多材料连杆制造技术

一种烧结粉末金属连杆，具有：（ｉ）由强度较大的材料制成的中心梁部；和（ｉｉ）由具有更高可加工性的材料制成的曲柄端和活塞端，所述烧结粉末金属连杆可以是锻造的，也可以是非锻造的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及连杆，例如用在往复活塞式发动机中使用的连杆，尤 其涉及由粉末金属制成的连杆，无论是锻造的还是非锻造的连杆。
技术介绍
在往复式活塞和内燃机中使用的连杆在发动机运转过程中承受着 非常大的应力，因此必须非常坚固，而且优选重量轻。足够坚固和重量 足够轻的金属材料一般也是非常硬的。对于连杆来说，连杆的端必须加 工轴承孔， 一个用于曲柄销，另一个用于活塞的肘销，通常还必须对连 杆的曲柄端进行钻孔并攻螺紋以便于将连杆的曲柄轴盖部紧固到连杆 的其余部分上。利用具有所需强度和重量的组合的传统材料形成连杆导 致很难加工连杆，尤其是导致增加了在加工操作中使用的工具和装置的磨损和撕裂。因此，现有技术中的连杆的典型方案是为了机械加工性而 折衷强度和重量.因此，存在对改进的连杆的需要，该连杆具有可接受的机械加工性 但不降低强度.
技术实现思路
本专利技术提供一种一体式多材料粉末金属连杆，该连杆具有适合于与 连杆中的产品性能需求相匹配的高强度和高机械加工性的局部化区域。 连杆的柄部或者中心梁部由一种相对高强度的粉末金属材料制成，端部由一种或多种更容易加工的粉末化金属材料制成。因此，通常会发生最 高应力的中心梁部是高强度材料，以抵抗这些应力，端部由较低强度的 材料制成，以更容易加工，但仍然具有所需的强度。正如这里^f吏用的， 机械加工性指的是加工一种金属的相对容易性，各种机械加工性指数是 众所周知的，它们提供了在规定的标准条件下工程材料的机械加工性的 相对量度标准。在考虑了下面的详细描述、附图以及所附的权利要求后，本专利技术的 这些以及其它特征、方面和优点会变得更容易理解。附图说明图l是包括本专利技术的连杆的立体图。图2是为评价包括本专利技术的连杆而制造的试样的立体图。图3是给料箱的立体图，该给料箱具有三个腔室以填充模具来制造 图2中的试样。图4是示出用于制造图2中的试样的给料器的摆动部件的立体图。 图5是示出像图2中的试样压制后的立体图。图6A-C是试样的视图，图6A是顶部立体图，图6B是纵向切开后 的试样，图6C是切面的侧视图。具体实施例方式参见图1，本专利技术的连杆10具有中心梁部12，该中心梁部12在其 第一端上具有一体连接的活塞端14，并且在其相对的第二端上具有一体 连接的曲柄端16。利用"一体连接"，我们指中心梁部12、活塞端14 和曲柄端16部成型成一个单元。活塞端14具有较小的孔18，该孔18 用于贯穿接收活塞(未示出)的肘销(和轴承，如果适用的话)，曲柄 端16具有较大的孔20,该孔20用于贯穿接收曲柄轴的轴颈和轴承(未 示出)。曲柄端16还可以在孔20的侧面处设置相对的凹槽24，这些凹 槽24集中应力以便通过从曲柄端16的基部28裂开的断面可以将曲柄 端16的曲柄轴盖部26分离，这样就在所述盖与连杆的其余部分之间形成了分界面，该分界面允许以位置精度非常高的形式将所述盖重新安装到所述其余部分上。自所述曲柄端16在所述孔20的相对两侧的轴承盖 26和基部28上钻出与所述梁部12大致平行的纵向孔，也可以对基部 28上的孔攻螺紋以便于在曲柄轴盖26和基部28断裂分离后可以使用具 有或不具有螺帽的螺栓将曲柄轴盖26紧固到基部28上。美国专利申请 公报第2004/0074335中示出使用螺栓将曲轴盖连接到连杆的曲柄端基 部的示例。所述梁部12由一种或多种粉末金属材料制成，所述活塞端14和曲 柄端16由一种或多种不同的粉末金属材料制成。例如，当前的粉末金 属连杆由可加工的粉末金属材料制成，因此，牺牲了强度和硬度。在本 专利技术的连杆中，所述梁部12由强度更强、硬度更硬的粉末金属材料制 成，因此可加工性比当前用于连杆的一般粉末金属材料的可加工性差。 所述活塞端14和曲柄端16由可加工性比所述梁部12相对更好的粉末 金属材料制成，可以与当前用于连杆的粉末金属材料具有相同的、差不 多的可加工性。另外，活塞端14的粉末金属材料可以与曲柄端16的粉 末金属材料不同，或者是相同的材料。在一种形式中，所述梁部12由钢粉末材料制成，所述钢粉末材料 包括铁( 一般至少卯wt.。/。)、镍1.75-2.00wt.%、钼0.50-0.60wt.%、锰 0.10-0.25wt。/。和碳0.10-0.卯wt.。/。。在一种优选的形式中，所述梁部12 由MPIF (金属粉末工业联盟)P/F-4660改良低合金钢材料制成，所述 改良低合金钢材料具有铁、镍1.75-2.00wt.%、鉬0.50-0.60wt.%、锰 0.10-0.25界1.%和碳(如约0.60wt。/o的石墨)。在一种形式中，所述活塞 端14和曲柄端16由相同的材料制成，所述材料是一种钢粉末材料，包 括铁(一般至少90wt.%)、铜1.8-2.2wt.%、硫化锰0.3-0.5wt.%、锰 0.10-0.25wt.。/。和碳0.30-0.70wt.。/。。在一种形式中，所述活塞端14和曲 柄端16均由MPIF P/F-11C60制成，MPIF P/F-11C60是一种适合于连 杆的铜钢粉末金属材料，因此具有很好的可加工性。MPIF P/F-11C60 包括铁、铜1.8-2.2wt.%、硫化锰0.3-0.5wt.%、锰0.10-0.25wt.。/。和碳(如 约0.60wt,/o的石墨)。在优选的成品零件中MPIF P/F-4660改良材料的硬度为约HRC45 (可以在HRC40-50的范围内)，在优选的成品零件中MPIF P/F-11C60的硬度为约HRC25 (可以在HRC20-30的范围内)。在优选的成品零件 中MPIF P/F-4660改良材料的抗拉强度为约1650MPa (可以在 1400-1900MPa的范围内)，在优选的成品零件中MPIF P/F-11C60的抗 拉强度为约卯OMpa (可以在700-llOOMpa的范围内)。大多数当前连 杆的失效主要在梁部中，因此梁部12具有的强度增加。活塞端14和曲 柄端16需要更软的材料以便于进行孔18和20的加工，还便于曲柄端 螺栓孔的钻孔和/或攻螺紋。优选地，活塞端14和曲柄端16的烧结材 料贯穿整个活塞端14和曲柄端16具有一致的成分。在一个示例性的实施方式中，在优选的成品零件中MPIF P/F-4660 改良材料的密度为约7.88g/cc (约99%的理论密度)，并且在优选的成 品零件中MPIFP/F-11C60的密度为约7.80g/cc (约99%的理论密度)。 优选95%以上的理论密度。在另一个示例性的实施方式中，在优选的成 品连杆10的梁部12中MPIF P/F-4660改良材料的密度为约7.80g/cc， 在优选的成品连杆10的活塞端14和曲柄端16中MPIF P/F-11C60的密 度低于7.80g/cc。在该示例性的实施方式中，活塞端14和曲柄端16中 的较低的密度使活塞端14和曲柄端16具有更好的机械加工性。通过在 形成所述活塞端14和曲轴端16的过程中使用比在形成所述梁部12的 过程中使用的金属粉末具有更大颗粒尺寸的金属粉末来获得活塞端14 和曲柄端16的较低的烧结材料密度。还可以通过在形成所述活塞端14 和曲柄端16的过程中使用比在形成连杆10的所述梁部12的过程中所 使用的压制压力更低的粉末压制压力来获得活塞端14和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连杆，包括：　中心梁部，该梁部包括具有第一化学成分和第一密度的第一烧结材料，所述第一烧结材料具有第一抗拉强度，所述第一烧结材料具有第一机械加工性；　一体地连接到所述梁部的第一端；以及　一体地连接到所述梁部、与所述第一端 相对的第二端，所述第二端包括在整个第二端一致的第二烧结材料，所述第二烧结材料具有不同于所述第一化学成分的第二化学成分，所述第二烧结材料具有不同于所述第一密度的第二密度，所述第二烧结材料具有低于所述第一抗拉强度的第二抗拉强度，所述第二烧结材料具有高于所述第一机械加工性的第二机械加工性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西E海曼，乔尔H曼德尔，唐纳德J菲利普斯，迈克尔P马拉，
申请(专利权)人：GKN烧结金属股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]