[发明专利]具有局部选择的表面致密的被烧结的啮合式元件

说明书

本申请是原案申请号为201010533710.2、发明名称为“具有局部选择的表面致密的被烧结的啮合式元件”、申请日为2006年6月8日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于制造至少部分地被表面致密的金属的啮合式元件的方法以及所属的装置，其中该啮合式元件具有被致密的烧结材料。

背景技术

烧结的啮合式元件如例如以粉末冶金方式制造的齿轮在广泛的领域中使用。与例如用钢制成的常规锻造材料相比，烧结的材料一般具有较小的密度。因此被烧结的工件的表面致密是人们所希望的。

发明内容

本发明的任务是，能够实现具有烧结材料的金属的啮合式元件的强度变化曲线的改进。此外本发明的任务是，简化由烧结材料制成的啮合齿的设计。

该任务通过按照权利要求1所述的用于制造至少部分地被表面致密的金属的啮合式元件的方法，通过按照权利要求14所述的相应的啮合式元件的毛坯，通过按照权利要求16所述的啮合式元件，通过按照权利要求26和权利要求27所述的用于制造相应的啮合式元件的装置，通过按照权利要求28所述的用于设计加工余量以实现相应的啮合式元件的表面致密的方法以及通过按照权利要求35所述的计算机程序产品来解决。有利的实施例和扩展方案在各个从属权利要求中给出。

在一种按照本发明的用于制造至少部分地表面硬化的金属的啮合式元件的方法中，该啮合式元件具有被致密的烧结材料，制造相对于啮合式元件的最终尺寸具有局部选择的加工余量的啮合式元件的毛坯和借助于至少一个滚轧刀具将毛坯滚轧到最终尺寸，其中至少在啮合式元件的一个齿的至少一个齿面和/或一个齿根的区域中在一个表面上局部变化地致密该啮合式元件以产生一个被致密的表层。

其中啮合式元件例如是齿轮，齿条，凸轮，P-转子，齿环，链齿轮或类似物。被致密的烧结材料尤其采用粉末冶金方法制造。例如金属粉末在压力下结合热处理进行烧结。此外例如金属粉末与塑料结合地注塑以及尤其是在压力下优选结合热处理进行烧结。为了烧结工件的成形尤其使用烧结模具，该模具具有要制造的啮合式元件的至少大致的最终尺寸。作为毛坯优选使用直接从烧结加工中产生的工件。但是在另一种变型中，也可以附加地连接至少另一个表面加工步骤。毛坯此时具有加工余量，其可以理解为与最终尺寸的差值，其中该差值优选逐点地垂直于表面进行限定。

作为滚轧刀具例如使用配置有啮合齿的滚子，其啮合齿可以与啮合式元件的啮合齿啮合。这种滚轧刀具尤其是在压力下在啮合式元件的表面上滚动。优选地，尤其是同时使用两个或更多个这种滚轧刀具。例如要制造的齿轮可以布置在两个滚轧刀具之间的中部。随后通过两个滚轧刀具的进给可以产生啮合齿的烧结材料的表面致密。一般地，这种制造方法例如来自Takeya等的“烧结齿轮的表面滚轧”，SAE1982世界大会，技术论文820234。也从DE3325037，US4,059,879，EP0552272A1，EP1268102A1，US5,729,822，US5,711,187，US5,884,527，US5,754,937，US6,193,927，EP0600421A1，GB2,250,227中分别得到各种制造方法，烧结材料，刀具，致密的过程和用于烧结的啮合齿的装置，它们同样可以与本发明适应性地利用。相应于本公开的范围参见上面的文献。

例如也可以使用第一滚轧刀具在第一压力下基本上进行粗轮廓滚轧和接着使用第二滚轧刀具在第二压力下实现按照目标要调节的表面致密。

局部选择的加工余量尤其是这样地设定，使得至少在啮合式元件的一个齿的至少一个齿面和/或一个齿根的区域中在一个表面上的表层中局部变化地致密该啮合式元件。优选在被致密的表层内达到全密度，其中全密度优选相对于可以比较的粉末锻造的齿的密度的来理解。例如由烧结材料制成的毛坯在核心处具有的密度为至少6.8g/cm³，优选至少7.1g/cm³和尤其是至少7.3g/cm³。在被致密的表层中毛坯例如具有的密度为至少7.7g/cm³，优选至少7.8g/cm³，其对应于相同材料的粉末锻造的毛坯的密度。此时特别有利地实现与负荷相适应的强度变化曲线。此外通过局部可变化的和与负荷相适应的密度变化曲线优选提供一种可以承受高负荷的烧结的啮合齿。与较小负荷的直接相邻的区域相比，密度变化曲线可以尤其是在承受较高负荷的区域中具有在较大的区域上的较大的密度级。借助于优化的加工余量的确定，这样制造的啮合齿也可以在很少的几个加工步骤中经济地制造。