[发明专利]包含粉末金属部件的复合组合件

说明书

技术领域

本发明涉及制造包含粉末金属部件的组合件的方法以及该组合件。

背景技术

在机械装置中使用的许多部件具有复杂的形状。这些部件可以通过适当的机械加工从实心钢坯制成，但这通常不能有效使用材料，特别是对于大量生产。作为替代方案，可以铸造复杂的形状并随后加工到其最终尺寸。这产生较小的浪费，但铸造过程是劳动和能量密集的过程。利用粉末金属制造过程以制成复杂形状的部件也是众所周知的。在该过程中，铁和其它添加剂的粉末在压力下成型以产生最终形状的“生坯”部件，然后穿过烧结生坯部件的炉子。最终部件可具有接近锻钢特性的特性并且已经被广泛用于包括动力传动的许多领域中。将部件成型到其近净形状(near net shape)的能力使材料的浪费最小化并增加生产效率。

由于这些结构组合件的几何形状和设计以及在粉末金属部件(PMC)的制造中所用设备和工艺的发展现状，因此PMC的使用在许多应用中受到限制。存在许多通过使用冲压、锻造或铸造工艺制成的扭矩传递部件和组合件，但是由于PMC不能容易地与锻钢接合，因此这已经限制了PMC在这类应用中的使用。存在使用机械紧固件或电容放电焊接将PMC连接到非PMC部件的应用，其或者由于有限的扭矩承载能力而具有有限的应用，或者由于增加的生产成本和制造的复杂性而难以实用。

在美国专利3717442中公开了可将粉末金属部件接合到诸如钢、铸铁等的实心锻造基材的铜焊合金。在美国专利4029476中公开了对该铜焊合金的改进，其还提到3717442的铜焊合金遇到的一些困难。在每个这些文献中，提出在粉末金属部件的烧结过程中铜焊两个部件。这使锻钢部件在烧结表面内经历高温，其可导致钢的变形和性能退化。因此，在以上专利中说明的工艺被认为不适合用于生产使用精密加工的高载荷部件和粉末金属部件的组合件。

因此，本发明的目的是消除和减轻上述缺点。

发明内容

一般而言，本发明的一个方面提供一种组合件，其中粉末金属部件被铜焊到钢基材上，随后将扭矩传递元件焊接到基材上。

优选钢基材具有大于12％和小于45％、更优选18～26％和最优选18％的碳含量。

作为进一步的优选，扭矩传递部件可以是轴或离合器机构或内齿圈(annulus gear)并被激光焊接到基材上。

在本发明的另一方面中提供一种组合件的制造方法，该方法包括以下步骤：从粉末金属成型部件；将所述部件支撑在钢基材上；在所述钢基材和所述部件之间设置铜焊合金；使所述部件和基材通过烧结炉以烧结所述部件并将所述基材铜焊到所述基材上；和随后将扭矩传递元件焊接到所述基材上。

优选地，所述方法包括激光焊接扭矩传递元件的步骤。

附图说明

现在将仅以举例的方式参照附图来说明本发明的实施方案，其中：

图1是行星齿轮托架组合件的分解透视图；

图2是图1的托架组合件的纵剖面；

图3是生产图1和2的组合件的步骤示意图；

图4是图1和2所示托架组合件的一部分的详细视图；

图5是用于生产图1组合件的烧结炉的温度曲线图。

具体实施方式

因此参照图1，行星齿轮托架组合件10包括具有基座14的托架12。支腿16以隔开的间隔从基座14上伸出并止于端面18。托架12由粉末金属成型，并且在烧结之前处于“生坯”状态。粉末是包含铁、铜、碳和其它可能的诸如钼、锰、铬和镍的合金化元素的铁粉金属合金。

托架12通过在19指示的铜焊连接到从轧制钢料压制的基材20，该基材20具有相对较低的、典型为ASTM1018或ASTM1026级的碳含量。一般地，碳含量在12％和45％之间，优选在18％和26％之间。选择较高的碳含量以在烧结过程中在退火后提供足够的强度，同时保持基材的可焊接性。

基材20具有容纳轴26的凸台24的中心孔22。凸台24沿其外缘被激光焊接到基材20上，如25所示。轴26设置为在行星齿轮托架12和驱动件(未示出)之间传递扭矩，并由诸如ASTM 4130的高抗拉钢的钢料加工而成。一般地，轴26可以是中空的或实心的，并包括其外表面上用于配合驱动件的脊部28和在驱动件中支撑轴26的轴承面30。一般热处理轴26，并在装配到托架组合件10中之前被部分加工到加工尺寸(in-process dimension)。