[发明专利]通过粉末冶金形成的非均质发动机部件

说明书

技术领域

本发明涉及通过粉末冶金形成的部件，尤其涉及用于通过粉末冶金形成部件的一种方法和装置。

背景技术

粉末冶金是一种用于生产应用于诸如发动机的高质量部件的常用制造方法。在发动机部件的制造中经常使用粉末冶金，因为它经济、灵活、且可用比形成部件的其它方法较少的机加工或二次处理来生产一最终零件。粉末冶金允许一部件由多种合金、复合材料和其它材料形成，以给最终的部件提供所需的特征。粉末冶金适合于制造广泛范围的尺寸和形状的零件。同样，粉末冶金还能可靠地生产具有一致的尺寸和有利的物理性能的零件。

参见图1，显示了用于传统粉末冶金部件形成工艺30的一工艺流程图。首先，提供构成部件的金属粉末32。通常，将润滑剂添加至金属粉末，以减少压制机械的磨损。其次，混合基底粉末34，以形成一均质混合物。最终完工的零件是金属粉末组分的一均质合金。

然后用混合的粉末填满一模子或模具36。模具闭合时具有与最终零件的形状有点近似的一内部空穴。在模具内压实粉末38，以形成一所谓的“生件”。压实38通常在室温和例如30—50吨每平方英寸的压力下完成。生件也被称为一“生压制件”，当它从模具中脱出时，具有用于下一步操作的所需尺寸和形状。在压实38之后，生件具有足够的强度以用于进一步处理。

生件经受一烧结工艺40。在烧结40之后，取决于零件的预期用途，可在零件上完成多种二次操作42，该工艺产生一最终零件44。

通常，烧结40涉及使生件经受一温度，例如是构成生件的金属或合金的金属熔点的70—90％的温度。在一炉子内控制温度、时间和气氛的变量，以生产由于金属颗粒的结合或合金而具有改进的强度的一烧结零件。烧结工艺40通常包括在一烧结炉中实施的三个基本步骤：熔化46、烧结48和冷却50。通常使用连续型烧结炉来完成这些步骤。熔化室用于使形成生件中所使用的润滑剂挥发46。高温室实施实际烧结48。冷却室在处理之前冷却烧结零件50。

可认为冷却50之后从烧结炉40中出来的零件是完工的。可选择地，它们可经受一个或多个二次操作42。二次操作包括例如再压制(锻造)部件52、机加工54、滚磨56和将部件与作为整个组件的部分的附加部件结合58。二次操作42还可包括将油或润滑剂渗入零件60，以传递自润滑性能。烧结部件还可经受热处理62，以给部件提供诸如强度之类的某些特征和性能。本领域普通技术人员会意识到，可实施其它二次操作。二次操作42可独立实施或与其它二次操作共同实施。一旦实施了所有的二次操作，就完成了部件或零件44。

美国专利第6055884号、第5551782号和第5353500号都公开了用于一内燃机中的连杆。

图2显示了一传统内燃机的内部细节，以说明一连杆64的使用。连杆64枢转地连接至一活塞66和曲轴74。连杆64在一大或曲柄端76连接至曲轴74。连杆64的大端76处接纳曲轴74的一轴部分(“曲柄销”)78。连杆64还在连杆64的一小或活塞端70处连接至一活塞66。一销(“活塞销”)68用于允许连杆64的小端70和活塞66之间的转动。

参见图3—5，显示了根据传统方法制造的一传统连杆64。连杆64包括一活塞端70、一曲轴端76和一柄80。柄80通常提供有一个或多个用于减轻重量的凹处82。曲轴端76包括一大眼77，用于接纳曲柄销78。曲轴端76包括一曲柄轴承84，用于将由于轴78在大眼77内的转动而产生的磨损和摩擦最小化。轴承84包括轴承材料88、一外部材料支持面89和一内部轴承面86。本领域普通技术人员会意识到，当在曲柄销78和内部轴承面86之间提供润滑油时，曲柄轴承84形成一流体动力轴承。

连杆64的活塞端70包括一小眼81，用于接纳肘节销68。小眼81提供有一轴衬90，用于减小操作期间由于转动而产生的摩擦和磨损。轴衬90包括离散的或分离的轴承材料92、一内部轴承接触面94和一外部轴承支持面96。

一连杆64通常由一钢或铝合金构成。现在钛合金也用于连杆64。轴衬90通常由青铜构成。

曲柄轴承84和轴衬90通常提供至连杆64，作为二次制造和组装工艺的部分。每个轴承84和轴衬90都通常形成为其单独制造工艺的部分，然后与作为一单独制造或组装步骤的连杆64结合。附加的步骤使制造工艺增加了时间、加工和劳动力成本。所有制造的一持续的目标是减少成本。

因此，仍然需要提供具有一减少数量的制造步骤、加工工具、零件和劳动力的、用于发动机的连杆。

发明内容