[发明专利]通过烧结粉状金属材料制造机械部件的方法和装置

说明书

本发明涉及通过烧结粉状金属材料制造机械部件的方法和用于实施这 种方法的制造装置。

预期的一个应用领域是通常用于制造例如齿轮、衬垫或环的机械学。 另一预期应用领域是生物医学用途，例如用于制造假体元件。

“烧结”在此是指将在金属模具中的压实粉末颗粒加热到比它们的熔点 低的温度以在保持由模具提供的形状的同时将它们结合在一起形成一个实 心体块的处理。

已知的粉末冶金法能够通过附聚和随后烧结金属或陶瓷粉末来制造机 械部件。为实现这一点，在第一压实步骤中，使用具有纵向通孔的模具， 经所述通孔的一侧衔接下冲压件，其由此划定开放腔的边界，并经所述通 孔的另一侧衔接适合封闭该空腔的上冲压件。该模具定向为使该纵向孔竖 直延伸。因此，随后可以用粉末填充该空腔，其被下冲压件托住。然后经 该纵向孔使上冲压件就位以封闭该空腔并施加力。然后使粉末附聚并在这 两个冲压件之间用力压实。一种特定压实方法在于上冲压件以给定能量冲 击以产生形成生压坯所需的力。第二独立烧结步骤包括该部件的温度处理 以提供其机械性质。

但是，由此形成的部件通常在从模具中推出后显著变形，也可能出现 收缩缺陷以致该部件不可用。此外，对于精密机械部件，由此获得的部件 必须机械加工以实现所需尺寸。

因此，所出现的并且本发明意图克服的一个问题是提供能使通过烧结 粉状材料获得的机械部件在从模具中推出后保持它们的尺寸的方法。

为此，和根据第一目的，本发明提出通过烧结粉状材料制造机械部件 的方法，所述方法为包括下列步骤的类型：提供包含颗粒的粉状金属材料， 所述粉状金属材料具有确定的熔融温度；然后使给定量的所述粉状金属材 料在空腔内在压力下附聚；然后向所述给定量的粉状金属材料提供热能以 使其达到低于所述熔融温度的给定温度；和冲击所述给定量的附聚的粉状 金属材料并使其达到所述给定温度以将所述粉状金属材料的颗粒互相结合 或焊接以获得一个实心体。根据本发明，使所述一个实心体保持在压力下 并使积聚在所述实心体中的热能消散以获得所述机械部件。

因此，本发明的一个特征在于在使实心体保持在压力下的同时使该实 心体冷却。因此，实心体的几何形状和尺寸由于在整个冷却步骤过程中向 其提供的压力而得以保持。此外，本发明的方法防止了与冷却有关的缺陷 出现，这使得能够考虑制造实心体部件。

优选，所提供的粉状金属材料由具有低熔点(例如低于800℃)的粉 状金属材料颗粒形成。因此通过本发明的方法可以实施铜基合金。

在本发明的一个特别有利的实施方案中，在圆柱对称的空腔内在压力 下使所述给定量的所述粉状金属材料附聚。圆柱形空腔使得容易推动冲压 件平移，以使粉状金属材料压实和附聚。

此外，和根据一个特别有利的方案，将所述一个实心体转到另一空腔 内以消散所述积聚的热能。将该实心体从相对较热的空腔转移到相对较冷 的空腔能更急剧降低该实心体的温度并由此固定该实心体的尺寸。根据另 一实施方案变体，在所述一个空腔中消散积聚在该实心体中的热能。

为了简化实心体的转移，使其从所述圆柱对称的空腔向具有相同圆柱 对称性的所述另一空腔平移。如下文解释，将两个圆柱对称的空腔相互延 伸布置进一步简化了该转移。

此外，优选地，使所述给定量的所述粉状金属材料在所述一个空腔内 在两个相对的壁之间在压力下附聚。因此，更容易地向附聚的金属材料粉 末提供更大量的动能，并与初始热能一起，由此使金属材料颗粒互相结合。

根据另一目的，本发明提出用于通过烧结包含颗粒的粉状金属材料制 造机械部件的装置，所述粉状金属材料具有确定的熔融温度，所述装置包 括，一方面，具有适合容纳给定量的粉状金属材料的空腔的模具，和另一 方面，用于使所述给定量的所述粉状金属材料在压力下附聚的冲压件，所 述模具包括用于向所述给定量的粉状金属材料供应热能并使其达到比所述 熔融温度低的给定温度的加热装置，所述装置进一步包括用于撞击所述冲 压件以冲击或压实所述给定量的达到所述给定温度的附聚的粉状金属材料 的器件，从而将所述粉状金属材料的颗粒互相结合以获得一个实心体。根 据本发明，该装置进一步包括热交换器以在所述冲压件使所述实心体保持 在压力下的同时使积聚在所述实心体中的热能消散，以获得所述机械部件。

因此，借助位于实心体周围的热交换器，使在加热阶段和在冲击过程 中积聚在其内的热能消散。