粉末金属模具填装制造技术

本公开的方法提供了一种采用通过一个或更多个上工具构件的顶部填装来制造粉末金属压坯的方法。所述顶部填装步骤允许在首先使所述上工具构件降低之后但在压制粉末金属之前利用粉末金属来填装预压制腔，所述预压制腔至少部分地由所述上工具构件中的至少一个限定。填装所述预压制腔的方式允许在所述粉末金属压坯中形成不能使用传统的下工具粉末传送运动获得的复杂的几何形状，并且使整个粉末金属压坯中的粉末填装与最终零件的比率的不可接受的变化最小或被避免。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及粉末金属部件及用于制造它们的工艺。具体地，本专利技术涉及一种使用粉末金属压制来制造具有复杂形状的零件的方法。
技术介绍
粉末冶金术提供了形成金属零件的方法。通过粉末金属制造零件通常包括如下步骤利用粉末金属粉末填装工具及模具组、使用该工具及模具组单轴向地压制金属粉末以形成粉末金属压坯、以及使该粉末金属压坯烧结以将粉末金属压坯的颗粒粘合到一起来形成最终的粉末金属零件。尽管最终的粉末金属零件通常并非完全致密，但是与使用其他金属加工技术制造的零件相比，粉末金属零件具有突出的尺寸精确度。为了在粉末金属压坯中形成顶侧特征，在填装步骤与压制步骤之间，通过下工具构件的相对运动将来自模具的下部分的粉末金属向上传送。如果完成得当，则该粉末传送将粉末移动到模具腔内的适当位置处用于压制，而且同时在模具腔的沿压制方向的不同竖向柱体上将粉末填装与最终零件的比率保持在大约2 1。如果粉末填装与最终零件的比率没有在零件的各个特征上全部被维持，则最终的零件可能具有不可接受的密度变化。即使一些具有复杂形状的零件能够使用粉末冶金术来制造，但是某些几何形状不能够使用上述的技术制成为单个的零件。为了制造具有这些几何形状的粉末金属零件，零件的两个或更多个部分需要被单独地压制并且随后在压制之后接合到一起。但是，两个或更多个单独的压制步骤和接合步骤是耗时的、成本高的，并且可能需要相当数量的烧结后的二次操作。因此，存在对形成具有复杂几何形状的粉末金属零件的方法的需求。
技术实现思路
公开了一种形成粉末金属压坯的方法。一工具组被采用，该工具组包括具有模具腔的模具、至少一个下工具构件和至少一个上工具构件。至少一个粉末进给斜道延伸穿过所述上工具构件中的一个。所述下工具构件插入所述模具腔内。在第一填装步骤中利用粉末金属来填装所述模具腔。随后降低所述上工具构件以限定出预压制腔。所述预压制腔包括在所述第一填装步骤期间填装有粉末金属的填装部分和尚未填装粉末金属的未填装部分。在第二填装步骤中经由延伸穿过所述至少一个上工具构件进入所述预压制腔内的所述至少一个粉末进给斜道利用粉末金属来填装所述预压制腔的所述未填装部分。沿着压制轴线压制粉末金属以形成粉末金属压坯。随后从模具腔取出所述粉末金属压坯。所述第二填装步骤可以包括使用进给板组件使粉末金属从料斗系统往返于所述上工具构件中。所述进给板组件包括滑板，所述滑板具有形成在其中的至少一个计量体积的粉末腔。所述滑板能够在第一位置与第二位置之间移动。在所述第一位置，所述粉末腔位于所述料斗系统的下方以接收体积等于所述粉末腔的粉末金属填料。在所述第二位置， 所述粉末腔被置为与所述上工具构件中的所述粉末进给斜道连通以允许粉末金属填料能够被进给到所述预压制腔。在所述进给板组件与所述上工具构件之间可能还设有支承块。所述进给板组件可以设置在所述支承块的顶侧上而所述上工具构件可以附接到所述支承块的底侧。所述支承块可以包括至少一个粉末进给斜道，所述至少一个粉末进给斜道在所述滑板处于所述第二位置中时使所述滑板的所述粉末腔与所述上工具构件的所述粉末进给斜道连通。所述滑板可以包括槽，其他上工具构件在所述滑板的所述第一位置和所述第二位置中时均延伸穿过所述槽。所述滑板可以具有多个粉末腔，所述多个粉末腔不与延伸穿过所述滑板中的所述槽的所述上工具构件共轴。所述上工具构件中的所述粉末进给斜道可以相对于压制轴线成角度地延伸穿过所述上工具构件。所述工具组可以包括上内部冲头、围绕所述上内部冲头的至少一部分的上中部冲头、以及围绕所述上中部冲头的至少一部分的上外部冲头。使所述上工具构件降低以限定出所述预压制腔的步骤可以包括使所述上外部冲头降低。使所述上工具构件降低以限定出所述预压制腔的步骤还包括使所述上内部冲头降低以在所述模具腔上形成圆筒形腔或类似物。在所述第二填装步骤期间，所述上中部冲头可以处于缩回位置中以将所述上外部冲头的所述粉末进给斜道置于与所述预压制腔连通。在压制粉末金属的步骤期间，所述上中部冲头可以被降低以使所述上中部冲头的表面滑动越过所述上外部冲头中的所述粉末进给斜道的开口而使所述粉末进给斜道从与所述预压制腔的连通中移开。通过所述方法形成的所述粉末金属压坯具有与所述粉末金属压坯的压制轴线垂直截取的至少两个不同的横截面。所述两个横截面中的每一个均可以具有未包括在另一横截面中的第一填装粉末区域。所述两个横截面中的每一个均还可以具有包括在另一横截面中的第二填装粉末区域。这种零件几何形状可以在所述第二填装步骤期间使用顶部填装而非通过传统的所述下工具构件的粉末传送运动来实现。粉末填装与最终粉末金属压坯的比率可以在模具腔的所有不同的竖向柱体中均为大约2 1。所述第一填装步骤可以通过将给料刮板(feed shoe)置于所述模具腔之上来执行。所述第二填装步骤可以通过重力来执行。使所述上工具构件降低以限定出所述预压制腔的步骤可以包括使所述上工具构件的下表面移动为与来自所述第一填装步骤的粉末金属的粉末金属填装表面平齐。所述方法还可以包括烧结所述粉末金属压坯以形成烧结的粉末金属零件的步骤。 因此，还公开了通过所述方法制成的烧结的粉末金属零件。同样，公开了通过所述方法制成的粉末金属压坯。如上述，所述粉末金属压坯可以具有与所述粉末金属压坯的压制轴线垂直截取的至少两个不同的横截面。所述不同的横截面中的每一个均具有包括在所述不同的横截面中的另一个中的第一填装粉末区域和未包括在所述不同的横截面中的另一个中的第二填装粉末区域。因此，所公开的方法提供了一种利用通过一个或更多个上工具构件的顶部填装步骤来制造粉末金属压坯的方法。所述顶部填装步骤允许以在不使用复杂的下工具构件的情况下不能使用传统的下工具粉末传送运动填装的方式而利用粉末金属来填装至少部分由所述上工具构件形成的预压制腔。另外，填装所述预压制腔的所述方式避免了粉末填装与最终零件的比率在整个粉末金属压坯上的不可接受的变化。从详细的描述和附图中，本专利技术的这些和其他优点将变得明显。下面仅仅是对本专利技术的一些优选实施例的描述。为了评估本专利技术的整个保护范围，权利要求应当被视作为不应意在使这些优选实施例为权利要求的保护范围内的仅有的实施例。附图说明图1是扇形齿轮的顶部立体图，其示出了齿轮的毂侧；图2是是图1的扇形齿轮的底部立体图，其示出了轴向朝向的齿轮齿；图3是图1的扇形齿轮的俯视图；图4是沿图3的线4-4剖切的扇形齿轮的横截面侧视图；图5是流程图，其概要描绘了用于制造诸如扇形齿轮之类的复杂零件的一组步骤；图6-图10是处于压制机中的工具及模具组的横截面图，其中，上工具构件和下工具构件分别处于在第一填装之前的第一填装位置中、在第一填装之后的第一填装位置中、 在上工具构件已被降低之后但在第二填装之前的第二填装位置中、在第二填装之后的第二填装位置中、以及在压制位置中；图11是附接到支承块的进给板组件的立体图；图12是未附接进给板组件或上外部冲头的支承块的顶部立体图；图13是上外部冲头的顶部立体图。具体实施例方式首先参照图1-图4，其示出了一件式扇形齿轮100。使用根据下述工艺200的粉末金属工艺将扇形齿轮100制造为单件式粉末金属压坯。但是，现在对扇形齿轮100的结构进行说明以为工艺200的步骤提供背景。扇形齿轮100是通过沿与轴线A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.18 US 61/179,125;2009.07.15 US 61/225,7991.一种使用工具组形成粉末金属压坯的方法，所述工具组包括具有模具腔的模具、至少一个下工具构件和至少一个上工具构件，所述方法包括将所述至少一个下工具构件插入所述模具腔内；在第一填装步骤中利用粉末金属填装所述模具腔；使所述至少一个上工具构件降低以限定出预压制腔，所述预压制腔包括在所述第一填装步骤期间填装有所述粉末金属的填装部分和尚未填装所述粉末金属的未填装部分；在第二填装步骤中经由至少一个粉末进给斜道利用粉末金属填装所述预压制腔的所述未填装部分，所述至少一个粉末进给斜道穿过所述至少一个上工具构件延伸到所述预压制腔内；沿着压制轴线压制所述粉末金属以形成粉末金属压坯；以及从所述模具腔取出所述粉末金属压坯。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二填装步骤包括使用进给板组件使所述粉末金属从料斗系统往返于所述至少一个上工具构件中的所述至少一个粉末进给斜道，其中所述进给板组件包括滑板，所述滑板具有形成在其中的至少一个计量体积的粉末腔，所述滑板能够在第一位置与第二位置之间移动，其中在所述第一位置，所述至少一个粉末腔位于所述料斗系统的下方以接收体积等于所述至少一个粉末腔的粉末金属填料，在所述第二位置，所述至少一个粉末腔被置为与所述至少一个上工具构件中的所述至少一个粉末进给斜道连通以允许将所述粉末金属填料进给到所述预压制腔中。3.如权利要求2所述的方法，还包括支承块，所述支承块具有设置在其顶侧上的所述进给板组件和附接到其底侧的所述上工具构件，其中，所述支承块包括至少一个粉末进给斜道，所述至少一个粉末进给斜道在所述滑板处于所述第二位置中时将所述滑板的所述至少一个粉末腔置于与所述上工具构件中的所述至少一个粉末进给斜道连通。4.如权利要求2所述的方法，其中，所述滑板包括槽，所述至少一个上工具构件在所述滑板的所述第一位置和所述第二位置均延伸穿过所述槽。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述滑板包括多个粉末腔，并且所述多个粉末腔不与延伸穿过所述滑板中的所述槽的所述至少一个上工具构件共轴。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个上工具构件中的所述至少一个粉末进给斜道相对于压制轴线成角度地延伸穿过所述至少一个上工具构件。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述工具组包括上内部冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·D·古罗西克，基思·M·沙勒斯，
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：