[发明专利]复合粉末金属可变边界的齿轮及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锻造的粉末金属部件，更具体地说，涉及一种复合粉末金 属可变边界部件及其制造方法。

背景技术

越来越需要可减少生产部件中的成本、时间和步骤的制造工艺。通常，与 改进制造工艺最终相关的益处必然首先与客户要求有关，从而将产品开发和改 进成具有优良的尺寸、机械和/或性能特性。例如，典型的差速机侧齿轮可能具 有下列性能要求中的任何或所有性能要求，诸如：要求尺寸精度、高剪切强 度和布氏阻力的键槽区域；要求尺寸精度、表面光洁度和表面渗碳兼容性的毂 面和推力面；要求尺寸精度、表面光洁度和最佳型面的齿轮几何形状；以及可 能要求抗冲击性、耐磨性、抗剥落性和不同的表面和芯部冶金性能的齿强度和 芯部强度。有利的是或换而言之，不同的非兼容性制造工艺，即铸造、钢的锻 造或粉末金属的锻造，对于相同的部件可获得不同的性能要求。

参见图1，为了满足这些性能要求中的一些性能要求，齿轮10通过对粉末 金属14进行锻造来形成，然后对该齿轮进行表面渗碳以实现接近恒定的有效 表面渗碳深度16。图1的局部剖视图中示出了对于每个齿轮齿12的表面渗碳 深度16。然而，假如部件由复合材料制成的话，表面渗碳的齿轮不一定会在齿 轮体内提供可能有利的有益性能特性的同时实现诸如改进的齿耐磨强度和疲 劳强度之类的所想要机械性质。有利的是，要在最终产品中实现这些性能要求 的改进平衡，不受制造工艺影响，从而节省时间、加工或成本。

一种用来改进粉末金属部件的性能要求的制造工艺披露于名称为 “Composite Powdered Metal Component”的美国专利5,903,815中。该工艺指 出了，部件由两种或更多种细小粉末金属制造，然后对部件进行紧实和烧结。 还有，名称为“Duplex Sprocket/Gear Construction and Method of Making Same” 的美国专利6,148,685披露了一种用两种或更多种细小粉末金属制造齿轮、然 后对齿轮进行紧实和烧结以获得最终部件的方法。这些专利仅仅大体指出了通 过烧结来获得复合粉末金属部件。没有已知的工艺提出：应用复合粉末工艺而 在齿根提供抗冲击性和抗弯曲疲劳性的同时在齿轮的齿腹上改进诸如承载力 之类的性能特性；提供符合可变边界层；或者通过紧实锻造来制造基本全密实 的部件。

因此，需要一种复合粉末金属可变边界部件，该部件在齿根处呈现出改进 的抗冲击性和抗弯曲疲劳性。还为有利的是，通过紧实锻造来提供一种复合可 变边界层或基本全密实部件。还需要一种在复合粉末金属部件中产生可变边界 的方法。

发明内容

根据上述要求，披露了一种可变边界复合粉末金属齿轮，所述齿轮在其表 面上呈现出较大的齿耐磨性并在其芯部呈现出较大的抗冲击性。锻造的复合齿 轮包括多个从芯部延伸的齿、由第一粉末金属材料制成的第一部分、由第二粉 末金属材料制成的第二部分、以及可变边界型面。在第一部分和第二部分之间 形成该可变边界型面，由此该可变边界型面在齿上提供较大的齿耐磨性并在齿 轮芯部提供较大的抗冲击性。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在将参照在附图中详细示出并在下文描述的 各发明方面。

图1示出了根据现有技术的表面渗碳齿轮的局部剖视图。

图2示出了根据本发明一实施例的、紧实和烧结之后形成的复合预制坯， 该复合预制坯用来在锻造之后获得本发明的产品。

图3示出了图2的复合预制坯的局部剖视图，该复合预制坯具有复合材料。

图4示出了根据本发明一实施例的、由图2的复合预制坯制成的差速机侧 齿轮的立体图。

图5示出了图4所示的差速机侧齿轮的局部剖视图。

图6示出了图5所示的差速机侧齿轮的局部剖视图。

图7示出了根据本发明的、用来获得复合粉末金属可变边界部件的工艺实 施例的示意图。

具体实施方式

在所有的图中，相同的附图标记用来标示各图中相同的部件。因此，可适 当地同时参照各图。在一些情况下，为了清楚起见，不同图中的相同部件可能 具有不同的附图标记。

图2示出了根据本发明一实施例的、紧实和烧结之后形成的复合预制坯 84，该复合预制坯84用来在锻造之后获得本发明的产品。