DE3806236C1 - Method for the production of powder-forged components - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Vorteilhaft wird die Vorform vor dem Sintern ausgewogen. Dies ist erforderlich, wenn vorgegebene Toleranzen der Sektionsgewichte eingehalten werden müssen.

Ein dem Pulver beigegebenes Gleitmittel kann anschließend ausgebrannt werden. Sodann kann die Sinterung unter Schutz­ gas erfolgen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Es zeigen

Fig. 1 eine Vorform eines Pleuels gem. der Erfindung mit der Einzelheit A,

Fig. 2 die Endform des Pleuels gem. Fig. 1 mit der Einzelheit B und

Fig. 3 das Pleuel gem. Fig. 2 mit getrennten Einzel­ teilen und der Einzelheit 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.

Fig. 2 zeigt, daß die Kerben 11 (Fig. 1) durch das Schmie­ den geschlossen worden sind und zu zwei Rissen 14 geführt haben.

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.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung pulvergeschmiedeter Bauteile, die aus zumindest zwei Einzelteilen bestehen, wobei das Bauteil von einer einteiligen Vorform zur Endform aus Pulver gepreßt, gesintert, geschmiedet, abgekühlt und in seine Einzelteile getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform beim Pressen mit einer Kerbe versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform zwischen Pressen und Sintern durch mechanische Bearbeitung mit einer Kerbe versehen wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform vor dem Sintern ausgewogen wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Sintern Vorform und Kerbe beim Verbringen zum Schmieden eine Schutzschicht, insbe­ sondere eine Oxidschicht durch die Luftatmosphäre, erhalten.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schmieden die Kerbe geschlossen und von der Kerbstelle ausgehend längs ihrer Schutzschicht, insbesondere ihrer Oxidschicht, ein in Länge und Lage definierter Riß in der Trennstelle erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform mit Sinterhitze geschmiedet wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil durch Luft, Öl oder Schutz­ gas abgekühlt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Einzelteilen durch Bruch eine Trennfläche erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Bauteils beim Trennen höchstens gleich der Raumtemperatur ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Pleuels mit geteiltem Pleuelkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen des Pleuels im Pleuel­ kopf die Löcher für die Pleuelschrauben angefertigt, Pleuel­ schrauben und Pleuelmuttern lose in den Löchern montiert und anschließend die Trennfläche in der Trennfuge des Pleuelkopfes durch Bruchtrennung erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennwerkzeug in den Pleuelkopf eingeführt wird.