JPH0570809A - 焼結により成形品を製造する方法 - Google Patents
焼結により成形品を製造する方法Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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- F01L1/047—Camshafts
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 焼結により成形品を製造する方法を改善し
て，費用のかかる後加工なしに軸の正確な受入れ開口を
持つ寸法通りの成形品が製造され得るようにする。 【構成】 焼結により成形品を製造する方法において，
焼結粉末から圧縮成形された，貫通口を形成する成形素
材が液相で焼結される。
て，費用のかかる後加工なしに軸の正確な受入れ開口を
持つ寸法通りの成形品が製造され得るようにする。 【構成】 焼結により成形品を製造する方法において，
焼結粉末から圧縮成形された，貫通口を形成する成形素
材が液相で焼結される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，焼結粉末から圧縮成形
された，貫通口を形成する成形素材を液相で焼結するこ
とにより，軸の受入れ開口を持つ成形品を製造する方法
に関する。
された，貫通口を形成する成形素材を液相で焼結するこ
とにより，軸の受入れ開口を持つ成形品を製造する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば内燃機関の弁制御用カム軸におい
て焼結金属製成形品の比較的小さい重量及び良好な耐摩
耗性を利用することができるようにするために，カム又
は軸の受入れ開口を持つ他の軸部分を焼結粉末から圧縮
成形しかつ予備焼結後にプレスばめにより鋼鉄製軸にか
ぶせ，その結果，続いて行われる最終焼結の際に軸と成
形品との金属結合が起こることは公知である（ドイツ連
邦共和国特許出願公開第３５００６５３号明細書）。こ
の製造方法における欠点は，プレスばめにも拘わらず，
軸と結合されるべき成形品が焼結過程中に相互の角度位
置にほとんど正確に位置決めされ得ないことである。
て焼結金属製成形品の比較的小さい重量及び良好な耐摩
耗性を利用することができるようにするために，カム又
は軸の受入れ開口を持つ他の軸部分を焼結粉末から圧縮
成形しかつ予備焼結後にプレスばめにより鋼鉄製軸にか
ぶせ，その結果，続いて行われる最終焼結の際に軸と成
形品との金属結合が起こることは公知である（ドイツ連
邦共和国特許出願公開第３５００６５３号明細書）。こ
の製造方法における欠点は，プレスばめにも拘わらず，
軸と結合されるべき成形品が焼結過程中に相互の角度位
置にほとんど正確に位置決めされ得ないことである。
【０００３】これらの欠点を回避するために，予備焼結
された成形品を半径方向遊隙をもつて基軸にかぶせかつ
成形品の位置決めのために基軸及びこれらの成形品に，
管状保持挿入片が押し込まれる，一直線をなす孔を設け
ることが既に提案されているが（ドイツ連邦共和国特許
出願公開第３２０９９８０号明細書），しかしこの場合
は，予備焼結された成形品にあとから正確に穿孔しなけ
ればならない困難が生ずる。更に，焼結中の成形品の自
由収縮の際に，要求された製造公差はほとんど守れな
い。
された成形品を半径方向遊隙をもつて基軸にかぶせかつ
成形品の位置決めのために基軸及びこれらの成形品に，
管状保持挿入片が押し込まれる，一直線をなす孔を設け
ることが既に提案されているが（ドイツ連邦共和国特許
出願公開第３２０９９８０号明細書），しかしこの場合
は，予備焼結された成形品にあとから正確に穿孔しなけ
ればならない困難が生ずる。更に，焼結中の成形品の自
由収縮の際に，要求された製造公差はほとんど守れな
い。
【０００４】更に，カム軸のカムを外側部分及び内側部
分から構成し，特に内側部分の軸線方向収縮を制限する
ためにこの内側部分が焼結の際に外側部分より小さい収
縮度を持ち，そのことが更に両方の部分の良好な金属結
合を保証することも公知である（ドイツ連邦共和国特許
出願公開第３９０７８８６号明細書）。液相での焼結中
に鋼軸との結合が行われなければならないから，既に述
べた位置決め困難が必然的に生ずる。
分から構成し，特に内側部分の軸線方向収縮を制限する
ためにこの内側部分が焼結の際に外側部分より小さい収
縮度を持ち，そのことが更に両方の部分の良好な金属結
合を保証することも公知である（ドイツ連邦共和国特許
出願公開第３９０７８８６号明細書）。液相での焼結中
に鋼軸との結合が行われなければならないから，既に述
べた位置決め困難が必然的に生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基礎になつて
いる課題は，冒頭に述べたような方法を簡単な手段によ
り改善して，費用のかかる後加工なしに軸の正確な受入
れ開口を持つ寸法通りの成形品が製造され得るようにす
ることである。
いる課題は，冒頭に述べたような方法を簡単な手段によ
り改善して，費用のかかる後加工なしに軸の正確な受入
れ開口を持つ寸法通りの成形品が製造され得るようにす
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は，成形素材の貫通口の中へ，成形素材の焼結条件のも
とに形状安定性を持つ，溶融により製造された材料から
成るブシユが，貫通口の範囲において液相での焼結の際
に生ずる成形素材の自由収縮度より小さい遊隙をもつて
挿入されてから，成形素材が，挿入されたブシユと共に
液相で焼結されることによつて解決される。
は，成形素材の貫通口の中へ，成形素材の焼結条件のも
とに形状安定性を持つ，溶融により製造された材料から
成るブシユが，貫通口の範囲において液相での焼結の際
に生ずる成形素材の自由収縮度より小さい遊隙をもつて
挿入されてから，成形素材が，挿入されたブシユと共に
液相で焼結されることによつて解決される。
【０００７】成形素材の焼結条件のもとに形状安定性を
持つブシユを設けることによつて，遊隙補償後の成形素
材の自由収縮に抵抗が及ぼされ，この抵抗は，成形素材
の自由収縮度に関係する遊隙が，遊隙補償後に，不均一
な残留収縮により生ぜしめられる，周面の範囲における
成形素材の凹凸を回避するために十分大きく選ばれる場
合に，成形素材の高い形状安定性を保証する。成形素材
とブシユとの相互回転位置は一般に軸に対する成形品の
正確な角度位置を守るための意昧を持たないから，ブシ
ユと成形素材との間の遊隙は位置決め困難を伴わない。
軸における完成成形品の位置決めはブシユの受入れ開口
を介して行われ，このブシユは大多数の使用例において
鋼から成りかつ溶融により製造された材料のため，焼結
材料とは異なり，待別の出費なしに正確に加工され得
る。更に，成形品と軸との結合のために，溶接を含む，
実証済みの接合技術を用いることができ，その際，ブシ
ユと軸の材料選択が一致する場合は同じ熱膨張係数とい
う付加的利点が得られる。更に，溶融により製造された
材料から成るブシユが成形素材とブシユとの焼結の際に
液相にならないので，接続範囲においても成形素材は一
層高い細孔割合を持たないということを書き留めなけれ
ばならない。
持つブシユを設けることによつて，遊隙補償後の成形素
材の自由収縮に抵抗が及ぼされ，この抵抗は，成形素材
の自由収縮度に関係する遊隙が，遊隙補償後に，不均一
な残留収縮により生ぜしめられる，周面の範囲における
成形素材の凹凸を回避するために十分大きく選ばれる場
合に，成形素材の高い形状安定性を保証する。成形素材
とブシユとの相互回転位置は一般に軸に対する成形品の
正確な角度位置を守るための意昧を持たないから，ブシ
ユと成形素材との間の遊隙は位置決め困難を伴わない。
軸における完成成形品の位置決めはブシユの受入れ開口
を介して行われ，このブシユは大多数の使用例において
鋼から成りかつ溶融により製造された材料のため，焼結
材料とは異なり，待別の出費なしに正確に加工され得
る。更に，成形品と軸との結合のために，溶接を含む，
実証済みの接合技術を用いることができ，その際，ブシ
ユと軸の材料選択が一致する場合は同じ熱膨張係数とい
う付加的利点が得られる。更に，溶融により製造された
材料から成るブシユが成形素材とブシユとの焼結の際に
液相にならないので，接続範囲においても成形素材は一
層高い細孔割合を持たないということを書き留めなけれ
ばならない。
【０００８】軸にかぶせられるべき成形品が軸と一緒に
焼結されない場合は，この成形品は，半径方向の形状偏
差を回避するために，端面に位置するように焼結されな
ければならず，そのことは均一な熱供給及び熱排出に関
してのみならず形状安定性に関しても欠点を伴う。なぜ
ならば例えば円筒状の成形素材は焼結中に円錐状の変形
をするからである。本発明による製造方法では成形素材
がブシユと共に水平なセラミツク支持体に掛けられて焼
結され得るから，これらの欠点は簡単に防止され得る。
ブシユと成形素材との間の遊隙により成形素材は，セラ
ミツク支持体により支持されたブシユ上に単にゆるく載
つているので，重力により対称状態が生じ，この状態
は，対称的に成形された成形素材において不均一な重量
分布による不均一な変形を防止する。
焼結されない場合は，この成形品は，半径方向の形状偏
差を回避するために，端面に位置するように焼結されな
ければならず，そのことは均一な熱供給及び熱排出に関
してのみならず形状安定性に関しても欠点を伴う。なぜ
ならば例えば円筒状の成形素材は焼結中に円錐状の変形
をするからである。本発明による製造方法では成形素材
がブシユと共に水平なセラミツク支持体に掛けられて焼
結され得るから，これらの欠点は簡単に防止され得る。
ブシユと成形素材との間の遊隙により成形素材は，セラ
ミツク支持体により支持されたブシユ上に単にゆるく載
つているので，重力により対称状態が生じ，この状態
は，対称的に成形された成形素材において不均一な重量
分布による不均一な変形を防止する。
【０００９】圧縮成形された成形素材と挿入されたブシ
ユとの間の遊隙のため，操作可能性だけが保証されてい
れば，成形素材には特別な強度は必要でない。特別な場
合に一層大きい強度を持つ成形素材を使えるようにする
ために，成形素材を予備焼結することができ，ただしそ
の際，挿入されたブシユとの焼結のために十分な液相が
使えるように注意しなければならない。
ユとの間の遊隙のため，操作可能性だけが保証されてい
れば，成形素材には特別な強度は必要でない。特別な場
合に一層大きい強度を持つ成形素材を使えるようにする
ために，成形素材を予備焼結することができ，ただしそ
の際，挿入されたブシユとの焼結のために十分な液相が
使えるように注意しなければならない。
【００１０】ブシユは成形素材の焼結の際に収縮しな
い。成形素材の軸線方向収縮度を考慮に入れるために，
ブシユは，成形素材の少なくとも軸線方向収縮度に応じ
て成形素材より短い長さで製造され得る。
い。成形素材の軸線方向収縮度を考慮に入れるために，
ブシユは，成形素材の少なくとも軸線方向収縮度に応じ
て成形素材より短い長さで製造され得る。
【００１１】成形素材とブシユとの間の遊隙は一方で
は，ブシユによる収縮抵抗により成形素材の不均一な変
形が起こり得ないように十分大きくなければならず，他
方では，成形素材とブシユとの固定的な金属結合を行う
ために十分でなければならない。これらの要求には，成
形素材とブシユとの間の遊隙が貫通口の範囲における成
形素材の自由収縮度の６０ないし８０％である場合は，
実際上大抵の場合に有利に応ずることができる。
は，ブシユによる収縮抵抗により成形素材の不均一な変
形が起こり得ないように十分大きくなければならず，他
方では，成形素材とブシユとの固定的な金属結合を行う
ために十分でなければならない。これらの要求には，成
形素材とブシユとの間の遊隙が貫通口の範囲における成
形素材の自由収縮度の６０ないし８０％である場合は，
実際上大抵の場合に有利に応ずることができる。
【００１２】成形素材とブシユとの間の遊隙に対する公
差範囲に関して製造要求に応ずる状態が得られるように
するために，成形素材の自由収縮度は小さすぎてはなら
ず，そのことは，経済的な圧縮密度に関しても注意され
なければならない。実験で明らかになつたように，これ
らの理由から成形素材の自由収縮度は４％以上，なるべ
く６ないし８％でなければならない。
差範囲に関して製造要求に応ずる状態が得られるように
するために，成形素材の自由収縮度は小さすぎてはなら
ず，そのことは，経済的な圧縮密度に関しても注意され
なければならない。実験で明らかになつたように，これ
らの理由から成形素材の自由収縮度は４％以上，なるべ
く６ないし８％でなければならない。
【００１３】
【実施例】本発明による方法を図面により以下に詳細に
説明する。
説明する。
【００１４】本発明による方法により製造された，内燃
機関のカム軸用のカムを形成する成形品１は，図１及び
２によれば，２つの部分，即ち溶融により製造された材
料，なるべく鋼，から成るブシユ２と，焼結成形体３と
から構成されており，この焼結成形体は液相での焼結に
よりブシユ２と密な金属結合をしている。ブシユ２は，
焼桔条件のもとに形状安定性を保証する肉厚をもつて構
成されているから，軸の受入れ開口４は，ブシユ２のあ
とからの加工が好まれない場合，既にかなりの精度をも
つて提供され得る。このような後加工において，ブシユ
を例えば穿孔により完全に取り除くことができる。
機関のカム軸用のカムを形成する成形品１は，図１及び
２によれば，２つの部分，即ち溶融により製造された材
料，なるべく鋼，から成るブシユ２と，焼結成形体３と
から構成されており，この焼結成形体は液相での焼結に
よりブシユ２と密な金属結合をしている。ブシユ２は，
焼桔条件のもとに形状安定性を保証する肉厚をもつて構
成されているから，軸の受入れ開口４は，ブシユ２のあ
とからの加工が好まれない場合，既にかなりの精度をも
つて提供され得る。このような後加工において，ブシユ
を例えば穿孔により完全に取り除くことができる。
【００１５】このようなカムを製造するために，先ず，
後の焼結成形体３を生ぜしめる成形素材５が，ブシユ２
を挿入するための貫通口６をもつて，適切な焼結粉末か
ら圧縮成形される。この貫通口６は，成形素材５の自由
収縮度より小さくかつブシユ２の外径より大きい直径を
持つているので，液相での焼結中に焼結過程の少なくと
も終わり部分において成形素材５とブシユ２との間の遊
隙７の補償後に収縮抵抗を示し，この収縮抵抗は，焼結
された成形体３の良好な寸法合致を保証する。
後の焼結成形体３を生ぜしめる成形素材５が，ブシユ２
を挿入するための貫通口６をもつて，適切な焼結粉末か
ら圧縮成形される。この貫通口６は，成形素材５の自由
収縮度より小さくかつブシユ２の外径より大きい直径を
持つているので，液相での焼結中に焼結過程の少なくと
も終わり部分において成形素材５とブシユ２との間の遊
隙７の補償後に収縮抵抗を示し，この収縮抵抗は，焼結
された成形体３の良好な寸法合致を保証する。
【００１６】図３及び４から分かるように，成形素材５
及びブシユ２は，掛けられて焼結されるようにするため
に，焼結前にセラミツク支持体８，例えば管，上に通さ
れる。この焼結位置は，熱の供給及び排出を損なうこと
なしに複数の成形品を比較的密な配置で同時に焼結でき
る可能性を生ぜしめるのみならず，形状安定性を持たせ
る製造のための有利な前提条件でもある。なぜならば成
形素材５とブシユ２との間の遊隙７が自由収縮度の６０
ないし８０％であるようにしてある場合は，焼結中の成
形素材５の均一な収縮過程は損なわれないからである。
この場合，自由収縮度は６ないし８％でなければならな
い。
及びブシユ２は，掛けられて焼結されるようにするため
に，焼結前にセラミツク支持体８，例えば管，上に通さ
れる。この焼結位置は，熱の供給及び排出を損なうこと
なしに複数の成形品を比較的密な配置で同時に焼結でき
る可能性を生ぜしめるのみならず，形状安定性を持たせ
る製造のための有利な前提条件でもある。なぜならば成
形素材５とブシユ２との間の遊隙７が自由収縮度の６０
ないし８０％であるようにしてある場合は，焼結中の成
形素材５の均一な収縮過程は損なわれないからである。
この場合，自由収縮度は６ないし８％でなければならな
い。
【００１７】ブシユ２が焼結成形体３と同一面上にあり
又はこの焼結成形体に対して引つ込んでいるようにする
ために，ブシユの軸線方向長さは，図３及び４に示され
ているように，圧縮成形される成形素材５の軸線方向長
さより少なくとも焼結成形体３の軸線方向収縮度だけ小
さくなければならない。
又はこの焼結成形体に対して引つ込んでいるようにする
ために，ブシユの軸線方向長さは，図３及び４に示され
ているように，圧縮成形される成形素材５の軸線方向長
さより少なくとも焼結成形体３の軸線方向収縮度だけ小
さくなければならない。
【００１８】上述した実施例によりカムを製造するため
に，成形素材は焼桔粉末から８ｔ／ｃｍ２の圧力で圧縮
成形され，その際，６．６ｇ／ｃｍ３の圧縮密度が得ら
れた。自由収縮度は約７％であつた。ブシユは，１．３
５ｍｍの肉厚を持つ快削鋼から製造されており，この場
合，成形素材とブシユとの間に，成形素材の自由収縮度
の７０％に相当する遊隙が設けられた。焼結は，図３及
び４によれば，２時間の焼結時間の間，１０８０℃の焼
結温度で，掛けられた状態で行われた。目標形状との周
面の偏差は０．０５ｍｍ以下であつた。ブシユのための
材料選択により，ブシユの穿孔加工は難なく可能であつ
た。
に，成形素材は焼桔粉末から８ｔ／ｃｍ２の圧力で圧縮
成形され，その際，６．６ｇ／ｃｍ３の圧縮密度が得ら
れた。自由収縮度は約７％であつた。ブシユは，１．３
５ｍｍの肉厚を持つ快削鋼から製造されており，この場
合，成形素材とブシユとの間に，成形素材の自由収縮度
の７０％に相当する遊隙が設けられた。焼結は，図３及
び４によれば，２時間の焼結時間の間，１０８０℃の焼
結温度で，掛けられた状態で行われた。目標形状との周
面の偏差は０．０５ｍｍ以下であつた。ブシユのための
材料選択により，ブシユの穿孔加工は難なく可能であつ
た。
【００１９】別の成形品の場合には，ブシユの熱膨張係
数を軸の熱膨張係数に良好に合わせることができるよう
にするために，ブシユは，他は同じ条件で，Ｓｔ３５か
ら製造された。
数を軸の熱膨張係数に良好に合わせることができるよう
にするために，ブシユは，他は同じ条件で，Ｓｔ３５か
ら製造された。
【図１】本発明により製造されたカムの正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うこのカムの断面図で
ある。
ある。
【図３】焼結過程のために支持体に掛けられたカムの正
面図である。
面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
１ 成形品 ２ ブシユ ３ 焼結成形体 ４ 受入れ開口 ５ 成形素材６ 貫通口 ７ 遊隙 ８ 支持体
Claims (6)
- 【請求項１】 成形素材の貫通口の中へ，成形素材の焼
結条件のもとに形状安定性を持つ，溶融により製造され
た材料から成るブシユが，貫通口の範囲において液相で
の焼結の際に生ずる成形素材の自由収縮度より小さい遊
隙をもつて挿入されてから，成形素材が，挿入されたブ
シユと共に液相で焼結されることを特徴とする，焼結粉
末から圧縮成形された，貫通口を形成する成形素材を液
相で焼結することにより，軸の受入れ開口を持つ成形品
を製造する方法。 - 【請求項２】 成形素材がブシユと共に水平なセラミツ
ク支持体に掛けられて焼結されることを特徴とする，請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 成形素材がブシユの挿入前に予備焼結さ
れることを特徴とする，請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 ブシユが，成形素材の少なくとも軸線方
向収縮度に応じて成形素材より短い長さで製造されるこ
とを特徴とする，請求項１ないし３のうち１つに記載の
方法。 - 【請求項５】 成形素材とブシユとの間の遊隙が，貫通
口の範囲において成形素材の自由収縮度の６０ないし８
０％であることを特徴とする，請求項１ないし４のうち
１つに記載の方法。 - 【請求項６】 成形素材の自由収縮度が４％以上である
ことを特徴とする，請求項１ないし５のうち１つに記載
の方法。
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