專利名稱：在壓實(shí)的粉末金屬部件中形成非軸向特征的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過壓實(shí)粉末金屬形成金屬零件的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā) 明涉及產(chǎn)生大致圓形的或偏心的多個(gè)凹切的 一種新的裝置及方法，這些凹切 垂直于工具彈出移動(dòng)的軸線。
背景技術(shù)：
粉末金屬壓實(shí)加工已經(jīng)導(dǎo)致了制造具有不同形狀與構(gòu)型的工件的能力， 而不必在這些工件中進(jìn)一步加工某些特征或尺寸特性。粉末金屬壓實(shí)已經(jīng)成 為用于產(chǎn)生齒輪的一種普遍的手段，這些齒輪具有圓周的或者甚至螺旋狀的 多排的齒。當(dāng)設(shè)計(jì)用于制造這種部件的壓模或者在選4奪有待由這種方法制造 的部件的類型時(shí)，必須考慮的 一個(gè)必要的因素是在壓實(shí)方法已經(jīng)形成了零件 之后，這些壓模必須能夠分離并且自由地彈出該零件。
常規(guī)的粉末金屬壓實(shí)通常由裝有工具組的一個(gè)成型壓機(jī)構(gòu)成。 一個(gè)典型 的工具組由一個(gè)單個(gè)的壓模(該壓模包含處于所希望的最終成品的形狀的一 個(gè)空腔)、幫助在成品的底部形成特征的一個(gè)或多個(gè)底部沖頭、幫助在成品 的頂部上形成特征的 一個(gè)或多個(gè)頂部沖頭，以及幫助形成一個(gè)或多個(gè)系列的 內(nèi)直徑的一個(gè)芯棒。可采用這種典型的工具組的變體以獲得成品形狀的變 體。
由粉末材料壓成一個(gè)零件的一個(gè)此類工具組的變體采用了一個(gè)上壓模 以及一個(gè)下壓模。每個(gè)壓模裝有至少一個(gè)可移動(dòng)的沖頭，該沖頭能夠響應(yīng)由 一個(gè)成型壓才幾在軸向方向上施加的壓力而軸向移動(dòng)。通過這種方法，該底壓 模與頂壓模最初可定位為與接合在下壓模中的 一個(gè)下沖頭接觸，以便當(dāng)這些 壓模處于閉合位置以及頂沖頭被升起并且與頂壓模分離開時(shí)，產(chǎn)生用于接受 粉末材料的一個(gè)空腔。 一個(gè)粉末送料板承載粉末越過頂壓模的頂表面并且然 后將粉末填充到由頂壓才莫、底壓模與底沖頭產(chǎn)生的空腔中。該送料板被撤回 并且頂沖頭然后被引進(jìn)頂壓模之中以開始該壓實(shí)過程。
在傳統(tǒng)上一直限制了粉末金屬壓實(shí)制造的更寬應(yīng)用的 一個(gè)問題在于該 方法通常產(chǎn)生包括多個(gè)特征的工件，這些特征由壓模的移動(dòng)、沖頭的移動(dòng)以 及最終成品的移出過程的組合所造型，其中此類移動(dòng)僅在軸向方向上進(jìn)行。具有所希望的非軸向特征(諸如凹切)的工件幾乎是不可能產(chǎn)生的，除非在 壓實(shí)過程之后必須增加諸如機(jī)加工或研磨的輔助加工以去除材料來產(chǎn)生此 類特征。此類具有非軸向特征的工件的實(shí)例是具有至少兩排環(huán)圓周齒的圓形 齒輪，該兩排齒被一個(gè)環(huán)圓周的凹切分隔開。非常令人希望的是能夠由一個(gè) 單一的方法(如僅由粉末壓實(shí)方法)來產(chǎn)生這樣的零件，而不是必須在壓實(shí) 的零件上進(jìn)行附加的機(jī)加工或研磨操作。
已經(jīng)進(jìn)行了多種嘗試以在粉末金屬壓實(shí)的零件中提供凹切。在美國專利
號(hào)4,087,221中披露了一個(gè)此類方法，其中使用一個(gè)粉末金屬壓模來產(chǎn)生具 有多個(gè)凹切部分的零件，這些凹切部分是通過使用可移動(dòng)的插入件形成的。 這個(gè)方法依然要求附加的操作步驟，因?yàn)檫@些插入件在壓實(shí)方法完成之后必 須手動(dòng)地從最終零件中去除。在美國專利號(hào)4,255,103中披露了在這個(gè)概念 的一個(gè)變體。在這個(gè)專利中，通過使用成形插入件在圓形的零件中形成了環(huán) 形的凸緣。然而， 一旦零件從壓實(shí)壓模中被移出，成形插入件也必須通過諸 如瀝取或才幾加工的附加處理來去除。
在美國專利號(hào)5,378,416中示出一個(gè)新的方法以解決在工件(如具有雙 排齒的齒輪)中提供凹切的問題。其中所披露的是一個(gè)壓模組，該壓模組包 括一個(gè)下壓4莫、 一個(gè)上壓模以及橫過該下壓模的頂表面而橫向移動(dòng)的一個(gè) "凸輪壓模"。當(dāng)壓實(shí)過程開始時(shí)，上壓模沖頭與下壓模沖頭彼此相向地軸 向移動(dòng)以壓實(shí)空腔中的粉末金屬，同時(shí)凸輪壓模的兩個(gè)相對(duì)的段彼此相向地 橫向移動(dòng)以在兩排齒之間形成一個(gè)環(huán)圓周的凹切。這種設(shè)計(jì)的問題在于因?yàn)?兩個(gè)凸輪壓模段沿一個(gè)單一的軸線彼此相向地移動(dòng)，所以壓實(shí)的粉末金屬零 件的密度在鄰近每個(gè)半球形的凸輪的中心的零件部分與鄰近兩個(gè)凸輪壓模 之間的接觸點(diǎn)的零件部分之間產(chǎn)生了差異。密度差異造成了零件上的應(yīng)力的 不均勻分布，這可以導(dǎo)致其過早破裂以及較短的壽命周期。此外，當(dāng)在零件 壓實(shí)之后兩個(gè)凸^侖離開壓才莫空腔撤回時(shí)，這些凸輪的不同部分抵靠在最終零 件上進(jìn)行不同的移動(dòng)。每個(gè)凸輪的中心徑向地滑動(dòng)離開最終的零件，而每個(gè) 凸輪的末端在大致切線方向上滑動(dòng)離開。這些不同的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)在每個(gè)壓模部 分與之接觸的工件上產(chǎn)生了不同的應(yīng)力，直至完全與零件脫離接合。這個(gè)差 異可產(chǎn)生形成應(yīng)力破裂的不可預(yù)知的模式的可能性。此外，如果橫向移動(dòng)的 凸輪壓模不能完全相遇，則產(chǎn)生了一個(gè)空隙，該空隙導(dǎo)致形成一個(gè)"薄片" 或看似多余的材料(它必須由諸如機(jī)加工這樣的手段來去除)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于壓實(shí)具有一個(gè)非軸向的凹切特征的粉末金屬零件的一種 裝置以及方法。 一個(gè)常規(guī)的粉末金屬成型壓機(jī)以及一個(gè)工具組包括一個(gè)上壓 模、 一個(gè)下壓模以及在每個(gè)壓模之中的軸向可移動(dòng)的多個(gè)沖頭。該上壓模與 該下壓模的對(duì)接形成了具有所希望的工件形狀的一個(gè)空腔。本發(fā)明包括一個(gè) 凹切壓模，該凹切壓模定位于該上壓模的底表面與該下壓模的頂表面之間。 該凹切壓才莫包含在一個(gè)圓形圖案中對(duì)齊的多個(gè)成形的沖頭。這些成形的沖頭 的尖端會(huì)聚形成一個(gè)內(nèi)圓周。這些成形的沖頭彼此相對(duì)地移動(dòng)，以將該內(nèi)圓 周的大小從一個(gè)最大直徑的位置改變到一個(gè)最小直徑的位置，以形成該非軸 向的辨^正。
在運(yùn)行中，適量的粉末金屬被裝進(jìn)在該上壓模、下壓模、下沖頭以及多 個(gè)凹切沖頭之間產(chǎn)生的空腔中。該上沖頭與下沖頭在來自成型壓機(jī)的壓力下 是可彼此相向地軸向移動(dòng)的。在壓力施加之前或者逐步地在施加全部壓力的 過程中， 一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使這些成形的沖頭轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使該內(nèi)圓周在該壓?？涨?之中從它的最大直徑的位置移動(dòng)到它的最小直徑的位置。該內(nèi)圓周的最小直 徑小于一個(gè)或兩個(gè)壓模的壁的直徑，這樣在該壓實(shí)零件中垂直于沖頭移動(dòng)以 及零件彈出移動(dòng)的軸線形成了一個(gè)非軸向的凹切。 一旦該壓實(shí)過程完成，則 該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)這些成形的沖頭，以此將該內(nèi)圓周從它的最小直 徑的位置增加到它的最大直徑的位置。因?yàn)樵搩?nèi)圓周的最大直徑大于該空腔 壁的直徑，所以這些成形的沖頭不妨礙該彈出移動(dòng)以及因而發(fā)生的壓實(shí)零件 從工具組的空腔中移出。
本發(fā)明提供了用于制造具有一個(gè)非軸向的凹切或多個(gè)非軸向形成的特 征的壓實(shí)粉末金屬零件的 一種裝置及方法。遍及該凹切的整個(gè)圓周的壓實(shí)粉 末金屬的均勻密度提供了最終零件的結(jié)構(gòu)完整性以及功能的持久性。


圖1A示出了具有上芯棒與下芯棒的雙沖頭粉末金屬壓實(shí)工具組在用粉 末金屬填充之后的截面圖。
圖1B示出了具有單個(gè)下芯棒的雙沖頭粉末金屬壓實(shí)工具組在用粉末金 屬填充之后的截面圖。
圖1C示出了用粉末金屬填充之后的具有單個(gè)下芯棒的雙上沖頭與雙下 沖頭粉末金屬壓實(shí)工具組。
沖頭粉末金屬壓實(shí)工具組。
、、口 、 、 、 、一
圖2示出了本發(fā)明的凹切壓模的一個(gè)俯視平面視圖。 圖3示出了凹切壓模的多個(gè)三角形板的構(gòu)型的一個(gè)等距一見圖。圖4A示出了縮回到它的內(nèi)圓周的最大直徑的這些三角形板。圖4B示出了轉(zhuǎn)動(dòng)至它的內(nèi)圓周的最小直徑的位置的這些三角形板。
圖5示出了帶有用于多個(gè)槽縫的可能的位置與角度的單個(gè)三角形板。
圖6示出了在它的第一側(cè)邊緣與它的第二側(cè)邊緣上均具有互鎖的運(yùn)轉(zhuǎn)限制裝置的單個(gè)三角形板。
圖7示出了凹切壓模的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的一個(gè)變體的分解的等距視圖。
圖8A示出了具有兩排齒的一個(gè)鏈輪的等距視圖。
圖8B是經(jīng)過圖8A所示的鏈輪的線B-B的截面。
具體實(shí)施例方式
圖1A與圖1B中所示的工具組是一個(gè)常規(guī)的粉末金屬成型壓機(jī)的截面視圖并且提供了用于顯示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行的背景。粉末金屬成型壓機(jī)10包括一個(gè)上壓才莫14以及一個(gè)下壓才莫18。沿軸線99在兩個(gè)方向上施加一個(gè)壓實(shí)力。 一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)柱24限制了這些壓模在軸線方向上彼此相對(duì)的移動(dòng)。上壓模14包含一個(gè)圓柱形狀的上沖頭15,該上沖頭穿過上圓柱形孔11可滑動(dòng)地移動(dòng)。以相同方式，下壓模18包含一個(gè)圓柱形的下沖頭19，該下沖頭穿過下圓柱形孔12可滑動(dòng)地移動(dòng)。空腔13形成在上壓才莫14、下壓模18的內(nèi)壁與每個(gè)沖頭15和19的內(nèi)末端之間。芯棒16和20會(huì)聚在空腔13中以形成穿過壓實(shí)的工件的一個(gè)孔。圖1B示出了圖1A中所展示的工具組的一個(gè)變體，它通過具有一個(gè)單個(gè)芯棒20來形成穿過壓實(shí)的工件的一個(gè)孔。
在圖1C與圖1D中示出其他的工具組構(gòu)型。參見圖1C,示出了具有雙上沖頭15a和15b以及雙下沖頭19a和19b的一個(gè)工具組。將一個(gè)單下芯棒20用于產(chǎn)生穿過壓實(shí)的工件的一個(gè)孔。圖1D示出了僅具有一個(gè)單上沖頭15連同雙下沖頭19a和19b的一個(gè)工具組。再一次， 一個(gè)單下芯才奉2(H皮用于產(chǎn)生穿過壓實(shí)的工件的孔。
存在多種可用于以粉末金屬材料17填充空腔13的方法。例如，所使用的方法之一可包括首先將上壓模14從下壓模18分離開；將下沖頭19下降到它的最低位置；填充位于下壓模18的內(nèi)壁之中的那一部分的空腔13;將該上壓模降低到與該下壓模全接合中并且隨著在軸向上向下移動(dòng)上沖頭15并向上移動(dòng)下沖頭19以便用粉末金屬材料17完全地填充空腔13。另一種方法可包括將上沖頭15從上壓模14中撤回；同時(shí)保持上壓模14與下壓模18之間的接觸；經(jīng)過上圓柱形的壓模壁11注入粉末金屬材料17;然后將上沖頭15再插入上壓模14中。關(guān)于本發(fā)明，可采用在本領(lǐng)域中已知的這些或任何其他適當(dāng)?shù)氖侄巍?br> 本發(fā)明的裝置及方法能夠在壓實(shí)的粉末金屬工件(如一個(gè)鏈輪72 (見圖8A與圖8B))中形成一個(gè)非軸向的特征，而不要求進(jìn)一步的機(jī)加工或切削。一個(gè)非軸向的特征4皮限定為僅能通過工具形成的一種形狀，該工具在大致垂直于軸線99的方向上移動(dòng)。本發(fā)明最適合用于制造具有兩排或更多排環(huán)圓周的齒(要求在齒排之間有一個(gè)凹切)的齒輪或鏈輪。具體參見圖8A,該圖示出了具有兩排平行的、環(huán)圓周的齒74a與74b的鏈輪72的一個(gè)等距視圖。一個(gè)凹切76將兩排齒分隔開。凹切76的直徑小于通過連接鏈輪齒廓根78a與78b所形成的直徑。由在鄰近凹切壓模30的上圓柱孔11中的多個(gè)齒形切口在上壓才莫14中形成第一排齒74a并且由在鄰近凹切壓才莫30的下圓柱孔12中的多個(gè)齒形切口形成第二排齒74b。這兩排齒可相互對(duì)齊，這樣每個(gè)齒74a與一個(gè)齒74b對(duì)齊并且每個(gè)齒才艮78a與一個(gè)齒才艮78b對(duì)齊?？商娲?，這兩排齒可以按任何相位的定向、錯(cuò)位狀態(tài)相互偏離，或者使一排中的每個(gè)齒與另一排齒上的一個(gè)齒根對(duì)齊，常常稱之為一組定相的鏈輪或一個(gè)MORSEGEMINI 鏈輪。鏈輪72的中心孔82可通過將軸向可移動(dòng)的芯棒16和20匯集在一起或者通過使一個(gè)單芯棒20貫穿過空腔13而形成。在后者的情況下，單芯才奉20從下沖頭19延伸進(jìn)入上沖頭15中。當(dāng)使用配對(duì)的芯棒時(shí)，上芯棒16在上沖頭15之中是軸向可移動(dòng)的并且下芯棒20在下沖頭19之中是軸向可移動(dòng)的，這樣，在工件壓實(shí)的過程中，它們軸向地移動(dòng)直至它們?cè)诳涨?3之中相遇。
一個(gè)凹切壓模30 (見圖1A-1D)被定位于上壓模14的下表面與下壓模18的上表面之間。凹切壓模30包含一個(gè)任選的上固定板32與一個(gè)任選的底固定板34。在這些固定板之間是多個(gè)成形的沖頭40。參見圖5,圖中示出了如具有一個(gè)大致三角形形狀的一個(gè)成形的沖頭的實(shí)例。每個(gè)成形的沖頭40包含一個(gè)第一側(cè)邊l象42、 一個(gè)第二側(cè)邊緣44、 一個(gè)尖端46以及一個(gè)外邊全彖
48。該第一邊緣接近于尖端46的部分被標(biāo)識(shí)為工作邊緣42a,如圖6所示。它在線a-a之間在長(zhǎng)度上可以變化。這是實(shí)際上形成工件中的凹切的表面。工作邊緣42a可以取許多形狀的形式。它可以保持為直線的第一邊緣("a )或者它可以采取一種曲線的形狀，如42b的虛線所示，或者它可以斷然切除沖頭40的尖端，如沿虛線42c所示。如由圖3中示意的圖示所示，多個(gè)成形的沖頭40以環(huán)圓周共平面的圖案布局，使得每個(gè)成形的沖頭40的第一邊緣42與它相鄰的成形的沖頭的第二邊緣44抵靠。成形的沖頭40的工作邊緣42a形成一個(gè)內(nèi)圓周。該內(nèi)圓周可以是大致圓形的或多邊形的，如由工作邊緣42a的形狀所決定。如果該凹切是多邊形的，那么工作邊緣4h的平直段可以是大致相等的長(zhǎng)度或它們可具有不同的長(zhǎng)度。成形的沖頭40的外邊緣48限定了一個(gè)外圓周38。在凹切壓模30中的成形的沖頭的數(shù)目可以從3到300，這取決于被制造零件的尺寸與復(fù)雜性。優(yōu)選地，成形的沖頭的數(shù)目范圍是從6到36。更為優(yōu)選地，該數(shù)目大約為12,但是按照設(shè)計(jì)要求所希望的可以是更少。
成形的沖頭40可以不是全部相同的，尤其是對(duì)于它們的工作邊緣42a而言。例如，這些沖頭的一部分(例如從整個(gè)圓周的60到120度)可以短于剩余沖頭的長(zhǎng)度，以便形成階梯的或非對(duì)稱的凹切。當(dāng)用在一個(gè)鏈輪上時(shí)，這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)零件，它的重心已經(jīng)移向一部分凹切，該部分凹切延伸得比該凹切的剩余部分遠(yuǎn)，以形成一個(gè)凸輪的凸出部的特征。此類零件適合用在例如內(nèi)燃^L上的平tf軸上。此外， 一個(gè)或多個(gè)成形的沖頭40可短于剩余的沖頭，以生成一個(gè)向外凸起的接片或隆起，該接片或隆起可被用作一個(gè)傳感器冒頭，例如用于發(fā)動(dòng)^L定時(shí)的用途。
成形的沖頭40的運(yùn)動(dòng)是以一種轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來進(jìn)行。每個(gè)成形的沖頭40的第一側(cè)邊緣42可滑動(dòng)地與它鄰近的成形的沖頭的第二邊緣44抵靠。如圖4A示意性地所示，內(nèi)圓周36處于由實(shí)線所指示的最大直徑的位置，而成形的沖頭40的外邊緣48在外圓周38處對(duì)齊。當(dāng)沿外圓周38在外邊緣48上施加一個(gè)大致切向的力時(shí)，如圖4B中所示，成形的沖頭40的邊鄉(xiāng)彖^:此相對(duì)移動(dòng)，使內(nèi)圓周36的直徑減小到如由實(shí)線所示的最小直徑的位置。
參見圖2,圖中示意性地表示了成形的沖頭40在凹切壓模30之中的運(yùn)行。使用了一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60來提供使成形的沖頭40轉(zhuǎn)動(dòng)所必需的力。如所希望的，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60可被附裝在一個(gè)或多個(gè)成形的沖頭40的外邊緣48上。如果使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，建議將它們定向?yàn)檠赝鈭A周彼此相對(duì)，彼此成大致180度。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60可以是能夠?yàn)槎鄠€(gè)成形的沖頭40提供轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的任何已知裝置。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)例包括，但并不局限于， 一個(gè)蝸輪、 一個(gè)內(nèi)/外齒輪組、 一個(gè)步進(jìn)電機(jī)或者一個(gè)液壓或氣動(dòng)致動(dòng)的活塞或一個(gè)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60施加的動(dòng)力可由例如一個(gè)伺服或液壓電動(dòng)機(jī)62來提供并且經(jīng)過一個(gè)連接軸64傳遞到外圓周38上。例如，施加到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60上的動(dòng)力還可以使用臺(tái)板以及柱式延伸由該成型壓機(jī)來提供以此致動(dòng)凹切壓模30。
在一個(gè)實(shí)施方案中，由形成在每個(gè)成形的沖頭40中的至少一個(gè)槽縫50來引導(dǎo)并限制這些成形的沖頭的運(yùn)動(dòng)。如圖5所示，槽縫50可定位在成形的沖頭40的表面上的不同位置中，如由多條虛線所提示的位置。這些槽縫的位置將影響該槽縫相對(duì)于外圓周38的圓形軌跡的角度。以緊密鄰近并且總體上平行于每個(gè)成形的沖頭40的外邊緣48定位的多個(gè)槽縫將具有一個(gè)角度，該角度僅略微彎曲離開處于大致圓形軌跡中的外圓周38的曲率的角度。隨著這些槽縫的位置接近于成形的沖頭40的尖端46,該曲率的角度變得更為尖銳。緊密鄰近每個(gè)成形的沖頭40的尖端46形成的多個(gè)槽縫具有接近于螺旋狀軌跡的 一個(gè)非常尖銳的角度。參見圖2,多個(gè)銷釘52被牢固地緊固在一個(gè)底固定板34或一個(gè)上固定 板32上，或者它們可^皮永久地固定在兩個(gè)固定板上。每個(gè)銷4丁52^皮定位為 以便裝配在每個(gè)槽縫50之中。當(dāng)成形的沖頭40處于它們的最大直徑的位置 時(shí)，每個(gè)銷釘與包含它的槽縫的一端相抵靠。隨著驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60將一個(gè)力施 加到成形的沖頭40的外圓周上以使這些成形的沖頭朝向它們的最小直徑的 位置轉(zhuǎn)動(dòng)，該槽縫相對(duì)于靜止的銷釘52移動(dòng)直至該銷^l丁與該槽縫的相對(duì)端 抵靠，如此使這些成形的沖頭的運(yùn)動(dòng)停止。
在上述設(shè)計(jì)的槽縫與銷釘之外或作為它們的一種替代，可通過在這些成 形的沖頭的邊緣上設(shè)計(jì)的一個(gè)互鎖接片來限制成形的沖頭40彼此相對(duì)的運(yùn) 動(dòng)。參見圖6，在每個(gè)成形的沖頭4Q的第二邊緣44上的一個(gè)止動(dòng)接片45 與它相鄰的成形的沖頭40的第一邊緣42上的一個(gè)槽43互鎖。止動(dòng)接片45 的長(zhǎng)度小于槽43的長(zhǎng)度，這樣成形的沖頭40被允許相對(duì)于彼此僅移動(dòng)一個(gè) 有限的距離。止動(dòng)接片45在槽43之內(nèi)的全行程與內(nèi)圓周36的最大直徑與 最小直徑的位置之間的差異相關(guān)。
在圖7中以一個(gè)分解的等距^L圖示出了驅(qū)動(dòng)^M勾60的一個(gè)變體。在其 外直徑上具有多個(gè)齒以及在其內(nèi)直徑上具有多個(gè)引導(dǎo)接片92的一個(gè)環(huán)90被 可滑動(dòng)地安裝在一個(gè)凹槽91之中，該凹槽在底固定板34的表面上。每個(gè)引 導(dǎo)接片92非永久性地與在每個(gè)三角形板40的邊緣48上的一個(gè)引導(dǎo)槽縫94 互鎖。圖7中示出了上述銷釘與槽縫引導(dǎo)裝置的一個(gè)替代實(shí)施方案，每個(gè)三 角形板40具有至少一個(gè)銷釘502，該銷釘可滑動(dòng)地與多個(gè)槽縫501之一接合， 這些槽縫位于底固定板34與上固定板32 (在這個(gè)視圖中未示出)二者的內(nèi) 表面上。 一個(gè)蝸輪或者類似這樣的促動(dòng)裝置與在環(huán)90的外直徑上的多個(gè)齒 相接合并且使該環(huán)在凹槽91中轉(zhuǎn)動(dòng)。如以上所說明，該環(huán)在一個(gè)第一方向 上的轉(zhuǎn)動(dòng)迫使成形的沖頭40彼此相對(duì)移動(dòng)，按照由每個(gè)銷釘502經(jīng)過它對(duì) 應(yīng)的槽縫501的往返移動(dòng)所進(jìn)行的控制，由此使內(nèi)圓周36(在這個(gè)圖中未示 出)從它的最大直徑的位置移動(dòng)到它的最小直徑的位置。在該壓實(shí)過程完成 之后，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以一個(gè)第二方向(與該第一方向相反)移動(dòng)該環(huán)，4吏得這 些成形的沖頭移動(dòng)，這樣該內(nèi)圓周從它的最小直徑的位置退回到它的最大直 徑的位置。在該環(huán)在該第一方向上移動(dòng)的過程中，每個(gè)引導(dǎo)接片92將開始 從它對(duì)應(yīng)的引引導(dǎo)槽縫縫94中退出。這些引導(dǎo)接片92從不完全退出它們對(duì) 應(yīng)的引導(dǎo)槽縫94并且由此在這些成形的沖頭在內(nèi)圓周36的最大與最小直徑 的位置之間全部范圍移動(dòng)的過程中限制了這些成形的沖頭40的橫向移動(dòng)。
圖1B、圖2與圖8A幫助對(duì)結(jié)合一個(gè)凹切壓模的壓實(shí)方法作最好的解釋。 粉末金屬材料被注入空腔13中并且然后通過施加一個(gè)外部施加的壓實(shí)力而 被壓實(shí)成一個(gè)壓實(shí)的零件。當(dāng)沖頭15和19將該壓實(shí)力傳遞到粉末金屬17時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60迫使成形的沖頭4 0從該內(nèi)圓周的最大直徑的位置轉(zhuǎn)動(dòng)到該 內(nèi)圓周的最小直徑的位置，以形成在兩排齒74a和74b之間的凹切76。這些 成形的沖頭到它們的最小直徑的位置的轉(zhuǎn)動(dòng)可以在施加該壓實(shí)力之前完成 或者這些成形的沖頭可隨著該壓實(shí)力逐漸增大而逐步被移動(dòng)到該最小直徑 的位置上。使所述運(yùn)動(dòng)的順序逆行能夠使壓實(shí)的工件從該工具組中取出。剛 才所述的步驟的順序?qū)⒂赏ㄟ^這個(gè)方法所制造的每個(gè)零件的尺寸與具體的 構(gòu)型來確定并且可被相應(yīng)地優(yōu)化，而不偏離本發(fā)明的范圍及目的。
圖8B是具有兩排偏離齒的一個(gè)常規(guī)鏈輪72的截面。因?yàn)橛蛇@個(gè)實(shí)例所 示的這些排的齒是偏離的，所以這個(gè)視圖示出了凹切76的直徑是小于通過 連接在每個(gè)齒80之間的多個(gè)溝槽78的一個(gè)虛線所形成的直徑。
因此，應(yīng)該理解，在此說明的本發(fā)明的這些實(shí)施方案僅是本發(fā)明的這些 原理的應(yīng)用的說明。在此提及的這些示例性的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)并非旨在限制 權(quán)利要求的范圍，這些權(quán)利要求本身列舉了對(duì)于本發(fā)明來說被認(rèn)為是必要的 那些特征。
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于通過使用一個(gè)工具組將粉末金屬壓實(shí)成具有一個(gè)非軸向特征的一個(gè)粉末金屬零件，該工具組具有一個(gè)上壓模以及一個(gè)下壓模，該上壓模帶有至少一個(gè)軸向可移動(dòng)的上沖頭，該下壓模帶有至少一個(gè)軸向可移動(dòng)的下沖頭，該裝置包括a)一個(gè)凹切壓模，該凹切壓模定位于該上壓模的一個(gè)底表面與該下壓模的一個(gè)頂表面之間；b)該凹切壓模包含多個(gè)處于一個(gè)圓周圖案的成形的沖頭；c)每個(gè)成形的沖頭具有一個(gè)外邊緣、一個(gè)第一側(cè)邊緣、一個(gè)第二側(cè)邊緣以及一個(gè)尖端；其中，至少一個(gè)成形的沖頭的外邊緣運(yùn)行性地與一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相接合，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)迫使這些成形的沖頭彼此相對(duì)環(huán)圓周地移動(dòng)以形成一個(gè)內(nèi)圓周。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該凹切壓模被定位于兩個(gè)固 定板之間，這些固定板被標(biāo)識(shí)為一個(gè)底板與一個(gè)頂板。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該凹切壓模與這些固定板被 定位于兩個(gè)壓實(shí)壓才莫之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該凹切壓模被定位于兩個(gè)壓 實(shí)壓模之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)成形的沖頭的第一側(cè)邊 緣接近于該尖端的一部分限定了 一個(gè)工作邊緣；其中每個(gè)成形的沖頭 的第 一側(cè)邊緣可滑動(dòng)地接合與其相鄰的成形的沖頭的第二側(cè)邊緣。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所有成形的沖頭的工作邊緣 的組合形成該內(nèi)圓周。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中該內(nèi)圓周限定了一個(gè)設(shè)計(jì)的 形狀。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中每個(gè)成形的沖頭的工作邊緣 是線性的，這樣使得該凹切壓模的多個(gè)成形的沖頭形成了 一種大致多 邊形的設(shè)計(jì)形狀。
9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中每個(gè)成形的沖頭的工作邊緣 是曲線的，這樣使得該凹切壓模的多個(gè)成形的沖頭形成了 一種大致圓 形的設(shè)計(jì)形狀。
10. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中這些成形的沖頭被分為至少 兩個(gè)部分，其中每個(gè)部分的成形的沖頭具有不同的長(zhǎng)度，以在該粉末 金屬零件中形成一個(gè)非對(duì)稱的非軸向的特征。
11. 如權(quán)利要求1Q所述的裝置，其中該非對(duì)稱的非軸向的特征 是一個(gè)凸輪的凸出部。
12. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該非對(duì)稱的非軸向的特征 包括多個(gè)向外凸出的接片。
13. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)迫使這些成形的 沖頭轉(zhuǎn)動(dòng)并且從該內(nèi)圓周的一個(gè)最大直徑的位置朝向該內(nèi)圓周的一個(gè) 最小直徑的位置滑動(dòng)。
14. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中每個(gè)成形的沖頭具有至少一 個(gè)直立的銷釘，該銷4丁橫穿過多個(gè)彎曲的槽縫之一，這些槽縫形成在 該銷4丁與之4妄合的至少一個(gè)固定板中，以引導(dǎo)每個(gè)成形的沖頭在該凹 切壓模的底板與頂^反之間大致環(huán)圓周地轉(zhuǎn)動(dòng)。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中該多個(gè)槽縫被形成在該底 板中。
16. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中該多個(gè)槽縫被形成在該頂 板中。
17. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中接近于該凹切壓模的外圓 周定位的這些槽縫的曲率近似于一個(gè)圓的圓周的軌跡。
18. 如權(quán)利要求14所述的裝置，這樣使得接近于該凹切壓模的 內(nèi)圓周定位的這些槽縫的曲率近似于一個(gè)螺旋的軌跡。
19. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該底板通過多個(gè)銷釘被連接 到該凹切壓模的上頂板上。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中這些銷釘各自滑動(dòng)地接合 在形成于每個(gè)成形的沖頭中的至少一個(gè)槽縫之內(nèi)，以引導(dǎo)每個(gè)成形的 沖頭在該凹切壓模之內(nèi)大致環(huán)圓周地移動(dòng)。
21. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)蝸輪，該 蝸輪運(yùn)行性地與形成于至少 一個(gè)成形的沖頭的外邊緣上的多個(gè)齒相嚙 合。
22. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)液壓或氣 動(dòng)致動(dòng)的汽缸，該汽缸具有一個(gè)軸構(gòu)件，該軸構(gòu)件被連接到與該驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)運(yùn)行性地接合的成形的沖頭的外邊緣上。
23. 如權(quán)利要求l所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 該第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位于離其他驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)近似180度的該凹切壓模的外 圓周上。
24. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含可滑動(dòng)地嵌 入一個(gè)凹槽之內(nèi)的一個(gè)環(huán)，該凹槽在至少一個(gè)固定斧反的表面上，該環(huán)具有包含多個(gè)齒的一個(gè)外直徑以及具有多個(gè)導(dǎo)向接片的一個(gè)內(nèi)直徑， 其中每個(gè)導(dǎo)向接片非永久地接合在每個(gè)成形的沖頭的外邊緣上的一個(gè)導(dǎo)縫。
25. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該非軸向的特征是在該粉末 金屬零件的兩個(gè)較大直徑圓周的特征之間的 一個(gè)凹切。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中該凹切是大致圓形的。
27. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中該凹切是大致多邊形的。
28. 如權(quán)利要求27所述的裝置，其中該多邊形的凹切包含大致 相等長(zhǎng)度的多個(gè)段。
29. 如權(quán)利要求27所述的裝置，其中該多邊形的凹切包含不同長(zhǎng)度的多個(gè)段。
30. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中該凹切是非對(duì)稱的。
31. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中該粉末金屬零件是一個(gè)齒 輪或鏈輪，該齒輪或鏈輪具有定位于該凹切的任一側(cè)上的兩排環(huán)圓周 的齒。
32. 如權(quán)利要求1所述的裝置具有3至300個(gè)成形的沖頭。
33. 如權(quán)利要求32所述的裝置具有6至36個(gè)成形的沖頭。
34. 如權(quán)利要求33所述的裝置具有大約12個(gè)成形的沖頭。
35. —種方法，用于將粉末金屬壓實(shí)成具有一個(gè)非軸向特征的一 個(gè)粉末金屬零件，該方法包括以下步驟a) 將粉末金屬送入一個(gè)工具組的一個(gè)空腔中，該工具組包括具有 至少一個(gè)軸向可移動(dòng)的上沖頭的一個(gè)上壓模、具有至少一個(gè)軸向可移 動(dòng)的下沖頭的一個(gè)下壓模以及定位于該上壓模與該下壓模之間的一個(gè) 凹切壓模，其中該凹切壓模包含形成一個(gè)圓周圖案的多個(gè)共平面的成 形的沖頭，這些環(huán)圓周布置的成形的沖頭具有一個(gè)外圓周和一個(gè)內(nèi)圓 周，每個(gè)成形的沖頭具有一個(gè)第一側(cè)邊緣、 一個(gè)第二側(cè)邊緣、 一個(gè)外 邊緣以及一個(gè)尖端；b) 使該上沖頭與該下沖頭在逐步增加的壓力下彼此相向地移動(dòng)進(jìn) 入該空腔中以形成一個(gè)壓實(shí)的粉末金屬零件，同時(shí)致動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以將這些成形的沖頭從該內(nèi)圓周的一個(gè)最大直徑的位置轉(zhuǎn)動(dòng)至一個(gè)最小直徑的位置；c) 使這些成形的沖頭從該最小直徑的位置轉(zhuǎn)動(dòng)至該最大直徑的位 置，同時(shí)釋放在該上沖頭與該下沖頭上的壓力并且從該空腔中將它們 招t回；并且d) 從該空腔中移開該壓實(shí)的粉末金屬零件。
36. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中該凹切壓沖莫被定位于兩個(gè) 固定板之間，這些固定板被標(biāo)識(shí)為一個(gè)底板與一個(gè)頂板。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其中該凹切壓模與這些固定板 被定位于兩個(gè)壓實(shí)壓才莫之間。
38. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中該凹切壓才莫被定位于兩個(gè) 壓實(shí)壓模之間。
39. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中每個(gè)成形的沖頭的第一側(cè) 邊緣接近于該尖端的一部分限定了一個(gè)工作邊緣，這些工作邊緣結(jié)合 形成該內(nèi)圓周，該內(nèi)圓周在該粉末金屬零件中產(chǎn)生了該非軸向的特征。
40. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中該粉末金屬零件是一個(gè)齒 輪或鏈輪，該齒輪或鏈輪具有兩排環(huán)圓周的齒。
41. 如權(quán)利要求35所述的方法，其中該非軸向的特征是在兩排 環(huán)圓周的齒之間的 一 個(gè)凹切。
42. 如權(quán)利要求41所述的方法，其中該凹切是大致圓形的。
43. 如權(quán)利要求41所述的方法，其中該凹切是大致多邊形的。
44. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中該多邊形的凹切是由這些 成形的沖頭的工作邊緣形成的，其中這些成形的沖頭具有大致相等的 長(zhǎng)度。
45. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中該多邊形的凹切是由這些 成形的沖頭的工作邊緣形成的，其中這些成形的沖頭具有不同的長(zhǎng)度。
46. 如權(quán)利要求41所述的方法，其中該凹切是非對(duì)稱的。
47. 如權(quán)利要求41所述的方法，其中在該壓實(shí)壓模上施加全壓 力之前，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使這些成形的沖頭轉(zhuǎn)動(dòng)至該內(nèi)圓周的最小直徑的 位置上。
48. 如權(quán)利要求41所述的方法，其中該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使這些成形的 沖頭逐步轉(zhuǎn)動(dòng)至該內(nèi)圓周的最小直徑的位置以便與施加到該壓實(shí)壓模 上的漸進(jìn)增加的壓力相對(duì)應(yīng)。
全文摘要
用于形成具有一個(gè)非軸向的凹切特征的壓實(shí)的粉末金屬零件的一種裝置以及方法。一個(gè)凹切壓模被定位于上與下壓模之間并且包含了在一種圓形圖案對(duì)齊的多個(gè)成形的沖頭。這些成形的沖頭各自包含一個(gè)工作邊緣。這些工作邊緣會(huì)聚而形成一個(gè)內(nèi)圓周，它產(chǎn)生了該凹切特征。這些成形沖頭的邊緣彼此相對(duì)滑動(dòng)以將該內(nèi)圓周的大小從一個(gè)最大直徑的位置改變到一個(gè)最小直徑的位置。在壓實(shí)過程中，這些成形沖頭的轉(zhuǎn)動(dòng)將該內(nèi)圓周改變到它的最小直徑的位置，由此在該最終壓實(shí)的零件中形成一個(gè)凹切。這些成形的沖頭到它的最大直徑的位置的回撤使得該零件能夠不受阻礙地從工具組中移出。
文檔編號(hào)B22F3/02GK101674907SQ200880014632
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
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