DE3806236C1 - Method for the production of powder-forged components - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung pulver geschmiedeter metallischer Bauteile, die aus zumindest zwei Einzelteilen bestehen, wobei das Bauteil von einer einteiligen Vorform zur Endform aus Pulver gepreßt, ge sintert, geschmiedet, abgekühlt und in seine Einzelteile getrennt wird.The invention relates to a method for producing powder forged metallic components made from at least consist of two individual parts, the component of one one-piece preform pressed to the final shape from powder, ge sinters, forged, cooled and in its individual parts is separated.
Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise angewandt, wenn ein Bauteil hergestellt werden soll, das aus zu mindest zwei einander zugeordneten Einzelteilen besteht. Insbesondere kann es sich dabei um Einzelteile handeln, die zueinander passungsgenau ausgeführt sein müssen. Ein derartiger Fall liegt z. B. bei einem Pleuel mit geteiltem Pleuelkopf vor. Ein solches Pleuel besteht aus dem Lager deckel und dem übrigen Pleuel, wobei diese beiden Einzel teile durch Pleuelschrauben miteinander verbunden werden. Such a method is used, for example, if a component is to be manufactured that is made from there are at least two individual parts assigned to each other. In particular, these can be individual parts, that must be designed to fit each other. A such case is z. B. in a connecting rod with split Connecting rod head. Such a connecting rod consists of the bearing cover and the rest of the connecting rod, these two single parts are connected by connecting rod bolts.
Es ist ein Verfahren der eingangs genannten Gattung be kannt, bei dem die Vorform mit Aufmaß aus Pulver gepreßt wird (Metal Powder Report, Band 39, Nr. 11, erschienen November 1984 (MPR Publishing Services Ltd, Shrewsbury, Großbritannien), Chiaki Tsumuti und Ichiro Nagare, "Appli cation of Powder forging to Automotive Parts", siehe Fig. 8 und 12). Dabei wird im Bereich der zukünftigen Trennfuge zwischen zwei benachbarten Einzelteilen ein zusätzliches Aufmaß vorgesehen. Nach dem Sintern, Schmieden und Abküh len folgt die Trennung des Bauteiles in seine Einzelteile. Dies geschieht durch mechanische Bearbeitung dadurch, daß die Einzelteile in der Trennfuge durch Sägen voneinan der getrennt werden. Das zusätzliche Aufmaß in diesem Bereich wird durch das Sägen weitgehend beseitigt. An schließend ist es notwendig, die beiden Trennflächen der benachbarten Einzelteile mechanisch zu bearbeiten. Je nach Bedarf ist es dabei erforderlich, eine passungsge naue Bearbeitung folgen zu lassen, beispielsweise durch Schleifen.It is a method of the type mentioned be known, in which the preform is pressed with oversize from powder (Metal Powder Report, Volume 39, No. 11, published November 1984 (MPR Publishing Services Ltd, Shrewsbury, United Kingdom), Chiaki Tsumuti and Ichiro Nagare, "Application of Powder forging to Automotive Parts", see Fig. 8 and 12). An additional allowance is provided in the area of the future parting line between two adjacent individual parts. After sintering, forging and cooling, the component is separated into its individual parts. This is done by mechanical processing in that the individual parts are separated from each other in the joint by sawing. The additional allowance in this area is largely eliminated by sawing. At closing, it is necessary to mechanically process the two parting surfaces of the adjacent individual parts. Depending on requirements, it may be necessary to have a precisely fitting machining process, for example by grinding.
Dieses Verfahren erfordert durch das zusätzliche Aufmaß im Bereich der Trennfuge den Einsatz von Werkstoff, der später beim Sägen beseitigt wird. Die Bearbeitung des Sägens und der weiteren mechanischen Nachbearbeitung, nicht zuletzt eines etwa erforderlichen Schleifens, ver langt einen erheblichen Aufwand an Zeit und Kosten. Da sich eine unzureichende mechanische Bearbeitung nicht vollständig ausschließen läßt, ist Ausschuß unvermeidlich. Alle diese Nachteile wiegen besonders schwer, wenn es sich bei der Herstellung um eine Massenproduktion handelt.This procedure requires due to the additional measurement in the area of the parting line the use of material that is later removed during sawing. Editing the Sawing and further mechanical post-processing, not least of any grinding required, ver takes a considerable amount of time and money. There insufficient mechanical processing can be completely excluded, committee is inevitable. All of these drawbacks weigh particularly heavily when it does is a mass production.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend dargelegten Nachteile zu beseitigen, das eingangs genannte Verfahren erheblich zu vereinfachen und gleichzeitig eine passungsgenaue Herstellung der Einzelteile zu ermöglichen. The invention has for its object the above to eliminate the disadvantages set out above Simplify procedures significantly while maintaining a To enable a precise manufacture of the individual parts.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorform vor dem Sintern an der Trennstelle zwischen zwei Einzelteilen mit zumindest einer Kerbe versehen wird, die zwischen Sintern und Schmieden eine Schutzschicht, insbesondere eine Oxidschicht, erhält und beim Schmieden zur Endform geschlossen wird, worauf das Bauteil nach dem Abkühlen durch Bruch in seine Einzelteile getrennt wird.According to the invention, this object is achieved by that the preform before sintering at the point of separation between two individual parts are provided with at least one notch, a protective layer between sintering and forging, especially an oxide layer, is obtained and forged is closed to the final shape, whereupon the component after the cooling by breaking separated into its individual parts becomes.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung weist die Vorform in den Dickenabmessungen ein Aufmaß gegenüber der Endform auf. Die Endform wird beim Schmieden erreicht. Dabei wird die Kerbe der Vorform mehr oder weniger geschlossen. Dies hat zur Folge, daß zwei, vorzugsweise dünne Schutzschichten, insbesondere Oxidschichten, benachbart werden und so für eine Trennung sorgen, die als von der Kerbe ausgehender Riß besteht. Der auf diese Weise hergestellte Riß kann sowohl in seiner Länge als auch in seiner Breite durch die Gestaltung der Kerbe vorbestimmt werden. Nach dem Abkühlen des Bauteils wird die Trennung in seine Einzelteile durch Bruch längs des Risses erreicht.In the method according to the invention, the preform has in the thickness dimensions an oversize compared to the final shape on. The final shape is achieved during forging. Doing so the notch of the preform more or less closed. This has the consequence that two, preferably thin protective layers, especially oxide layers, are adjacent and so for a separation that is considered to originate from the notch Crack exists. The crack made in this way can both in length and in width the design of the notch can be predetermined. After this Cooling of the component will separate the individual parts achieved by breaking along the crack.
Bei einer solchen Trennung des Bauteils wird kein Werkstoff durch mechanische Bearbeitung verbraucht. Es entsteht eine Trennfläche, die keiner Bearbeitung bedarf, da sie passungsgenau ist. Ohne weiteres können zwei benachbarte Einzelteile an ihren Trennflächen wieder passend zusammen gesetzt werden. Diese Trennflächen weisen gegenüber bekannten mechanisch bearbeiteten den wesentlichen Vorteil auf, daß ihre Oberfläche um ein Vielfaches größer ist. Eine höhere Belastbarkeit des Bauteils wird dadurch geboten. Beachtlich sind weiterhin die Ersparnis von Zeit- und Kostenaufwand, da das Trennen durch Bruch mit wesentlich einfacheren Mitteln durchführbar ist als das bekannte Trennen durch mechanische Bearbeitung.With such a separation of the component, no material becomes consumed by mechanical processing. It arises a dividing surface that does not require any processing because it is a perfect fit. You can easily add two neighboring ones Individual parts fit together again at their dividing surfaces be set. These dividing surfaces face known ones mechanically worked on the main advantage that their surface is many times larger. A This provides a higher load capacity of the component. The time and time savings are still remarkable Cost, since the separation by breaking with essential simpler means is feasible than the known Separation by mechanical processing.
Das Verfahren kann gemäß der Erfindung dadurch ausgestaltet werden, daß die Vorform beim Pressen mit einer Kerbe ver sehen wird. Hierzu kann beispielsweise im Preßwerkzeug ein Dorn vorgesehen werden. The method can be designed according to the invention be that the preform when pressed with a notch ver will see. This can be done, for example, in the press tool a mandrel can be provided.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorform aber auch zwischen Pressen und Sintern durch mechanische Bearbeitung mit einer Kerbe versehen werden. Dies ist beispielsweise durch Fräsen oder Stoßen möglich. Je nach dem herzustellenden Bauteil werden eine oder mehrere Kerben an den zur Trennung geeigneten Stellen angebracht.In a further embodiment of the invention, the preform but also between pressing and sintering by mechanical Machining with a notch. This is possible, for example, by milling or pounding. Depending on the component to be manufactured will have one or more notches attached to the places suitable for separation.
Vorteilhaft wird die Vorform vor dem Sintern ausgewogen. Dies ist erforderlich, wenn vorgegebene Toleranzen der Sektionsgewichte eingehalten werden müssen.The preform is advantageously weighed out before sintering. This is necessary if given tolerances Section weights must be adhered to.
Ein dem Pulver beigegebenes Gleitmittel kann anschließend ausgebrannt werden. Sodann kann die Sinterung unter Schutz gas erfolgen.A lubricant added to the powder can then be burned out. Then the sintering can be protected gas.
Vorzugsweise erhält die Kerbe ihre Schutzschicht dadurch, daß die Vorform mit der Kerbe nach dem Sintern zum Schmie den durch die Luftatmosphäre verbracht wird. Diese verhält nismäßig kurze Zeit genügt, um eine dünne Oxidschicht entstehen zu lassen. Das Bauteil kühlt dabei kaum ab, so daß es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich ist, die Vorform mit Sinterhitze zu schmieden.The notch is preferably given its protective layer by that the preform with the notch after sintering to the Schmie which is spent through the air atmosphere. This behaves a thin oxide layer is sufficient let develop. The component hardly cools down, so that it is possible in a further embodiment of the invention is to forge the preform with sinter heat.
Beim Schmieden kann die Kerbe dann vorzugsweise vollständig geschlossen werden, so daß sie dann als Form nicht mehr besteht. Von ihr ausgehend wird aber beim Schmieden, wie vorstehend beschrieben, längs ihrer Schutzschicht, insbeson dere Oxidschicht, ein in Länge und Lage definierter Riß in der Trennstelle erzeugt. Dabei bewirken die beiden einander gegenüberliegenden Schutzschichten, insbesondere Oxidschichten, daß zwischen ihnen die Trennung aufrecht erhalten bleibt.When forging, the notch can then preferably be completely be closed, so that they then no longer as a form consists. Starting from it, however, is how, when forging described above, along its protective layer, in particular their oxide layer, a crack defined in length and position generated in the separation point. The two do opposing protective layers, in particular Oxide layers that maintain the separation between them preserved.
An das Schmieden kann sich das Abkühlen dadurch anschließen, daß das Bauteil durch Luft, Öl oder Schutzgas abgekühlt wird. Dann kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen zwei benachbarten Einzelteilen eine Trennfläche durch Bruch erzeugt werden. Hierzu können Zug-, Druck- und/oder Biegebeanspruchungen aufgebracht werden. Diese greifen an geeigneten Stellen des Bauteiles an. Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Temperatur des Bauteils beim Trennen niedriger als die Raumtemperatur oder ihr höchstens gleich gehalten wird, kann das Trennen dadurch verbessert werden, da die Wahrscheinlichkeit von Verformungsbrüchen vermindert wird. Das Bruchverhalten wird spröder. Ein günstiges Bruchverhalten kann aber auch dadurch erreicht werden, daß die Trennung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt.Cooling can follow the forging by that the component is cooled by air, oil or protective gas becomes. Then in a further embodiment of the invention a separating surface between two neighboring individual parts generated by breakage. For this, pulling, pushing and / or bending stresses are applied. These attack at suitable points on the component. If in Another embodiment of the invention, the temperature of the Component when cutting is lower than room temperature or at most it is kept the same, the separation can thereby be improved since the probability of Deformation fractures is reduced. The breaking behavior becomes brittle. Favorable breaking behavior can also can be achieved in that the separation with high Speed.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels mit geteiltem Pleuelkopf. Dieses Bauteil besteht nach seiner Fertigstellung aus zwei Einzel teilen, nämlich dem Lagerdeckel und dem übrigen Pleuel. Nachdem das Bauteil gepreßt, gesintert, geschmiedet und abgekühlt worden ist, werden gemäß der Erfindung im Pleuel kopf die Löcher für die Pleuelschrauben angefertigt, sodann die Pleuelschrauben und Pleuelmuttern lose in den Löchern montiert und anschließend die Trennfläche in der Trennfuge des Pleuelkopfes durch Bruchtrennung erzeugt. Die lose Montage der Pleuelschrauben und Pleuelmuttern muß so be messen sein, daß genügend Trennweg gegeben ist, um beide Einzelteile voneinander zu trennen. Die Montage hat den Vorteil, daß beide Einzelteile nach dem Trennen einander zugeordnet bleiben. Dadurch ist ein Vertauschen von Lager deckeln und übrigen Pleueln, die nicht zueinander gehören, ausgeschlossen.In particular, the invention relates to a method for Manufacture of a connecting rod with a split connecting rod head. This Once completed, the component consists of two single parts share, namely the bearing cap and the rest of the connecting rod. After the component is pressed, sintered, forged and has been cooled, according to the invention in the connecting rod head made the holes for the connecting rod bolts, then the connecting rod bolts and connecting rods are loose in the holes assembled and then the parting surface in the parting line of the connecting rod head generated by fracture separation. The loose Assembly of the connecting rod bolts and connecting rod nuts must be so measure that there is sufficient separation path to both Separate individual parts. The assembly has that Advantage that both items after separating each other remain assigned. This is an exchange of bearings lids and other connecting rods that do not belong to each other, locked out.
Die Trennung der Einzelteile voneinander kann dadurch erfolgen, daß in den Pleuelkopf ein Trennwerkzeug eingeführt wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Spreiz kopf, eine Keilvorrichtung od. dgl. handeln.This allows the separation of the individual parts from each other take place that a separating tool is inserted into the connecting rod head becomes. This can be a spread, for example act head, a wedge device or the like.
An das Trennen kann sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die spanende Nachbearbeitung des Pleuels anschlie ßen, insbesondere des Lagers des Pleuelkopfes und des Pleuelauges. Vor der spanenden Nachbearbeitung des Pleuel kopfes können dann Pleuelschrauben und Pleuelmuttern fest montiert werden.In a further embodiment, the separation can take place Invention the subsequent machining of the connecting rod ß, in particular the bearing of the connecting rod head and Connecting rod eyes. Before machining the connecting rod head bolts and connecting rods can then be tightened to be assembled.
Im folgenden werden Einzelheiten eines Beispiels für ein Verfahren gem. der Erfindung zur Herstellung eines Pleuels mit geteiltem Pleuelkopf näher beschrieben. Gepreßt wird ein fertiglegiertes Eisenpulver mit etwa 0,1 bis 0,5% Mn, 0,1 bis 0,5% Mo, 0,2 bis 2,2% Ni und 0,3 bis 1,0% C. Dabei wird die Vorform mit ± 0,6% Gewichtstoleranz herge stellt. Die Kerbe wird an der Trennfuge zwischen Lagerdeckel und übrigem Pleuel angebracht. Es wird eine Dichte von etwa 6,0 bis 7,0 g/cm3 erreicht. Nach dem Pressen folgt eine Kontrolle der Sektionsgewichte von Pleuelkopf und Pleuelauge sowie des Pleuels insgesamt. Die Vorform des Pleuels wird im Sinterschmiedeofen kurzgesintert. Dieser Ofen besitzt eine Zone zum Ausbrennen des Gleitmittels und eine weitere Zone zum Sintern, jedoch keine Zone zum Abkühlen. In dem Ofen wird die Vorform innerhalb etwa einer halben Stunde unter einer üblichen Schutzgas-Atmos phäre auf eine Sintertemperatur von 800 bis 1200°C ge bracht. Die gesinterte Vorform wird der Sinterhitze unmit telbar entnommen und dann in einem geschlossenen Werkzeug heiß nachverdichtet. Während die Vorform beim Pressen bereits die Abmessungen des Pleuels mit Dickenaufmaß er halten hatte, wird das Pleuel beim Schmieden auf die End form nachverdichtet. Die in die Vorform eingebrachten beiden Kerben an der Trennfuge zwischen Lagerdeckel und übrigem Pleuel, die sich innerhalb des Pleuelkopfes be finden, werden beim Schmieden unter Bildung je eines Risses geschlossen. Dabei wird ein hochfestes Bauteil mit Dichten erzielt, die größer als 7,6 g/cm3 sind.In the following details of an example of a method according to. the invention for producing a connecting rod with a divided connecting rod head described in more detail. A finished alloyed iron powder with about 0.1 to 0.5% Mn, 0.1 to 0.5% Mo, 0.2 to 2.2% Ni and 0.3 to 1.0% C is pressed Preform with ± 0.6% weight tolerance. The notch is made at the joint between the bearing cap and the rest of the connecting rod. A density of approximately 6.0 to 7.0 g / cm 3 is achieved. After pressing, the section weights of the connecting rod head and connecting rod eye and the connecting rod as a whole are checked. The preform of the connecting rod is briefly sintered in the sintering furnace. This furnace has a zone for burning out the lubricant and another zone for sintering, but no zone for cooling. In the furnace, the preform is brought to a sintering temperature of 800 to 1200 ° C within about half an hour under a normal protective gas atmosphere. The sintered preform is immediately removed from the sintering heat and then hot compressed again in a closed tool. While the preform already had the dimensions of the connecting rod with thickness allowance when it was pressed, the connecting rod is compressed to the final shape during forging. The two notches in the preform at the parting line between the bearing cap and the rest of the connecting rod, which are located inside the connecting rod head, are closed during forging to form a crack. A high-strength component with densities greater than 7.6 g / cm 3 is achieved.
Ein Ausführungsbeispiel eines Pleuels, das nach dem Verfahren gem. der Erfindung hergestellt worden ist, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of a connecting rod, which according to the method acc. the invention has been produced is in the Drawing shown and is described in more detail below.
Es zeigenShow it
Fig. 1 eine Vorform eines Pleuels gem. der Erfindung mit der Einzelheit A, Fig. 1 shows a preform of a connecting rod according to. the invention with the detail A ,
Fig. 2 die Endform des Pleuels gem. Fig. 1 mit der Einzelheit B und Fig. 2 shows the final shape of the connecting rod according to. Fig. 1 with the detail B and
Fig. 3 das Pleuel gem. Fig. 2 mit getrennten Einzel teilen und der Einzelheit C. Fig. 3 shows the connecting rod. Fig. 2 with separate individual parts and the detail C.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß zwei Kerben 11 in der Trennfuge 12 des Pleuelkopfes 13 angebracht worden sind. Das Dickenaufmaß der Vorform gegenüber der Endform gem. Fig. 2 ist in Fig. 1 nicht dargestellt.From Fig. 1 it can be seen that two notches 11 have been made in the parting line 12 of the connecting rod head 13 . The thickness allowance of the preform compared to the final shape acc. Fig. 2 is not shown in Fig. 1.
Fig. 2 zeigt, daß die Kerben 11 (Fig. 1) durch das Schmie den geschlossen worden sind und zu zwei Rissen 14 geführt haben. Fig. 2 shows that the notches 11 ( Fig. 1) have been closed by the Schmie and have led to two cracks 14 .
In Fig. 3 sind der Lagerdeckel 15 und das übrige Pleuel als getrennte Einzelteile dargestellt. Diese beiden Einzel teile sind über die beiden Pleuelschrauben 17 und die nicht dargestellten Pleuelmuttern lose miteinander ver bunden. Zur spanenden Nachbearbeitung des Pleuelkopfes 13 wird der Lagerdeckel 15 mit dem übrigen Pleuel 16 durch die Pleuelschrauben 17 und die nicht dargestellten Pleuel muttern fest verbunden. Die spanende Nachbearbeitung des Pleuelauges 18 erfolgt zweckmäßig gleichzeitig mit der jenigen des Pleuelkopfes 15.In Fig. 3, the bearing cap 15 and the rest of the connecting rod are shown as separate items. These two individual parts are loosely connected to one another via the two connecting rod bolts 17 and the connecting rod nuts, not shown. For cutting post-processing of the connecting rod 13, the bearing cap 15 with the rest of the connecting rod 16 by the connecting rod 17 and the connecting rod, not shown, is fixed to nuts. The machining of the connecting rod eye 18 is expediently carried out simultaneously with that of the connecting rod head 15 .
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