[发明专利]通过粉末冶金形成的非均质发动机部件

说明书

技术领域

本发明涉及通过粉末冶金形成的部件，尤其涉及用于通过粉末冶金形成部件的 一种方法和装置。

背景技术

粉末冶金是一种用于生产应用于诸如发动机的高质量部件的常用制造方法。在 发动机部件的制造中经常使用粉末冶金，因为它经济、灵活、且可用比形成部件的 其它方法较少的机加工或二次处理来生产一最终零件。粉末冶金允许一部件由多种 合金、复合材料和其它材料形成，以给最终的部件提供所需的特征。粉末冶金适合 于制造广泛范围的尺寸和形状的零件。同样，粉末冶金还能可靠地生产具有一致的 尺寸和有利的物理性能的零件。

参见图1，显示了用于传统粉末冶金部件形成工艺30的一工艺流程图。首先， 提供构成部件的金属粉末32。通常，将润滑剂添加至金属粉末，以减少压制机械 的磨损。其次，混合基底粉末34，以形成一均质混合物。最终完工的零件是金属 粉末组分的一均质合金。

然后用混合的粉末填满一模子或模具36。模具闭合时具有与最终零件的形状有 点近似的一内部空穴。在模具内压实粉末38，以形成一所谓的“生件”。压实38 通常在室温和例如30-50吨每平方英寸的压力下完成。生件也被称为一“生压制 件”，当它从模具中脱出时，具有用于下一步操作的所需尺寸和形状。在压实38 之后，生件具有足够的强度以用于进一步处理。

生件经受一烧结工艺40。在烧结40之后，取决于零件的预期用途，可在零件 上完成多种二次操作42，该工艺产生一最终零件44。

通常，烧结40涉及使生件经受一温度，例如是构成生件的金属或合金的金属 熔点的70-90％的温度。在一炉子内控制温度、时间和气氛的变量，以生产由于 金属颗粒的结合或合金而具有改进的强度的一烧结零件。烧结工艺40通常包括在 一烧结炉中实施的三个基本步骤：熔化46、烧结48和冷却50。通常使用连续型烧 结炉来完成这些步骤。熔化室用于使形成生件中所使用的润滑剂挥发46。高温室 实施实际烧结48。冷却室在处理之前冷却烧结零件50。

可认为冷却50之后从烧结炉40中出来的零件是完工的。可选择地，它们可经 受一个或多个二次操作42。二次操作包括例如再压制(锻造)部件52、机加工54、 滚磨56和将部件与作为整个组件的部分的附加部件结合58。二次操作42还可包 括将油或润滑剂渗入零件60，以传递自润滑性能。烧结部件还可经受热处理62， 以给部件提供诸如强度之类的某些特征和性能。本领域普通技术人员会意识到，可 实施其它二次操作。二次操作42可独立实施或与其它二次操作共同实施。一旦实 施了所有的二次操作，就完成了部件或零件44。

美国专利第5303468号、第5195398号和第3748925号公开了用于一内燃机中 的曲轴。

图2显示了一传统内燃机的内部细节，以说明一曲轴72的使用。一连杆64枢 转地连接至一活塞66和曲轴72。连杆64在一大或曲柄端76处连接至曲轴72。连 杆64的大端76接纳曲轴72的一轴部分(“曲柄销”)78。连杆64还在连杆64的 一小或活塞端70连接至一活塞66。曲轴72包括位于曲柄销78之间的一配重74。

参见图3和图4，显示了根据传统方法制造的一传统曲轴72。曲轴72包括在 一第一端80和一第二端82之间的一纵向延伸的本体83。当曲轴在发动机中转动 时，本体83限定了用于曲轴的一轴线或转轴84。在第一端80和第二端82都提供 一主轴颈86，用于支持发动机组中的轴72。本体83包括多个轴承轴颈88、曲柄 销轴颈90和配重74。

曲柄销轴颈90的大部分当与一连杆偶联时限定了一偏移平衡轴线92。平衡轴 线92是转动轴线，通过该轴线，由轴和连杆组件转动而产生的力被平衡。转动轴 线84偏离平衡轴线92。偏离造成曲轴转动时的一力矩。该力矩是不合需要的，因 为它增加了轴承的负荷，并将曲轴轴颈和它们各自的轴承之间的油膜厚度减至最 小。这限制了主轴颈的承载能力。

一种传统的解决方法是，给轴72提供多个配重78，以使平衡轴线92向转动轴 线84移动。理想地，将配重78设置成与每个曲柄销轴颈90成180度相对。这样 的构造导致一不合需要的大曲轴72。发动机设计者始终努力使发动机尺寸最小化 并提高发动机效率。较大的曲轴需要较大的发动机尺寸。而且，较大的曲轴还增加 了发动机的转动惯量，从而降低效率。