專利名稱：用于使粉末金屬齒輪致密化的方法和設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及粉末金屬預制坯例如齒輪等的燒結(jié)后致密化。
背景技術(shù)：
粉末金屬齒輪及其它粉末金屬部件長久以來為鍛造部件提供了低成本的替代品。粉末金屬成形消除了與機械加工有關(guān)的高成本。但是，傳統(tǒng)制備的粉末金屬部件不具有作為低成本替代品應用到要求高強度的場合(如傳動齒輪)所需的足夠的強度以及尺寸公差。
增加壓實和燒結(jié)粉末金屬部件的密度可以增加其強度。一種此前已知的增加燒結(jié)粉末金屬部件密度的技術(shù)是滾壓成形。例如，粉末金屬齒輪可以在成形模具之間滾壓從而增加部件的密度，特別是表面上的密度，如美國專利No.5,711,187所示。滾壓成形的一個缺點是在滾壓成形過程之后粉末金屬部件的密度不是均勻的。這個問題可以通過反向滾壓成形而略微減輕；但是，與反向滾壓成形相關(guān)的附加工藝步驟會增加過程的成本和復雜性，并且不能消除該問題。
粉末金屬部件也可以經(jīng)受沖鍛從而增加密度。美國專利2,542,912以及5,009,842更詳細的描述了沖鍛。在沖鍛過程中，粉末金屬部件被推動通過成形模具的開口，該成形模具使部件成形。成形模具具有封閉端并且部件被壓迫抵靠著封閉端從而增強或者實現(xiàn)致密化。被致密化的部件從成形模具的開口端移走。沖鍛通常不適于大量的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于使粉末金屬部件如斜齒輪致密化的方法和設備。該方法包括將具有主體和許多從主體突起的齒的壓實粉末金屬預制坯進行燒結(jié)的步驟。粉末金屬預制坯可以被成形為齒輪，例如正齒輪或者斜齒輪。該方法還包括在與主體相切的方向擠壓預制坯每一齒的步驟。齒可以被橫向地擠壓從而使齒致密化以及增加粉末金屬部件的強度。
本發(fā)明還提供了一種用于擠壓預制坯齒的設備。特別地，本發(fā)明提供了具有一個孔以及多個溝槽的模具。該模具的孔可以接收預制坯的主體并且溝槽可以逐一地接收齒。溝槽從孔向外延伸并且限定出長度和寬度。
各個單獨溝槽的寬度沿著長度變化。特別地，溝槽包括沿著長度的變窄的或者縮頸部分。粉末金屬預制坯可以被移動通過模具從而在與粉末金屬預制坯主體相切的方向上擠壓各齒。
具體地，各個齒可以在溝槽的狹窄部分被擠壓。在預制坯被成形為斜齒輪的時候，預制坯可以在移動通過模具的過程中被軸向地移動并且旋轉(zhuǎn)。


與以下相關(guān)詳細說明和附圖結(jié)合考慮，本發(fā)明的這些和其它的特征和優(yōu)點將變得更加易于理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的粉末金屬預制坯和模具的透視部分剖視圖；圖2是圖1所示模具的側(cè)剖視圖；圖3是圖1-2所示模具的第一個頂剖視圖，其中的橫截面是沿著包括溝槽狹窄部分的平面截取的；圖4是圖1-3所示模具的第二個頂剖視圖，其中的橫截面是沿著包括溝槽較寬部分的平面截取的；以及圖5是包括圖1-4所示模具以及許多類似構(gòu)造的模具的多階段成形工具的概略軸向剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種用于制備粉末金屬制品的方法。該方法包括燒結(jié)壓實的粉末金屬預制坯10的步驟，該粉末金屬預制坯10具有主體直徑為14的圓柱形主體12。預制坯10還包括許多從圓柱形主體12伸出到尖端18的齒。這多個尖端18a限定出尖端直徑20。
本發(fā)明還包括在與圓柱形主體12相切的方向橫過各個齒16而擠壓各個齒16的步驟。在擠壓步驟的過程中，主體直徑和尖端直徑14、20基本上可以保持。在擠壓過程中，每一齒16在橫向于單獨齒16縱軸的方向塑性的和彈性的變形。對齒16的擠壓增加了齒16的致密性。
本發(fā)明的方法也可以包括附加的步驟，例如徑向地擠壓多個齒16以及圓柱形主體12，如美國專利No.6,168,754所公開的那樣，因此將其整體結(jié)合在本文中作為參考。
本發(fā)明還提供了用于施行擠壓步驟的擠壓設備32。擠壓設備32包括用于接收以及成形粉末金屬預制坯10的模具22。模具22可以用工具鋼或者任何其它用于成形模具的適宜的材料制造。模具22包括頂表面34和底表面36?？?4在頂、底表面34，36之間延伸。模具22可以包括在頂、底表面34、36的一個或兩個與孔24之間的過渡，例如圓角部分或者倒角44。
多個溝槽26從孔24徑向向外延伸。多個溝槽26的每一個都是由一對齒形輪廓限定出的，例如齒形輪廓25、25a。齒形輪廓25、25a徑向向內(nèi)延伸預定的高度到孔24的中心。圓柱形主體12可以接收在孔24中而齒16可以逐一地接收在溝槽26中。在附圖所示的本發(fā)明實施例中，溝槽26是螺旋形的。模具22接收外形為斜齒輪的預制坯10。但是，可以用具有接收正齒輪的直溝槽的模具實現(xiàn)本發(fā)明。
現(xiàn)在參考圖2-4，多個溝槽26的每一個都包括在頂、底表面34，36之間限定的長度28。此外，每一個溝槽26限定出在孔24和外表面54之間延伸的深度46。深度46可以是沿著長度28基本上恒定。深度46大致對應于齒16的高度。多個表面54限定出對應于尖端直徑20的直徑。
各溝槽26還包括沿著長度28可變化的寬度30、42。例如，溝槽26包括具有第一寬度30的第一部分38和具有第二寬度42的第二部分40。寬度30可以大致對應于齒16的寬度。第二寬度42相對于孔24而言在切線方向上比第一寬度30更窄。
第二部分40可以限定出沙漏形部分50。沙漏部分50包括錐形收縮的或者傾斜的或者漸漸變窄的部分74，其中寬度30a漸漸變窄到寬度42。沙漏部分50還包括錐形擴張的或者傾斜的或者漸漸變寬的部分76，其中寬度42漸漸變寬到寬度30。寬度30和30a可以是相同的或者可以是不同的。沙漏部分50可以沿著長度28以均勻的間距在頂、底表面34、36之間布置。
頂表面34附近的孔24和溝槽26限定出用于接收預制坯10的具有軸線68的模具開口56?？?4和所述多個表面54是同軸的并且基本上垂直于頂表面34延伸，因此模具22是直壁模具。
現(xiàn)在參考圖1，在操作中粉末金屬預制坯10可以與沖頭58可操作地相連。沖頭58可以沿著軸線68軸向地和旋轉(zhuǎn)地移動預制坯10。沖頭58旋轉(zhuǎn)地和軸向地迫使預制坯10通過位于頂表面34附近的襯墊60。襯墊60可以使預制坯10相對于模具22的模具開口56而言便于插入。襯墊60也可以包括與模具22的溝槽26對齊的溝槽62，從而接收和引導齒16的移動。襯墊60可以是由與粉末金屬預制坯10比較相對較軟的材料形成，從而減少預制坯10在未對準的情況下發(fā)生損害的可能性。
沖頭58旋轉(zhuǎn)地和軸向地迫使預制坯10通過模具22。支撐襯墊64可以位于底表面36附近，從而在預制坯10移動通過模具22的過程中支撐模具22。襯墊64可以包括與溝槽26對齊的溝槽66，從而接收和引導齒16的移動。
在預制坯10移動通過模具22的過程中，多個齒16的每一個都穿過各個溝槽26的狹窄部分42。溝槽26的狹窄部分42與由布置在溝槽26相對側(cè)上的齒形輪廓25，25a限定出的寬度加寬區(qū)域相對應。齒16在沿著沙漏部分50的狹窄部分74移動的過程中漸漸被壓縮和變形。齒16的最大壓縮發(fā)生在第二部分40，其中齒16的寬度與第二寬度42相對應。第二部分40用于使齒16的材料橫向位移，壓縮方向相對于主體部分12成切線，從而實現(xiàn)齒16的致密化。
在沿著軸線68移動的過程中齒經(jīng)過第二部分40之后，齒16就可以沿著沙漏部分50的加寬部分76切向向外地擴張，從而恢復在遇到第二部分40以前擁有的至少一些并且優(yōu)選的是基本上所有的變形的彈性分量。溝槽26的加寬部分76與由布置在溝槽26相對側(cè)上的齒形輪廓25，25a限定出的寬度變窄的區(qū)域相對應。
模具22可以結(jié)合在如圖5所示的多階段成形工具中。多個模具22、22A、22B、22C可以相對于繞著軸線68同心布置的模具開口56、56A、56B、56C軸向間隔地排列。模具開口56、56A、56B、56C可以為相同的總體外形而大小不同。例如，最小的模具開口56可以布置在一個軸向端70而最小的模具開口56c可以布置在第二軸向端72。
模具22、22A、22B、22C可以被以軸向間隔關(guān)系固定模具22、22A、22B、22C的分隔板64、64A、64B分隔開。在沿著軸線68移動的過程中，預制坯10可以被旋轉(zhuǎn)以穿過各個模具22、22A、22B、22C。此外，在移動通過任何一個模具22、22A、22B、22C的過程中，圓柱形主體12的主體直徑14和多個尖端18的尖端直徑20可以保持。
顯而易見，按照上述說明，可以進行本發(fā)明的許多改進和變化。因此應當理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以具體敘述以外的其它方式實現(xiàn)。本發(fā)明是由權(quán)利要求限定的。
權(quán)利要求
1.一種用于制造粉末金屬制品的方法，包括以下步驟燒結(jié)具有多個齒的壓實的粉末金屬預制坯；并且迫使粉末金屬預制坯軸向地移動通過具有齒形輪廓的第一模具，所述齒形輪廓至少在預制坯軸向運動方向上的引導部分具有寬度加寬區(qū)域，所述第一模具接合預制坯的齒并使其致密化。
2.如權(quán)利要求1的方法，包括引導粉末金屬預制坯與具有第一襯墊的第一模具接合，第一襯墊具有在預制坯的齒之間延伸的引導齒。
3.如權(quán)利要求2的方法，包括沿著螺旋線形成第一模具的齒形輪廓。
4.如權(quán)利要求3的方法，包括沿著螺旋線形成第一襯墊的引導齒。
5.如權(quán)利要求3的方法，包括在軸向移動通過模具的過程中使預制坯齒的尖端直徑基本上保持恒定。
6.如權(quán)利要求3的方法，包括使預制坯離開寬度加寬的區(qū)域并且進入由齒形輪廓限定出的寬度變窄的區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求3的方法，包括提供多個軸向連續(xù)的襯墊和模具，模具的各個齒形輪廓用于使預制坯齒的致密性逐漸增大。
8.如權(quán)利要求7的方法，包括沿著對應于預制坯齒螺旋結(jié)構(gòu)的共同螺旋軸線，使多個模具的各齒形輪廓和襯墊的各引導齒對齊；并且形成多個模具的各連續(xù)變窄的齒形輪廓，從而實現(xiàn)預制坯齒的逐漸致密化。
9.一種用于使燒結(jié)粉末金屬齒輪預制坯的斜齒輪螺旋齒致密化的設備，包括至少一個引導元件，其具有在第一引導的軸向方向延伸的螺旋齒；至少一個致密化模具，具有在軸向與所述至少一個引導元件的螺旋齒依次對齊的螺旋齒，所述致密化模具的所述螺旋齒具有在軸向方向上可變的寬度，從而在相鄰的齒之間限定出比引導元件的相鄰螺旋齒之間的間距更窄的收縮區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9的設備，其特征在于，所述至少一個引導元件進一步被限定為多個引導元件，所述至少一個致密化模具被進一步限定為多個致密化模具，并且所述多個引導元件和所述多個致密化模具以軸向交替的順序排列。
11.如權(quán)利要求10的設備，其特征在于，由相應的多個所述致密化模具限定出的各個所述收縮區(qū)域逐漸變小，從而逐步實現(xiàn)預制坯的齒的致密化。
12.如權(quán)利要求9的設備，其特征在于，所述至少一個致密化模具包括所述至少一個引導元件附近的頂表面，并且所述至少一個致密化模具的各個所述螺旋齒均被進一步的限定為與所述頂表面配合以限定出圓角和倒角之一。
13.如權(quán)利要求9的設備，其特征在于，所述至少一個致密化模具的各個所述螺旋齒均限定出軸向長度以及沿著所述長度基本上恒定的高度。
14.如權(quán)利要求13的設備，其特征在于，所述收縮部分沿著所述長度基本上居中。
15.一種用于制造粉末金屬制品的模具，包括頂表面；與所述頂表面間隔開的底表面；具有一直徑并且在所述頂?shù)妆砻嬷g延伸的孔；以及在所述頂?shù)妆砻嬷g從所述孔徑向向外延伸的多個溝槽，其中各個所述多個溝槽都具有一長度和沿著所述長度變化的一寬度。
16.如權(quán)利要求15的模具，其特征在于，各個所述溝槽沿著所述長度均限定出沙漏部分。
17.如權(quán)利要求16的模具，其特征在于，所述沙漏部分在所述頂?shù)妆砻嬷g均勻間隔地設置。
18.如權(quán)利要求15的模具，其特征在于，所述溝槽是螺旋形的。
19.如權(quán)利要求15的模具，其特征在于，所述直徑在所述頂?shù)妆砻嬷g基本上恒定。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于使粉末金屬預制齒輪坯的齒致密化的方法和設備。該模具包括用于接收齒輪主體的孔和多個用于接收齒輪齒的溝槽。各溝槽具有長度和沿著長度可變化的寬度。該溝槽在與孔成切線的方向上變窄。粉末金屬預制齒輪坯被推動通過模具并且齒在溝槽的相對狹窄的部分塑性地和彈性地變形。在穿過溝槽狹窄部分并被壓縮之后，齒可以至少部分地恢復。由模具限定的溝槽可以是螺旋形的以用于形成螺旋形溝槽。
文檔編號B22F3/16GK1953830SQ200580015723
公開日2007年4月25日 申請日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者J·R·L·特拉索拉斯, E·T·賴利 申請人:Pmg俄亥俄公司