CN105750556A - 使用不同种类粉末的烧结连接杆的生坯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了烧结连接杆的生坯，其包括具有圆形形状由第一粉末形成并且连接到曲柄轴的第一端部。第二端部具有圆形形状由第二粉末形成并且连接到活塞，其中第一端部的直径大于第二端部的直径。杆连接第一端部和第二端部。

Description

使用不同种类粉末的烧结连接杆的生坯及其制造方法

相关申请的交叉参考

本申请要求依据美国法典第35卷第119(a)条于2015年1月6日提交的韩国专利申请No.10-2015-1379的优先权的权益，其全部内容以参考的方式并入此处。

技术领域

本公开涉及使用多种粉末的烧结连接杆的生坯及其制造方法。更具体地，本公开涉及烧结连接杆的生坯及其制造方法，所述烧结连接杆的生坯通过将多种粉末用于构成连接杆的生坯的每个部件可维持性能以及降低制造成本。

背景技术

车辆生产技术不断得到发展以克服多种问题，诸如顾客需求的多样化、性能和质量的改善、通过由竞争和供应扩大以及大规模生产造成的成本降低的降价。

例如，连接杆，其被称为连杆，是用于将活塞的动能通过曲柄轴转移到车轮的元件，并且用于改善性质诸如屈服强度和拉伸强度同时减少连接杆的生产成本的研究是持续的。

在连接杆中，连接到活塞销的部件称为小端，并且通过曲柄销连接到曲柄轴的部件称为大端。进一步地，杆件连接小端和大端，并且是和小端一样需要优异的机械特性诸如拉伸载荷和压缩载荷的部件，并且其横截面具有‘I’形状。

更具体地，形成于内燃机气缸中的爆炸压力通过活塞头将大的压缩载荷纵向施加到连接杆。此外，因为活塞交替地移动，并且在连接杆的纵向方向上持续的力以拉伸载荷和压缩载荷的形式被施加到连接杆，所以连接杆可以是弯曲的。

作为制造具有优异的机械强度诸如拉伸强度和压缩强度的连接杆的方法，可以使用热锻造法或烧结锻造法。此处，机械强度可以是优异的，因为金属流动形成于由热锻造法制造的连接杆中，但因为可能存在大量无用的铸模溢出物(flash)且需要许多锻造过程，所以可能存在关于高制造成本的缺点。

进一步地，由烧结锻造法制造的连接杆具有以下优点：比由热锻造法制造的连接杆更低的制造成本，因为在该工艺过程中不形成铸模溢出物所以材料损耗量非常低，以及无需用于除去残余应力的热处理。

然而，构成连接杆的大端、小端以及杆件需要彼此不同的性质，并且因为它们全部都为了较高的应力使用昂贵的粉末来制造所以可能存在高制造成本。

进一步地，在现有技术中，通过重力加料将粉末填充到模具中，但当使用不同种类粉末时可能存在问题，其中所述重力加料不适于分离和使用不同种类粉末的目的，因为当模具通过重力加速度被降低时粉末被混合在一起。

在该背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增强理解本公开的背景技术，并且因此其可以包含不形成对本领域的普通技术人员已公知的现有技术的信息。

发明内容

本公开已做出努力以解决与现有技术相关的上述问题。

本发明人已开发了烧结连接杆的生坯及其制造方法，所述烧结连接杆的生坯通过使用与用于形成小端和杆件的粉末不同的粉末用于形成大端可以降低制造成本同时维持性能。

本公开可提供使用不同粉末的烧结连接杆的生坯及其制造方法，所述烧结连接杆的生坯通过根据每个部件使用不同粉末制造烧结连接杆的生坯能够维持性能并且降低制造成本。

为了实现上述目的，本公开包括以下要素。

一方面，本公开提供烧结连接杆的生坯，其包括具有圆形形状由第一粉末形成并且连接到曲柄轴的第一端部，具有圆形形状由第二粉末形成并且连接到活塞的第二端部。杆连接第一端部和第二端部。

第一粉末可以包括碳、铜、锰、磷、硫和铁。

大端可以包括碳、铜、锰、磷、硫和铁。

大端可以包括至多0.7wt％的碳、至多2.0wt％的铜、在0.3wt％至0.5wt％之间的锰、至多1.0wt％的磷以及至多0.3wt％的硫。

第二粉末可包括碳、铜、铬、钼、钒、镍、磷和铁。

小端和杆可共同包括碳、铜、铬、钼、钒、镍、磷和铁。

小端和杆可共同包括至多0.7wt％的碳、至多2.0wt％的铜、至多3.0wt％的铬、至多1.0wt％的钼、至多1.0wt％的钒、至多4.0wt％的镍以及至多1.0wt％的磷。

制造烧结连接杆的生坯的方法可包括以下步骤：将第一粉末和第二粉末注入到具有障壁的给料刮板中；提升下游大端冲头(punch)和下游小端冲头，同时将大端铁芯、小端铁芯和下游杆件冲头提升到跟连接杆模具一样的高度，转移给料刮板用于将其沿轨道定位在连接杆模具上；在完成给料刮板的转移后，将第一粉末和第二粉末填充到连接杆模具中，其中通过同时以相同速率提升连接杆模具、大端铁芯、小端铁芯和给料刮板，将第一粉末和第二粉末吸入填充到连接杆模具中；在完成吸入填充后，将给料刮板转移到初始位置，并且然后进一步提升连接杆模具，以便当对填充在连接杆模具中的第一粉末和第二粉末加压时，抑制第一粉末和第二粉末从模具泄漏出来；通过降低位于填充在连接杆模具中的第一粉末和第二粉末的顶部上的上冲头、并且同时提升下游大端冲头、下游小端冲头和下游杆件冲头来对填充在连接杆模具中的第一粉末和第二粉末加压以制造烧结连接杆的生坯；以及提升上冲头并同时降低连接杆模具、大端铁芯和小端铁芯，并且然后取出烧结连接杆的生坯。

在给料刮板中障壁的位置可变为R部件，其是在连接杆的生坯的大端和杆件之间形成的。

连接杆模具、大端铁芯、小端铁芯和给料刮板的提升速率可以为0.1m/s至5m/s。

当给料刮板位于连接杆模具上时，由于障壁的高度比给料刮板的高度长，所以障壁的下端部件，其穿透给料刮板的底部，可与下游杆件冲头的R部件接触。

障壁的下端部件的端部，其与下游杆件冲头的R部件接触，可具有对应于下游杆件冲头的R部件的圆形。

障壁的厚度可以为1mm至5mm。

本发明构思的其它方面和示例性实施例在下文讨论。

可以理解，术语“车辆”或“车辆的”或如这里所用的其它类似的术语一般包括机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车、各种商用车、包括各种船舶的水运工具、航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、充电式混合电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，来自非石油资源的衍生燃料)。如这里所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如同时有汽油为动力和电力为动力的车辆。

附图说明

本发明构思的上述和其它特征现在将结合其某些示例性实施例示出的附图进行详细描述，所述附图在下文仅以举例说明的方式给定，并且因此不限制本发明构思。

图1是烧结连接杆的生坯的平面图。

图2是烧结连接杆的生坯的横断面视图。

图3是给料刮板的透视图。

图4是给料刮板的平面图。

图5是给料刮板的横断面视图。

图6是当给料刮板沿轨道被转移到位于连接杆模具上时给料刮板和模具的平面图和横断面视图。

图7是当第一粉末和第二粉末被填充在连接杆模具中时给料刮板和模具的平面图和横断面视图。

图8是当同时以相同速率提升连接杆模具、大端铁芯、小端铁芯和给料刮板时模具的横断面视图。

图9是当同时以相同速率提升连接杆模具、大端铁芯、小端铁芯和给料刮板时模具的横断面视图。

图10是当将给料刮板转移到初始位置时给料刮板和模具的平面图和横断面视图。

图11是当仅进一步提升连接杆模具时模具的横断面视图。

图12是当对填充的第一粉末和第二粉末加压时模具的横断面视图。

图13是当提升上冲头并同时降低连接杆模具、大端铁芯和小端铁芯时模具的横断面视图。

应了解，所附附图不必按比例绘制，提出了本发明构思的基本原理的各种优选特征例示性的稍微简化的表示。如这里所公开的本发明构思的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分地通过特定的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的若干附图的标识号是指本发明构思的相同或等同的部件。

具体实施方式

在下文中，现在将详细参考本发明构思的各种实施例，本发明的示例在附图中示出并描述如下。虽然本发明构思将连同示例性实施例进行描述，但可以理解本说明书并不旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明构思旨在不仅覆盖示例性实施例，而且也覆盖各种替换、修改、等同物和其它实施例，这可以包括在如由所附权利要求书限定的本发明构思的精神和范围内。

本发明构思涉及使用不同粉末的烧结连接杆的生坯及其制造方法，并且一方面，本发明构思涉及使用多种粉末的烧结连接杆的生坯。

图1是根据本发明构思的烧结连接杆的生坯的平面图，并且图2是烧结连接杆的生坯的横断面视图。如图1和图2所示，根据本发明构思的烧结连接杆的生坯100的特征在于包括：由第一粉末形成并且连接到曲柄轴的圆形大端110、由第二粉末形成并且连接到活塞的圆形小端120，以及用于连接大端110和小端120的棒形杆件130。

在本文中，因为在小端120和杆件130上集中比大端110更多的应力，所以高级合金可以用于保护诸如强度的性质。因此，小端可以使用高级合金粉末等。相反，因为在大端110上集中比小端120和杆件130更少的应力，所以没有必要使用高级合金，诸如用于小端120和杆件130的合金。由于这个原因，当通过使用不同种类粉末的烧结连接杆的生坯制造烧结连接杆时，可以实现降低制造成本等的效果。

为此，在烧结连接杆的生坯中形成大端110的第一粉末可包括碳(C)、铜(Cu)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)和铁(Fe)等，并且基于总大端110重量，碳(C)含量可以在大于0wt％至0.7wt％或更少、铜(Cu)含量可以在大于0wt％至2.0wt％或更少、锰(Mn)含量可以在0.3wt％至0.5wt％、磷(P)含量可以在大于0wt％至1.0wt％或更少、硫(S)含量可以在大于0wt％至0.3wt％或更少，以及可以包括余量的铁(Fe)。

进一步地，形成小端120和杆件130的第二粉末210可包括碳(C)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、镍(Ni)、磷(P)和铁(Fe)等，并且基于总小端120和杆件130重量，碳(C)含量可以在大于0wt％至0.7wt％或更少、铜(Cu)含量可以在大于0wt％至2.0wt％或更少、铬(Cr)含量可以在大于0wt％至3.0wt％或更少、钼(Mo)含量可以在大于0wt％至1.0wt％或更少、钒(V)含量在大于0wt％至1.0wt％或更少的含量、镍(Ni)含量可以在大于0wt％至4.0wt％或更少的、磷(P)含量可以在大于0wt％至1.0wt％或更少，以及可以包括余量的铁(Fe)。

根据本发明构思，构成烧结连接杆的生坯的大端、小端或杆件的成分的数值限制的原因如下。

(1)碳(C)：大于0wt％至0.7wt％或更少

碳(C)改善强度等，并且允许热处理等，但当碳(C)含量超过0.7wt％时，因为脆性和硬度等变得太高，所以可存在使加工性能劣化等的问题。

(2)铜(Cu)：大于0wt％至2.0wt％或更少

铜(Cu)改善强度等，但当铜(Cu)含量超过2.0wt％时，可存在加工性能劣化等的问题。

(3)铬(Cr)：大于0wt％至3.0wt％或更少

铬(Cr)改善强度等，但当铬(Cr)含量超过3.0wt％时，因为其在烧结工艺过程中被氧化，所以可存在钢的强度劣化等的问题。

(4)钼(Mo)：大于0wt％至1.0wt％或更少

钼(Mo)改善强度等，但当钼(Mo)含量超过1.0wt％时，可存在加工性能劣化的问题。

(5)钒(V)：大于0wt％至1.0wt％或更少

钒(V)改善强度等，但当钒(V)含量超过1.0wt％时，可存在加工性能劣化等的问题。

(6)镍(Ni)：大于0wt％至4.0wt％或更少

镍(Ni)改善强度等，但当镍(Ni)含量超过4.0wt％时，可存在加工性能劣化等的问题。

(7)锰(Mn)：0.3wt％至0.5wt％

锰(Mn)通过与硫(S)反应形成硫化锰(MnS)来改善强度等，并且示出固溶强化效果，但当锰(Mn)含量小于0.3wt％时，可存在没有足够的固溶强化效果的问题，而当锰(Mn)含量超过0.5wt％时，可存在疲劳强度和伸长率劣化等的问题。

(8)磷(P)：大于0wt％至1.0wt％或更少

磷(P)改善强度等，并且增加断裂分裂性等，但当磷(P)含量超过1.0wt％时，可存在增加脆性等的问题。

(9)硫(S)：大于0wt％至0.3wt％或更少

硫(S)通过与锰(Mn)反应形成硫化锰(MnS)来改善强度等，并且示出像锰(Mn)的固溶强化效果，但当硫(S)含量超过0.3wt％时，可存在诸如疲劳强度等的性质劣化的问题。

根据本发明构思，使用不同种类粉末的烧结连接杆的生坯可以被应用到内燃机等，并且其可以被应用到车辆引擎等。

另一方面，在下文中本发明构思涉及使用不同粉末制造烧结连接杆的生坯的方法。

根据本发明构思，使用不同粉末制造烧结连接杆的生坯的方法特征在于包括以下步骤：第一步，将第一粉末200和第二粉末210注入到具有障壁310的给料刮板300中，如图3和图5所示，这防止了用于形成圆形大端110的第一粉末200和用于形成圆形小端120且用于形成棒形杆件130的第二粉末210彼此混合，所述棒形杆件130用于连接小端120和大端110。第二步，在图6中示出，提升下游大端冲头410和下游小端冲头425，同时将大端铁芯415、小端铁芯425和下游杆件冲头430提升到跟连接杆模具400一样的高度，并且然后转移给料刮板300用于将其沿轨道320定位在连接杆模具400上。第三步，在图7中示出，在完成给料刮板300的转移后，将第一粉末200和第二粉末210填充到连接杆模具400中。通过同时以相同速率提升连接杆模具400、大端铁芯415、小端铁芯425和给料刮板300，将第一粉末200和第二粉末210吸入填充到连接杆模具400中，如图8和图9所示。第四步，在图10中示出，在完成吸入填充后，将给料刮板300转移到初始位置。进一步提升连接杆模具400，以便当对填充在连接杆模具400中的第一粉末200和第二粉末210加压时，抑制第一粉末200和第二粉末210从模具泄漏出来，如图11所示。第五步，在图12中示出，通过降低位于填充在连接杆模具400中的第一粉末200和第二粉末210的顶部上的上冲头500并且同时提升下游大端冲头410、下游小端冲头420和下游杆件冲头430来对填充在连接杆模具400中的第一粉末200和第二粉末210加压以制造烧结连接杆的生坯100。第六步，在图13中示出，提升上冲头500并同时降低连接杆模具420、大端铁芯415和小端铁芯425，并且然后取出烧结连接杆的生坯100。

在本文中，第一粉末200可包括碳(C)、铜(Cu)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)和铁(Fe)等，其中基于总大端110重量，碳(C)可以在大于0wt％至0.7wt％或更少的含量、铜(Cu)可以在大于0wt％至2.0wt％或更少的含量、锰(Mn)可以在0.3wt％至0.5wt％的含量、磷(P)可以在大于0wt％至1.0wt％或更少的含量、硫(S)可以在大于0wt％至0.3wt％或更少的含量，以及可以包括余量的铁(Fe)。

进一步的，第二粉末210可包括碳(C)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、镍(Ni)、磷(P)和铁(Fe)等，其中基于总小端120和杆件130重量，碳(C)可以在大于0wt％至0.7wt％或更少的含量、铜(Cu)可以在大于0wt％至3.5wt％或更少的含量、铬(Cr)可以在大于0wt％至3.0wt％或更少的含量、钼(Mo)可以在大于0wt％至1.0wt％或更少的含量、钒(V)可以在大于0wt％至1.0wt％或更少的含量、镍(Ni)可以在大于0wt％至1.0wt％或更少的含量、磷(P)可以在大于0wt％至1.0wt％或更少的含量，以及可以包括余量的铁(Fe)。

另一方面，在给料刮板300中障壁310的位置可变为R部件140，其是在连接杆的生坯的大端110和杆件130之间形成的。

进一步地，在第三步中连接杆模具400、大端铁芯415、小端铁芯425和给料刮板300的提升速率可以约0.1m/s至5m/s。在本文中，当提升速率可以为约小于0.1m/s时，因为粉末填充到连接杆模具400中的时间变得太长，所以生产率可能劣化，但当提升速率超过约5m/s时，第一粉末200和第二粉末210不能被充分地填充到连接杆模具400中。

进一步地，当给料刮板300位于连接杆模具400上时，由于障壁310的高度比给料刮板300的高度长，所以障壁的下端部件315，其穿透给料刮板310的底部，可与下游杆件冲头430的R部件140接触。

像这样，当第一粉末和第二粉末通过与障壁310的下端部件315和下游杆件冲头430的接触被吸入填充倒连接杆模具400中时，存在最大抑制第一粉末200和第二粉末210彼此混合的效果。

进一步地，障壁的下端部件315的端部，其与下游杆件冲头430的R部件140接触，可具有圆形，以便对应于下游杆件冲头430的R部件140。

进一步地，当在第二步和第四步中沿轨道320转移给料刮板300时，从给料刮板300的底部处突出的障壁的下端零件315起到了帮助将给料刮板300转移到对应于轨道320的准确位置作用。

而且，障壁310的厚度可以为约1mm至5mm。在本文中，当障壁310的厚度小于约1mm时，因为其不承受第一粉末200和第二粉末210的重量其可能会破裂，并且当障壁的厚度超过约5mm时，其可能在将粉末填充到连接杆模具400中时妨碍填充。

如上所述，具有上述构成的本发明构思具有通过使用与用于形成小端和杆件的粉末不同的粉末用于形成大端来维持连接杆性能以及降低制造成本的效果。

本发明构思已结合其多个实施例进行了详细描述。然而，应该理解，本领域技术人员可以在这些实施例中进行改变，而不脱离本发明构思的原理和精神，本发明构思的范围在所附权利要求书及其等同物中进行限定。

Claims (19)

1.一种烧结连接杆的生坯，其包括：

第一端部，其具有由第一粉末形成的圆形形状并且连接到曲柄轴；

第二端部，其具有由第二粉末形成的圆形形状并且连接到活塞，

其中所述第一端部的直径大于所述第二端部的直径；以及

杆，其连接所述第一端部和所述第二端部。

2.根据权利要求1所述的烧结连接杆的生坯，其中所述第一粉末包括碳、铜、锰、磷、硫和铁。

3.根据权利要求2所述的烧结连接杆的生坯，其中所述第一端部包括碳、铜、锰、磷、硫和铁。

4.根据权利要求3所述的烧结连接杆的生坯，其中所述第一端部包括：

大于0wt％至0.7wt％的碳，

大于0wt％至2.0wt％的铜，

0.3wt％至0.5wt％的锰，

大于0wt％至1.0wt％的磷，

大于0wt％至0.3wt％的硫，以及

余量的铁，

其中wt％基于所述第一端部的总重量。

5.根据权利要求1所述的烧结连接杆的生坯，其中所述第二粉末包括碳、铜、铬、钼、钒、镍、磷和铁。

6.根据权利要求5所述的烧结连接杆的生坯，其中所述第二端部和所述杆共同包括碳、铜、铬、钼、钒、镍、磷和铁。

7.根据权利要求6所述的烧结连接杆的生坯，其中所述第二端部和所述杆共同包括：

大于0wt％至0.7wt％的碳，

大于0wt％至2.0wt％的铜，

大于0wt％至3.0wt％的铬，

大于0wt％至1.0wt％的钼，

大于0wt％至1.0wt％的钒，

大于0wt％至4.0wt％的镍，以及

大于0wt％至1.0wt％的磷，

其中wt％基于所述第二端部和所述杆的总重量。

8.一种制造烧结连接杆的生坯的方法，其包括以下步骤：

将第一粉末和第二粉末注入到具有障壁的给料刮板中；

提升下游第一端部冲头和下游第二端部冲头，同时将第一端部铁芯、第二端部铁芯和下游杆冲头提升到跟连接杆模具一样的高度，

转移所述给料刮板用于将其沿轨道定位在所述连接杆模具上；

在完成所述给料刮板的转移后，将所述第一粉末和所述第二粉末填充到所述连接杆模具中，其中通过同时以相同速率提升所述连接杆模具、所述大端铁芯、所述小端铁芯和所述给料刮板，将所述第一粉末和所述第二粉末吸入填充到所述连接杆模具中；

在完成所述吸入填充后，将所述给料刮板转移到初始位置，然后进一步提升所述连接杆模具，以便当对填充在所述连接杆模具中的所述第一粉末和所述第二粉末加压时，抑制所述第一粉末和所述第二粉末从所述模具泄漏出来；

通过降低位于填充在所述连接杆模具中的所述第一粉末和所述第二粉末的顶部上的上冲头，并且同时提升所述下游第一端部冲头、所述下游第二端部冲头和所述下游杆冲头来对填充在所述连接杆模具中的所述第一粉末和所述第二粉末加压，以制造所述烧结连接杆的生坯；以及

提升所述上冲头并同时降低所述连接杆模具、所述第一端部铁芯和所述第二端部铁芯，并且然后取出所述烧结连接杆的所述生坯。

9.根据权利要求8所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述第一粉末包括碳、铜、锰、磷、硫和铁。

10.根据权利要求9所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述第一端部包括碳、铜、锰、磷、硫和铁。

11.根据权利要求10所述的制造烧结连接杆的所述生坯的所述方法，其中所述第一端部包括：

大于0wt％至0.7wt％的碳，

大于0wt％至2.0wt％的铜，

0.3wt％至0.5wt％的锰，

大于0wt％至1.0wt％的磷，

大于0wt％至0.3wt％的硫，以及

余量的铁，

其中wt％基于所述第一端部的总重量。

12.根据权利要求8所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述第二粉末包括碳、铜、铬、钼、钒、镍、磷和铁。

13.根据权利要求12所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述第二端部和所述杆共同包括碳、铜、铬、钼、钒、镍、磷和铁。

14.根据权利要求13所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述第二端部和所述杆共同包括：

大于0wt％至0.7wt％的碳，

大于0wt％至2.0wt％的铜，

大于0wt％至3.0wt％的铬，

大于0wt％至1.0wt％的钼，

大于0wt％至1.0wt％的钒，

大于0wt％至4.0wt％的镍，以及

大于0wt％至1.0wt％的磷，

其中wt％基于所述第二端部和所述杆的总重量。

15.根据权利要求8所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中在所述给料刮板中所述障壁的位置变为R部件，所述R部件是在所述连接杆的生坯的大端与杆件之间形成的。

16.根据权利要求8所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述连接杆模具、所述大端铁芯、所述小端铁芯和所述给料刮板的提升速率为0.1m/s至5m/s。

17.根据权利要求8所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中当所述给料刮板位于所述连接杆模具上时，由于所述障壁的高度比所述给料刮板的高度长，穿透所述给料刮板的底部的所述障壁的下端部件与所述下游杆件冲头的R部件接触。

18.根据权利要求9所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述障壁的下端部件的端部，与所述下游杆件冲头的R部件接触，所述端部具有对应于所述下游杆件冲头的R部件的圆形。

19.根据权利要求8所述的制造烧结连接杆的生坯的方法，其中所述障壁的厚度为1mm至5mm。