DE69525000T2

DE69525000T2 - Verfahren zur Herstellung von geteilten mechanischen Teilen

Info

Publication number: DE69525000T2
Application number: DE69525000T
Authority: DE
Inventors: Jun-Ichi Ichikawa; Zenzo Ishijima; Jun Sakai; Syuji Sasaki; Hideo Shikata; Katsuhiko Ueda; Hideo Urada
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-08-14
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2015-08-15
Also published as: EP0696688A1; JP2846263B2; US5878323A; JPH08103841A; DE69525000D1; EP0696688B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geteilten mechanischen Teils, wie etwa einer Pleuelstange, einer Kappe für die Pleuelstange und eines geteilten Gleitlagers, beispielsweise zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, einem Kolbenkompressor, einer Kolbenpumpe und dgl.
Allgemein hat eine Pleuelstange eine derartige Form, dass ein kleineres Ende 6, das ein Kolbenbolzenloch 3 enthält, über einen Stangenabschnitt 4 mit einem größeren Ende 7 verbunden ist, das ein Loch enthält, in das ein Kurbelzapfen einer Kurbelwelle eingesetzt ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Das größere Ende 7 befindet sich in einem halbgeteilten Zustand, in dem es zur leichteren Montage an einer Passfläche (Trennendfläche) 5 getrennt ist, und die Pleuelstange umfasst einen Hauptkörperabschnitt 1 und einen Kappenabschnitt 2. Der Hauptkörperabschnitt 1 und der Kappenabschnitt 2 sind durch einen Bolzen, der eine nicht gezeigte Bolzenbohrung durchsetzt, integral aneinander befestigt.
Wenn der Hauptkörperabschnitt 1 und der Kappenabschnitt 2 der Pleuelstange hergestellt werden, werden der Hauptkörperabschnitt 1 und der Kappenabschnitt 2 durch Gießen, Schmieden oder dgl. in eine integrale Konfiguration gebracht, und einem Durchschneid- bzw. oder Schneidprozess unterzogen, oder beide dieser Elemente werden durch Gießen oder Schmieden separat hergestellt und einem Schneidprozess oder dgl. unterzogen.
Wenn die Pleuelstange in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird, werden der Hauptkörperabschnitt und der Kappenabschnitt zu einer integralen Konfiguration kompaktiert und gesintert, und falls erforderlich, wird das resultierende Material einem Schmiedevorgang unterzogen, um für eine hohe Dichte zu sorgen, und dann in den Hauptkörperabschnitt und den Kappenabschnitt getrennt. Die folgenden vier Methoden sind Beispiele solcher Trennmethoden: 1) eine Methode, in der in einer beabsichtigten Bruchfläche zuvor Trennhilfslöcher vorgesehen werden und das Produkt an der beabsichtigten Bruchfläche gebrochen wird, wie in der japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 47453/82 und der japanischen Patentschrift Nr. 26087/90 beschrieben; 2) eine Methode, in der ein Nutausschnitt in jeder gegenüberliegender Endseiten der beabsichtigten Bruchfläche vorgesehen wird, der verbleibende Wandabschnitt gebrochen wird und die resultierenden Elemente dann geschnitten werden, wie in der japanischen Patentschrift Nr. 44890/83 beschrieben; 3) eine Methode, in der in einer beabsichtigten Bruchfläche durch Kohlenstoffhärtung vorab Abschnitte verschiedener Härten vorgesehen werden und das Produkt an der beabsichtigten Bruchfläche gebrochen wird, um hierdurch Unregelmäßigkeiten an der Bruchfläche zu erzeugen; und 4) eine Methode, in der vorab eine Nut in einem gegossenen Produkt an einer Stelle vorgesehen wird, um als beabsichtigte Bruchfläche zu dienen, und ein Oxidfilm in der Nut durch Sintern und Schmieden geformt wird, und dann das Produkt gebrochen wird.
Eine Methode zum Einstellen des wahren Kreisförmigkeitsgrads, der Größe und der Form eines Rohlings, wie etwa eines gegossenen Produkts, eines geschmiedeten Produkts, eines gesinterten Produkts und dgl., das durch Durchschneid- oder Schneidbearbeitung in eine integrale oder geteilte Konfiguration gebracht ist, ist eine hochwertige Bearbeitungstechnik erforderlich, und zusätzlich ist die Anzahl der Bearbeitungsschritte groß, und daher ist Raum für eine Verbesserung zur Minderung der Kosten.
Im Vergleich zu einem klassischen Herstellungsverfahren, das eine spanende Bearbeitung enthält, ist die oben beschriebene herkömmliche Bruch/Trennmethode im Hinblick auf die Kosten vorteilhaft, weil sie keinen Schneidschritt an der Trennendfläche enthält und zusätzlich hat diese Methode einen Vorteil darin, dass die gebrochenen Flächen direkt als Passflächen verwendet werden können und an den Passflächen miteinander in Eingriff tretende Unregelmäßigkeiten erzeugt werden und daher der Hauptkörperabschnitt und der Kappenabschnitt positioniert werden können.
Jedoch hat diese herkömmliche Methode Probleme darin, dass für die Trennung eine ziemlich große Bruchlast erforderlich ist, dass die Materialwahl beschränkt ist, weil im Falle eines Materials mit hoher Duktilität, wie etwa in Aluminiumlegierung, leicht eine Verformung erzeugt wird, dass das Produkt an einer anderen Stelle brechen könnte als an der beabsichtigten Bruch/Trennfläche und dass Raum für Verbesserung bei der Positionierungsarbeit während des Zusammenbaus vorhanden ist.
Aus der DE-A-39 04 020 ist es bekannt, eine Kolbenpleuelstange herzustellen, indem Rohlinge aus Pulvermaterial geformt werden, die als separate Gegenstände kompaktiert und gesintert werden. Die gesinterten Rohlinge werden dann in einer Schmiede zusammengesetzt, wobei die plastische Verformung die separaten Rohlinge miteinander verbindet. Das geschmiedete Produkt wird dann gebrochen, um die Hauptkörperabschnitt- und Kappenabschnittkomponenten der Kolbenpleuelstange zu bilden. Der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf diesem Dokument. Aus der US-A- 5051232 ist es auch bekannt, in einem Schlitz zwischen den beabsichtigten Trennflächen eines gesinterten Rohlings ein Antiverbindungsmittel vorzusehen, um zu verhindern, dass sich die Flächen während des Schmiedevorgangs verbinden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils anzugeben, das eine gute Formbarkeit aufweist und deren enge Haftfestigkeit ausreicht, um eine Trennung der Elemente zu vermeiden, wenn sie einer spanenden Bearbeitung unterzogen werden, das leicht zu trennen ist und das die Arbeit des Positionierens verbessert und für eine gute Montagedimensionsgenauigkeit während seines Zusammenbaus sorgt.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines geteilten mechanischen Teils vorgesehen, umfassend:
Vorbereiten einer Mehrzahl von Rohlingen mit beabsichtigten Trennflächen; Sintern der Rohlinge;
plastisches Verformen der gesinterten Rohlinge, bis sie aneinander hängen, um hierdurch ein plastisch bearbeitetes Produkt vorzusehen; und
Ausüben einer Last auf das plastisch bearbeitete Produkt in einer Richtung zum Brechen des plastisch bearbeiteten Produkts an den beabsichtigten Trennflächen, um hierdurch das plastisch bearbeitete Produkt in eine Mehrzahl von Elementen zu brechen und zu teilen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:
Vorbereiten einer Mehrzahl von Rohlingen, die aus einem gesinterten Material hergestellt sind, das an beabsichtigten Trennflächen geteilt ist, die so angeordnet sind, dass sie eine Bohrung eines resultierenden Produkts queren; Sintern und Verbinden der Rohlinge, wobei die beabsichtigten Trennflächen aneinander anliegen, um ein gesintertes Produkt vorzusehen;
Anordnen des gesinterten Produkts in einer plastisch bearbeitenden Form, während die Bohrung aufgeweitet wird;
Brechen des gesinterten Produkts an den gesinterten und verbundenen Flächen des Produkts, oder Erzeugen eines Bruchs in dem gesinterten Produkt, der sich entlang den gesinterten und verbundenen Flächen erstreckt, und dann Pressen von Bruchstücken des Produkts oder des Produkts im gebrochenen Zustand; und
plastisches Verformen der Bruchstücke des Produkts oder des gebrochenen Produkts, bis die Stücke aneinander hängen oder bis das gebrochene Produkt an den beabsichtigten Trennflächen wieder vereinigt wird, um das plastisch bearbeitete Produkt vorzusehen, das dann gebrochen wird, um die Mehrzahl von Elementen vorzusehen.
Der Rohling wird in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt. Eine als das Material verwendbare Legierung kann eine Legierung sein, die bei Umgebungstemperatur oder durch Erwärmen plastisch verformbar ist, wie etwa eine Eisenlegierung, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung und dgl. Insbesondere ist die Aluminiumlegierung geeignet.
In diesem Fall kann der Rohling hergestellt werden, der eine derartige Form hat, dass der Innendurchmesser der Bohrung in dem gesinterten Produkt, das an einer die Bohrung querenden Fläche verbunden ist, kleiner ist als eine Kernstange der plastisch bearbeitenden Form, und die Kontur der Bohrung ist kleiner als eine Innenbohrung in einer Matrize der plastisch bearbeitenden Form. Im Verlauf des Anordnens des gesinterten Produkts in der Form kann die Innenbohrung des Rohlings durch die Kernstange aufgeweitet werden, um die verbundenen Flächen zu brechen oder um in den verbundenen Flächen Risse vorzusehen. Danach kann das gesinterte Produkt gepresst und in der Form plastisch verformt werden.
Die Rohlinge der gesinterten Legierung können hergestellt werden, indem jedes der Elemente separat kompaktiert und dann gesintert wird. In diesem Fall können die Rohlinge mittels separater Formen hergestellt werden oder durch gleichzeitiges Kompaktieren der gesinterten Legierungen mittels einer Form, die Hohlräume aufweist, die in einer einzelnen Matrize zur Formung der Rohlinge definiert sind. Eine andere Methode zur Herstellung eines Grünlings, der in zwei Teile unterteilt ist, kann darin liegen, ein Material mit miteinander vereinigten Rohlingen zu einer integralen Konfiguration zu kompaktieren und dann den resultierenden Grünling an beabsichtigten Trennflächen in die zwei Abschnitte zu brechen oder zu teilen. Das Brechen kann durch einen Prozess erreicht werden, der umfasst, die eine Seite des Grünlings zu fixieren und ein Keilwerkzeug in eine Endseite oder eine Außenfläche an einer beabsichtigten Trennfläche zu drücken. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass eine U- oder V- förmige Nut vorab an der beabsichtigten Trennfläche vorgesehen wird, und es ist erwünscht, dass ein moderater Schub ausgeübt wird, um das Keilwerkzeug in Richtung zum Brechen der beabsichtigten Trennfläche zu drücken.
Es können gesinterte Produkte plastisch verformt werden, die unterschiedliche Dichten und unterschiedliche Höhen in Pressrichtung aufweisen.
Ferner können gesinterte Produkte gepresst und plastisch verformt werden, bei denen zumindest die beabsichtigten Trennflächen einer Sandstrahlbehandlung oder einer Bürstbehandlung unterzogen werden. Wenn ein plastisch zu bearbeitender Rohling in zwei Elemente geteilt wird, kann ein Schritt hinzugefügt werden, vorab relativ kleine Unregelmäßigkeiten an den beabsichtigten Trennflächen des Rohlings durch Sandstrahlen, Drahtbürsten oder dgl. auszubilden, um die Verbindungsfestigkeit für beide plastisch verformten Elemente zu verbessern.
Wenn die Elemente aus Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzungen hergestellt sind, ist es möglich, mit Eigenschaften zurechtzukommen, die für die Teilkonstruktionen eines mechanischen Teils erforderlich sind.
Die beabsichtigten Trennflächen (Passflächen) des Rohlings können flach sein, und es können Unregelmäßigkeiten vorab auf einer der Passflächen vorgesehen werden, oder es können miteinander in Eingriff stehende Unregelmäßigkeiten vorab an den Passflächen beider Rohlinge durch Gießformung, Metallformung oder dgl. vorgesehen werden.
Wenn eine Mehrzahl von Rohlingen aus gesinterten Produkten geformt werden, kann ein geteiltes mechanisches Teil mit unterschiedlichen Teildichten hergestellt werden, wenn die gesinterten Produkte unterschiedliche Dichten oder Höhen aufweisen.
Bevorzugt ist es, dass, nachdem eine Filmbeschichtung aus einem Metall, das bei einer Temperatur gleich oder niedriger als eine Sintertemperatur schmilzt, auf der beabsichtigten Trennfläche zumindest eines der aus den Rohlingen erhaltenen gesinterten Legierungsgrünlingen gebildet ist, die Grünlinge gesintert und verbunden werden, wobei die beabsichtigten Trennflächen aneinander gelegt sind. Indem man einen Beschichtungsfilm aus niedrigschmelzendem Material, das bei einer Temperatur gleich oder niedriger als die Sintertemperatur der Grünlinge schmelzbar ist, auf den Trennendflächen der Grünlinge durch Auftragen oder dgl. beim Sintern oder Verbinden der Grünlinge ausbildet, ist die Sinterverbindung stabil, und wenn die verbundenen Flächen vor der plastischen Bearbeitung gebrochen oder zerbrochen werden, haben die Bruchflächen aufgeraute Flächen, wodurch es möglich wird, die Verbindungsfestigkeit beider Elemente nach deren plastischen Bearbeitung zu verbessern. Das niedrigschmelzende Metall kann Kupfer sein, wenn der Rohling aus einer Eisenlegierung hergestellt ist; oder Zinn (Sn) oder eine Zinnlegierung, wenn der Rohling aus einer Kupferlegierung hergestellt ist; oder Zinn (Sn), eine Al-Sn-Legierung, Al-Zn-Legierung, eine Al- Mg-Zn-Legierung oder dgl., wenn der Rohling aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Andererseits kann, um die Verbindungsfestigkeit beider plastisch verformten Elemente zu reduzieren, ein lösbarer Beschichtungsfilm auf einer der beabsichtigten Trennflächen der Rohlinge vorgesehen werden. Der Beschichtungsfilm kann gebildet werden, indem man irgendwelche Öle, wie etwa gewöhnliches Schmiermittel für plastische Bearbeitung, Schmieröl, Fett und dgl., verwendet; Öle und Fette wie etwa Wachs, Pflanzen- und Tieröle und Fette, Seife und dgl.; Polymerverbindungen, wie etwa CMC, Vinylacetat, Cellulosen und dgl.; sowie Beschichtungsmaterialien, wie etwa Graphitbeschichtung, Lacke und dgl. Die Ausbildung des Beschichtungsfilms kann erreicht werden, indem man eine der oben beschriebenen organischen Verbindungen vor der plastischen Bearbeitung auf den Rohling aufträgt, indem man eine der oben beschriebenen organischen Verbindungen im Falle des gesinterten Rohlings auf den Grünling aufträgt, oder indem man eine der oben beschriebenen organischen Verbindungen aufträgt und dann diese erhitzt, um einen carbonisierten Beschichtungsfilm bei warmer oder heißer plastischer Bearbeitung zu bilden. Im Falle einer Eisenlegierung kann ein Phosphatbeschichtungsfilm gebildet werden.
Die Größe des Rohlings kann relativ zur Form der Matrize der plastisch bearbeitenden Form klein bemessen werden, und der Rohling kann seitlich verformt werden oder kann zu dem im Wesentlichen gleichen Profil verformt werden. Alternativ kann die Größe des Rohlings relativ zur Form der Matrize der plastisch bearbeitenden Form etwas größer bemessen werden, und der Rohling kann verformt werden, sodass er gequetscht werden kann.
Bei der plastischen Bearbeitung des an der Bohrung geteilten mechanischen Teils mittels einer Form, die eine Struktur aufweist, in der die Kernstange zur Formung der Bohrung in dem mechanischen Teil axial in zwei Abschnitte unterteilt ist und die gegenüberliegenden Flächen der Kernstange einen Spalt in dem Formhohlraum definieren, werden die Rohlinge gepresst und plastisch verformt, bis die beabsichtigten Trennflächen aneinander hängen, um hierdurch ein plastisch bearbeitetes Produkt vorzusehen, und wobei in der Bohrung in dem plastisch bearbeiteten Produkt eine Rippe gebildet wird.
Wenn die Menge an plastisch verformten Rohling erhöht werden soll, kann eine Form verwendet werden, die zur Formung von Überschussmaterial (Rippe) ausgebildet ist. Bevorzugt ist, dass das Überschussmaterial an einer Innenumfangsfläche der Bohrung in dem Teil vorgesehen wird. Zu diesem Zweck wird die Form verwendet, die die Struktur aufweist, in der die Kernstange zur Formung der Bohrung in dem mechanischen Teil axial in zwei Abschnitte unterteilt ist und die gegenüberliegenden Flächen der Kernstange den Spalt in dem Formhohlraum definieren.
Wenn der Rohling in der Form plastisch verformt wird, wird, in Abhängigkeit vom Typ der Legierung, der Form des Rohlings, der Dichte, die bei der Verwendung der gesinterten Legierung erforderlich ist, und dgl., kalte, warme oder heiße plastische Bearbeitung verwendet.
Ferner wird das plastisch bearbeitete Produkt, das sich aus der warmen oder heißen plastischen Bearbeitung ergibt, bei Umgebungstemperatur gepresst und maßgeprägt, und die Spannung in der Nähe der beabsichtigten Trennfläche oder des Bruchs, der sich entlang der beabsichtigten Trennfläche erstreckt, wird erhöht.
Um die Verbindungskraft des geteilten mechanischen Teils zu schwächen, wenn die Rohlinge durch eine der oben beschriebenen Methoden plastisch verformt und aneinander gehängt sind, kann, um die Trennung weiter zu erleichtern, eine Methode hinzugefügt werden, die umfasst, die Rohlinge bei warmer oder heißer Temperatur zu deren plastischen Verformung zu pressen und dann das plastisch bearbeitete Produkt bei Umgebungstemperatur zu pressen, um es maßzuprägen, und, während die Spannung in der beabsichtigten Trennfläche erhöht wird oder der sich entlang der beabsichtigten Trennfläche erstreckende Riss vergrößert wird, kann ein Verfahren hinzugefügt werden, das umfasst, das plastisch bearbeitete Produkt oder das maßgeprägte Produkt zu erhitzten und abzuschrecken, um die Spannung oder den Bruch in der beabsichtigten Trennfläche zu erhöhen. Das Erhitzen und Abschrecken kann zum Härten/Tempern von Stahlmaterial dienen sowie als Lösungsbehandlung einer Aluminiumlegierung.
Die geteilten mechanischen Teile, die durch diesen Herstellungsprozess geeignet hergestellt werden können, umfassen eine Pleuelstange, ein Gleitlager, wie etwa ein geteiltes Lager, das am größeren Ende der Pleuelstange angebracht ist, und dgl. Das Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist besonders bevorzugt, wenn eine Pleuelstange aus Aluminiumlegierung hergestellt wird, die eine hohe Duktilität besitzt und leicht plastisch verformbar ist.
Die gesinterte Aluminiumlegierung, die in der vom vorliegenden Anmelder eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 37606/94 vorgeschlagen ist, hat eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit und Duktilität und hat eine Festigkeit und eine Lagergleitcharakteristik, die für eine Pleuelstange geeignet ist. Daher kann diese gesinterte Aluminiumlegierung so verwendet werden wie sie ist, indem lediglich axiale Löcher im größeren und kleineren Ende einer Bearbeitung oder einem Prozess unterzogen werden, wie etwa einem Schneidprozess. Die Details für die Zusammensetzung und die metallografische Struktur dieser gesinterten Aluminiumlegierung sind in der japanischen Patentanmeldung Nr. 37606/94 beschrieben. Die Grundzusammensetzung ist eine auf Al-Si-Cu-Mg beruhende Legierungszusammensetzung, die eine marmorierte Struktur aufweist, umfassend eine auf Al-Si beruhende Legierungsphase, die eine vorbestimmte Si-Menge in einem Primärkristall-Si-dispergierten Zustand enthält, sowie eine relativ weiche Al-Festlösungsphase, in der verhindert wird, dass harte Körner abfallen, und die eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit aufweist (Kratz-Abnutzung ist reduziert). Diese gesinterte Aluminiumlegierung ist eine Legierung, deren Festigkeit und Abnutzungsbeständigkeit verbessert ist, indem das Flächenverhältnis der marmorierten Struktur in einem Bereich von 20 bis 80 : 80 bis 20 spezifiziert ist und die maximale Korngröße des Primärkristall-Si in einem Bereich von 5 bis 60 um liegt; worin die Kupferlegierungsphase an der Korngrenze durch die Tatsache reduziert ist, dass die Legierung einen vorbestimmten Gehalt an Übergangsmetall enthält; und die eine verbesserte Duktilität hat.
Wie im Stand der Technik kann die plastisch bearbeitete Pleuelstange oder das plastisch bearbeitete Lager einem geeigneten Durchschneid- oder Schneidprozess unterzogen werden, und kann, falls erforderlich, einer thermischen Behandlung (z. B. Härten, Tempern, Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung) oder einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden, um die Eigenschaften der Legierung zu verbessern.
Die Trennung des geteilten mechanischen Teils, das zwei plastisch bearbeitete und miteinander eng verbundene Abschnitte oder Elemente aufweist, kann nach dem Bohren oder Schneiden durchgeführt werden. Die Trennung kann erreicht werden durch Knicken des geteilten mechanischen Teils an der beabsichtigten Trennfläche, durch Einpressen eines verjüngten Stifts in das axiale Loch oder durch Einsetzen von Trennspannern in das axiale Loch und Drücken eines Keils zwischen die Spanner, um die Spanner aufzuweiten.
Somit werden nach der vorliegenden Erfindung die Passflächen (die aneinanderhängenden Flächen) einer Mehrzahl plastisch bearbeiteter Elemente aneinander gehängt, um durch plastischen Fluss des entsprechenden Materials eine Wellung zu erzeugen und um eine Mehrzahl wellenförmiger Unregelmäßigkeiten (Runzeln) zu bilden. Dies ist besonders deutlich bei einer Legierung, die leicht plastisch verformbar ist, oder eine Legierung, die zu einer plastisch verformbaren Form erhitzt worden ist.
Diese moderate enge Anhaftung ist in der Arbeitseffizienz und Dimensionsgenauigkeit vorteilhaft, weil die Mehrzahl von Elementen während des Schneidens oder während der Herstellung einer Gewindebohrung nicht verlagert werden können. Wenn die Elemente, nach Trennung des geteilten mechanischen Teils, in vereinigter/ausgerichteter Weise zusammengebaut werden, wird durch die Wellung und die wellenförmigen Unregelmäßigkeiten der Positionierungsvorgang erleichtert und wird die Positionierungsgenauigkeit verbessert.
Gewöhnlich wird auf der Oberfläche des Aluminiumrohlings ein Oxid gebildet, und die plastisch bearbeiteten zusammenhängenden Flächen (die beabsichtigten Trennflächen) werden miteinander brüchig verbunden und daher ist die Haltekraft nicht besonders stark. Daher können die zusammenhängenden Flächen durch eine externe Kraft leicht voneinander getrennt werden.
Wenn der Rohling eine gesinterte Legierung ist, können die geteilten Grünlinge mit guter Effizienz durch eine Methode zum Gießen der Grünlinge in einer einzigen Matrize hergestellt werden. Nach einer Methode zum Brechen und Trennen des integral gegossenen Grünlings an einem vorbestimmten Punkt ist keine so große Bruchlast wie zum Brechen eines gesinterten oder geschmiedeten Produkts erforderlich, und daher hat die Bruchfläche eine große Anzahl von Unregelmäßigkeiten. Somit kann die Positionierungsarbeit und die Positionierungsgenauigkeit durch Zusammenwirkung der Wellung und der wellenförmigen Unregelmäßigkeiten auf den zusammenhängenden Flächen verbessert werden.
Wenn das verbundene Produkt, bei dem die Rohlinge gesintert und zu einer integralen Form verbunden sind, verwendet wird, wird die Handhabungseigenschaft beim Einsetzen des Produkts in eine plastisch bearbeitende Form verbessert. Wenn dieses gesinterte/verbundene Produkt in einen Hohlraum in der plastisch bearbeitenden Form eingesetzt wird und wenn die Bohrung in dem verbundenen Produkt durch eine Kernstange der Form aufgeweitet wird, um in der verbundenen Fläche einen Riss zu erzeugen oder die verbundene Fläche zu durchbrechen, wird die gerissene oder gebrochene Fläche gefurcht. Danach wird das Produkt durch die oberen und unteren Stempel unter Druck gesetzt, sodass es plastisch verformt wird, bis die beabsichtigten Trennflächen aneinander hängen, wodurch die gefurchten Unregelmäßigkeiten, zusätzlich zu der Wellung und den wellenförmigen Unregelmäßigkeiten an den zusammenhängenden Flächen, vergrößert werden, um die Positionierungsarbeit und die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern.
Wenn ein Beschichtungsfilm aus niedrigschmelzendem Metall, das mit dem Rohling legierbar ist, an der verbundenen Fläche beim Sintern/Verbinden gebildet wird, wird die Sinter/Bindekraft erhöht, und daher können die gefurchten Unregelmäßigkeiten, die sich aus dem Reißen und Brechen vor der plastischen Verformung ergeben, weiter vergrößert werden.
Wenn ferner Unregelmäßigkeiten an den Trennendflächen des Rohlings durch die Rohlingform erzeugt werden, ist die Kontaktfläche der Passflächen nach der plastischen Bearbeitung groß, was einen Effekt ergibt, dass die Bindekraft nach der plastischen Bearbeitung zunimmt, was die Bruchtrennung schwierig macht. Die Unregelmäßigkeiten erleichtern ferner die Positionierung, wenn der Rohling zur plastischen Bearbeitung in die Form eingegeben wird, wenn das plastisch bearbeitete Produkt einem Durchschneid- oder Schneidprozess unterzogen wird oder eine Bolzenbohrung hergestellt wird oder wenn die Elemente nach der Trennung ausgerichtet und wieder vereinigt werden.
Wenn die Trennendfläche zumindest eines der getrennten Rohlinge einer Sandstrahl- oder Bürstbehandlung als anderem Mittel zum Verfestigen der Bindung vor dem Pressen für die plastische Verformung unterzogen werden, werden die Flecken auf der Trennendfläche reduziert; teilweise wird eine neue Fläche erzeugt, und die Unregelmäßigkeiten an den Flächen treten aufgrund der plastischen Verformung miteinander in Eingriff, was die Trennung schwierig macht.
Wenn die Kontur des plastisch zu bearbeitenden Materials durch die Matrize der Form bei der plastischen Bearbeitung derart geformt wird, dass ein Steg (Überschussmaterial) in einem axialen Loch gebildet wird, hat der überschüssige Metallabschnitt die Wirkung, dass sich beide Elemente schwer trennen lassen, weil das Material relativ fest verbunden ist. Die Elementenverbindungskraft kann durch die Größe des Überschussmaterials in dem axialen Loch eingestellt werden, wenn das Überschussmaterial entfernt wird, kann die Trennung leicht erreicht werden. Wenn das Überschussmetall vorgesehen wird, wird die Parallelität der Endflächen des plastisch bearbeiteten Produkts leicht erhalten.
Wenn andererseits verschiedene Beschichtungsfilme oder irgendwelche lösbaren Beschichtungsfilme auf der Trennendfläche des plastisch zu bearbeitenden Rohlings vorgesehen werden, wird der enge Zusammenhang beider Elemente nach deren plastischer Bearbeitung geschwächt, und daher kann die Trennung des plastisch bearbeiteten Produkts leicht erreicht werden.
Auch wenn ein Schritt der Herstellung eines Risses oder einer inneren konzentrierten Kraft in der zusammenhängenden Fläche des plastisch bearbeiteten Produkts hinzugefügt wird, kann die Trennung leicht erreicht werden. Der Riss oder die Innenkraft kann erzeugt werden, indem das plastisch bearbeitete Produkt bei Umgebungstemperatur in der Form komprimiert wird. Dieser Schritt ist besonders effektiv, wenn die axiale Bohrung durch die Kernstange aufgeweitet wird oder wenn eine intermetallische Verbindung in der zusammenhängenden Fläche gebildet wird. Zusätzlich kann, auch wenn das plastisch bearbeitete Produkt oder das maßgeprägte Produkt erhitzt und abgeschreckt wird, die Spannung ebenfalls konzentriert werden, um die Trennung zu erleichtern.
Möglich ist es, den Verbindungszustand (die Bruch- und Trenneigenschaft) des plastisch bearbeiteten Produkts durch das Material, die Größe und die Dicke des geteilten mechanischen Teils, der Notwendigkeit oder Nicht- Notwendigkeit nach Durchschneid- oder Schneidbearbeitung und dgl. einzustellen. Es kann sowohl ein Mittel zum Erhöhen der Bindekraft als auch ein Mittel zum Senken der Bindekraft verwendet werden.
Bei dem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung können, unabhängig von den gesinterten Legierungen, verschiedene Legierungen verwendet werden, die plastisch bearbeitet werden können. Es können alle Kombinationen von Legierungen in Abhängigkeit von der erforderlichen Leistung geeignet gewählt werden, und z. B. kann im Falle einer Pleuelstange eine der folgenden Kombinationen verwendet werden: eine derartige Kombination von Legierungen, dass eine Legierung mit hoher Festigkeit und guter Gleitcharakteristik für den Hauptkörperabschnitt verwendet wird, und eine Legierung mit geringerer Qualität für den Kappenabschnitt verwendet wird.
Wenn das Teil aus der gesinterten Legierung hergestellt wird, kann eine Mehrzahl von Elementen, in die das Teil aufgetrennt wird, mit unterschiedlichen Dichten hergestellt werden, im Hinblick auf die Festigkeit, die Gleitbewegung, die Ölrückhalteeigenschaft und die Gewichtsminderung. Wenn beispielsweise der Kappenabschnitt der Pleuelstange mit reduzierter Dichte hergestellt wird, wird das Gewicht des Kappenabschnitts reduziert, sodass die Trägheitskraft bei Verwendung der Pleuelstange reduziert werden kann. Zusätzlich kann die Ölmenge, die in dem niedrigdichten Abschnitt des Lagers enthalten ist, erhöht werden. Die Produktion von Elementen mit unterschiedlichen Dichten kann erreicht werden, indem Grünlinge mit unterschiedlichen Dichten verwendet werden oder indem Rohlinge mit variierenden Höhen verwendet werden, sodass die Rohlinge mit unterschiedlichen Beträgen bei der plastischen Bearbeitung plastisch verformt werden.
Bei diesem Herstellungsverfahren kann das plastisch bearbeitete Produkt mit geringer Kraft getrennt werden, und daher ist das Herstellungsverfahren für die Herstellung des geteilten mechanischen Teils aus einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung, die während der Trennung in dem herkömmlichen Verfahren leicht verformbar ist, besonders geeignet.
Bei einer Aluminiumlegierung, die an die Tendenz zur Gewichtsminderung des Teils angepasst ist, werden die Wellungen und die wellenförmigen Unregelmäßigkeiten (Runzeln) an den zusammenhängenden Flächen durch die plastische Bearbeitung wegen der ausgezeichneten Duktilität der Aluminiumlegierung leicht hergestellt, wodurch es leicht möglich wird, die Positionierung korrekt und mit guter Genauigkeit während der Montage zu erreichen. Zusätzlich ist die Herstellung des Rohlings durch ein pulvermetallurgisches Verfahren in der Formbarkeit und Massenproduktivität ausgezeichnet und ist daher bevorzugt.
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, worin:
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Pleuelstange, die durch ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Fig. 2 ist eine Draufsicht der Pleuelstange in einem getrennten Zustand;
Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht eines relevanten Abschnitts einer Form zur Erläuterung der Pulverformung der in Fig. 2 gezeigten Pleuelstange;
Fig. 4 ist eine vertikale Schnittansicht eines relevanten Abschnitts einer Form zur Erläuterung der plastischen Bearbeitung der Pleuelstange;
Fig. 5A bis 5E sind Draufsichten eines größeren Endes der Pleuelstange zur Erläuterung des Zustands der Passflächen eines Hauptkörperabschnitts und eines Kappenabschnitts;
Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Pleuelstangenrohlings, der aus einem Grünling gebildet ist;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang Linie 7-7 in Fig. 6;
Fig. 8 ist eine vertikale Schnittansicht eines relevanten Abschnitts einer Vorrichtung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Brechen des Pleuelstangenrohlings (Grünlings);
Fig. 9 ist eine Draufsicht eines Pleuelstangenrohlings, der aus einem Blockmaterial geformt ist;
Fig. 10 ist eine vertikale Schnittansicht eines relevanten Abschnitt einer plastisch bearbeitenden Form für den in Fig. 9 gezeigten Pleuelstangenrohling;
Fig. 11A ist eine Draufsicht einer anderen Pleuelstange, die durch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Fig. 11B ist eine Schnittansicht entlang Linie B-B in Fig. 11A;
Fig. 12 ist eine vertikale Schnittansicht eines relevanten Abschnitts einer plastisch bearbeitenden Form für den in Fig. 11 gezeigten Pleuelstangenrohling;
Fig. 13 ist eine Fotografie einer Ansicht einer Trennendfläche zur Erläuterung der Unregelmäßigkeiten der Trennendfläche.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Pleuelstange, die durch ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. In Bezug auf Fig. 1 ist die Pleuelstange in einen Hauptkörperabschnitt 1 und einen Kappenabschnitt 2 unterteilt. Der Hauptabschnitt 1 hat eine derartige Struktur, dass ein ein Kolbenbolzenloch 3 aufweisender kleiner Endabschnitt 6 durch einen Stangenabschnitt 6 mit einem größeren Endabschnitt 7 verbunden ist. Ein nahezu netzförmiger Rohling für den Hauptabschnitt 1 und den Kappenabschnitt kann durch irgendeinen pulvermetallurgischen Prozess und dgl. fabriziert werden. Zuerst wird unten die Fabrikation des Rohlings durch Pulvermetallurgie beschrieben.
Fig. 2 ist eine Draufsicht der Pleuelstange in einem Zustand, in dem sie an Trennendflächen in den Hauptabschnitt 1 und den Kappenabschnitt 2 getrennt worden ist. Bei dieser Anordnung ist in einer Pulverformungsmatrize zur Durchführung von Pulverformung ein Hohlraum vorgesehen.
Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht einer Form zur Herstellung der in Fig. 2 gezeigten Pleuelstange. Die Form umfasst eine Matrize 10, die Matrizenbohrungen zur Formung des Hauptabschnitts 1 und des Kappenabschnitts 2 aufweist, einen durchmesserkleineren Kern 11, obere und untere Stempel 21 und 31 zum Formen des Hauptabschnitts 1, sowie obere und untere Stempel 22 und 32 zum Formen des Kappenabschnitts 2. Pulver wird in gewöhnlicher Weise in die Form geladen, um einen Grünling 81 für den Hauptabschnitt und einen Grünling 82 für den Kappenabschnitt zu bilden.
Es wird ein gewöhnlicher Sintervorgang durchgeführt. Alternativ kann ein vorheriges Sintern bei niedrigerer Sintertemperatur durchgeführt werden.
Gesinterte Produkte für den Hauptkörperabschnitt 1 und den Kappenabschnitt 2 werden einer plastischen Bearbeitung unterzogen, in der sie mit einander gegenüberliegenden Trennendflächen 5 in einer Form komprimiert werden, auf die ein Schmiermittel für plastische Bearbeitung aufgetragen wurde, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Form besteht aus einer Matrize 10, einem durchmesserkleineren Kern 11, einem durchmessergrößeren Kern 12 und oberen und unteren Stempeln 23 und 33. Wenn die Dichte nicht sehr hoch sein könnte oder wenn eine Legierung verwendet wird, die leicht plastisch verformt werden kann, wird das gesinterte Produkt bei Umgebungstemperatur komprimiert, so ähnlich wie beim gewöhnlichen Maßpräge- oder Prägeprozess.
Beim Warmschmieden oder Heißschmieden wird das gesinterte Produkt in einem Ofen erhitzt und in einer Form komprimiert, auf die ein Schmiermittel aufgetragen worden ist. Wenn der Grünling erhitzt und gesintert wird und das gesinterte Produkt aus dem erhitzten Zustand herunter auf eine Schmiedetemperatur abgekühlt und dann geschmiedet wird, kann das Schmieden mit weniger Energie durchgeführt werden.
Wenn eine Aluminiumlegierung verwendet wird, wird auf einer Oberfläche des gesinterten Produkts ein Oxidfilm gebildet. Auch wenn daher das gesinterte Produkt der plastischen Bearbeitung unterzogen wird, ohne dass es einer speziellen Vorbehandlung unterzogen wird, kann die Pleuelstange leicht in den Hauptkörperabschnitt 1 und den Kappenabschnitt 2 getrennt werden. Wenn jedoch das gesinterte Produkt einer Beschichtungsfilm- Ausbildungsbehandlung, einer Oxidationsbehandlung oder einer Phosphatierungsbehandlung (einer Phosphatbeschichtungsbehandlung) unterzogen wird, wenn die Pleuelstange aus einer auf Eisen beruhenden Sinterlegierung hergestellt ist, wird die Trennung nach der plastischen Bearbeitung leicht durchgeführt. Wenn ein Beschichtungsfilm auf dem gesinterten Produkt vorgesehen wird, um die Trennung des plastisch bearbeiteten Produkts an den Trennendflächen zu erleichtern, ist eine Sprühbehandlung geeignet. Die Oxidationsbehandlung kann erfolgen, indem im Kühlschritt das gesinterte Produkt Luft ausgesetzt wird. Beim Heißschmiedeverfahren kann die Oxidationsbehandlung erfolgen, indem das in einer nicht oxidierernden Atmosphäre erhitzte gesinterte Produkt für kurze Zeit der Atmosphärenluft ausgesetzt wird.
Bei der Betrachtung der Passflächen (der Trennflächen) 5 der plastisch bearbeiteten Pleuelstange in der getrennten Form ist zu sehen, dass eine Mehrzahl wellenartiger Runzeln im Wesentlichen parallel zur Pressrichtung geformt werden und die Oberfläche gewellt ist. Wenn der Hauptkörperabschnitt 1 und der Kappenabschnitt 2 unter Nutzung der wellenartigen Unregelmäßigkeiten und der Wellung der Passflächen (der Trennendflächen) 5 aneinandergelegt werden, können beide Elemente ohne zu Rutschen zuverlässig und leicht positioniert werden.
Wenn auf den Passflächen (den Trennflächen) 5 des gesinterten Rohlings durch Pulverformpressen vorab Unregelmäßigkeiten vorgesehen werden, kann die Passfläche beispielsweise zu irgendeiner der Formen geformt werden, die in den Fig. 5A bis 5E gezeigt sind. Da die Kontaktfläche der Passfläche 5 größer ist, die Haftfestigkeit größer. Eine moderate Haftfestigkeit ist geeignet, wenn vor der Trennung ein Durchschneid- oder Schneidprozess durchgeführt wird. Die Unregelmäßigkeiten an den Trennendflächen 5 werden durch die Pulverformpressung vorgesehen. Im Falle der in Fig. 5C und 5D gezeigten unregelmäßigen Formen werden die Unregelmäßigkeiten an der Trennendfläche 5 nur an einem des Hauptkörperabschnitts 1 und des Kappenabschnitts 2 ausgebildet und die Trennendfläche 5 des anderen Elements kann eine flache Form haben, die sich aus der Kompaktierung ergibt. Wenn in diesem Fall die zwei Rohlinge für den Hauptkörperabschnitt 1 und den Kappenabschnitt 2 komprimiert werden, bis sie miteinander in Eingriff stehen, wenn die plastische Verformung durchgeführt wird, werden Passflächen (Trennendflächen) 5 erzeugt, deren Unregelmäßigkeiten ineinander passen.
Nachfolgend wird die Herstellung der Pleuelstange aus dem Grünling beschrieben.
Fig. 6 ist eine Draufsicht eines aus einem Grünling gebildeten Pleuelstangenrohlings, und Fig. 7 ist eine vertikale Schnittansicht entlang Linie 7-7 in Fig. 6. Ein Formunterschied dieses Pleuelstangenrohlings von dem in Fig. 2 gezeigten ist der, dass die Dicke des kleineren Endes 6 und des größeren Endes 7 dieses Pleuelstangenrohlings größer ist als die in Fig. 2 gezeigte. Eine Nut 8, die einen V-förmigen Querschnitt besitzt und durch einen am Formstempel vorgesehenen Vorsprung gebildet ist, ist in einer Passfläche (einer Trennendfläche) 5 vorgesehen, d.h. einer Endfläche, an der der Rohling brechen soll.
Fig. 8 ist eine vertikale Schnittansicht zur Erläuterung eines Schritts zum Brechen des Pleuelstangenrohlings, d.h. des Grünlings 83. Nur der Hauptkörperabschnitt 1 des Grünlings 83 wird auf einem Aufnahmespanner 41 angeordnet und mit einem Haltespanner 42 festgeklemmt. Profile des Aufnahmespanners 41 und des Haltespanners 42 werden so eingestellt, dass eine Last, die von einem Keilwerkzeug 43 auf den Grünling 83 ausgeübt wird, keine unbalancierte Last ist. Ein Vorsprung 41a des Aufnahmespanners 41 wird in eine Nut 8 in einer Unterseite des Grünlings 83 eingesetzt. Ein dem Kappenabschnitt näherer Abschnitt des Vorsprungs 41a ist eine Schräge 41b. Das Keilwerkzeug 43 wird von oberhalb der Nut 8 in die Oberseite entlang einer Endfläche des Haltespanners 42 nach unten gedrückt. Wenn das Keilwerkzeug 43 nach unten gedrückt wird, um in den Grünling 83 einzugreifen, wird in dem Grünling 83 ein Riss erzeugt, um den Grünling 83 zu zerbrechen. Wenn der Rand der Oberseite des Kappenabschnitts 2 beim Drücken des Keilwerkzeugs 83 zum Eingriff in den Grünling 83 zuvor durch einen Stempel oder dgl. nach unten vorgespannt wird, werden reine Bruchflächen (Trennendflächen) hergestellt, ohne dass in den Bruchflächen ein Riss erzeugt wird.
Im Falle eines dünnen zylindrischen geteilten Lagers kann dieses getrennt werden, indem vorab eine Kernstange in eine Innenumfangsfläche in einem zylindrischen Grünling eingesetzt wird und das Keilwerkzeug unter Druck gesetzt wird, um in eine Außenumfangsfläche eines Grünlingabschnitts einzutreten, an dem der Grünling getrennt werden soll.
Das Sintern und die plastische Bearbeitung des Grünlings werden in der gleichen Weise wie in dem oben beschriebenen Beispiel durchgeführt. Die Unregelmäßigkeiten an der Passfläche (der Trennendfläche) 5 werden noch weiter vergrößert als jene in dem oben beschriebenen Beispiel, und auch wird die Kupplungskraft vergrößert.
Nachfolgend wird die Sinterbindung des Grünlings beschrieben.
Die Trennendflächen eines Grünlings, der in der oben beschriebenen Form geformt wurde, oder eines Grünlings, der durch das Keilwerkzeug gebrochen wurde, werden aneinander gelegt, und der Grünling wird von einem Sinterspanner gehalten, der aus wärmebeständigem Material, wie etwa Keramik, hergestellt ist, sodass verhindert wird, dass er sich während der Sinterung bewegt. In diesem Zustand wird der Grünling gesintert. Um die Bindekraft zu vergrößern, kann ein Beschichtungsfilm aus Kupfer im Falle einer Eisenlegierung oder ein Beschichtungsfilm aus Zinn im Falle einer Kupferlegierung ein Beschichtungsfilm aus Metall zur Legierung mit dem Rohling bei einem niedrigeren Schmelzpunkt wie etwa Zinn (Sn), Al-Sn (0,5 %)-Legierung, und Al-Zn (5%)-Legierung im Falle einer Aluminiumlegierung gebildet werden. Um die Bindekraft zu schwächen, kann ein Beschichtungsfilm aus Graphit oder dgl. auf den Trennendflächen des Grünlings vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand einer Ausführung beschrieben, in der ein Blockmaterial für den Rohling verwendet wird.
Ein Rohling aus duktilem Gusseisen und ein Guss aus Aluminiumlegierung (entsprechend JIS-Legierung Nr. 2014), die 1% Si, 4% Cu, 0,8% Mn und 0,5% Mg enthält, wurde zu den in Fig. 9 gezeigten Formen eines Hauptkörperabschnitts 1 und eines Kappenabschnitts 2 hergestellt, in die eine Pleuelstange unterteilt war.
Fig. 10 ist eine vertikale Schnittansicht einer plastisch bearbeitenden Form. Die Form umfasst eine Matrize 10, einen durchmesserkleineren Kern 11, einen durchmessergrößeren Kern 12 und obere und untere Stempel 23 und 33. Der durchmessergrößere Kern 12 ist in einen durchmessergrößeren oberen Kern 12a seitens des oberen Stempels 33 und eine durchmessergrößeren unteren Kern 12b seitens des unteren Stempels 23 derart unterteilt, dass ein Spalt 12c zwischen beiden Kernen erzeugt wird, wenn ein Druck ausgeübt wird. Wenn eine Pleuelstange durch die oberen und unteren Stempel 23 und 33 komprimiert worden ist, werden die Trennendflächen in engen Kontakt miteinander gebracht, und in dem Spalt 12c wird ein Überschussmetall des durchmessergrößeren Endes 7 geformt.
Der Rohling aus dem Gusseisen wurde 950ºC erhitzt, und der Rohling aus der Aluminiumlegierung wurde auf 450ºC erhitzt. Die Rohlinge wurden in die in Fig. 11 gezeigte Form eingesetzt und zur plastischen Bearbeitung gepresst, auf welche Form ein graphitpulverdispergiertes Schmieröl aufgetragen wurde und die auf 400ºC erhitzt wurde. Das Überschussmetall wurde an dem Innendurchmesser des durchmessergrößeren Endes erzeugt, und die Trennendflächen waren in engem Kontakt miteinander, wobei eine kleine Wellung darin erzeugt wurde. Jedes der plastisch bearbeiteten Produkte wurde einer Sandstrahlbehandlung unterzogen, um hierdurch Flecken auf der Oberfläche zu entfernen, und dann wurde das Überschussmetall weggeschnitten. Es wurde ein verjüngter Stift in die Bohrung in dem durchmessergrößeren Ende eingesetzt, um den Hauptkörperabschnitt und den Kappenabschnitt zu trennen.
Der Rohling aus dem Gusseisen hat eine geringere Trennlast als der Rohling aus der Aluminiumlegierung. Die Wellung und die Mehrzahl von Runzeln in Richtung des plastischen Materialflusses wurden auf den gesamten Trennendflächen erzeugt, sodass beide Endflächen miteinander in Eingriff standen. Wenn die zwei Elemente wieder zusammengesetzt wurden, konnte das Zusammensetzen unter Nutzung der Wellungen und der Runzeln korrekt durchgeführt werden. Die Wellungen und die Runzeln in der Aluminiumlegierung waren deutlicher als jene in dem Gusseisen.
Nachfolgend wir eine Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer gesinterten Aluminiumlegierung beschrieben. Die Zusammensetzung der nachfolgend beschriebenen Legierung wird in Gewichts-% angegeben.
Die Form der Pleuelstange ist so wie in den Fig. 11A und 11B gezeigt.
Fig. 11A ist eine Draufsicht der Pleuelstange, und Fig. 11 B ist eine Schnittansicht entlang Linie B-B in Fig. 11A. An gegenüberliegenden Seiten eines Stangenabschnitts 4 sind langgestreckte Vertiefungen 4a und 4a vorgesehen. Um das durchmessergrößere Ende 7 herum ist ein Flansch 7a vorgesehen, und die Trennendflächen (Passflächen) 5 sind mit einem Winkel von 67 Grad in Bezug auf die Achse des Stangenabschnitts 4 schräggestellt.
Ein Cu-Ni (4%)-Legierungspulver, Al-Mg (50%)-Legierungspulver und ein Formschmiermittel wurden mit einem Pulver gemischt, das sich aus der Vermischung eines Al-Si (20%)-Legierungspulvers und eines Reinaluminiumpulvers bei einem Verhältnis von 60 : 40 ergab, um ein Gemisch zu erzeugen, das eine Zusammensetzung hat, die 12% Si, 3% Cu, 0,5% Mg, 0,13% Ni und den Rest Al aufweist. Dieses Pulvergemisch wurde in einer Form komprimiert, um separat Grünlinge für einen Hauptkörperabschnitt und einen Kappenabschnitt jeweils mit einer Dichte von 2,25 g/cm³ sowie einen Grünling für einen anderen Kappenabschnitt mit einer Dichte von 2,0 g/cm³ herzustellen.
Zusätzlich wurde ein Formschmiermittel zu einem Reinaluminiumpulver hinzugemischt, und ein resultierendes Gemisch wurde geformt, um einen Grünling zu erzeugen, der die Form eines Kappenabschnittrohlings aufweist mit einer Dichte von 2,2 g/cm³. Diese vier Grünlinge wurden auf eine Temperatur von 400ºC erhitzt, um das Formschmiermittel zu beseitigen, und dann für eine 1 Stunde bei 540ºC gesintert, zur Herstellung eines Hauptkörperabschnitts (Rohling A) aus Aluminiumlegierung, eines Kappenabschnitts (Rohling B) aus Aluminiumlegierung, eines Kappenabschnitts (Rohling C) aus Aluminiumlegierung geringer Dichte, und eines Kappenabschnitts (Rohling D) aus Reinaluminium.
Unter Verwendung des ersteren Aluminiumlegierungsgrünlings wurde eine Probe (Rohling E) und eine Probe (Rohling F) hergestellt. Die Probe (Rohling E) wurde hergestellt, indem der Grünling in der gleichen Weise in einem Zustand gesintert wurde, in dem die Trennendflächen des Hauptkörperabschnitts und des Kappenabschnitts aneinander anlagen. Die Probe (Rohling F) wurde hergestellt, indem ein Zinnpartikel-dispergiertes Beschichtungsmaterial auf die Trennendfläche des Hauptkörpers gebürstet und die Trennendfläche getrocknet wurde, und dann der Grünling ebenfalls in einem Zustand gesintert wurde, in dem die Trennendflächen des Hauptkörperabschnitts und des Kappenabschnitts aneinander anlagen. Wenn jede der durch die Sinterbindung hergestellten Proben (Rohinge E und F) an den Trennflächen getrennt wurden, zeigten die Bruchflächen, dass der Hauptkörperabschnitt und der Kappenabschnitt metallurgisch punktweise oder flächenweise verbunden waren. Im Falle der Probe (Rohling F), die durch das Auftragen von Zinn auf die Verbindungsfläche hergestellt wurde, wurden Bruchflächen mit vergrößerten Unregelmäßigkeiten erzeugt.
Diese Rohlinge wurden plastischer Bearbeitung (Heißschmieden) unterzogen. Die verwendeten Rohlinge waren eine Kombination der Rohlinge A und B, eine Kombination der Rohlinge A und C, eine Kombination der Rohlinge A und D und die Rohlinge E und F wurden durch Sinterbindung hergestellt.
Diese Rohlinge wurden auf 450ºC erhitzt und in eine Form gefüllt und gepresst, auf die ein graphitpulverdispergiertes Schmieröl aufgetragen wurde und die auf 400ºC erhitzt wurde, und dann wurden sie zu den in den Fig. 11A und 11B gezeigten Formen gepresst und geformt. Die Rohlinge E und F ließen sich ausgezeichnet in die Form einsetzen.
Jedes der plastisch bearbeiteten Produkte wurde einer Sandstrahlbehandlung unterzogen, um auf ihrer Oberfläche Flecken zu entfernen. Dann wurde das Überschussmetall in dem axialen Loch in dem durchmessergrößeren Ende entfernt, und es wurde ein verjüngter Stift in die Innenumfangsfläche des durchmessergrößeren Endes eingesetzt, um den Hauptkörperabschnitt von dem Kappenabschnitt zu trennen. Der Vergleich der maximalen Last, die für die Trennung erforderlich war, zeigt, dass die maximale Last höher war im Falle der plastisch bearbeiteten Produkte, die aus den durch Sinterbindung hergestellten Proben (Rohlinge E und F) erhalten wurden, und niedriger im Fall des plastisch bearbeiteten Produkts, das aus der Probe erhalten wurde, das unter Verwendung der niedrigdichten Aluminiumlegierung für den Kappenabschnitt hergestellt wurde. Zusätzlich war in dem plastisch bearbeiteten Produkt, das aus der Probe (Rohling D) erhalten wurde, die unter Verwendung des Reinaluminiums für den Kappenabschnitt hergestellt wurde, die Wellung relativ groß.
Fig. 12 ist eine vertikale Schnittansicht einer plastisch bearbeitenden Form. Diese Form hat eine Struktur, die der in Fig. 10 gezeigten im Wesentlichen ähnlich ist. Jedoch ist die Innenbohrung in der Matrize 10 seitens des durchmessergroßen Endes größer als die Außenform des Rohlings; die Außendurchmesser der durchmessergrößeren oberen und unteren Kerne 12a und 12b sind größer festgelegt als der Innendurchmesser des Rohlings, und die Achse des Kerns ist von der Achse der Bohrung in dem Rohling fehlausgerichtet, sodass der Kappenabschnitt auf der Basis der Innenfläche des Hauptkörperabschnitts gemäß Fig. 12 nach rechts abgetrennt wird. An einer Endfläche des durchmessergroßen oberen Kerns 12a ist ein Vorsprung 12d vorgesehen. Wenn der Vorsprung 12d an den durchmessergrößeren unteren Kern 12b angelegt wird, entsteht ein Spalt 12c, der dem in Fig. 11 gezeigten ähnlich ist, sodass die durchmessergrößeren oberen und unteren Kerne 12a und 12b auf vorbestimmte Positionen abgesenkt und dort gestoppt werden.
Der Rohling wird in einen Matrizenhohlraum in einem Zustand eingesetzt, in dem er durch die durchmessergrößeren oberen und unteren Kerne 12a und 12b festgeklemmt wird. Der Innendurchmesser des Rohlings wird aufgeweitet, um die gesinterte/verbundene Fläche zu brechen oder um in der gesinterten/verbundenen Fläche einen Riss zu bilden. Dann wird der Rohling durch die oberen und unteren Stempel 23 und 33 komprimiert und plastisch verformt.
Mittels der in Fig. 12 gezeigten Form wurde der gesinterte und verbundene Rohling (Rohling E) in der gleichen Weise wie oben beschrieben zur plastischen Bearbeitung erhitzt. Das Überschussmetall in dem plastisch bearbeiteten Produkt wurde weggeschnitten, und dann wurde ein verjüngter Stift in das axiale Loch gedrückt. Es wurde eine Last gemessen, die zum Trennen des Hauptkörperabschnitts von dem Kappenabschnitt erforderlich ist. Diese Last war höher als in dem plastisch bearbeiteten Produkt, das unter Verwendung eines nicht gesinterten und nicht verbundenen Rohlings hergestellt wurde.
Dann wurde das plastisch bearbeitete Produkt verwendet, das mittels des gesinterten und verbundenen Rohlings (Rohling E) hergestellt wurde, bei dem sowohl der Hauptkörperabschnitt als auch der Kappenabschnitt aus Aluminiumlegierung hergestellt waren, und das Überschussmetall innerhalb der Axialbohrung in dem größeren Ende wurde durch den Stempel weggestanzt. Danach wurde das plastisch bearbeitete Produkt durch die oberen und unteren Stempel in einer Form gewöhnlicher Struktur auf 4 Tonnen/cm³ komprimiert, um die Innen- und Außenumfangsflächen jeweils des größeren und kleineren Endes maßzuprägen. Die Last, die für die Trennung des maßgeprägten Produkts durch den verjüngten Stift erforderlich war, war geringer als die für das plastisch bearbeitete Produkt.
Zusätzlich wurde der Rohling E auf eine Temperatur von 500ºC erhitzt und dann durch Anordnen desselben in Wasser abgeschreckt und bei einer Temperatur von 240ºC einer Alterungsbehandlung unterzogen. Die Last, die für die Trennung dieses Produkts erforderlich war, war geringer als die für das plastisch bearbeitete Produkt.
Fig. 13 ist eine Fotografie, die das Aussehen einer Trennfläche eines Produkts zeigt, das hergestellt wurde, indem das gesinterte Produkt des Hauptabschnitts (Rohling A) und des Kappenabschnitts (Rohling B), die beide aus der Aluminiumlegierung hergestellt waren, einer plastischen Bearbeitung in der in Fig. 10 gezeigten Form unterzogen wurde, das plastisch bearbeitete Produkt von der Temperatur von 500ºC abgeschreckt wurde und dann es für 3 Stunden einer Alterungsbehandlung unterzogen wurde. Eine gerundete Bohrung ist eine durch Bohren definierte Bolzenbohrung, und ein langgestreckter Abschnitt ist ein Überschussmetallabschnitt, der in einer Axialbohrung durch die plastische Bearbeitung hergestellt wird. Beide Elemente, sowohl der Hauptkörperabschnitt als auch der Kappenabschnitt, wurden durch das Bohren der Bolzenbohrung nicht getrennt. Die metallographische Struktur dieses Materials ist eine marmorierte Struktur, in der wenig Poren zu sehen sind und die eine Legierungsphase, in der Primärkristalle mit einer maximalen Korngröße von etwa 25 mm verteilt sind, sowie eine Aluminiumfestlösungsphase aufweist.
Wie in Fig. 13 gezeigt, ist in der Trennendfläche ein Vorsprungsabschnitt oder ein Abschnitt nahe dem Vorsprungsabschnitt vertieft, und somit wird die Formung einer großen Wellung von 0,5 bis 1 mm und ein Muster, das eine große Anzahl welliger Furchen von etwa 0,05 mm aufweist, beobachtet.
Die Wellung und die Unregelmäßigkeiten der welligen Furchen stehen mit jenen an der Passfläche des Passelements in Eingriff, und daher kann sich das Hauptkörperabschnittelement gegen das Kappenabschnittelement unter Nutzung dieser Wellungen und Unregelmäßigkeiten abstützen. Somit kann bei der Montage der Pleuelstange bei einem Motor das Hauptkörperabschnittelement und das Kappenabschnittelement leicht zueinander ausgerichtet werden, ohne relativ zueinander verrutschen, und sie können mit guter Genauigkeit positioniert werden.
Der Überschussmetallabschnitt ist eine weiße Bruchfläche. Dies zeigt an, dass die Verbindung der beiden Elemente durch die plastische Verformung fest ist. Somit werden beim Bohrprozess beide Elemente nur schwer voneinander getrennt, und wenn der Überschussmetallabschnitt beseitigt wird, können die Elemente mit geringer externer Kraft getrennt werden.
Nun wird eine Ausführung eines geteilten Lagers beschrieben.
Es wurde ein Pulver aus bleihaltiger auf Bronze basierender Legierung (LBC- Material) in einer Form kompaktiert, um einen Grünling mit einer geteilten zylindrischen Form zu erzeugen. Ein gesintertes Produkt aus dem Grünling wurde in eine gewöhnliche zylindrische Lagermaßprägeform gepresst, um ein zylindrisches Lager herzustellen, bei dem die Trennendflächen eng miteinander verbunden sind. Dieses zylindrische Lager kann durch Einpressen eines verjüngten Stifts in eine Bohrung getrennt werden, und die getrennten Elemente können mittels der Unregelmäßigkeiten an den Trennendflächen leicht miteinander vereinigt werden. Ferner wurde ein vorbestimmter Grad an wahrer Kreisförmigkeit erreicht.
Wie oben diskutiert, werden nach dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Rohlingen, die an einer beabsichtigten Trennfläche für ein geteiltes mechanisches Teil oder eine geteilte mechanische Komponente getrennt sind, oder ein verbundener Produktrohling, der durch Sintern und Verbinden einer Mehrzahl von gesinterten und verbundenen Rohlingen erhalten ist, in einer Form komprimiert, um diese plastisch zu verformen, bis ihre Trennendflächen zusammenhängen. Daher kann die Trennung in einem einfachen Schritt leicht durchgeführt werden. Ferner können die mehreren Rohlinge leicht mit guter Genauigkeit unter Nutzung der Wellungen und welligen Furchen ausgerichtet werden, die an den Trennendflächen als Folge der plastischen Verformung erzeugt werden, und die Pleuelstange oder das Lager kann mit guter Dimensionsgenauigkeit hergestellt werden. Das Material für die mehreren Rohlinge kann geeignet gewählt werden. Ferner kann die enge Verbindungskraft durch eine Kombination verschiedener Maßnahmen richtig eingestellt werden, wie etwa das Vorsehen der Unregelmäßigkeiten an den Trennendflächen, der Sinterbindung, des Vorsehens des Überschussmetalls, des Auftragens eines lösbaren Beschichtungsfilms auf die beabsichtigte Trennebene, Kaltmaßprägung, Abschreckung und dgl. Daher ist es möglich, den Anforderungen der Größe und Form des geteilten mechanischen Teils und des Durchschneid- oder Schneidprozesses nachzukommen und ein geteiltes mechanisches Teil mit guter Effizienz herzustellen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines geteilten mechanischen Teils, umfassend:

Vorbereiten einer Mehrzahl von Rohlingen (81, 82) mit beabsichtigten Trennflächen;

Sintern der Rohlinge;

plastisches Verformen der gesinterten Rohlinge, bis sie aneinander hängen, um hierdurch ein plastisch bearbeitetes Produkt vorzusehen; und

Ausüben einer Last auf das plastisch bearbeitete Produkt in einer Richtung zum Brechen des plastisch bearbeiteten Produkts an den beabsichtigten Trennflächen, um hierdurch das plastisch bearbeitete Produkt in eine Mehrzahl von Elementen (1, 2) zu brechen und zu teilen,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:

Vorbereiten einer Mehrzahl von Rohlingen (81, 82), die aus einem gesinterten Material hergestellt sind, das an beabsichtigten Trennflächen (5) geteilt ist, die so angeordnet sind, dass sie eine Bohrung eines resultierenden Produkts queren;

Sintern und Verbinden der Rohlinge, wobei die beabsichtigten Trennflächen aneinander anliegen, um ein gesintertes Produkt (83) vorzusehen;

Anordnen des gesinterten Produkts in einer plastisch bearbeitenden Form, während die Bohrung aufgeweitet wird;

Brechen des gesinterten Produkts an den gesinterten und verbundenen Flächen des Produkts, oder Erzeugen eines Bruchs in dem gesinterten Produkt, der sich entlang den gesinterten und verbundenen Flächen erstreckt, und dann Pressen von Bruchstücken des Produkts oder des Produkts im gebrochenen Zustand; und

plastisches Verformen der Bruchstücke des Produkts oder des gebrochenen Produkts, bis die Stücke aneinander hängen oder bis das gebrochene Produkt an den beabsichtigten Trennflächen wieder vereinigt wird, um das plastisch bearbeitete Produkt vorzusehen, das dann gebrochen wird, um die Mehrzahl von Elementen (1, 2) vorzusehen.

2. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach Anspruch 1, worin das Vorbereiten der Rohlinge (81, 82) erreicht wird durch gleichzeitiges Kompaktieren und Formen von gesintertem Legierungsmaterial unter Verwendung einer Form, die mit einer einzigen Matrize (10) versehen ist, die Hohlräume zur Formung der Rohlinge aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach Anspruch 1, worin das Vorbereiten der Rohlinge (81, 82) des gesinterten Materials erreicht wird durch Kompaktieren und Formen eines Pulvermaterials in eine integrale Konfiguration, die miteinander vereinigte Abschnitte für die Rohlinge aufweist, um einen Grünling vorzusehen, und Brechen und Teilen des Grünlings an den beabsichtigten Trennflächen (5) in Bruchstücke und dann Sintern der Bruchstücke des Grünlings.

4. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin als die Rohlinge (81, 82) des gesinterten Materials eine Mehrzahl gesinterter Produkte mit unterschiedlichen Dichten und unterschiedlichen Höhen in einer Pressrichtung verwendet und plastisch verformt werden.

5. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin jeder der Rohlinge (81, 82) aus einem Grünling des gesinterten Materials hergestellt ist und ein Beschichtungsfilm aus einem Metall, das bei einer Temperatur von gleich oder niedriger als einer Sintertemperatur geschmolzen wird, auf den beabsichtigten Trennflächen (5) zumindest eines der Rohlinge ausgebildet wird und dann die Grünlinge gesintert und miteinander verbunden werden, wobei ihre beabsichtigten Trennflächen aneinander angelegt werden.

6. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin an der beabsichtigten Trennfläche (5) zumindest eines der Rohlinge (81, 82) ein lösbarer Beschichtungsfilm vorgesehen wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin in der plastischen Bearbeitung des an der Bohrung zu teilenden mechanischen Teils in dem Formhohlraum eine Form mit einer Struktur verwendet wird, in der eine Kernstange (12) zur Formung der Bohrung des mechanischen Teils axial in zwei Abschnitte unterteilt ist und gegenüberliegende Flächen der Abschnitte der Kernstange zwischen sich einen Spalt (12c) definieren, wobei die Rohlinge gepresst und plastisch verformt werden, bis die Rohlinge an ihren beabsichtigten Trennflächen (5) aneinander hängen, um hierdurch ein plastisch bearbeitetes Produkt vorzusehen, und in der Bohrung in dem plastisch bearbeiteten Produkt eine Rippe gebildet wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das plastisch bearbeitete Produkt (83) durch warme oder heiße plastische Bearbeitung erhalten und dann gepresst und einer Maßprägung bei Umgebungstemperatur unterzogen wird, um hierdurch eine Spannung um die beabsichtigten Trennflächen (5) herum oder Brüche, die sich entlang den beabsichtigten Trennflächen erstrecken, zu vergrößern.

9. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das plastisch bearbeitete Produkt (83) oder maßgeprägte Produkt (1, 2) erhitzt und abgeschreckt wird, um eine Spannung um die beabsichtigten Trennflächen (5) herum oder Brüche, die sich entlang den beabsichtigten Trennflächen erstrecken, zu vergrößern.

10. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 9, worin die plastisch zu bearbeitenden Rohlinge (81, 82) aus Legierungen hergestellt sind, die voneinander unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.

11. Verfahren zur Herstellung eines geteilten mechanischen Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin jeder der Rohlinge (81, 82) aus gesinterter Aluminiumlegierung hergestellt wird.