烧结机械部件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有从主体的一面突出的销的烧结机械部件及其制造方法，特别是涉 及能够抑制因作用于销的负载而引起的折损的烧结机械部件及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 粉末冶金法为将由金属粉末等构成的原料粉末凝固为规定的形状以及尺寸，并以 不使其熔融的温度对其进行加热，由此使粉末粒子稳固地结合来制造金属制品的技术，该 粉末冶金法能够以较少的工序近净成型地进行造型，并且，从适于大量生产等的特点来看， 向汽车用机械部件、各种工业用机械部件的应用正在推进中。
[0003] 对于基于粉末冶金法的烧结部件而言，通常，对原料粉末进行压缩成型时的粉末 粒子之间的空隙在烧结后作为气孔而残留，因此存在与熔炼材料相比强度降低的缺点。因 此，若通过粉末冶金法制造具有从主体突出的销的机械部件，则在较高的载荷作用于销而 使应力集中于销的根部的情况下，销因其强度低而从根部折损。例如，构成摩托车的变速机 构的齿轮变速用凸轮部件为图1所示的机械部件1，并具有六根销2在近似六芒星形状的主 体3的一面突出的形状，在齿轮变速时，六根销2承受较高的载荷。
[0004] 为了在上述的对销作用有较高的载荷的机械部件的制造应用粉末冶金法，并且防 止销的折损，而将由锭钢制造的销2压入由烧结体构成的主体3来构成机械部件1。就是 说，图1那样的机械部件1通过由锭钢构成各销2的工序、形成由烧结体构成的主体3的工 序以及向主体3的孔部4压入销2的工序被制造。
[0005] 在上述的机械部件的制造过程中，需要另外准备由锭钢制造的销，并且追加向由 烧结体构成的主体压入销的工序，因此较繁琐，且成本增高。就是说，有损能够以较少的工 序近净成型地进行造型且适合大量生产的粉末冶金法的优点。
[0006] 另一方面，作为不使用锭钢而由烧结体制造图1那样的机械部件的事例，已知有 将利用通常的方法对原料粉末进行成型以及烧结后的烧结体加热至高温，在热间进行锻造 (所谓的烧结锻造），由此通过塑性流动形成销（参照下述非专利文献1)。
[0007] 现有技术文献
[0008] 非专利文献
[0009] 非专利文献1 :日本粉末冶金工业会编著"焼結機械部品-子?設計t製造_(烧 结机械部件-其设计和制造）"1988年10月20日发行，243页
【发明内容】
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 在通过这样的基于烧结锻造的金属流动（塑性流动）形成销的成型方法中，能够 将销整体的密度比提高至与锭钢同等，因此能够防止销部从根部折损。
[0012] 但是，在上述的方法中，需要对成为锻造材料的烧结体加热的设备以及对锻模加 热的设备，从而要花费烧结体以及锻模的加热经费。并且，用于热锻的锻模价格高昂且寿命 又短，因此相应地成为制造成本提高的重要因素。
[0013] 如以上那样，在对从主体突出的销作用高载荷的机械部件中，期望包含销的机械 部件整体由烧结体构成而能够抑制销的折损的烧结机械部件。另外，期望能够不加热烧结 体以及锻模而以低成本获得上述的烧结机械部件的制造方法。
[0014] 本发明的目的在于解决上述课题，实现具有从主体突出的销，且整体由烧结体构 成并且能够抑制销的折损的烧结机械部件以及不使用价格高昂的设备而能够廉价地提供 上述的烧结机械部件的制造方法。
[0015] 用于解决课题的方法
[0016] 为了解决上述课题，本发明人等在进行了研究后，发现了在销从主体突出而对销 作用高载荷的机械部件中，即使不高密度地形成销整体，若仅对销的特定的部位局部地实 施致密化而形成高密度，则也能够抑制销的折损。
[0017] 根据本发明的一方式，烧结机械部件由烧结合金构成，并具备具有作用表面的主 体以及与上述主体形成为一体并从上述作用表面突出的销，烧结机械部件的主旨在于，上 述销具有以上述销的侧面在根部附近平滑地弯曲而与上述主体的作用表面连续的方式在 根部扩大的轴对称形状，构成上述烧结机械部件的烧结合金具备金相结构，该金相结构具 有密度比为80~96 %的基体以及密度比为96 %以上且与上述基体相比为高密度比的致密 化层，上述致密化层以深度在从施加于上述销的弯曲载荷产生的应力为最大的应力最大位 置成为0. 3mm以上的方式设置于上述销的侧面。
[0018] 上述销也可以构成为具备从上述作用表面垂直地突出且呈柱状的销主部以及具 有位于上述销主部与上述主体之间并以使上述销主部的侧面与上述作用表面连续的方式 呈凹状弯曲的侧面的扩口基部，上述应力最大位置位于上述扩口基部的侧面，形成有上述 致密化层的区域包含上述扩口基部的侧面的至少一部分。除了上述致密化层之外的所有部 分由上述基体构成，上述致密化层的最靠表面的密度比优选为97%以上，上述扩口基部具 有上述侧面在上述销的轴向剖面中显示曲线的曲线旋转体的形状。
[0019] 上述扩口基部能够构成为具有侧面在上述销的轴向剖面中显示圆弧的圆弧旋转 体或者显示椭圆弧的椭圆弧旋转体的形状、或者上述扩口基部能够构成为局部地包含侧面 在上述销的轴向剖面中显示直线的圆锥台部，上述扩口基部的侧面在上述销的轴向剖面中 显示局部地包含直线部的曲线。上述圆锥台部的侧面在上述销的轴向剖面中显示的直线与 销的轴向的角度优选为45°以下。
[0020] 上述主体也可以呈上述作用表面平坦的实际的平板状，若在上述作用表面的相反 的一侧具有在与上述销对应的位置形成有凹部的背面，则有助于形成均匀的烧结体，上述 凹部的深度可为上述主体的厚度的10~70%。
[0021] 另外，根据本发明的一方式，烧结机械部件的制造方法的主旨在于，以具备具有作 用表面的主体以及与上述主体在根部形成为一体并从上述作用表面突出的销，且上述销具 有在根部扩大的轴对称形状并且上述销的侧面在根部附近平滑地弯曲而与上述主体的作 用表面连续的形状，规定烧结机械部件的净成型，准备由密度比为80~96%的烧结合金构 成的烧结体，该烧结体具有对包含从在上述净成型中施加于上述销的弯曲载荷产生的应力 为最高的应力最大位置的区域附加余料而使上述销的侧面比上述净成型更膨出的形状，在 冷间对上述烧结体的余料进行再次压缩而成型为上述净成型，将与上述烧结体相比为高密 度比且密度比为96%以上的致密化层以深度在上述应力最大位置成为0. 3mm以上的方式 形成于上述销的侧面。
[0022] 上述余料的再次压缩可以以50~1200MPa的压力进行。上述主体呈上述作用表 面平坦的实际的平板状，对于上述烧结体而言，若在上述作用表面的相反的一侧具有在与 上述销对应的位置形成有凹部的背面，则有利于均匀地成型。上述凹部的深度可为上述主 体的厚度的10~70%。
[0023] 发明的效果
[0024] 根据本发明的结构，在对从主体突出的销作用高载荷的机械部件中，能够由烧结 材料构成包含销的机械部件整体，并且仅对应力集中的部位实施致密化而抑制销的折损， 并且能够廉价地供给机械部件。另外，在本发明的制造方法中，通过在冷间对余料进行再次 压缩的塑性加工来进行致密化，因此不需要加热烧结体、锻模的设备，从而能够实现制造成 本的大幅度的减少。
【附图说明】
[0025]图1是表示作为摩托车的变速机构的齿轮变速用部件而使用的以往的烧结机械 部件的一个例子的示意图，图1(a)是将销突出的平面配置于上侧的烧结机械部件的俯视 图，图1 (b)是图1(a)的A-A线剖面图，图1 (c)是立体图。
[0026]图2是表示作为摩托车的变速机构的齿轮变速用部件而使用的本发明的烧结机 械部件的一个例子的示意图，图2(a)是将销突出的平面配置于上侧的烧结机械部件的俯 视图，图2(b)是图2(a)的B-B线剖面图，图2(c)是立体图。
[0027] 图3是表示在图2的烧结机械部件中，销的扩口基部的侧面在轴向剖面中显示圆 弧的一个例子，图3(a)、图3(b)是放大图2(b)的部分C的示意图，图3(c)是使销侧面的距 主体的距离X与应力σX的关系和图3(b)对应地表示的应力分布的图表。
[0028] 图4是表示在图2的烧结机械部件中，销的扩口基部的侧面在轴向剖面中显示圆 弧的其他例子，图4(a)、图4(b)是放大图2(b)的部分C的示意图，图4(c)是使销侧面的距 主体的距离X与应力σX的关系和图4(b)对应地表示的应力分布的图表。
[0029]图5是表示在图2的烧结机械部件中，销的扩口基部的侧面在轴向剖面中显示椭 圆弧的一个例子，图5(a)、图5 (b)是放大图2 (b)的部分C的示意图，图5 (c)是使销侧面的 距主体的距离X与应力σX的关系和图5(b)对应地表示的应力分布的图表。
[0030]图6是表示在图2的烧结机械部件中，销的扩口基部的侧面在轴向剖面中显示椭 圆弧的其他例子，图6(a)、图6(b)是放大图2(b)的部分C的示意图，图6(c)是使销侧面的 距主体的距离X与应力σX的关系和图6(b)对应地表示的应力分布的图表。
[0031]图7是表示在图2的烧结机械部件中，销的扩口基部的侧面在轴向剖面中显示椭 圆弧的又一其他例子，图7(a)、图7(b)是放大图2(b)的部分C的示意图，图7(c)是使销侧 面的距主体的距离X与应力σX的关系和图7(b)对应地表示的应力分布的图表。
[0032] 图8是表示在图2的烧结机械部件中，销的扩口基部的侧面在轴向剖面中显示局 部包含直线的曲线的一个例子，图8(a)、图8 (b)是放大图2 (b)的部分C的示意图，图8 (c) 是使销侧面的距主体的距离X与应力σχ的关系和图8(b)对应地表示的应力分布的图表。
[0033] 图9(a)是表示烧结体材料的形状例的示意图，图9 (b)是图9(a)的局部D的放大 图。
[0034] 图10(a)是表示对烧结体材料进行再次压缩的锻模装置的结构的一个例子的示 意图，图10(b)是图10(a)的局部E的放大图。
[0035] 图11 (a)、图11 (b)是对烧结体材料的再次压缩状态进行说明的示意图。具体实施 方式
[0036] (发明点）
[0037] 在柱状的销从平坦的作用表面垂直地突出的机械部件中，若对销施加载荷，则因 施加于销的载荷而引起的弯矩在销的根部最大，并且弯矩在与弯曲方向相反的一侧的销侧 面作为拉伸应力发挥作用。其结果，拉伸应力集中地作用于销侧面与作用表面不连续的销 根部的角部，破坏从根部的表面进行。
[0038] 因此，在本发明中，第一，呈在根部扩大的轴对称性的形状形成销，并以具有直径 恒定的柱状的销主部以及直径从销主部侧朝向主体侧扩大的扩口基部的方式构成销。如上 扩大基部，由此销的根部的体积增加，从而销的根部的强度相应地增加。另外，该扩口基部 以销的侧面与主体的作用表面平滑地连续的方式形成为如牵牛花那样扩张的形状。由此， 在扩口基部及其周边的区域（就是说，包含与扩口基部邻