燒結件表面壓實方法

專利名稱：燒結件表面壓實方法
燒結件表面壓實方法 本發明涉及一種具有權利要求1所述特征的燒結件表面壓實方法，以及一種具有權利要求15所述特征的陰模模具和一種具有權利要求37所述特 征用來實施本方法的陽模。燒結件(也就是用金屬粉末經壓制、燒結后制成的工件)長期以來用于替 代鑄造工件或者全車削工件。受制造工藝的限制，燒結件具有或多或少的孔隙 度，對抗彎強度和耐磨性有不利影響，例如以粉末冶金法制成的齒輪不適宜用 于高負荷齒輪箱之中。為了減小燒結件孔隙度的不利影響，已知可通過再次擠壓對燒結件毛坯進 行表面壓實。專利US 6,168,754B1公開了一種使用陰模模具進行表面壓實的 方法。按照該方法所述，對燒結毛坯(也就是用粉末金屬經壓制、燒結后制 成的零件)的外表面進行壓實，方法是通過一個多級陰才莫模具對其進行擠壓。陰模模具包括多個軸向相隔一定間距的陰模板，具有與燒結毛坯形狀基本相符 的模口，其內徑逐級遞減，并且小于燒結毛坯的外徑。從最大直至最小模口的擠壓過程中，使得燒結件外周邊發生塑性、彈性變形，從而將表面壓實，使燒 結件達到最終尺寸。陰模板之間的間距可允許燒結件通過膨脹來消減每一個陰 模板之后的一部分彈性變形。通過這一系列的陰模板和間隔，使得燒結件在每 一個陰模板之后經歷一次中間卸荷，從而逐步增大變形之后留在燒結件中的殘 余壓應力。這些殘余壓應力可提高拉應力區的抗彎強度，同時還可改善壓實表面的耐 磨性。但US-B1所述方法以及陰模模具的缺點在于由于在各個陰模板之 間設計有間隔，陰模模具的穩定性和耐磨性較小，使得陰才莫沖莫具可承受的變形 力受到明顯限制，且對于某些應用而言，所實現的表面壓實度尚不夠充分。本發明的任務在于，提供一種燒結件表面壓實方法，既可提高燒結件表面 壓實度，同時也使得模具結構簡單。采用具有獨立權利要求1所述特征的一種燒結件表面壓實方法，以及采6用具有權利要求15以及37所述特征的一種陰模模具以及陽模，即可解決這 一任務。使得陰模段連續相互交接，并且使得相互作用壓制面部分之間所測定 的內輪廓內徑從第一陰模段直至最后一個陰模段單調遞減，就可在燒結件沿著 壓制方向朝向最后一個陰模段運動的過程中，使得每一個陰模段被下一個陰模 段所支撐，并且盡可能阻止陰模模具變形。由于這種陰模模具構造十分堅固， 可以大大減小內徑，從而明顯改善燒結件的表面壓實度。這種構造具有令人驚 奇的效果即使沒有按照現有技術所述在依次排列的陰模段之間進行中間卸 荷，也能壓實燒結件的表面，且沒有高變形力所帶來的負面影響，例如咬模現 象。
不必對燒結件的整個外周邊進行表面壓實，而是可以僅限于對外表面的一 部分進行表面壓實。實施本方法時僅僅需要將作用于燒結件接觸面的壓制面大 致相對布置，以便能夠平衡徑向作用力。本發明申請所述的內徑這一概念并不 僅限于圓柱體的直徑，而是在相互作用壓制面之間所測定的相對壓制面部分之 間的寬度。
如果是最后一個陰模段在模具體內部終止的陰模模具，則必須在改變運動 方向之后通過第一模口從陰模模具中取出燒結件，但可以對該方法進行有益的 補充，方法是讓燒結件通過第 一模口對面的第二模口從陰模模具中向外運動。
燒結件與陰模模具之間的相對運動這時可以采用直線方式，或者采用螺旋 運動。如果是接觸面相對于軸線旋轉對稱的燒結件，則既可以采用直線方式， 也可以采用螺旋運動方式或者結合使用這兩種運動方式，擠壓燒結件使其通過 陰模模具。如果是通過螺旋面構成其接觸面的燒結件，則必須以螺旋運動方式 擠壓這些燒結件通過陰模模具。如果是旋轉對稱的燒結件，除了軸向作用于陰 模段壓制面上的滑動摩擦力之外，還可以通過旋轉運動將切向應力分量導入到 燒結件的表面之中，從而對壓實過程形成有利的影響。
如果于從燒結件和/或者陰模模具執行運動，也有利于實施本方法。最為 簡單的情形為陰模模具靜止不動，燒結件從第一陰模段一直運動到最后一個 陰模段;但是從結構以及工藝方面來考慮，有益的方式是從陰模模具執行運動， 或者不僅驅動燒結件，也驅動陰模模具。但是也可以針對兩個組成部分使用相 同的驅動方案或者不同的驅動方案，例如可讓燒結件或者陰模模具執行均勻緩
7慢的運動，并且讓陰才莫模具或者燒結件執行間隙性快速運動，從而產生脈動的 相對速度，如果不希望相對運動停止，并且要從某一個陰才莫段以較高的速度朝 向下一個陰模段運動，那么這種方式就很有益。
在通過陰模模具的運動過程中，既可以沿軸向擠壓、也可以拉拔燒結件； 如果燒結件的軸向尺寸較小，由于存在斷裂危險，應避免施加較大的拉力，僅 限于對軸向尺寸較大的燒結件施加較大拉力。
如果在兩個施壓元件(例如與驅動裝置相連的兩個陽模)之間沿軸向盡可
能大面積對燒結件施加壓力，就能以十分理想的效果將所需壓力施加到燒結件
之中。這樣也可以改變方向執行通過陰模模具的運動，不存在因為出現較高拉
應力而損傷燒結件的危險。為此可以將燒結件夾緊在與陰模形狀基本相符的兩 個陽模之間。
有助于執行該方法的方式為在到達第二模口之前至少改變一次運動方 向，例如當燒結材料比較^:感時，這樣可在進入或者通過最后一個陰模段之前 進行中間卸荷。
按照本方法的一種有益實施例所述，在到達最后一個模口之后，通過第一 模口使燒結件脫離模具，也就是說,在到達最后一個陰模段之后改變運動方向。 在實施本方法之前送入工件的同 一個位置上在陰沖莫模具上送出工件，這種方式 有利于工件流。
由于最后一個陰4莫，歐對實施本方法后獲得的燒結件成品尺寸有影響，因此 最好在最后一個陰模段中將燒結件壓縮到一定的內徑尺寸，該內徑相當于燒結 件的額定尺寸減去壓力引起的燒結件內徑彈性變形值。由于塑性變形主要發生 在燒結件表面，因此可以通過計算方法按照比例估算出彈性變形分量，這樣就 可以對最后 一個陰模段進行適當設計，使得燒結件在脫離最后 一個陰模段之后 基本上具有額定尺寸。這樣可獲得足夠的尺寸精確度，從而不必采取進一步的 加工步驟(例如磨削)使得成品尺寸接近額定尺寸。
在第一模口前端布置一個入口段，且入口段直徑大于燒結件在其外表面處 的毛坯尺寸，將燒結件送入該入口段之中，就能使得燒結件容易進入陰模模具 之中。例如可以沿著壓制方向在第一陰模段前端布置一個入口板，以此來形成 入口段，且入口段的開口比燒結件在其外表面處的毛坯尺寸略微小一些。這樣就可在壓入第一陰模段之前或者在壓入過程中，對燒結件進行可靠定位、導 向。
同樣有益的方式為在經過最后一個陰模段之后，使得燒結件進入緊隨其 后的校準段之中，該校準段的直徑等于燒結件在其外表面處的額定直徑。校準 段可以緊隨最后一個陰模段之后，或者也可以在最后一個陰模段與保持尺寸的 校準段之間配置一個中間區，從而可在進行校準之前對燒結件進行中間卸荷。
按照本方法的一種實施型式所述，使用或者不使用布置在兩個燒結件之間 的抗壓間隔圓角，使得一系列燒結件通過陰模模具。
最筒單的情形是在室溫下實施本方法，如果燒結件在本方法實施過程中的 溫度低于熔化溫度，尤其在低于熔化溫度的100 。C ~ 200 。C范圍內，則較 為有益。在本方法實施過程中相對于室溫提高溫度，可以使得表面壓實過程易 于進行，并且有利于改變結構，使得一方面能夠對成品燒結件的表面特性施加 有益影響，同時也可減小實施本方法所需的作用力。
如果燒結件為軸套、軸瓦、齒輪、鏈輪、齒形皮帶輪或者凸輪元件型式， 則使用本方法特別有益。對于燒結件的這些應用情況而言，使用本方法特別有 助于進行表面壓實、提高抗彎強度。
有利于使用陰模模具的方式為與第一模口相對的第二模口緊隨最后一個 陰模段，也就是說，燒結件可通過整個陰模模具，尤其可以擠壓燒結件通過整 個陰模模具。
按照本發明所述陰模模具的一種有益改進實施型式，在一個陰模段范圍內 的內徑保持不變，也就是該陰模段并不逐漸變窄。如果燒結件上的接觸面旋轉 對稱，則作用于該接觸面的陰模段壓制面是一個平行于軸線的圓柱面。由于圓 柱形陰模段相對容易制作，因此如果所有陰模段各自具有不變的內徑，就可以 使用簡單手段制作用于圓柱形燒結件的陰模模具。
但如果一個陰模段范圍內的內徑朝向第二模口呈線性逐漸減'〗、，也有利于 實施本方法。例如可以通過錐形或者棱錐形壓制面構造產生這個效果，且朝向 第二模口方向縮窄。其它可影響壓實過程的方法為使得某一陰模段范圍內的
內徑朝向第二模口漸減或者遞減。
如果軸向陰才莫段長度大于軸向接觸面長度，也已證明有助于實施本方法。
9這樣可保證在燒結件或者接觸面通過后續陰模段而變形之前，使得燒結件或者 其接觸面完全進入陰模段之中。這樣可按照具體情況使得燒結件運動所需的力 盡可能保持相同，從而能夠以相對筒單的方式(例如對作用于燒結件的液壓缸 進行壓力控制)實現分階段保持相同的運動速度。
最后一個陰模，歐的軸向陰模段長度可以比燒結件的接觸面長度小30%。 這種相對較短的最后一個陰模段可產生僅限于小部分接觸面的揉搓效果，可以 進一步提高表面壓實效率。可以將該陰模段設計成錐形構造，這樣可以增強揉 搓效果。這就特別有助于4吏得燒結件重新通過第一模口離開陰模模具。
尤其當燒結件長度較大時，如果所有陰模段的軸向長度之和大于燒結件的 軸向接觸面長度，則較為有益。這樣僅在小部分接觸面上進行表面壓實，因此 相對于較長的模具而言，對軸向摩擦力的影響比較小。
已證明有助于實施本方法的方式為配置三個至七個之間尤其是五個內徑 不變的陰模段。由于逐漸壓實邊緣層也會產生加固作用，就像一個固體外殼一 樣使得進一步的變形過程遭受逐漸增大的阻力，因此可能的直徑減小程度受到 限制，同時最好按照以上所述的陰模段數量進行分配，因為陰才莫4莫具的制作成 本隨陰模段的數量增大。
按照陰模模具的另 一種有益實施型式所述， 一 系列依次排列的陰模段交替 具有一個不變的內徑和一個逐漸減小的內徑。內徑逐漸減小的陰模段在內徑不 變的陰模段之間起到連續過渡作用，從而可以避免在依次排列的陰模段之間出 現明顯的臺階。
同樣有益的方式為通過倒角或者至少通過圓角構成從一個陰模段到下一 個陰模段的過渡。這樣可以盡可能避免形成銳邊臺階狀過渡，從而避免在陰模 模具上出現較大的磨損。
為了使得通過陰模模具獲得的燒結件實際直徑盡可能接近于額定直徑，最 好使得最后一個陰模段中的內徑值等于燒結件額定尺寸減去壓力引起的燒結 件內徑彈性變形值。如前所述，可以針對這一目的使用足夠的精確度估算燒結 件的彈性變形，從而使得燒結件在通過最后一個陰才莫段之后的尺寸至少近似于 額定尺寸。
如果內4侖廓相對于軸線旋轉對稱，則有利于對圓柱形燒結件(例如軸套)
10進行表面壓實。這樣只要對整個圓周執行一次本方法，就可以壓實圓柱形燒結
件的表面；而如果僅有一部分是圓柱形壓制面，則可能需要執行兩次或三次壓 制操作，且其間要轉動燒結件。
同樣有益的是如果內輪廓相對于軸線輻射對稱，則尤其可以使用陰模模 具對燒結齒輪、齒形皮帶輪或者鏈輪進行表面壓實。如果將某一個陰模段的壓 制面設計成普通圓柱面，則也可將本方法用于形狀不規則的燒結件。因此應用 范圍并不限于旋轉對稱或輻射對稱的燒結件。
也可以通過螺旋面來構成陰模段的壓制面，當以螺旋運動方式執行通過陰 模模具的運動時，就可以對斜齒型齒輪的表面進行壓實。
如果至少以逐段方式通過內直齒構成陰模段的壓制面，則可以對直齒型正 齒輪或者正齒輪的一部分進行表面壓實。這時的齒面沿著軸向延伸。
如果至少以逐段方式通過內斜齒構成陰模段的壓制面，則也可以對斜齒型 正齒輪或者正齒輪的 一部分進行表面壓實。
陰才莫^t具不僅可以在軸向、也可以在徑向由多個陰4莫部件組成，但如果陰 模模具為整體構造，則可以實現特別堅固的結構。
如果在第一陰模段前端朝向第二模口的方向布置一個其內徑大于燒結件 毛坯直徑的入口段，則特別有助于將燒結件送入陰模模具之中。所述入口段相 當于一個陰模段，但采用間隙配合方式替代與燒結件之間的壓配合。
為了提高尺寸精確度，還可以沿著壓制方向在最后一個陰模段之后連接一 個校準段，該校準段具有小于燒結件額定直徑的校準直徑。所述校準段可以直 接緊隨最后一個陰模段之后，或者在此之間留出 一段可對燒結件進行中間卸荷 的間距，從而可在校準段前面通過膨脹方式至少部分減小燒結件的彈性變形。
以下將根據附圖所示的實施例，對本發明進行詳細解釋。
以簡化示意圖表示的附圖如下
附

圖1 按照附圖2中的剖切線I-I將本發明所述陰模模具以及一個待 加工燒結件剖開后的縱剖面附圖2按照附圖1中的剖切線II-II將陰模模具另一種實施例以及一 個待加工燒結件剖開后的橫斷面；
附圖3陰才莫;漠具另一種實施例的局部縱剖面圖；附圖4陰模模具另一種實施例的局部縱剖面圖； 附圖5陰模模具另一種實施例的局部縱剖面圖； 附圖6 陰才莫;漠具另一種實施例的局部縱剖面圖； 附圖7 陰模模具另一種實施例的軸向俯視圖； 附圖8陰才莫模具另一種實施例的俯視圖； 附圖9陰模模具另一種實施例的俯視附圖10另外兩種具有直內齒或者斜內齒的陰模模具實施例的俯視附圖11陰才莫^t具另一種實施例的縱剖面附圖12陰才莫才莫具另一種實施例的縱剖面附圖13同時擠壓兩個燒結件通過陰模模具的方法；
附圖14拉拔燒結件通過陰模模具的方法；
附圖15使用兩端可施加壓力的燒結件實施本方法；
附圖16陰模模具的另一種實施例，具有一個附加入口段和一個附加校準段。
在描述不同的實施例中，相同的部件均具有相同的附圖標記或者相同的部 件名稱，且所有描述中所包含的公布內容均可轉用于具有相同附圖標記或者具 有相同部件名稱的部件。描述內容中所選用的位置說明(例如上、下、側面等 等)均對應于直接描述的或者繪制的附圖，且在位置改變后將其轉用于新的位 置。所介紹以及所描述的不同實施例中的單一特征或者組合特征也可用來表 達自身獨立的解決方案、發明解決方案或者本發明所述的解決方案。
附圖1所示為本發明所述陰模模具1的縱剖面圖，采用沿軸線3使得 燒結件2通過陰模才莫具1的方式，對燒結件進行表面壓實。所述模具包括一 個模具基體4，在模具表面5上具有第一模口 6，從這里開始沿著軸線3有 多個陰模段7、 8和9進入模具基體4的內部。緊接在第一模口 6之后的 是第一陰模段7，最后一個陰模段9在如圖所示的實施例中一直延伸到對面 的第二模具表面10,并且以此構成第二模口 11。與圖中所示實施例的不同之 處在于，最后一個陰模段9也可以在模具基體4的內部終止，這樣就不會形 成第二模口 ll。這樣在任何情況下，均必須重新通過第一模口 6從陰模模具 1中取出燒結件2。燒結件2由經過壓制、燒結后的粉末金屬組成，現有^^支術條件下用于制
作這類燒結件的工藝與材料早已為人所知，在此不再予以贅述。
按照如圖所示的實施例，燒結件2為圓盤形狀，且在外表面12處的直 徑13在壓實表面之前等于毛坯直徑14,而在壓實表面之后則具有較小的最 終直徑15。
對燒結件2進行表面壓實的方式為通過第一才莫口 6將其送入第一陰才莫 段7之中，隨后進入其它陰模段8，直至到達最后一個陰模段9,且在每一 個陰模段7、 8、 9之中將燒結件2的外表面12、至少部分外表面12朝向 陰模段7、 8、 9的壁面16擠壓。這時燒結件2外表面12上的一個或者 多個^l妻觸面17與陰才莫4殳7、 8、 9壁面16上的一個或多個壓制面18形成 壓力接觸。接觸面17可以由一部分外表面12或者由整個外表面12構成； 壓制面18可以由局部壁面16或者由整個壁面16構成；所述局部壁面可以 在軸向延伸以;S7或者沿圓周方向延伸。
使得陰模段7、 8、 9壓制面18的相對或者相互作用段之間的凈寬所定 義的內徑19小于燒結件2的毛坯直徑14，即可產生施壓作用。內徑19這 一概念并不限于圓形橫斷面，而是也可以將其理解為相互作用壓制面部分之間 的凈寬，且這些壓制面部分并非一定要經過陰模模具1的軸線3。燒結件2 上的直徑13同樣也并非僅限于徑向。
沿軸線3依次排列的陰模段7、 8、 9連續相互交接，并且具有從第一陰 模段7,直至最后一個陰模段9單調遞減的內徑19，也就是說，依次排列的 內徑19可以同樣大或者逐漸減小，但不得變大。這樣從第一陰模段7直至 最后一個陰模段9施加在燒結件2接觸面17上的壓力作用就會逐漸增大， 以此定義從第一陰模^殳7直至最后一個陰模段9的壓制方向20。燒結件2 在陰模模具1中最為簡單的運動方式是沿著壓制方向20從第一模口 6直 至最后一個陰模段9做直線運動，隨后燒結件2通過第二沖莫口 11或者在與 壓制方向20相反的方向改變運動方向之后通過第一模口 6離開陰模模具 1。
軸線3方向的直線運動也可以疊加例如旋轉方向21的旋轉運動，這樣 就可使得燒結件2在陰模模具1中執行螺旋運動。通過這種運動形式也可以
13利用陰模模具1對包含螺旋面的燒結件2外表面12進行壓實。在這種情況 下，燒結件2圍繞螺旋軸線22運動，該螺旋軸線與軸線3相互重疊，或者 與其平行，例如當燒結件2外表面12上待壓實的螺旋面并非在燒結件2的 整個圓周上、并且當其不具有旋轉對稱基體時。
燒結件2在陰模模具1中的運動方向可以與用來優化表面壓實度的運 動速度一樣任意變化，例如可以包括改變運動方向、運動停止、極快或者極慢 的運動。通過作用于接觸面17和壓制面18之間的壓配合產生基本上垂直于 接觸面17的壓應力，通過燒結件的運動使得接觸面17也會在軸向直線運動 或者軸向與切向螺旋運動過程中承受滑動摩擦應力。這些作用于燒結件2接 觸面17上的應力使得燒結件2不僅產生彈性變形，也會產生塑性變形，且 塑性變形分量可引起持久不變的表面壓實作用。在表面壓實過程中，將通過擠 壓和燒結作用借助橋接團粒相互結合的粉末金屬顆粒相互緊密擠壓在一起，并 且使之塑性變形。這樣就可減小燒結之后在粉末金屬顆粒之間存在的微孔狀空 腔的體積，并且^_高這一區域內的材料密度。
通過附加滑動摩擦應力產生的表面壓實作用在接觸面17達到最大，并且 沿著朝向燒結件2內部的方向逐漸減小。利用本方法可以將厚度為幾百分之 一毫米的燒結件2邊緣層壓實為幾十分之一毫米及更大的厚度。經過表面壓 實之后，在燒結件2的邊緣層中將會留有殘余壓應力，從而有助于提高抗彎 強度、增強耐磨性。
對本方法有影響的還有燒結件2的軸向長度或者其接觸面17的長度， 以及陰模段7、 8、 9的軸向長度。入附圖1所示，所有陰模段7、 8、 9均 具有大致一樣大的陰模段長度23，且這些陰模段長度大于燒結件2的接觸面 長度24。單個或者多個陰模段長度23尤其是最后一個陰模段9的陰模段 長度23也可以短于燒結件2的接觸面長度24。 接觸面長度24甚至可以 大于所有陰^莫4殳7、 8、 9的長度之和。
可以通過燒結件2的運動以及/或者通過陰模模具1的運動在燒結件2 和陰模模具1之間實現實施本方法所需的相對運動，且燒結件2和陰才莫模具 1分別與各自的驅動裝置或者一個固定機架相連。
在表面壓實方法執行完畢之后，燒結件2要么通過第二模口 11、或者在與壓制方向20相反的方向改變運動方向之后通過第一模口 6離開最后一個 陰才莫,殳9。壓入過程中出現的燒結件2彈性變形至少可以減小一部分，然后 燒結件2的直徑13在彈性回彈力作用下從最后一個陰模段9的內徑19 略微增大為較大的最終直徑15，且最終直徑盡可能等于燒結件2的額定直 徑。從附圖1中利用虛線表示的、也就是沿壓制方向20在最后一個陰模段 9后面繪出的燒結件2可看出其最終直徑15略微大于最后一個陰模段9 的內徑19。附圖2所示為按照附圖i中剖切線ii-n剖開的本發明所述陰模模具
1的橫斷面，包括一個已經壓入其中的燒結件2。在本實施例中該燒結件并不 相對于軸線3旋轉對稱，此外，發生表面壓實的接觸面17并不在燒結件的 全部外圓周范圍內延伸，也就是說，僅對其外表面12的一部分進行壓實。在 陰模模具1上并非全部壁面16均參與壓實，而是僅僅壓制面18與燒結件 2的相應接觸面17進行接觸。可以看出，在最為普通的情況下，僅僅在壁面 16所定義的陰模段7、 8、 9內輪廓25與燒結件2外表面12所定義的外 輪廓26共同作用之處對表面進行壓實。可以在所有陰模段7、 8、 9中通過相 應的壓制面18對燒結件2上的接觸面17進行壓實，但也可以與此不同 即在單個或者多個陰模段7、 8和/或者9中僅僅對單個接觸面7或者其中 的一部分進行壓實，方法是將單個或多個陰模段7、 8、 9中的壓制面18設計 得小一些。
如附圖2所示，本發明并非僅僅涉及到穿過軸線3延伸的直徑13,而 是也涉及到與燒結件2上的外齒齒厚27相關的直徑13。即使在這種情況 下，也可通過單調遞減的內徑19在陰才莫段7、 8、 9的相對壓制面18之間 擠壓、壓實燒結件2的相對接觸面17。
附圖3所示為本發明所述陰才莫模具1另一種實施例的局部縱剖面圖，具 有內徑19沿著壓制方向20逐級變小的四個陰模段7、 8、 9。從陰模段7、 8到緊隨其后的陰4莫^殳8、 9的過渡段可以采用成倒角28型式，或者配以圓 角29,可以沿著壓制方向20在一個凹圓角之后緊隨一個凸圓角。這樣就可 以使得燒結件2從陰模段7、 8到下一個陰模段8、 9平緩過渡，不會因為 銳邊臺階在燒結件2上引起材料磨蝕，或者在陰才莫模具1的過渡段上發生崩O 。
附圖4所示為本發明所述陰模模具1另一種實施例的局部縱剖面圖，該 實施型式的陰模模具并非是整體構造，而是由多個陰模板30組成。按照附圖 3所示的實施例，內徑19在陰模段7、 8、 9范圍內均為定值，即通過圓柱 面31構成這些陰模段；而附圖4所示的陰模模具1則與此不同，在包含圓 柱面31的兩個陰模段7和8、 8和8、或者8和9之間各有一個沿著壓 制方向20 4黃斷面縮窄32的陰模段8。將圓柱面31以及通過例如錐面33、 棱錐面34或者其它縮窄面35構成的橫斷面縮窄部分32按照這種方式進 行排列，就可以通過相對于軸向長度緩慢減小內徑19的方式，較為平緩地增 大燒結件2 ^妻觸面17上的壓應力。
附圖5所示為陰模模具1另一種實施例的局部縱剖面圖，布置在包括圓 柱面31的另外兩個陰模段7和8、或者8和8、或者8和9之間的陰才莫 段8具有一個沿著壓制方向20漸進變化的縮窄面35，也就是說，內徑19 的減小量在陰沖莫段8范圍內沿著壓制方向20逐漸變大或者增加。內徑19 在縮窄面35范圍內漸進減小。
附圖6所示為陰模模具1另一種實施例的局部縱剖面圖，在包含一個圓 柱面31作為壁面16的兩個陰模段7和8、或者8和8、或者8和9之 間布置一個包含縮窄面35作為壁面16的陰模段8，該縮窄面的內徑19沿 著壓制方向變小，也就是遞減變化。
附圖7所示為本發明所述陰模模具1另一種實施例的俯視圖，壁面16 的內輪廓25相對于軸線3旋轉對稱。
附圖8所示為本發明所述陰模模具1另一種實施例的俯視圖，陰模段 7、8、9的壁面16內輪廓25為矩形構造。內輪廓25不僅相對于軸線3輻 射對稱，并且適合用來壓實具有矩形橫斷面的燒結件。
附圖9所示為陰模模具1另一種實施例的俯視圖，包括由一段圓弧、一 條直線段與一個齒段組成的陰模段7、 8、 9壁面16輪廓25。因此本發明所 述燒結件2表面壓實方法部件可用于旋轉對稱或者輻射對稱的燒結件2的 外輪廓26，而且可用于任意形狀的外輪廓26。
附圖10所示為陰模模具1另一種實施例的俯視圖，陰模段7、 8、 9的
16壁面16輪廓25為內齒形36,可將其用來壓實齒4侖的外表面12。
內輪廓25可以沿軸線3方向直線延伸，從而使得陰模模具1適合用于 對直齒型齒輪進行表面壓實；但如果內輪廓25并非呈直線、而是沿著旋轉方 向21以螺旋運動方式延伸到模具內部，則可以使用陰模模具1對具有斜齒 的齒輪進行表面壓實。例如對于壁面16的內輪廓25而言，壁面16也可以 (按照附圖8和附圖9實施例所示)遵循某種螺旋運動，且陰模模具1的 螺旋面形狀的壁面16可以對軸向旋轉的螺旋形燒結件2的相應相互作用接 觸面17進行壓實。
附圖11所示為陰模模具1另一種實施例的縱剖面圖，該陰模模具僅有 一個第一模口 6，因此要在到達最后一個陰模段9直至重新通過第一模口 6 從陰模模具1中取出燒結件2。各個陰模段7的壓制面18在本實施例中以 線性減小的內徑19連續相互交接。各個陰模段7因此在一定程度上融合成 為一個唯一的大陰模段。也可以將陰模模具i的這種實施例用來對燒結件2
的最終直徑15施加影響，方法是以不同的插入深度37將燒結件2送入陰 模模具1。使用陰才莫模具1的這種實施例尤其可以對那些并不注重最終直徑 15、而是注重表面壓實度的燒結件2進行表面壓實。如果使用例如始終不變 的最大力使得燒結件2沿著壓制方向20運動，則即使燒結件2的毛坯直徑 14存在波動，也可獲得大致相同的表面壓實度。
附圖12所示為陰模模具1另一種實施例的縱剖面圖，各個陰模段7、8、 9同樣也融合成為一個唯一的陰才莫段，其壁面16或者壓制面18由一個普通 的縮窄面35構成，縮窄面的內徑19沿著壓制方向20遞減，并且在第二模 口 11范圍內以一個圓柱面31終止。
附圖13所示為本發明所述方法的實施過程，借助一個朝向燒結件2端 面38擠壓的施壓元件39 (例如陽模)擠壓兩個燒結件2沿著壓制方向20 通過陰模模具1。在兩個燒結件2之間布置有一個抗壓的間隔元件56。 施 壓元件39與一種適當的驅動裝置40相連，例如與液壓機、氣動壓機、機械 式壓機等相連。
附圖14所示為沿著壓制方向20拉拔燒結件2通過陰模模具1的方 法。利用一種適當的固定裝置42將拉拔元件41固定在燒結件2之中，例如可采用旋入拉拔元件41的方式，而拉拔元件又與一種適當的驅動裝置40相連。
擠壓燒結件2通過陰模模具1的方法尤其推薦用于軸向長度尤其是接觸面長度24小于直徑13的燒結件2;而拉拔燒結件2通過陰模模具1的另一種方式則可以用于軸向長度大于橫斷面直徑13的燒結件2。
附圖15所示為表面壓實方法的另一種型式，在整個壓實過程中在兩個施壓元件39之間對燒結件2的兩個相對端面38施加壓力43 (以小箭頭表示)。且不僅可沿著壓制方向20運動，也可在反向44運動(以虛線箭頭表示)。就這種實施型式而言，即使是具有較小軸向長度的圓盤狀燒結件2,也可以改變運動方向，例如可用來進行中間卸荷、減小彈性變形。
附圖16所示為一種陰才莫;漠具45,包括一個本發明所述的陰才莫模具1、一個附加入口段46 (沿壓制方向20觀察布置在陰模模具1的第一模口 6前端)以及一個附加校準段47(沿壓制方向20觀察布置在陰模模具1的第二模口 11后面)。
通過一個緊鄰陰模模具1第一模具表面5的入口板48構成入口段46。在入口板48中形成與陰模模具同軸布置的入口 49,入口的壁面16具有與陰模段7、 8、 9 一樣的內輪廓25,但入口所具有的入口直徑50大于燒結件2的毛坯直徑14。入口段46因此有助于將燒結件2準確送入陰才莫才莫具1的第一陰模段7之中。
校準段47包括一個位于模具表面10對面的第二校準板51，該校準板具有一個與陰模模具1同軸的校準口 52,校準口的壁面16具有與陰模模具1 一樣的內輪廓25，但所具有的校準直徑53等于或者小于燒結件2的額定直徑。在經過直徑19小于成品燒結件2額定直徑的最后一個陰模段之后，燒結件在校準段47之中可以膨脹到校準直徑53，也就是膨脹到額定直徑，從而使得最終直徑15至少近似于額定直徑。此外還可以直接在第二模口 11后面連接一個卸荷段54，該卸荷段所具有的卸荷直徑55大于燒結件2的額定直徑或者最終直徑15。燒結件因此可以在卸荷段54中消除大部分彈性變形，從而提高后續校準過程的精度。通過較小的校準直徑還可實現附加揉搓效果。借助校準段可以消除壓實過程中可能產生的軸向錐度。
18校準段在軸線3方向可以長于燒結件在該方向中的結構高度。此外校準 段還可以具有比最后一個陰模段9更大的直徑，從而可在推擠燒結件2經過 第一模口 6的過程中再次形成揉搓效應。
本發明當然也適合用來對燒結件2中的通孔(例如鉆孔)進行表面壓實。 也可使用與陰模模具1 一樣具有不同直徑節段的陽模來替代陰模模具1，當 然在這種情況下，這些相互交接節段的直徑單調遞增。關于陰模模具的所有 其它實施型式同樣也適合于陽模，只不過要改變"內"和"外"這些說法。
內容描述中關于數值范圍的所有數據指的是同時包括任意范圍以及所有 局部范圍的數據，例如數據1~10同時包括下限1和上限10之間的所有局 部范圍，也就是從大于等于1的下限開始至小于等于10的上限終止的所有 局部范圍，例如1~1.7或3.2 ~ 8.1或5.5 ~ 10。
所述實施例均為本發明所述方法以及陰模模具的可能實施型式，需補充說 明的是本發明并不限于所述的實施型式，而是可以將各個實施例進行各種不 同的組合，且該技術領域的專業人士能夠根據本發明的原理實現這種變化可能 性。所有能夠通過組合所述實施例的各種細節來實現的可想而知的實施型式， 均屬于保護范圍。
最終需說明的是為了有助于理解陰模模具的構造，該模具及其構件一部 分并未按照比例繪制，或者有所放大或縮小。 關于本發明所解決的任務可查閱描述內容。
構成本發明所述解決方法的是尤其在附圖1,2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16中所示的實施例。有關本發明所述的任務和解決方法可查閱這些 附圖。
19附圖標記清單
1陰模模具31圓4主面
2燒結件32橫斷面縮窄
3軸線33錐面
4模具基體34棱錐面
5模具表面35縮窄面
6模口36內齒
7陰模段37壓入深度
8陰模段38端面
9陰模段39施壓元件
10 模具表面40驅動裝置
ll陰模段41拉拔元件
12 外表面42固定裝置
13 直徑43壓力
14 毛坯直徑44反向
15 最終直徑45陰模模具
16 壁面46入口段
17 接觸面47校準段
18 壓制面48入o板
19 內徑49入口
20 壓制方向50入口直徑
21 旋轉方向51校準板
22 螺旋軸線52校準口
23 陰模段53校準直徑
24 接觸面長度54卸荷段
25 內輪廓55卸荷段直徑
26 外輪廓56間隔元件
27 齒厚
28 倒角
29 倒圓
30 陰模板
權利要求
1.一種燒結件(2)的表面壓實方法，即使得燒結件(2)在陰模模具(1)中沿著軸線(3)在壓制方向(20)運動，在第一模口(6)處從第一陰模段(7)開始經由多個陰模段(7、8、9)進入最后一個陰模段(9)之中，每一個陰模段(7、8、9)的壁面(16)構成至少一個壓制面(18)，朝向該壓制面對燒結件(2)外表面(12)所構成的接觸面(17)進行擠壓，且在相對于軸線(3)的橫斷面中由壓制面(18)所定義的內輪廓(25)至少近似等于接觸面(17)所定義的外輪廓(26)，其特征在于，在燒結件(2)從第一模口(6)運動到最后一個陰模段(9)之中的過程中，通過連續交替過渡的陰模段(7、8、9)以及在相互作用壓制面(18)之間測定的陰模段(7、8、9)的單調遞減內徑(19)進行表面壓實。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，燒結件(2)通過第一模 口 (6)對面的第二模口 (11)離開陰模模具(l)。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，以直線或者螺旋運動方式^y于運動。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，從燒結件(2) 和/或者陰模模具(1)執行運動。
5. 根據權利要求1~4中任一項所述的方法，其特征在于，擠壓或者拉 拔燒結件(2)的一個或兩個端面(38)使其通過陰模模具(1)。
6. 根據權利要求2-5中任一項所述的方法，其特征在于，在燒結件(2)通過陰模模具(1)運動的過程中在兩個施壓元件(39)之間沿軸向盡可能大 面積對其施加壓力。
7. 根據權利要求1~6中任一項所述的方法，其特征在于，在到達最后 一個陰模段(9)之前至少改變一次燒結件(2)的運動方向。
8. 根據權利要求1或者3~7中任一項所述的方法，其特征在于，燒結 件(2 )在到達最后一個陰模段(9 )之后通過第一模口 ( 6 )離開陰模模具(1 )。
9. 根據權利要求1~8中任一項所述的方法，其特征在于，在最后一個 陰模段(9)對燒結件(2)進4亍壓實，使得最終獲得的內徑(19)等于燒結件(2)的額定尺寸減去壓力引起的燒結件(2)內徑(19)彈性變形值。
10. 根據權利要求1-9中任一項所述的方法，其特征在于，將燒結件(2) 送入布置在第一模口 (6)前端的入口段(46)之中，入口段的直徑(50)大 于燒結件(2)在其表面(12)處的毛坯直徑(14)。
11. 根據權利要求2~10中任一項所述的方法，其特征在于，使得燒結 件(2)經過第二模口 (11)之后進入緊接于其后的校準段(47)之中，且校 準段所具有的校準直徑(53)等于燒結件(2)在其外表面(12)處的額定直 徑。
12. 根據權利要求2~11中任一項所述的方法，其特征在于，使用或者 不使用布置在兩個燒結件(2)之間的間隔元件(56)使得多個燒結件(2)同 時通過陰模模具(1 )。
13. 根據權利要求1~12中任一項所述的方法，其特征在于，在實施所 述方法的過程中，燒結件(2)所具有的溫度比燒結溫度低100 。C尤其是低 200 °C。
14. 根據權利要求1~13中任一項所述的方法，其特征在于，燒結件(2) 為軸套、軸瓦、齒輪、鏈輪、齒形皮帶輪或者凸輪元件型式。
15. 用于對燒結件(2)進行表面壓實的陰模模具(1),具有多個沿著軸 線(3)在壓制方向(20)依次排列的陰模段(7、 8、 9),包括第一模口 (6) 上的第一陰模段(7)以及最后一個陰模段(9);在每一個陰模段(7、 8、 9) 的壁面(16)上至少有一個壓制面(18)在相對于軸線(3)的橫斷面中定義 內輪廓(25),該內輪廓至少近似于布置在燒結件(2)外表面(12)上的接觸 面(17)所定義的外輪廓(26)，其特征在于，陰模段(7、 8、 9)連續相互交 接，并且在壓制面(18)的相互作用段之間測定的內輪廓(25)內徑(19)從 第一陰模段(7)直至最后一個陰模段(9)單調遞減。
16. 根據權利要求15所述的陰模模具(l),其特征在于，第一模口 (6) 對面的第二模口 (11)緊接在最后一個陰模段(9)后面。
17. 根據權利要求15或16所述的陰模模具(l),其特征在于，陰模段 (7、 8、 9)范圍內的內徑(19)在壓制方向(20)保持不變。
18. 根據權利要求15~17中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于，陰才莫段(7、 8、 9)范圍內的內徑(19)在壓制方向(20)呈線性減小。
19. 根據權利要求15-18中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 陰才莫段(7、 8、 9)范圍內的內徑(19)在壓制方向(20)漸進減小。
20. 根據權利要求15~19中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 陰才莫段(7、 8、 9)范圍內的內徑(19)在壓制方向(20)遞進減小。
21. 根據權利要求15~20中任一項所述的陰模模具(1),其特征在于， 至少一個陰模段(7、 8、 9)的軸向陰模段長度(23)大于燒結件(2)的軸向 接觸面長度(24)。
22. 根據權利要求16-21中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 最后一個陰模段(9)的軸向陰模段長度(23)比燒結件(2)的軸向接觸面長 度(24 )小30%。
23. 根據權利要求16-20或22中任一項所述的陰模模具(l)，其特征 在于，所有陰模段(7、 8、 9)的軸向長度之和小于燒結件(2)的軸向接觸面 長度(24 )。
24. 根據權利要求15-23中任一項所述的陰模模具(1),其特征在于， 陰模模具(1)具有三個至七個之間尤其是五個內徑(19)不變、逐級減小的 陰模段(7、 8、 9)。
25. 根據權利要求15-24中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 一系列依次排列的陰模段(7、 8、 9)交替具有不變的內徑(19)和逐漸減小 的內徑(19)。
26. 根據權利要求15-25中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 通過倒角(28)或者至少一個圓角(29)構成從陰模^殳(7、 8、 9)至下一個 陰模段(7、 8、 9)的過渡段。
27. 根據權利要求15~26中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 最后一個陰模段(9)中的內徑(19)所具有的值等于燒結件(2)的額定尺寸 減去壓力引起的燒結件(2)內徑(19)的彈性變形值。
28. 根據權利要求15-27中任一項所述的陰模模具(1),其特征在于， 內輪廓(25)相對于軸線(3)旋轉對稱。
29. 根據權利要求15-27中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于，內輪廓(25)相對于軸線(3)輻射對稱。
30. 根據權利要求15~29中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 以普通的圓柱面構成陰模段(7、 8、 9)的壓制面(18)。
31. 根據權利要求15-29中任一項所述的陰模模具(1),其特征在于， 通過一個螺旋面構成陰模段(7、 8、 9)的壓制面(18)。
32. 根據權利要求15 ~ 27或29中任一項所述的陰模模具(1 ),其特征 在于，至少以逐段方式通過內直齒構成陰模段(7、 8、 9)的壓制面(18)。
33. 根據權利要求15-27或29或31中任一項所述的陰模模具(1 )， 其特征在于，至少以逐段方式通過內直斜構成陰模段(7、 8、 9 )的壓制面(18 )。
34. 根據權利要求15~33中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 至少兩個依次排列的陰模段(7、 8、 9)尤其是所有陰模段(7、 8、 9)相互連 接成一個整體。
35. 根據權利要求15-34中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 沿著壓制方向(20)在第一陰模段(7)前端布置一個入口段直徑(50)大于 燒結件(2)毛坯直徑(14)的入口段(46)。
36. 根據權利要求16-35中任一項所述的陰模模具(1)，其特征在于， 沿著壓制方向(20 )在最后一個陰模段(9 )后端連接一個校準段(47 )，且校 準段直徑(53)等于燒結件(2)的額定尺寸。
37. 用于對燒結件(2)進行表面壓實的陽模，具有多個在壓制方向(20) 沿軸線依次排列的陽模段，在每一個陽模段的壁面上至少有一個壓制面在相對 于軸線的橫斷面中定義一個外輪廓，該外輪廓至少近似于布置在燒結件(2) 內表面上的接觸面所定義的內輪廓，其特征在于，這些陽模段連續相互交接， 并且在壓制面的相互作用段之間測定的外輪廓外徑從第 一陽模段直至最后一 個陽模段沿著壓制方向(20)單調增大。
全文摘要
本發明描述一種燒結件(2)的表面壓實方法，即使得燒結件(2)在陰模模具(1)中沿著軸線(3)在壓制方向(20)運動，在第一模口(6)處從第一陰模段(7)開始經由多個陰模段(7、8、9)進入最后一個陰模段(9)之中，每一個陰模段(7、8、9)的壁面(16)構成至少一個壓制面(18)，朝向該壓制面對燒結件(2)外表面(12)所構成的接觸面(17)進行擠壓，且在相對于軸線(3)的橫斷面中由壓制面(13)所定義的內輪廓(25)至少近似等于接觸面(17)所定義的外輪廓(26)。在燒結件(2)從第一模口(6)運動到最后一個陰模段(9)之中的過程中，通過連續相互交接的陰模段(7、8、9)以及在相互作用壓制面(18)之間測定的陰模段(7、8、9)的單調遞減內徑(19)進行表面壓實。
文檔編號B22F3/16GK101557894SQ200780037321
公開日2009年10月14日 申請日期2007年8月31日 優先權日2006年9月4日
發明者卡爾·迪金格爾, 沃爾夫岡·西斯爾, 赫伯特·施密德 申請人:米巴辛特奧地利股份有限公司