlich dem Lagerdeckel und dem übrigen Pleuel.
Nachdem das Bauteil gepreßt, gesintert, geschmiedet und
abgekühlt worden ist, werden gemäß der Erfindung im Pleuel
kopf die Löcher für die Pleuelschrauben angefertigt, sodann
die Pleuelschrauben und Pleuelmuttern lose in den Löchern
montiert und anschließend die Trennfläche in der Trennfuge
des Pleuelkopfes durch Bruchtrennung erzeugt. Die lose
Montage der Pleuelschrauben und Pleuelmuttern muß so be
messen sein, daß genügend Trennweg gegeben ist, um beide
Einzelteile voneinander zu trennen. Die Montage hat den
Vorteil, daß beide Einzelteile nach dem Trennen einander
zugeordnet bleiben. Dadurch ist ein Vertauschen von Lager
deckeln und übrigen Pleueln, die nicht zueinander gehören,
ausgeschlossen.
Die Trennung der Einzelteile voneinander kann dadurch
erfolgen, daß in den Pleuelkopf ein Trennwerkzeug eingeführt
wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Spreiz
kopf, eine Keilvorrichtung od. dgl. handeln.
An das Trennen kann sich in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung die spanende Nachbearbeitung des Pleuels anschlie
ßen, insbesondere des Lagers des Pleuelkopfes und des
Pleuelauges. Vor der spanenden Nachbearbeitung des Pleuel
kopfes können dann Pleuelschrauben und Pleuelmuttern fest
montiert werden.
Im folgenden werden Einzelheiten eines Beispiels für ein
Verfahren gem. der Erfindung zur Herstellung eines Pleuels
mit geteiltem Pleuelkopf näher beschrieben. Gepreßt wird
ein fertiglegiertes Eisenpulver mit etwa 0,1 bis 0,5% Mn,
0,1 bis 0,5% Mo, 0,2 bis 2,2% Ni und 0,3 bis 1,0% C.
Dabei wird die Vorform mit ± 0,6% Gewichtstoleranz herge
stellt. Die Kerbe wird an der Trennfuge zwischen Lagerdeckel
und übrigem Pleuel angebracht. Es wird eine Dichte von
etwa 6,0 bis 7,0 g/cm3 erreicht. Nach dem Pressen folgt
eine Kontrolle der Sektionsgewichte von Pleuelkopf und
Pleuelauge sowie des Pleuels insgesamt. Die Vorform des
Pleuels wird im Sinterschmiedeofen kurzgesintert. Dieser
Ofen besitzt eine Zone zum Ausbrennen des Gleitmittels
und eine weitere Zone zum Sintern, jedoch keine Zone zum
Abkühlen. In dem Ofen wird die Vorform innerhalb etwa
einer halben Stunde unter einer üblichen Schutzgas-Atmos
phäre auf eine Sintertemperatur von 800 bis 1200°C ge
bracht. Die gesinterte Vorform wird der Sinterhitze unmit
telbar entnommen und dann in einem geschlossenen Werkzeug
heiß nachverdichtet. Während die Vorform beim Pressen
bereits die Abmessungen des Pleuels mit Dickenaufmaß er
halten hatte, wird das Pleuel beim Schmieden auf die End
form nachverdichtet. Die in die Vorform eingebrachten
beiden Kerben an der Trennfuge zwischen Lagerdeckel und
übrigem Pleuel, die sich innerhalb des Pleuelkopfes be
finden, werden beim Schmieden unter Bildung je eines Risses
geschlossen. Dabei wird ein hochfestes Bauteil mit Dichten
erzielt, die größer als 7,6 g/cm3 sind.
Ein Ausführungsbeispiel eines Pleuels, das nach dem Verfahren
gem. der Erfindung hergestellt worden ist, ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine Vorform eines Pleuels gem. der Erfindung
mit der Einzelheit A,
Fig. 2 die Endform des Pleuels gem. Fig. 1 mit der
Einzelheit B und
Fig. 3 das Pleuel gem. Fig. 2 mit getrennten Einzel
teilen und der Einzelheit C.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß zwei Kerben 11 in der
Trennfuge 12 des Pleuelkopfes 13 angebracht worden sind.
Das Dickenaufmaß der Vorform gegenüber der Endform gem.
Fig. 2 ist in Fig. 1 nicht dargestellt.
Fig. 2 zeigt, daß die Kerben 11 (Fig. 1) durch das Schmie
den geschlossen worden sind und zu zwei Rissen 14 geführt
haben.
In Fig. 3 sind der Lagerdeckel 15 und das übrige Pleuel
als getrennte Einzelteile dargestellt. Diese beiden Einzel
teile sind über die beiden Pleuelschrauben 17 und die
nicht dargestellten Pleuelmuttern lose miteinander ver
bunden. Zur spanenden Nachbearbeitung des Pleuelkopfes 13
wird der Lagerdeckel 15 mit dem übrigen Pleuel 16 durch
die Pleuelschrauben 17 und die nicht dargestellten Pleuel
muttern fest verbunden. Die spanende Nachbearbeitung des
Pleuelauges 18 erfolgt zweckmäßig gleichzeitig mit der
jenigen des Pleuelkopfes 15.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung pulvergeschmiedeter Bauteile,
die aus zumindest zwei Einzelteilen bestehen, wobei das
Bauteil von einer einteiligen Vorform zur Endform aus
Pulver gepreßt, gesintert, geschmiedet, abgekühlt und
in seine Einzelteile getrennt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorform vor dem
Sintern an der Trennstelle zwischen zwei Einzelteilen
mit zumindest einer Kerbe versehen wird, die zwischen
Sintern und Schmieden eine Schutzschicht, insbesondere
eine Oxidschicht, erhält und beim Schmieden zur Endform
geschlossen wird, worauf das Bauteil nach dem Abkühlen
durch Bruch in seine Einzelteile getrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorform beim Pressen mit einer Kerbe versehen
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorform zwischen Pressen und Sintern durch
mechanische Bearbeitung mit einer Kerbe versehen wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorform vor dem Sintern ausgewogen
wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Sintern Vorform und Kerbe
beim Verbringen zum Schmieden eine Schutzschicht, insbe
sondere eine Oxidschicht durch die Luftatmosphäre, erhalten.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß beim Schmieden die Kerbe geschlossen
und von der Kerbstelle ausgehend längs ihrer Schutzschicht,
insbesondere ihrer Oxidschicht, ein in Länge und Lage
definierter Riß in der Trennstelle erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorform mit Sinterhitze geschmiedet
wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bauteil durch Luft, Öl oder Schutz
gas abgekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Einzelteilen
durch Bruch eine Trennfläche erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur des Bauteils beim Trennen
höchstens gleich der Raumtemperatur ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Pleuels mit geteiltem
Pleuelkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen des Pleuels im Pleuel
kopf die Löcher für die Pleuelschrauben angefertigt, Pleuel
schrauben und Pleuelmuttern lose in den Löchern montiert
und anschließend die Trennfläche in der Trennfuge des
Pleuelkopfes durch Bruchtrennung erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Trennwerkzeug in den Pleuelkopf eingeführt wird.
Priority Applications (13)
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ID=6348321
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Also Published As
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