[发明专利]制造具有横向特征的锻造粉末金属部件的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及具有横向特征的粉末金属部件。更具体地说，本发明涉及用于制造具有横向特征的锻造粉末金属部件的系统和方法。

背景技术

现有技术中制造具有横向特征的粉末金属部件的常规系统和方法利用了芯材料以在粉末金属部件制造过程的压实和烧结阶段限定横向特征。但是，所利用的芯材料基本上由熔点低于在烧结阶段期间所达到的粉末金属的熔融温度的物质形成。因此，芯材料在烧结阶段期间使粉末金属部件熔化、蒸发和/或渗透。形成芯材料的这种物质通常包括铜和/或锌。随着芯材料熔化、蒸发和/或渗透进粉末金属部件，横向特征在其中形成为孔隙区域。

但是，这些常规系统和方法不适用于待被锻造的粉末金属部件。锻造强化了粉末金属部件，使得锻造的粉末金属部件通常比铸造或机加工的金属部件更坚固。根据芯材料熔化、蒸发和/或渗透到部件中的常规系统和方法所制造出的粉末金属部件容易变形。更具体地说，由于孔隙区域没有芯材料，从而没有任何东西防止金属在受到通常与锻造过程相关联的挤压力时填充孔隙区域，所以限定横向特征的孔隙区域在锻造期间通常至少部分塌陷，其中横向特征在烧结之前被芯材料在先限定并占据。不利用芯材料来限定在粉末金属部件中的横向特征的其他常规方法通常需要完成对部件的机加工操作，这通常困难、耗时并且费钱。因此，在锻造的基础上，需要这样的系统和方法，即：利用芯材料来制造出具有横向特征的锻造粉末金属部件并且不需要随后进行机加工。

发明内容

与上面的背景技术形成对比，本发明的实施方式总体涉及利用芯材料来制造具有横向特征的锻造粉末金属部件的系统和方法。

根据一种实施方式，制造具有横向特征的锻造粉末金属部件的方法包括提供粉末金属模具并且将芯材料放置在该模具中。该方法还包括至少部分用粉末金属填充模具，从而用粉末金属至少部分覆盖芯材料，并且用模具压实粉末金属以形成具有至少一部分芯材料嵌入在其中的压实粉末金属部件，其中嵌入的芯材料限定了形成在压实粉末金属部件中的横向特征。之后，该方法包括烧结压实的粉末金属部件以形成烧结粉末金属部件，其中芯材料保持嵌入在所述烧结粉末金属部件中以在压实粉末金属部件的烧结期间保持横向特征的限定，并且该方法包括锻造烧结粉末金属部件以形成锻造粉末金属部件，其中芯材料保持嵌入在所述锻造粉末金属部件中以在烧结粉末金属部件的锻造期间保持横向特征的限定。在粉末金属部件锻造之后，该方法包括从锻造粉末金属部件中去除嵌入的芯材料。

可选的是，芯材料可以是易碎的。该易碎的芯材料可以足够脆弱，从而在烧结粉末金属部件的锻造期间至少部分粉碎。该易碎芯材料在烧结粉末金属部件的锻造期间可至少部分破碎。该易碎芯材料可具有足够的弹性程度，使得所述至少部分破碎的易碎芯材料在烧结粉末金属部件的锻造期间保持横向特征的限定。此外，芯材料可以包括石墨和陶瓷中的至少一种。在粉末金属的压实、压实粉末金属部件的烧结和烧结粉末金属部件的锻造以及其任意组合操作期间，芯材料不会熔化、蒸发、渗透或以其它方式消散。芯材料可以在用粉末金属填充模具之前放置在模具中，或者可以在用粉末金属填充模具期间放置在模具中。可以通过对锻造粉末金属部件进行摇动、铰加工、刷洗和鼓风中的至少一种来从锻造粉末金属部件中去除嵌入的芯材料。

另外，可选的是，横向特征可以包括在锻造粉末金属部件中的任意一种或多种形状、尺寸和规格的凹陷。横向特征可以包括孔、凹槽、通道、凹口、凹痕、螺纹、腔、底切、横切和压痕中的至少一个。锻造粉末金属部件可以包括往复式活塞发动机的连杆，并横向特征可以包括在连杆的曲柄端和活塞端之间的润滑剂通道。润滑剂通道可以连接连杆的曲柄端和活塞端，从而允许润滑剂在它们之间通过。

根据另一种实施方式，一种制造具有横向特征的锻造粉末金属部件的方法包括提供粉末金属模具并且将易碎芯材料放置在该模具中。该方法还包括至少部分用粉末金属填充模具以用粉末金属至少部分覆盖易碎芯材料。之后，该方法包括：用模具压实粉末金属以形成具有至少一部分易碎芯材料嵌入在其中的压实粉末金属部件，其中嵌入的易碎芯材料限定了形成在压实粉末金属部件中的横向特征；烧结压实的粉末金属部件以形成烧结粉末金属部件，其中，在烧结期间易碎芯材料保持嵌入在其中并且不会熔化、蒸发、渗透或者以其它方式消散以便在压实粉末金属部件的烧结期间保持横向特征的限定；以及，锻造烧结粉末金属部件以形成锻造粉末金属部件，其中芯材料保持嵌入在所述锻造粉末金属部件中以在烧结粉末金属部件的锻造期间保持横向特征的限定。该方法还包括从锻造粉末金属部件中去除嵌入的易碎芯材料。