粉末金屬鍛件以及制造的方法和設備的制造方法
【專利說明】粉末金屬鍛件以及制造的方法和設備
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00880011412.8 (PCT//US2008/058980)，申請日為 2008 年 04月I日，發(fā)明名稱為“粉末金屬鍛件以及制造的方法和設備”的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉參考
[0003]本申請要求2007年4月4日提交的美國臨時專利申請N0.60/910，027的優(yōu)先權。
[0004]關于聯(lián)邦政府資助研究的聲明
[0005]不適用。
技術領域
[0006]本發(fā)明涉及粉末金屬鍛件及其制造，更具體地，涉及具有螺旋形的外輪廓或外形以及內輪廓的粉末金屬鍛件。
【背景技術】
[0007]在例如斜齒輪或等速萬向節(jié)(CVJ)內環(huán)的近終形部件的制造中，一種制造方法為提供近終形部件的精密鍛造工藝，其需要在鍛造工藝之前進行加工的精確坯。此外，在會具有內徑的精密鍛造齒輪或CVJ內環(huán)或其他部件的情況下，必須刺穿出內徑，這增加材料的浪費和成本。
[0008]利用螺旋輪廓表面以單沖程生產鍛造金屬制品的方法和設備是已知的。該設備使用可伸縮地容納在沖頭外殼中的具有大致光滑表面的上沖頭和相對于模具組件軸線自由旋轉安裝的具有大致光滑表面的下沖頭。然而，這種工藝提供了鍛造不具有內徑的小齒輪的簡單加工裝置。此外，由于單沖程同時閉合模具并以沖頭壓縮預成型坯，所以在部件會形成有很多飛邊。
[0009]在粉末金屬鍛造過程中，具有趨于將上模具從下模具分開并使得可在部件上形成肩部而不是薄飛邊接縫線的相當大的向上力。在齒輪制造的情況下，這種工具件的不希望的運動導致齒的低密度和未填模的齒形。需要更多的材料和噸位填入部件的齒中，但也導致成形的肩部(飛邊)變得更大。因為在鍛造工藝中沒有安排要在其中形成內徑，所以作為與內徑一起的二次加工需要加工掉額外的材料。這樣的結果就是浪費的材料以及額外的加工，其增加了成本。這種老方法還使用非常脆弱的上部工具，其中在一些齒輪構造中外部沖頭可能容易開裂。
[0010]本領域需要一種粉末金屬鍛件和制造的方法和設置，以及由其制造的粉末金屬鍛件，其產生具有螺旋形的外輪廓以及內輪廓的粉末金屬鍛件。

【發(fā)明內容】

[0011]在一個方面，本發(fā)明提供了一種形成粉末金屬鍛件的方法。在該方法中將包括燒結的粉末金屬復合物的預成型坯插入具有上模具和下模具的模具組的至少一個部件中。上模具和下模具中的至少一個在其內限定螺旋形鍛型(forge form)。閉合模具組使得上模具接觸下模具。此后使用上沖頭和下沖頭在鍛型中壓縮預成型坯，產生具有螺旋形外表面的成形部件。方法可包括形成成形部件的內輪廓，其中內輪廓為大致圓柱形內徑。
[0012]上沖頭可包括在上沖頭的下部區(qū)域的芯棒，使得內輪廓使用芯棒來形成?？蛇x地，下沖頭可包括當形成粉末金屬鍛件時插入預成型坯中的下部芯棒。該方法可包括將上模具從下模具升起，由此在上模具和下模具之間產生空隙，利用下沖頭將成形部件從下模具脫模到空隙中。在一種方式中，在將成形部件從下模具脫模過程中旋轉下沖頭。該方法可包括從模具組取出成形部件。
[0013]預成型坯可為非圓柱形預成型坯。預成型坯可包括具有第一外徑的第一端部和具有第二外徑的第二端部，其中第一外徑大于第二外徑。預成型坯的第一端部和第二端部在預成型坯上可產生肩部，使得肩部在閉合模具組之后放置到上模具以下。預成型坯的第一端部在閉合模具組之后可放置在螺旋形鍛型中。預成型坯可包括連接預成型坯的第一端部和第二端部的圓柱形內輪廓。預成型還具有大約6.5g/cm3至8.0g/cm3范圍內的密度。
[0014]該方法可包括在閉合模具組之后將夾緊力施加到上模具和下模具上。在該方法中，在鍛型中壓縮預成型坯導致預成型坯側向流動。下沖頭和成形部件可形成為互相匹配以提供它們之間的強制旋轉配合從而有助于取出。優(yōu)選地，下模具在其內限定螺旋形鍛型。在一種形式中，預成型坯的內徑和成形部件的內徑是相同的。
[0015]在另一方面，本發(fā)明提供了一種形成具有外輪廓的粉末金屬鍛件的加工裝置，夕卜輪廓包括螺旋形形狀。該加工裝置可包括:上壓頭；缸體，其連接到上壓頭；上外部模具，其被缸體接觸；以及下模具，其包括當上壓頭處于向下沖程時被上外部模具接觸的上側部。下沖頭放置在下模具的開口中。下沖頭包括中心腔。上沖頭接觸上壓頭并由上外部模具中的中心開口引導。上沖頭包括在上沖頭下部區(qū)域的芯棒，芯棒尺寸當形成粉末金屬鍛件時插入下沖頭的中心腔中。
[0016]下模具在其內限定螺旋形鍛型，該螺旋形鍛型的外徑可大于上外部模具中的中心開口內徑。該螺旋形鍛型的外徑可大于下模具中的開口內徑。加工裝置可包括在將成形部件從下模具脫模過程中旋轉下沖頭的裝置。下沖頭和成形部件可形成為互相匹配以提供它們之間的強制旋轉配合從而有助于取出成形部件。
[0017]在另一方面，本發(fā)明提供了一種形成具有外輪廓的粉末金屬鍛件的加工裝置，該外輪廓包括螺旋形形狀。該加工裝置可包括:上壓頭；缸體，其連接到上壓頭；上外部模具，其被缸體接觸；以及下模具，包括當上壓頭處于向下沖程時被上外部模具接觸的上側部。上沖頭由上外部模具中的中心開口引導。上沖頭包括中心腔。下沖頭由下模具中的開口引導。下沖頭包括在下沖頭上部區(qū)域的芯棒，當形成粉末金屬鍛件時該芯棒可插入上沖頭的中心腔中。上模具可在其內限定螺旋形鍛型，該螺旋形鍛型的外徑可大于下模具中的開口內徑。該螺旋形鍛型的外徑可大于上模具中的中心開口內徑。
[0018]在另一方面，本發(fā)明提供了一種粉末金屬鍛件。鍛件可包括:第一端；與第一端相對的第二端；連接第一端和第二端的內輪廓；以及連接第一端和第二端的外輪廓。外輪廓可包括多個突起。粉末金屬鍛件通過壓縮包括燒結的粉末金屬復合物的預成型坯來形成，并且多個突起中的每一個具有大致一致的密度。在一種形式中，多個突起中的每一個從第一端和第二端延伸。內輪廓可包括圓柱形內徑。大致一致的密度在大約6.5g/cm3至8.0g/cm3范圍內。多個突起可為螺旋形。多個突起可為斜齒輪的齒。第一端可具有環(huán)狀凸起部，環(huán)狀凸起部包括上表面和斜坡外表面。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于其提供了一種粉末金屬鍛件和制造粉末金屬鍛件的方法和設備，以及由其制造的粉末金屬鍛件，其產生了具有螺旋形外形和內輪廓的粉末金屬鍛件。
[0020]本發(fā)明實施例的另一優(yōu)點在于其可提供在齒中具有一致的材料密度的斜齒輪。
[0021]本發(fā)明實施例的另一優(yōu)點在于其可提供一種制造設備和方法，以及由其產生的除了斜齒輪以外的器件，但是其在鍛造工藝過程中需要材料完全或接近完全側向流動。
[0022]本發(fā)明實施例的另一優(yōu)點在于其可用于相對高密度的預成型坯。
[0023]本發(fā)明實施例的另一優(yōu)點在于其提供了一種粉末鍛造技術，該技術具有更大以限定坯應成什么樣子從而增強材料流動的能力。
[0024]本發(fā)明實施例的其他優(yōu)點在于其提供了一種粉末鍛造工藝，其中內徑被包括在坯中并被鍛造成合適的尺寸而不損失材料。
[0025]本發(fā)明實施例的其他優(yōu)點在于其提供了一種新方法，該方法允許更好地夾緊上和下工具件并且還允許形成圓形或波狀的部件內徑。
[0026]本發(fā)明實施例的其他優(yōu)點在于其現(xiàn)在可在內徑中鍛造，增強了工具組以處理鍛造粉末金屬(PM)部件中更寬范圍的齒形狀，并且在鍛造工藝過程中保持上和下工具閉合從而具有帶有較小飛邊線的非常一致的齒形狀，這減小了材料和加工成本，并且為隨后的加工操作產生了優(yōu)質的坯。
[0027]本發(fā)明實施例的另一優(yōu)點在于其提供了一種制造斜齒輪或例如等速萬向節(jié)的其他部件的內環(huán)的成本經濟的方法。
[0028]本發(fā)明實施例的另一優(yōu)點在于其用于制造消除材料浪費或使其最少的復雜的無飛邊部件。
【附圖說明】
[0029]通過結合附圖參考本發(fā)明的實施例的以下描述，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點以及實現(xiàn)它們的方式，將變得更加明顯，且本發(fā)明將更好理解。
[0030]圖1A-1D是一系列剖視示意圖，示出了根據本發(fā)明的方法和設備以及粉末金屬鍛件的實施例；
[0031]圖2是圖1A-1D的模具組和下沖頭的部分剖視立體圖，尤其示出了其中的螺旋形鍛型；
[0032]圖3是圖2的模具組和下沖頭的部分剖視立體圖，其中粉末金屬預成型坯插入其中；
[0033]圖4是圖3的模具組、預成型坯、下沖頭的部分剖視立體圖，其中上沖頭插入其中；
[0034]圖5是根據本發(fā)明的具有包括螺旋形形狀的外輪廓的粉末金屬鍛件的立體圖；以及
[0035]圖6是根據本發(fā)明的具有包括螺旋形形狀的外輪廓的另一粉末金屬鍛件的立體圖。
[0036]在所有附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。本文所舉實例以一種形式示出本發(fā)明的示例性實施例，這種示范不解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
【具體實施方式】
[0037]現(xiàn)在參照附圖，尤其參照圖1A-1D，示出了形成粉末金屬鍛件10的方法和設備，其可包括預成型坯A、上外部套管或模具B、缸體C、上壓頭D、在下部區(qū)域具有芯棒R的上沖頭E、與上外部套管或模具B結合組成模具組的下模具F、下基座G、以及下沖頭H?？蛇x地，下沖頭H可包括在其上部區(qū)域的下芯棒(未示出)。
[0038]一個示例性預成型坯A包括已經被壓實并燒結過的粉末金屬復合物。粉末金屬的非受限示例性復合物包括大約0.40% -2.00%的鎳、大約0.50% -0.65%的鉬、大約
0.10% -0.35%的錳、大約0.12% -0.80%的碳以及余量的鐵。
[0039]在圖1A中，預成型坯A裝入模腔12中。預成型坯A和模腔1