通过使用半封闭式烧结锻造来制造连杆的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请基于35U. S. C. § 119要求于2014年3月3日提交到韩国知识产权局的韩 国专利申请第10-2014-25174号的优先权，其公开内容整体并入本文以供参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种制造用于连接车辆发动机的活塞和曲轴销的连杆的方法。具体 地，该连杆制造方法通过使用半封闭式烧结锻造，可提供改进的屈服强度、抗张强度等，所 述半封闭式烧结锻造包括形成预成型体（preliminary formed body)的步骤、烧结步骤、锻 造步骤等。
【背景技术】
[0004] 已经不断发展车辆生产技术从而实现满足顾客当前需求的多样化、高性能和高质 量的许多目的。此外，已经经由因竞争、供给扩张以及大量生产而导致的原价降低而显著降 低制造成本。
[0005] 具体地，已进行了开发连杆的研宄（连杆是起到通过曲轴将活塞的动能传递到车 轮的重要作用的部件），由此已获得具有提高的屈服强度、抗张强度等同时生产成本降低的 连杆。
[0006] 在车辆中，连杆是指连接活塞销和曲柄销的杆，也称为连接杆（con-rod)。在连杆 中，连接到活塞销的部分是小端部分，连接到曲柄销的部分是大端部分。此外，连接小端部 分和大端部分的具有I形横截面的I端部分是需要优异的机械特性例如拉伸载荷和压缩载 荷的部分。
[0007] 具体地，气缸内形成的爆发压力通过活塞头在纵向方向上施加大的压缩载荷到连 杆上。此外，由于活塞的运动是交替进行的，连续力可以以拉伸载荷和压缩载荷施加，其可 以在连杆的纵向方向上形成，因此连杆可能发生弯曲等。
[0008] 制造连杆以改善机械特性（如抗张强度和压缩强度）的方法可包括热锻工序或烧 结锻造工序。然而，由于在通过热锻工序制造的连杆中形成金属流，机械强度可得到改善， 但可能产生许多浪费的飞边（flash)等，因此制造成本可能因多个锻造工序而增加。
[0009] 通过烧结锻造工序制造的连杆具有的优点在于，由于工序中不形成飞边，可降低 制造成本，并且可显著降低材料损失量。此外，与通过应用热锻工序制造的连杆相比，可以 不需要为移除残余应力而进行热处理等。然而，由于其中没有形成金属流，机械性能可能变 差。
[0010] 上述在该【背景技术】部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能 含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
【发明内容】
[0011] 现在，通过设置最佳的制造步骤来提供制造具有改进的屈服强度和抗张强度等的 连杆的方法，从而对领域内的上述问题提供技术方案。
[0012] 在一个示例性实施方式中，通过使用半封闭式烧结锻造来制造连杆的方法可包含 以下步骤：第一步，将烧结材料的金属粉末置于封闭的模具中，然后通过使用一般成形压力 机形成预成型体；第二步，对所形成的预成型体进行加热，以烧结该预成型体；第三步，对 烧结的预成型体进行半封闭式锻造，以制造锻件；第四步，将制造的锻件冷却至常温；第五 步，通过冲压工序从冷却的锻件移除飞边；和第六步，通过喷丸处理来制造连杆，从而将移 除了飞边的锻件的表面上存在的杂质去除。
[0013] 在某些示例性实施方式中，在第二步中，烧结温度可以在约1100至约1250°C的范 围内，烧结时间可以是在该烧结温度下进行约10至约30分钟。
[0014] 在另外某些示例性实施方式中，在第二步中，烧结过程中的气氛可包括氮气（N2) 和氢气（H2)，氮气（N2)与氢气（H2)间的体积比可以为约90:10。
[0015] 在另外某些示例性实施方式中，在第三步中，在锻件的周围形成的飞边的平均厚 度可以在约〇· 3至约0· 5mm的范围内。
[0016] 在某些示例性实施方式中，在第四步中，当将经历了锻造的锻件冷却至常温时，冷 却速度可以在约0.8至约1.2°C /s的范围内。
[0017] 具体地，在第六步的喷丸处理过程中，锻件的表面粗糙度可以为约30 μπι。
[0018] 在其它某些示例性实施方式中，可通过使用在上端具有两个冲头（punch)且在下 端具有三个冲头的成形模具，来形成预成型体。
[0019] 在其它方面，在多个示例性实施方式中可通过该方法制造用于车辆的连杆。
[0020] 本发明的其它方面在下文中公开。
[0021] 根据本发明的各示例性实施方式，与在现有技术中使用的热锻工序或烧结锻造工 序相比，可以降低连杆的制造成本。此外，金属流可以不高于通过使用热锻法以获得最终锻 件即连杆而制造的连杆的金属流。因此，所制造的连杆可具有改善的机械特性如屈服强度 和抗张强度等。
【附图说明】
[0022] 上述在该【背景技术】部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能 含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
[0023] 图1示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式通过使用烧结锻造工序的压 制成型而得到的具有与最终产品相似的形状和大小的示例性预成型体。
[0024] 图2示意性地示出了根据本发明示例性实施方式在锻件的外围产生的示例性飞 边。
[0025] 图3示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的示例性的完成的锻件。
[0026] 图4示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的连杆的示例性大端部分、示例 性小端部分以及连接大端部分和小端部分的示例性I端部分。
[0027] 图5示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式使用上模和下模通过半封闭 式锻造来锻造预成型体而得到的示例性连杆的I端部分的横截面。
[0028] 图6是示出了根据本发明通过使用半封闭式烧结锻造法制造的连杆的I横截面部 分的金属流的微观视图。
[0029] 图7是示出了通过使用现有技术中的热锻法制造的连杆的I横截面部分的金属流 的微观视图。
[0030] 图8是根据本发明的示例性实施方式通过使用半封闭式烧结锻造法制造的示例 性连杆的微观组织（microtissue)的微观视图。
[0031] 图9是通过使用现有技术中的热锻法制造的连杆的微观组织的微观视图。
[0032] 图10是通过使用现有技术中的烧结锻造法制造的连杆的微观组织的微观视图。
【具体实施方式】
[0033] 本文使用的术语仅出于说明【具体实施方式】的目的，而不是意在限制本发明。如本 文所使用的，单数形式"一个、一种、该"也意在包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。 还应当理解的是，在说明书中使用的术语"包括、包含、含有"是指存在所述特征、整数、步 骤、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、 元素、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语"和/或"包括一个或多个相关所列项的 任何和所有结合。
[0034] 除非具体指出或从上下文明显得到，否则本文使用的术语"约"应理解为在本领域 的正常容许范围内，例如在均值的2个标准差内。"约"可以理解为在所述值的10%、9%、 8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05%或0· 01% 内。除非另外从上下文 明显得到，否则本文中提供的所有数值都被术语"约"修饰。
[0035] 应理解，本文使用的术语"车辆"或"车辆的"或其他类似术语包括通常的机动车， 例如，包括多功能运动车（SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶 的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其 他代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。本文中提到的混合动力车是具有两 种或更多种动力来源的车辆，例如具有汽油动力和电动力的车辆。
[0036] 在本说明书和权利要求书中使用的术语或词不应该解读为限制于通常的含义或 词典中的含义，而是应该解读为基于发明者能够适当定义术语的概念从而以最佳方式描述 他/她自己的发明的原则具有符合本发明的技术精神的含义和概念。
[0037] 在下文中，将参照附图等对本发明进行详细描述。
[0038] 在一方面，本发明涉及一种制造连杆以提高其强度和屈曲性能的方法。具体地，根 据本发明的制造连杆的方法可包括半封闭式热锻工序，在该方法中可一并提供现有技术中 热锻工序和烧结锻造工序的优点。
[0039] 现有技术中的热锻工序包括：使用半封闭式锻造通过整坯模工序（bluster process)对圆钢条材料进行的第一成形步骤；通过预锻模工序（blocker process)进行的 第二成形步骤；通过终锻模工序（finisher process)进行的第三成形步骤；通过用于去除 在上述步骤中形成的飞边的修整工序的第四成形步骤；等等。热锻工序可具有的优点在于， 产品的强度等会得到改进。
[0040] 现有技术中的烧结锻造工序包括：将烧结材料的金属粉末置于封闭模具中、然后 通过精密成形压力机（precise forming press)形成预成型体的步骤，通过使用封闭式锻 造来锻造预成型体的步骤等等。烧结锻造工序可具有的优点在于，产品的精密度等得到改 善。
[0041] 相应地，在本发明示例性实施方式的半封闭式热锻工序中，如图1所示，可通过使 用烧结锻造工序的压制成型而形成具有与最终产品相似的形状和大小的预成型体。接着， 可通过对形成的预成型体使用半封闭式锻造来去除在锻件10的外围产生的飞边20(如图 2所示），然后可制造出如图3所示的锻件。
[0042] 具体地，根据本发明示例性实施方式的制造连杆的方法可包括以下步骤：第一步， 将烧结材料的金属粉末置于封闭模具中，然后通过使用一般成形压力机形成预成型体；第 二步，对所形成的预成型体进行加热，以烧结该预成型体；第三步，对烧结的预成型体进行 半封闭式锻造，以制造锻件；第四步，将制造的锻件冷却至常温；第五步，通过对冷却的锻 件进行冲压工序而移除飞边；和第六步，通过喷丸处理来制造连杆，从而将移除了飞边的锻 件的表面上存在的杂质去除。
[0043] 在某些示例性实施方式中，第二步的烧结温度可在约1100°C至约1250°C的范围 内，或具体地为约1120°C。当烧结温度小于约IKKTC时，可能无法烧结金属粉末。当烧结 温度大于约1250°C时，不会相应地获得烧结效果，由此可能使经济效率降低，且