连杆及其制造方法
【专利摘要】一种形成连杆的方法，所述方法包括步骤：经由粉末锻造处理形成连杆；在完成所述粉末锻造处理以后经由感应加热处理在所述连杆的孔的内部形成一体的耐磨表面。
【专利说明】连杆及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年I月30日提交的美国临时申请第61/592，302的权益，其内容通过引用的方式包含于此。
【技术领域】
[0003]本发明的多个实施方式涉及连杆，并且更具体地涉及制造连杆的方法。
【背景技术】
[0004]连杆制造过程包括在显著压力下在闭合模型中压力成型金属颗粒，以产生杆的生坯形式。接着，在熔炉中充分地加热生坯以形成金属颗粒结合在其中的烧结预成型件。接着，烧结预成型件被热锻造为最终的杆状，这增加了杆的密度与强度。
[0005]再进一步地，汽车工业继续挑战连杆制造以改进这些物件。在许多活塞驱动单元中，诸如压缩机与内燃机，全浮动活塞或肘销被用于将连杆与活塞可操作地连接以便在相关缸体中操作。在过去，这些销，在它们于销延伸通过其的连杆的小端部处适配到销轴承或销衬套中的地方，或者开口的内表面设有涂层。然而，这些过程中的每个都增加了制造连杆的成本。
[0006]因此。理想的是在不牺牲性能的情况下提供一种连杆及其制造方法，其中将上述涂层或衬套从连杆的小端部去除。
【发明内容】
[0007]在一个实施方式中，提供了一种形成连杆的方法，该方法包括步骤:经由粉末锻造处理形成连杆；在完成粉末锻造处理以后经由感应加热处理在连杆的孔的内部形成一体的耐磨表面；并且其中连杆的孔不具有插入其中的衬套。
[0008]在另一个实施方式中，提供了一种用于内燃机的连杆，该连杆具有:第一端部与第二端部以及在其间延伸的细长中间部分，其中第一端部小于第二端部并且孔延伸通过第一端部；定位在孔内部的一体形成的耐磨表面，一体形成的耐磨表面具有比连杆的剩余部分更大的硬度；并且其中连杆的孔不具有插入其中的衬套。
[0009]在又一个实施方式中，提供了一种用于内燃机的组件，该组件具有:连杆，该连杆包括:第一端部与第二端部以及在第一端部与第二端部之间延伸的细长中间部分，其中第一端部小于第二端部，并且孔延伸通过第一端部；定位在孔内部的一体形成的耐磨表面，一体形成的耐磨表面具有比连杆的剩余部分更大的硬度；并且其中连杆的孔不具有插入其中的衬套；以及活塞，其经由旋转容纳在孔内的活塞销固定到连杆。
[0010]在又一个实施方式中，提供了一种形成连杆的方法，该方法包括步骤:经由粉末锻造处理形成连杆；在完成粉末锻造处理以后经由感应加热处理在连杆的孔内部形成一体耐磨表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]当参照附图领会下面的详细描述时将会更好地理解本发明的这些和/或其它特点、方面与优点，其中贯穿附图相同的附图标记表示相同的部件，在附图中:
[0012]图1是根据本发明的实施方式形成的固定到活塞的连杆的视图；
[0013]图1A是根据本发明的另选实施方式形成的固定到活塞的连杆的视图；
[0014]图2是示出根据本发明的实施方式形成的连杆的视图；
[0015]图2A是示出根据本发明的另选实施方式形成的连杆的视图；
[0016]图3是示出根据本发明的实施方式的制造过程的流程图；以及
[0017]图4示意性示出了根据本发明的一个非限定示例性实施方式的具有随其形成的一体耐磨表面的部件。
[0018]尽管附图显示了本发明的不同实施方式与特征，但是附图不必按比例绘制并且可以夸张一些特征以便描述与说明本发明的示例性实施方式。这里阐述的示例以一种形式示出了本发明的几个方面，并且此示例不应理解为以任何方式限定本发明的范围。
【具体实施方式】
[0019]参照美国专利第6，579，492，其内容通过引用的方式包含于此。现在参照附图，示出了根据本申请教导制造的连杆10。杆10具有包括中间部分12、小端部14与大端部16的细长构造。如在发动机【技术领域】中众所周知的，通过小端部14形成适于容纳活塞22的腕部或活塞销20的孔18。穿孔24形成在大端部16并且也如在发动机【技术领域】中众所周知的适于容纳曲轴(未示出)的轴颈。
[0020]根据本发明的实施方式，经由包括粉末锻造处理的第一步骤30形成连杆10。此后，进一步经由第二步骤32形成连杆，其中接近小端部14的孔的连杆的一部分26受到进一步处理步骤即感应加热步骤32，其中部分26，在局部区域中经由随后的加热处理步骤，在孔18中提供了耐磨表面，以便与活塞销20相互作用。此耐磨表面不需要如在美国专利第6，579，492中描述的单独形成的衬套。再进一步地，耐磨表面同样不需要单独地应用衬套或者替代或除了衬套以外的涂层。
[0021]再进一步地并且在一个非限定示例性实施方式中，感应加热步骤32之后是淬火步骤33或者包括淬火步骤33，其中当使在淬火处理过程中可能发生的任何应力最小化时经由感应加热步骤将施加到此部件的热量迅速地移除。
[0022]在另选的实施方式中，接近大端部16的穿孔24的部分27也受到进一步处理步骤，即上述感应加热步骤，其中部分27经由随后在局部区域的热处理步骤，在穿孔24中提供了耐磨表面，以便与曲轴的轴颈相互作用，而不再需要任何单独地应用轴承或替代或除了轴承以外的涂层。在又一个另选实施方式中，仅接近大端部16的穿孔24的部分27受到进一步处理步骤，即上述的感应加热步骤并且未将感应加热应用到孔18或部分26。因此，孔18和穿孔24的任一个可以在局部区域专门受到热处理以提供耐磨表面，或者孔18和穿孔24都可以在局部区域中受到热处理以提供耐磨表面。
[0023]例如并且在一个非限定示例性实施方式中，并且在第一步骤期间，生坯被通过在闭合模型中在通常约80，OOOpsi的大压力下模制粉末金属颗粒制成杆的形式。当然，所需的压力可以改变并且大于或小于上述值。此压成型致使颗粒机械地互锁并且形成稳定相对弱的部件但是足够强以便操作。接着，在熔炉中将生坯以高于华氏2000度的温度加热足以致使金属颗粒结合的一段时间期间。再次并且如应用可能要求的，此温度也可能改变。在烧结以后，预成型件具有与生坯相同的构造但是更坚固。
[0024]然后，此预成型件被热锻造以如连杆所要求的实现形状与增加密度和强度。通常地，在约60，OOOpsi的压力下并且在高于华氏1800度的温度下再次将预成型件在按压中热锻造，温度与压力可以改变为比上面提供的温度与压力更大或更小。
[0025]在第一步骤以后，连杆的部分26和/或部分27受到感应加热，其中部分26和/或部分27经由感应加热步骤进一步硬化，并且由此在孔18与活塞销20以及穿孔24的接口处提供耐磨表面。换句话说，孔18和/或穿孔24的表面经由感应加热步骤进一步硬化以提供耐磨表面，所述耐磨表面比未通过感应加热步骤处理的连杆的其它部分更硬。还应该理解的是，可以应用其它加热步骤以提供期望的耐磨表面。在一个非限定示例性实施方式中，一体的耐磨表面具有从孔18和/或穿孔24延伸的在0.5mm至2.0mm范围内的厚度。再进一步地，根据洛氏硬度等级或者任何其它等效等级，在一个非限定实施方式中热处理区域的硬度是55至65HRC。当然，大于或小于上述值的厚度和/或硬度也被认为是在本发明的示例性实施方式的范围内。
[0026]在一个非限定示例性实施方式中，在上述感应加热步骤期间使用的温度在600-1200°C的范围内。一个示例性范围是850-950°C。当然，这些范围被作为实例提供，要求的温度可以改变并且可以大于或小于上述值或范围。
[0027]再进一步地并且在一个非限定示例性实施方式中，感应加热步骤32之后是淬火步骤33或者包括淬火步骤33，其中当使在淬火处理过程中可能发生的任何应力最小化时经由感应加热步骤施加到此部件的热量被迅速地移除。
[0028]图4示意性示出了具有经由一次非限定感应加热处理随其形成的一体的耐磨表面的部件10，其中在完成粉末锻造处理以后，将线圈50或线圈50的一部分插入到部件10的孔18和/或穿孔24中，并且经由由线圈50形成的集中磁场感生的电流而将部件10加热到高的温度。在一个非限定性实施方式中并且如必要地，然后此部件可以经由靠近线圈50或与线圈50 —体关联的构件而被淬灭，或者另选地此部件自身可以再定位到构造为在感应加热步骤以后执行淬灭处理的另一个构件。此外并且在又一个非限定另选实施方式中，可以重复上述感应加热步骤与淬火，以便提供期望的耐磨损表面。当然，单步骤处理液被认为在本发明的示例性实施方式的范围内。
[0029]在一个实施中，金属粉末可以改变，基础金属粉末是铁粉。可以通过混合粉末或预合金粉末制成烧结预成型件。铁粉通常包括诸如镍、钥、铜、碳等的其它组分。将基础二价铁(base ferrous iron)与铜、石墨、猛、硫和润滑剂混合。当然，其它组合被认为在本发明的示例性实施方式的范围内。
[0030]例如，粉末为基础的预合金的锰、硫、铁可以用于制造锻造物件。将预合金粉末与铜和碳混合以生产用于连杆制造的混合物。
[0031]在一个非限定实施方式中，连杆的成分包括各自都作为连杆的重量百分比的
1.50%至3.50%的铜与0.45%至0.90%的碳。当然，大于或小于上述值的铜与碳的其它范围也被认为在本发明的示例性实施方式的范围内。
[0032]当然应该理解的是本发明可以被用于锻造除了连杆以外的其它物件。其它汽车使用包括用于内燃机的活塞环与阀座。其它部件包括离合器座圈、差速齿轮与类似部件。
[0033]如这里使用的，术语“首先”、“其次”等在这里不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件进行区分，并且这里的术语“一”与“一个”不表示数量限制，而是表示存在至少一个涉及的项目。此外，应该指出的是这里使用的术语“底部”和“顶部”，除非另外指明，仅为了描述方便，并且不限于任一位置或空间定向。
[0034]使用的与数量关联的修饰语“大约”是包括所述值的并且具有通过上下文规定的含义(例如，包括与特定数量的测量相关的错误程度)。
[0035]尽管已经参照示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解的是在不偏离本发明的范围的情况下可以作出多种改变并且等效物可以替换其元件。此外，在不偏离本发明的实质范围的情况下可以作出多种修改以使特定的情形或材料适合本发明的教导。因此，意图在于使本发明不限于作为预期用于实施本发明的最佳模式公开的特定实施方式，但是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的全部实施方式。
【权利要求】
1.一种形成连杆的方法，其包括: 经由粉末锻造处理形成所述连杆； 在完成所述粉末锻造处理以后经由感应加热处理在所述连杆的孔的内部形成一体的耐磨表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一体的耐磨表面具有在0.5mm至2.0mm范围内的厚度；并且其中，所述连杆的所述孔不具有插入其中的衬套。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC范围内的硬度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC的范围内的硬度；并且其中，所述连杆的所述孔不具有插入其中的轴承。
5.一种通过权利要求1的方法形成的连杆。
6.根据权利要求5所述的连杆,其中,所述一体的耐磨表面具有在0.5mm至2.0mm范围内的厚度，并且其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC范围内的硬度。
7.根据权利要求6所述的连杆，其中，所述连杆的成分包括各自都作为所述连杆的重量百分比的1.50%至3.50%的铜与0.45%至0.90%的碳。
8.一种用于内燃机的连杆，其包括: 第一端部与第二端部以及在其间延伸的细长中间部分，其中所述第一端部小于所述第二端部并且孔延伸通过所述第一端部； 定位在所述孔内部的一体形成的耐磨表面，所述一体形成的耐磨表面具有比所述连杆的剩余部分更大的硬度；并且 其中所述连杆的所述孔不具有插入其中的衬套。
9.根据权利要求8所述的连杆,其中,所述一体形成耐磨表面具有在0.5mm至2.0mm范围内的厚度。
10.根据权利要求8所述的连杆，其中，在经由粉末锻造处理首先形成所述连杆以后，经由感应加热处理形成所述一体形成的耐磨表面。
11.根据权利要求10所述的连杆，其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC范围内的硬度，并且其中，所述一体形成的耐磨表面具有在0.5mm至2.0mm范围内的厚度。
12.根据权利要求11所述的连杆，其中，所述连杆的成分包括各自都作为所述连杆的重量百分比的1.50%至3.50%的铜与0.45%至0.90%的碳，并且其中，所述第二端部还具有延伸通过其的孔，其中所述第二端部的所述孔不具有插入其中的轴承，并且所述第二端部的所述孔具有在经由粉末锻造处理首先形成所述连杆以后，经由感应加热处理形成一体形成的耐磨表面。
13.根据权利要求8所述的连杆，其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC范围内的硬度。
14.一种用于内燃机的组件，其包括: 连杆，所述连杆包括:第一端部与第二端部以及在其间延伸的细长中间部分，其中所述第一端部小于所述第二端部并且孔延伸通过所述第一端部； 定位在所述孔内部的一体形成的耐磨表面，所述一体形成的耐磨表面具有比所述连杆的剩余部分更大的硬度；并且 其中，所述连杆的所述孔不具有插入其中的衬套；以及 活塞，其经由可旋转容纳在所述孔内的活塞销固定到所述连杆。
15.根据权利要求14所述的组件,其中，所述一体形成的耐磨表面具有在0.5mm至2.0mm范围内的厚度。
16.根据权利要求15所述的组件，其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC范围内的硬度。
17.根据权利要求14所述的组件，其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC范围内的硬度。
18.根据权利要求14所述的组件，其中，在经由粉末锻造处理首先形成所述连杆以后，经由感应加热处理形成所述一体形成的耐磨表面。
19.根据权利要求18所述的连杆,其中，所述一体形成的耐磨表面具有在0.5mm至2.0mm范围内的厚度，并且其中，所述一体的耐磨表面具有在55至65HRC范围内的硬度。
20.根据权利要求19所述的连杆，其中，所述连杆的成分包括各自都作为所述连杆的重量百分比的1.50%至3.50%的铜与0.45%至0.90%的碳。
【文档编号】F16J1/16GK104203459SQ201380016270
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2012年1月30日
【发明者】罗素·A·契尔年科夫 申请人:麦加戴恩国际有限公司