通過使用半封閉式燒結(jié)鍛造來制造連桿的方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)基于35U. S. C. § 119要求于2014年3月3日提交到韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的韓 國專利申請(qǐng)第10-2014-25174號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容整體并入本文以供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種制造用于連接車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞和曲軸銷的連桿的方法。具體 地，該連桿制造方法通過使用半封閉式燒結(jié)鍛造，可提供改進(jìn)的屈服強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度等，所 述半封閉式燒結(jié)鍛造包括形成預(yù)成型體（preliminary formed body)的步驟、燒結(jié)步驟、鍛 造步驟等。
【背景技術(shù)】
[0004] 已經(jīng)不斷發(fā)展車輛生產(chǎn)技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)滿足顧客當(dāng)前需求的多樣化、高性能和高質(zhì) 量的許多目的。此外，已經(jīng)經(jīng)由因競(jìng)爭、供給擴(kuò)張以及大量生產(chǎn)而導(dǎo)致的原價(jià)降低而顯著降 低制造成本。
[0005] 具體地，已進(jìn)行了開發(fā)連桿的研宄（連桿是起到通過曲軸將活塞的動(dòng)能傳遞到車 輪的重要作用的部件），由此已獲得具有提高的屈服強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度等同時(shí)生產(chǎn)成本降低的 連桿。
[0006] 在車輛中，連桿是指連接活塞銷和曲柄銷的桿，也稱為連接桿（con-rod)。在連桿 中，連接到活塞銷的部分是小端部分，連接到曲柄銷的部分是大端部分。此外，連接小端部 分和大端部分的具有I形橫截面的I端部分是需要優(yōu)異的機(jī)械特性例如拉伸載荷和壓縮載 荷的部分。
[0007] 具體地，氣缸內(nèi)形成的爆發(fā)壓力通過活塞頭在縱向方向上施加大的壓縮載荷到連 桿上。此外，由于活塞的運(yùn)動(dòng)是交替進(jìn)行的，連續(xù)力可以以拉伸載荷和壓縮載荷施加，其可 以在連桿的縱向方向上形成，因此連桿可能發(fā)生彎曲等。
[0008] 制造連桿以改善機(jī)械特性（如抗張強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度）的方法可包括熱鍛工序或燒 結(jié)鍛造工序。然而，由于在通過熱鍛工序制造的連桿中形成金屬流，機(jī)械強(qiáng)度可得到改善， 但可能產(chǎn)生許多浪費(fèi)的飛邊（flash)等，因此制造成本可能因多個(gè)鍛造工序而增加。
[0009] 通過燒結(jié)鍛造工序制造的連桿具有的優(yōu)點(diǎn)在于，由于工序中不形成飛邊，可降低 制造成本，并且可顯著降低材料損失量。此外，與通過應(yīng)用熱鍛工序制造的連桿相比，可以 不需要為移除殘余應(yīng)力而進(jìn)行熱處理等。然而，由于其中沒有形成金屬流，機(jī)械性能可能變 差。
[0010] 上述在該【背景技術(shù)】部分公開的信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此其可能 含有不構(gòu)成在該國本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 現(xiàn)在，通過設(shè)置最佳的制造步驟來提供制造具有改進(jìn)的屈服強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度等的 連桿的方法，從而對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的上述問題提供技術(shù)方案。
[0012] 在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，通過使用半封閉式燒結(jié)鍛造來制造連桿的方法可包含 以下步驟：第一步，將燒結(jié)材料的金屬粉末置于封閉的模具中，然后通過使用一般成形壓力 機(jī)形成預(yù)成型體；第二步，對(duì)所形成的預(yù)成型體進(jìn)行加熱，以燒結(jié)該預(yù)成型體；第三步，對(duì) 燒結(jié)的預(yù)成型體進(jìn)行半封閉式鍛造，以制造鍛件；第四步，將制造的鍛件冷卻至常溫；第五 步，通過沖壓工序從冷卻的鍛件移除飛邊；和第六步，通過噴丸處理來制造連桿，從而將移 除了飛邊的鍛件的表面上存在的雜質(zhì)去除。
[0013] 在某些示例性實(shí)施方式中，在第二步中，燒結(jié)溫度可以在約1100至約1250°C的范 圍內(nèi)，燒結(jié)時(shí)間可以是在該燒結(jié)溫度下進(jìn)行約10至約30分鐘。
[0014] 在另外某些示例性實(shí)施方式中，在第二步中，燒結(jié)過程中的氣氛可包括氮?dú)猓∟2) 和氫氣（H2)，氮?dú)猓∟2)與氫氣（H2)間的體積比可以為約90:10。
[0015] 在另外某些示例性實(shí)施方式中，在第三步中，在鍛件的周圍形成的飛邊的平均厚 度可以在約〇· 3至約0· 5mm的范圍內(nèi)。
[0016] 在某些示例性實(shí)施方式中，在第四步中，當(dāng)將經(jīng)歷了鍛造的鍛件冷卻至常溫時(shí)，冷 卻速度可以在約0.8至約1.2°C /s的范圍內(nèi)。
[0017] 具體地，在第六步的噴丸處理過程中，鍛件的表面粗糙度可以為約30 μπι。
[0018] 在其它某些示例性實(shí)施方式中，可通過使用在上端具有兩個(gè)沖頭（punch)且在下 端具有三個(gè)沖頭的成形模具，來形成預(yù)成型體。
[0019] 在其它方面，在多個(gè)示例性實(shí)施方式中可通過該方法制造用于車輛的連桿。
[0020] 本發(fā)明的其它方面在下文中公開。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的各示例性實(shí)施方式，與在現(xiàn)有技術(shù)中使用的熱鍛工序或燒結(jié)鍛造工 序相比，可以降低連桿的制造成本。此外，金屬流可以不高于通過使用熱鍛法以獲得最終鍛 件即連桿而制造的連桿的金屬流。因此，所制造的連桿可具有改善的機(jī)械特性如屈服強(qiáng)度 和抗張強(qiáng)度等。
【附圖說明】
[0022] 上述在該【背景技術(shù)】部分公開的信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此其可能 含有不構(gòu)成在該國本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
[0023] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式通過使用燒結(jié)鍛造工序的壓 制成型而得到的具有與最終產(chǎn)品相似的形狀和大小的示例性預(yù)成型體。
[0024] 圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式在鍛件的外圍產(chǎn)生的示例性飛 邊。
[0025] 圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的示例性的完成的鍛件。
[0026] 圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的連桿的示例性大端部分、示例 性小端部分以及連接大端部分和小端部分的示例性I端部分。
[0027] 圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式使用上模和下模通過半封閉 式鍛造來鍛造預(yù)成型體而得到的示例性連桿的I端部分的橫截面。
[0028] 圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明通過使用半封閉式燒結(jié)鍛造法制造的連桿的I橫截面部 分的金屬流的微觀視圖。
[0029] 圖7是示出了通過使用現(xiàn)有技術(shù)中的熱鍛法制造的連桿的I橫截面部分的金屬流 的微觀視圖。
[0030] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式通過使用半封閉式燒結(jié)鍛造法制造的示例 性連桿的微觀組織（microtissue)的微觀視圖。
[0031] 圖9是通過使用現(xiàn)有技術(shù)中的熱鍛法制造的連桿的微觀組織的微觀視圖。
[0032] 圖10是通過使用現(xiàn)有技術(shù)中的燒結(jié)鍛造法制造的連桿的微觀組織的微觀視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本文使用的術(shù)語僅出于說明【具體實(shí)施方式】的目的，而不是意在限制本發(fā)明。如本 文所使用的，單數(shù)形式"一個(gè)、一種、該"也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另外明確指明。 還應(yīng)當(dāng)理解的是，在說明書中使用的術(shù)語"包括、包含、含有"是指存在所述特征、整數(shù)、步 驟、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、 元素、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的 任何和所有結(jié)合。
[0034] 除非具體指出或從上下文明顯得到，否則本文使用的術(shù)語"約"應(yīng)理解為在本領(lǐng)域 的正常容許范圍內(nèi)，例如在均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)。"約"可以理解為在所述值的10%、9%、 8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05%或0· 01% 內(nèi)。除非另外從上下文 明顯得到，否則本文中提供的所有數(shù)值都被術(shù)語"約"修飾。
[0035] 應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語"車輛"或"車輛的"或其他類似術(shù)語包括通常的機(jī)動(dòng)車， 例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車（SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶 的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)力車和其 他代用燃料車（例如，來源于石油以外的資源的燃料）。本文中提到的混合動(dòng)力車是具有兩 種或更多種動(dòng)力來源的車輛，例如具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。
[0036] 在本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語或詞不應(yīng)該解讀為限制于通常的含義或 詞典中的含義，而是應(yīng)該解讀為基于發(fā)明者能夠適當(dāng)定義術(shù)語的概念從而以最佳方式描述 他/她自己的發(fā)明的原則具有符合本發(fā)明的技術(shù)精神的含義和概念。
[0037] 在下文中，將參照附圖等對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0038] 在一方面，本發(fā)明涉及一種制造連桿以提高其強(qiáng)度和屈曲性能的方法。具體地，根 據(jù)本發(fā)明的制造連桿的方法可包括半封閉式熱鍛工序，在該方法中可一并提供現(xiàn)有技術(shù)中 熱鍛工序和燒結(jié)鍛造工序的優(yōu)點(diǎn)。
[0039] 現(xiàn)有技術(shù)中的熱鍛工序包括：使用半封閉式鍛造通過整坯模工序（bluster process)對(duì)圓鋼條材料進(jìn)行的第一成形步驟；通過預(yù)鍛模工序（blocker process)進(jìn)行的 第二成形步驟；通過終鍛模工序（finisher process)進(jìn)行的第三成形步驟；通過用于去除 在上述步驟中形成的飛邊的修整工序的第四成形步驟；等等。熱鍛工序可具有的優(yōu)點(diǎn)在于， 產(chǎn)品的強(qiáng)度等會(huì)得到改進(jìn)。
[0040] 現(xiàn)有技術(shù)中的燒結(jié)鍛造工序包括：將燒結(jié)材料的金屬粉末置于封閉模具中、然后 通過精密成形壓力機(jī)（precise forming press)形成預(yù)成型體的步驟，通過使用封閉式鍛 造來鍛造預(yù)成型體的步驟等等。燒結(jié)鍛造工序可具有的優(yōu)點(diǎn)在于，產(chǎn)品的精密度等得到改 善。
[0041] 相應(yīng)地，在本發(fā)明示例性實(shí)施方式的半封閉式熱鍛工序中，如圖1所示，可通過使 用燒結(jié)鍛造工序的壓制成型而形成具有與最終產(chǎn)品相似的形狀和大小的預(yù)成型體。接著， 可通過對(duì)形成的預(yù)成型體使用半封閉式鍛造來去除在鍛件10的外圍產(chǎn)生的飛邊20(如圖 2所示），然后可制造出如圖3所示的鍛件。
[0042] 具體地，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的制造連桿的方法可包括以下步驟：第一步， 將燒結(jié)材料的金屬粉末置于封閉模具中，然后通過使用一般成形壓力機(jī)形成預(yù)成型體；第 二步，對(duì)所形成的預(yù)成型體進(jìn)行加熱，以燒結(jié)該預(yù)成型體；第三步，對(duì)燒結(jié)的預(yù)成型體進(jìn)行 半封閉式鍛造，以制造鍛件；第四步，將制造的鍛件冷卻至常溫；第五步，通過對(duì)冷卻的鍛 件進(jìn)行沖壓工序而移除飛邊；和第六步，通過噴丸處理來制造連桿，從而將移除了飛邊的鍛 件的表面上存在的雜質(zhì)去除。
[0043] 在某些示例性實(shí)施方式中，第二步的燒結(jié)溫度可在約1100°C至約1250°C的范圍 內(nèi)，或具體地為約1120°C。當(dāng)燒結(jié)溫度小于約IKKTC時(shí)，可能無法燒結(jié)金屬粉末。當(dāng)燒結(jié) 溫度大于約1250°C時(shí)，不會(huì)相應(yīng)地獲得燒結(jié)效果，由此可能使經(jīng)濟(jì)效率降低，且