专利名称：用于模制应用的粉末金属轴向和径向保持结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及烧结粉末金属制造，并特别是涉及在将成为模制组件的一部分的部件中形成轴向和径向锁定结构。
背景技术：
烧结粉末金属(PM)件近年来越来越多地用作成为多材料模制产品的一部分的基本部件或插件。根据需要，这些材料可以是塑料、橡胶、铝或另一种材料。多材料产品的优点是较低的成本、增大的生产率以及更大的设计灵活性。实现这些优点部分地是因为PM部件可提供单一材料产品所不能实现的针对模制部件的增加强度和结构，且PM部件能以各种合金制造成净形状或接近净形状，这造成较少的材料浪费并消除了机加工或将机加工减到最少。
通常，PM部件将具有形成消费者使用产品所需的结构的内表面。这根据需要可以是直通孔、键槽、双d孔或其它。外表面与另一部件材料配合。这通常通过将材料模制在PM部件周围来实现，这通常被称为包覆模制。简单的PM部件或插件可能不包括任何保持结构，这样PM插件可脱离并掉出部件。为了解决这个问题，一些插件可包括保持结构，以提供与部件更牢固的连接。例如，一些PM插件将具有提供沿一个方向的保持的凸缘；另一种插件可具有诸如肋部、键槽、多边形形状等的外表面结构以提供转动保持或径向保持。其它设计包括模制材料能流入其内的滚花、底切或穿孔以提供轴向保持。
然而，为了实现轴向和径向保持，通常将需要附加的处理，这大幅增加了多材料部件的总体制造时间和成本。例如，滚花、车削、底切、或铣削出底切部或侧孔均需要附加的加工步骤。考虑到之前设计的这些限制，需要改善的PM部件，该PM部件具有易于制造的径向和轴向保持结构。发明内容
在一方面，本发明提供包括第一或上端面和第二或下端面的PM部件。两个端面之间的距离形成轴向或纵向。PM部件还包括形成根据消费者使用产品所需来构造的通道的内表面，以及构造成与放置有PM部件的材料结构配合的外表面。内表面和外表面之间的距离形成垂直于轴向或纵向的径向方向。PM部件还包括第一组保持结构，第一组保持结构从外表面向内并从第一端面沿纵向突出。第二组保持结构从外表面向内并从第二端面沿纵向突出。该第二组保持结构在角度上位于第一组保持结构中间，因而，它们在角度上彼此偏移且不相交。第一组和第二组保持结构都具有垂直于切向的至少一部分表面。此外，这些结构还具有垂直于纵向的一部分结构表面。因此，它们提供沿轴向或纵向的保持以抵抗PM部件沿轴向的冲出，以及提供沿径向的保持以抵抗PM部件相对于包围其材料的转动。
在另一方面，本发明提供一种由粉末金属制成部件的方法。该方法包括沿纵向挤压粉末金属的步骤。这可利用压实模具套件来实现，该压实模具套件包括下冲头、下芯部、下模具、上模具、上冲头和上芯部。PM部件的顶面将由上冲头形成。包括上保持结构的上外表面将由上模具空腔形成。包括下保持结构的下外表面将由下模具空腔成形。部件的下端面将由下冲头形成。用芯部使部件的内表面成形。该方法还包括通过首先从部件提升上模具和上冲头来移除部件，并通过使下模具和芯部下降来进行最终移除。
本发明的其它特征和优点将出现在随后的详细说明中。在说明中，可参照示出本发明的较佳实施例的附图。
附图的简要说明
图1a是现有技术的粉末金属部件的立体图，该粉末金属部件具有用于轴向和径向保持的滚花和圆形底切结构；
图1b是图1a的同一粉末金属部件的剖视图,该图不出作为多材料产品而用另一材料52包覆模制的部件51 ；
图2a是重新设计成包含本发明的粉末金属部件的立体图2b是图2a的同一粉末金属部件的剖视图，该图不出作为多材料产品而用另一材料54包覆模制的部件53
图3a_3f是用于形成图2a的粉末金属部件的工具的示意剖视图；以及
图4是总结了粉末金属部件的哪些部分由哪些工具部分形成的示意图。
具体实施方式
根据本发明，在挤压循环期间形成轴向或纵向和径向保持结构。如图2a中所示，PM部件还包括形成根据消费者使用产品所需来构造的通道的内表面90，以及构造成与放置有PM部件的材料结构配合的外表面。内表面和外表面之间的距离形成垂直于轴向或纵向的径向方向。PM部件还包括第一组上保持结构91，第一组上保持结构从外表面向内并从上表面92沿纵向突出。第二组或下保持结构93从外表面向内并从下表面94沿纵向突出。该第二组或下保持结构93在角度上偏移开，以使它们在部件的周缘上位于各上保持结构91之间，以使它们不相交(假设它们延伸入另一组保持结构的区域)。两组保持结构大致平行于部件的轴向延伸，并且延伸比部件长度小的轴向长度，因而，每个结构形成盲端面95，该盲端面沿径向和周向延伸，并且位于与轴向垂直的平面内。
如所述，上和下保持结构都具有表面的与径向垂直的至少一部分，并还具有结构表面的与纵向垂直的一部分。因此，它们提供沿轴向和径向的保持。
在图3a_ 3f中示出执行该过程以制成保持结构。如图3a - 3f中所示，用于包覆模制的PM插件可根据本发明采用压实成套工具来制成，该压实成套工具作为加工(工具)构件包括下模具501、上模具502、上冲头601、上销701、下冲头201和下芯销101。当安装在粉末金属压实机中时，加工构件通过机械、液压或其它动力装置来移动。
在图3a中示出起始位置。在此位置，模具501与下加工构件101和201对准，并且下加工构件使其上表面彼此齐平。下冲头201是管状的，且可相对于模具501和芯销101缩回，从而在填充粉末金属的型腔下方包围芯销101。
图3b中所示的第二步骤是使加工构件下芯部101和模具501相对于下冲头201移动以形成空腔582。这可通过使冲头201向下运动或使芯部101和模具501向上运动来实现。
接下来，在图3c中，第三步是用粉末金属来填充所得的空腔582。
图3d中所示的第四步是将加工构件上模具502、上销701和上冲头601向下放到使上模具502抵靠下模具501且上销701抵靠下芯销101的位置。
图3e中所示的第五步是使上模具502继续向下，从而推动下加工构件模具501向下运动，而粉末通过下冲头201保持在相对位置。现在，粉末空腔583部分地由上模具502和下模具501构成。
图3f的第六步是使冲头继续朝向彼此运动直至粉末在冲头之间压实为止。PM压实件585形成有由芯部101构成的内部形状和部分地由上模具502和部分地由下模具501构成的外部形状，上模具从顶面形成保持结构，而下模具从底面形成保持结构，且上模具502和下模具501的角位置偏移开，以使顶部或底部保持结构在角度上偏移开，因而，一组结构位于另一组结构之间，各组提供轴向和径向保持。上模具502和下模具501的对准可通过设定引导工具来实现，或者附加的工具结构可用于便于这种对准。
图3g中所示的最后或第七步是使上模具502向上运动，随后使上冲头601向上运动，然后下冲头501和下芯部101向下运动，以使部件脱出，并返回到初始位置。
由此,参照图4，内表面90由芯部101形成,上表面92由冲头601形成,下表面94由冲头201形成，上侧外部段96由模具502形成，而下侧外部段98由模具501形成。
在压实之后，部件在烧结炉中烧结以使压实件的粉末熔融并固化粉末，从而使其从结构上牢固，同时在很大程度上保持它的形状。
尽管已对本发明的较佳实施例进行了详细描述，但显然对于本领域的技术人员来说可对所述的较佳实施例进行许多更改和改变。例如，粉末金属部件可具有各种保持形状或尺寸或部件可具有附加的复杂度。因此，本发明不应限于所述的实施例。
权利要求
1.一种用于由包覆模制材料进行包覆模制的烧结粉末金属插件，所述烧结粉末金属插件包括烧结粉末金属本体，所述本体具有相对的端面和在所述端面之间延伸的外表面，所述外表面具有形成于所述外表面内的一组保持结构以及形成于所述外表面内的第二组保持结构，所述一组保持结构作为从一个端面向另一端面延伸且并未达到所述另一端面的间隔开的凹陷部，所述第二组保持结构作为从所述另一端面向所述一个端面延伸且并未达到所述一个端面的间隔开的凹陷部，所述第一组保持结构与所述第二组保持结构在角度上偏移开，因而，所述第一组结构在角度上位于所述第二组结构之间。
2.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，各组结构沿轴向延伸一长度，以不达到与另一组结构轴向发生交叠。
3.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，所述结构沿纵向比沿周向延伸得远。
4.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，各个结构具有大体呈圆柱体段形状的径向向内表面。
5.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，各个结构形成止于盲端部处的端壁。
6.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，所述外表面为大致圆柱形。
7.如权利要求7所述的烧结粉末金属插件,其特征在于，所述端壁位于垂直于轴向的平面内。
8.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，所述第一组结构不彼此相交。
9.如权利要求1所述的烧结粉末金属插 件，其特征在于，所述第二组结构不彼此相交。
10.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，所述插件具有孔。
11.如权利要求11所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，所述孔具有非圆形形状，以由轴驱动。
12.如权利要求1所述的烧结粉末金属插件，其特征在于，所述第一组结构与所述第二组结构不相交。
13.—种制造如权利要求1所述的烧结粉末金属插件的方法，包括如下步骤:在压实成套工具内压实粉末金属，所述压实成套工具包括具有上模具的上加工构件和具有下模具的下加工构件，其中，所述一组结构由模具中的一个形成，而所述另一组结构由另一模具形成。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:用粉末金属来填充所述下模具的第一空腔，使所述上模具与所述下模具邻抵，随后使所述粉末金属运动到所述第一空腔内，以使所述粉末金属占据两个模具内的空腔，随后压实所述空腔内的所述粉末金属。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述压实成套工具包括至少一个芯销，所述至少一个芯销与所述下模具一起有助于形成填充粉末金属的所述第一空腔，当完成对部件的压实时，所述至少一个芯销形成粉末金属部件中的孔。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述芯销呈台阶状，以在完成对部件的压实时在所述粉末金属部件中形成具有一较大直径和一较小直径的台阶孔。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，管状冲头在所述第一空腔下方包围所述芯销的一部分， 并具有在完成对部件的压实时形成所述粉末金属部件的端面的端面。
全文摘要
一种用于包覆模制的粉末金属插件和制成该粉末金属插件的方法，该粉末金属插件在外表面上具有从各端部延伸并在角度上彼此偏移开的保持结构。
文档编号B22F5/08GK103180070SQ201180049172
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月27日
发明者D·D·库珀, J·P·莫尔, J·H·曼德尔 申请人:Gkn烧结金属有限公司