專利名稱：改進(jìn)的粉末金屬加工工具及組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及粉末金屬加工，并且更具體地涉及用于粉末金屬 壓實(shí)加工的、具有獨(dú)特幾何形狀的改進(jìn)的工具，和組裝方法。
背景技術(shù)：
粉末金屬加工在本領(lǐng)域中是熟知的。粉末金屬加工通常將例如、 但不限于金屬粉末、石墨、潤滑劑和其他材料等等的干的粉末材料的 混合物壓實(shí)成堅(jiān)硬的壓實(shí)或預(yù)燒結(jié)的形式。然后，將堅(jiān)硬的壓塊在足 以將單個(gè)金屬顆粒粘結(jié)在一起的溫度下燒結(jié)，以提供網(wǎng)狀或接近網(wǎng)狀 的零件。根據(jù)期望的材料屬性和/或零件要求，這些燒結(jié)的零件在制 造環(huán)境中可以具有隨后在它們上進(jìn)行的另外的制造操作。粉末金屬加 工還包括用于產(chǎn)生燒結(jié)的粉末金屬零件的數(shù)個(gè)其它設(shè)備。這包括用于 通過給料器和排放設(shè)備，將材料和產(chǎn)品輸送到工具的設(shè)備和方法，并 且需要其他機(jī)械加工，以制造燒結(jié)的粉末金屬零件。處理被輸送的材 料的多種這些設(shè)備能夠在燒結(jié)粉末金屬加工中將粉末、灰塵、顆粒、 團(tuán)粒、料片、膠囊、顆粒物等輸送到適當(dāng)位置。
粉末金屬加工需要多種類型的工具，以確保燒結(jié)金屬零件的正確 形成。這些工具構(gòu)件必須接近期望的零件幾何形狀，甚至是能夠具有 多重的形狀和幾何形狀的零件。這些工具構(gòu)件一般包括模具、模芯和 頂部與底部沖頭。由于復(fù)雜性和/或?yàn)檫@種工具提供足夠強(qiáng)度和剛性、 以經(jīng)受住壓實(shí)加工和較高的力的能力，這種壓實(shí)必須在較高的力下進(jìn) 行，所以工具在獲得特定的零件形狀中通常是最具限制性的因素。多 種現(xiàn)有技術(shù)零件幾何形狀都由不具有從被制作的零件的中心點(diǎn)延伸出 來的形狀截面輪廓組成，從而從中心區(qū)域向外的任何連續(xù)擴(kuò)展路徑將 對粉末金屬工具和這種工具的組裝給出獨(dú)一無二的挑戰(zhàn)。根據(jù)被制作
的設(shè)備的類型和堅(jiān)硬壓塊或成型物的幾何形狀，在用于粉末金屬加工 的工具中可能需要或者不需要模芯。然而，還應(yīng)當(dāng)注意的是，在粉末
金屬加工中還可使用多個(gè)模芯和/或多個(gè)頂部或底部沖頭。在壓實(shí)循 環(huán)期間，壓縮力、拉伸力和折斷力不同地作用在單個(gè)工具構(gòu)件上。本 領(lǐng)域中已知的是，每個(gè)構(gòu)件都必須具有足夠強(qiáng)度和硬度，以承受這些 力，否則導(dǎo)致不精確地加工成特定尺寸的零件的生產(chǎn)線和/或制造停 止。因此，工具必須被設(shè)計(jì)、構(gòu)造和組裝成組件，以獲得期望的緊湊 的或形成的幾何形狀，以及在粉末金屬加工中經(jīng)受住壓實(shí)加工的苛刻 要求。
壓實(shí)是粉末金屬加工中的必要要素之一。壓實(shí)加工通常包括如下 循環(huán)。首先是填充循環(huán)，其中將粉末材料的混合物放置到通過特定工 具構(gòu)件形成的空腔中。接下來，完成壓實(shí)步驟，其中將材料顆粒盡可 能緊密地壓實(shí)在一起。接下來是排出步驟，其中從空腔中推出壓塊或 成型物。在每個(gè)循環(huán)期間，通過使用壓實(shí)壓力機(jī)，監(jiān)視、控制和改變 例如時(shí)間、力、工具位置和工具偏斜的多個(gè)加工參數(shù)。壓實(shí)壓力機(jī)通 常具有在類似軸線上對準(zhǔn)的工具，以產(chǎn)生壓塊或成型物。
因此，具有復(fù)雜幾何形狀或其他各種獨(dú)特幾何形狀的現(xiàn)有技術(shù)粉
末金屬加工中出現(xiàn)了許多問題，所述復(fù)雜幾何形狀往往從壓塊的中心
或壓塊的中心附近向外延伸。不容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生模具芯與頂部和底部
沖頭，以獲得這種獨(dú)特的形狀，同時(shí)沖頭仍然具有必要硬度和強(qiáng)度。
多種現(xiàn)有技術(shù)的粉末金屬加工不能產(chǎn)生除了這些基本形狀之外的獨(dú)特
的特定幾何形狀。因此，在該技術(shù)領(lǐng)域中需要粉末金屬工具組件，它
能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)特的粉末金屬幾何形狀，它具有獨(dú)特的非傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)特征，
它具有特定的設(shè)計(jì)特性，使得通過粉末金屬加工，可以生產(chǎn)出金屬零
件。通過為制造商提供較輕的部件，較快的制造時(shí)間和對粉末金屬零
件的精確尺寸要求的更精確的控制，在粉末金屬加工中使用這種獨(dú)特 的工具將降低部件的總成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供改進(jìn)的粉末金屬工具。
本發(fā)明的另一目的是提供粉末金屬工具的改進(jìn)的組裝方法。
本發(fā)明的又一目的是提供粉末金屬工具，它具有獨(dú)特的粉末金屬 幾何形狀，其中這種幾何形狀的截面輪廓沿著其路徑可以是均勻或不 均勻的。
本發(fā)明的又一目的是提供獨(dú)特的粉末金屬幾何形狀，它符合從工 具的中心位置或該中心位置附近連續(xù)地并大致上向外擴(kuò)展的路徑。
本發(fā)明的另一目的是提供用于壓實(shí)壓力機(jī)中工具構(gòu)件的改進(jìn)的組 裝和固定技術(shù)，用以應(yīng)用到本發(fā)明的獨(dú)特的幾何形狀時(shí)提供足夠的工 具強(qiáng)度和硬度。
本發(fā)明的又一目的是通過使用本發(fā)明的技術(shù)，為獨(dú)特的幾何形狀 的金屬零件提供更加精確和短時(shí)的制造時(shí)間。
為了實(shí)現(xiàn)前述目的，公開了一種用于粉末金屬加工的工具。這種 粉末金屬加工工具包括上工具和下工具。下工具具有預(yù)定的截面輪廓， 該截面輪廓從所述下工具的中心點(diǎn)或中心點(diǎn)附近向外連續(xù)擴(kuò)展。上工 具和下工具可以由多個(gè)工具構(gòu)件組成。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它為粉末金屬加工提供了改進(jìn)的獨(dú)特幾 何形狀的工具。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)在于它提供用于粉末金屬加工的獨(dú)特的兩件 式下沖頭。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)在于它提供在粉末金屬加工中固定沖頭的獨(dú) 特的組件和方法。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生用于粉末金屬工具的獨(dú)特的幾何形狀， 它可以具有任何已知形狀和不同輪廓與厚度。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是在粉末金屬壓力機(jī)中的沖頭中使用了加強(qiáng) 腹板。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是更加耐用的、堅(jiān)固的和精確的粉末金屬壓 實(shí)壓力機(jī)，以用在各種制造環(huán)境中。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是用于粉末金屬加工的兩件式?jīng)_頭的組裝方法。
從結(jié)合附圖的下述描述中，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)變得 更加清楚。
附圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于粉末金屬加工的工具的剖視圖。 附圖2是根據(jù)本發(fā)明的外部底沖頭或下沖頭的透視圖。 附圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的外部底沖頭或下沖頭的剖視圖。 附圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的外部底沖頭或下沖頭的頂視圖。 附圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部底沖頭或下沖頭的透視圖。 附圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部底沖頭或下沖頭的端視圖。 附圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部底沖頭或下沖頭的側(cè)視圖。
附圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的夾緊釘構(gòu)件(clamp spike member)的
透視圖。
附圖9示出了沿著附圖10的線9一9截取的夾緊釘構(gòu)件的剖視圖。 附圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明的夾緊釘構(gòu)件的頂視圖。附圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的沖頭保持器的透視圖。 附圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的沖頭保持器的頂視圖。 附圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的沖頭保持器的側(cè)視圖。 附圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的用于壓力機(jī)中的上夾具。
附圖15示出了上夾具沿著附圖14的線15—15截取的剖視圖。
附圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的上夾具的部分剖面圖。
附圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的下夾具的頂視圖。
附圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的下夾具的部分剖面圖。
附圖19示出了沿著附圖17的線19一19截取的下夾具的剖視圖。
附圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的沖頭支持構(gòu)件的頂視圖。
附圖21示出了沖頭支撐構(gòu)件沿著附圖20的線21—21截取的剖視圖。
附圖22示出了沖頭支撐構(gòu)件沿著附圖20的線22 — 22截取的剖視圖。
附圖23示出了根據(jù)本發(fā)明的沖頭適配器的頂視圖。 附圖24示出了沖頭適配器沿著附圖23的線24 — 24截取的剖視圖。 附圖25示出了根據(jù)本發(fā)明的用于粉末金屬加工的頂沖頭。 附圖26示出了用于本發(fā)明的替代性的截面均勻輪廓。 附圖27示出了根據(jù)本發(fā)明的用于工具的截面非均勻輪廓的替代實(shí) 施例。
附圖28示出了用于本發(fā)明的工具的替代性實(shí)施例的截面輪廓。 附圖29示出了用于本發(fā)明的工具的截面非均勻輪廓的替代實(shí)施例。
附圖30示出了根據(jù)本發(fā)明的用于粉末金屬加工的工具的截面非均 勻輪廓。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，示出了具有根據(jù)本發(fā)明的工具40的粉末金屬壓力機(jī)。 應(yīng)當(dāng)注意的是，工具40可以用于任何已知的粉末金屬加工技術(shù)或方法。 附圖中所示的工具40用于獨(dú)特的粉末金屬幾何形狀，但是也可以為所
述的工具40使用和設(shè)計(jì)任何其他獨(dú)特的粉末金屬幾何形狀。附圖對單
個(gè)獨(dú)特的粉末金屬幾何形狀的限定決不影響工具40用于其他特定的獨(dú)
特的粉末金屬幾何形狀的能力。因此，具有獨(dú)特的形狀或傳統(tǒng)的形狀 的任何其他已知或未知的粉末金屬幾何形狀也可以與此處所述的工具
和技術(shù)一起使用。
附圖1示出了用于在粉末金屬加工的壓實(shí)壓力機(jī)中使用的工具 40。未示出粉末金屬加工的其他部分，包括整個(gè)的壓力機(jī)、粉末材料
到壓力機(jī)的給料器和輸送方法以及將壓實(shí)的或預(yù)燒結(jié)形成的零件向燒
結(jié)爐的輸送。應(yīng)當(dāng)注意的是，附圖l示出了帶有單件式頂沖頭42的工 具98。然而，可以構(gòu)想到具有多件式或多構(gòu)件式頂沖頭或下沖頭。因 此，在本發(fā)明中可能有任何類型的多件式或多構(gòu)件上沖頭或下沖頭或 工具。
附圖l和25示出了根據(jù)本發(fā)明的上沖頭或頂沖頭42。上沖頭42 基本具有實(shí)心的本體44，該實(shí)心本體具有與在燒結(jié)的粉末金屬加工中 制成的獨(dú)特的幾何形狀零件的形狀相匹配的獨(dú)特形狀。上沖頭42在其 一端具有周邊凸緣46。周邊凸緣46被設(shè)置在沖頭保持器48中，該沖 頭保持器48連接到粉末金屬壓力機(jī)的頂部52的數(shù)個(gè)隔板或凸緣50上。 上沖頭42基本能夠沿著上沖頭42的中心點(diǎn)上的軸線移動(dòng)。沖頭42的 移動(dòng)將允許粉末金屬被壓實(shí)成期望的零件形狀。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是， 在構(gòu)想的實(shí)施例中，上沖頭42將被基本固定，并且下沖頭將進(jìn)行粉末 金屬加工的壓實(shí)壓力機(jī)中壓實(shí)加工所需要的所有移動(dòng)。應(yīng)當(dāng)注意的是， 隔板和凸緣50通過任何已知緊固件或任何其他已知緊固技術(shù)而被連接 到燒結(jié)金屬壓力機(jī)上，這些包括、但不限于化學(xué)的、機(jī)械的、機(jī)電式 的連接或緊固方法。應(yīng)當(dāng)注意的是，沖頭42基本由鋼材料制成，然而 根據(jù)用于粉末燒結(jié)金屬加工的設(shè)計(jì)要求和生產(chǎn)環(huán)境，任何其他金屬、 硬陶瓷、塑料、合成物、橡膠材料等也可用于頂沖頭或上沖頭42。如 上所述，如附圖1和附圖25中所示的上工具42具有特定的幾何形狀， 以用于借助該特定的獨(dú)特工具制成的零件。在此情況下，該工具為用
于壓縮機(jī)的渦巻，以用于制冷、汽車或其他制造部件。
附圖1還示出了用于粉末金屬加工的壓實(shí)壓力機(jī)的下工具部分
54。該壓實(shí)壓力機(jī)的下工具54包括模具56。該模具56 —般具有任何 已知形狀，在本例中它為環(huán)形形狀。該模具56將能夠容納粉末金屬顆 粒。模具構(gòu)件大致具有通過粉末金屬和燒結(jié)加工制成的零件的形狀。 如附圖1中所示的工具40處于打開或預(yù)填充階段。有數(shù)個(gè)凸緣58連 接到模具56上，用于允許模具56連接到燒結(jié)金屬壓力機(jī)的下部部分 54上。還應(yīng)當(dāng)注意的是，本申請中所述的所有零件都基本由鋼材料制 成。然而，任何其他已知金屬、硬塑料、陶瓷、合成物或類似材料也 可以用于此處所述的粉末金屬加工的任何工具零件或壓力機(jī)零件。
附圖l和2至4示出了根據(jù)本發(fā)明的外部底沖頭或下沖頭60。該 外部底沖頭或下沖頭60包括空腔62和多個(gè)水平面，這些水平面模仿 正被加工的粉末金屬零件的水平面。在所示情況中，外部底沖頭60的 空腔62為渦巻形狀。這種獨(dú)特的形狀大致由兩個(gè)必要元件組成。第一 個(gè)是截面輪廓，它可以是或者可以不是沿著其路徑64均勻的。第二個(gè) 是從下沖頭60的中心位置66連續(xù)地和大體向外延伸的路徑。應(yīng)當(dāng)注 意的是，從中心位置66向外延伸的路徑64也可以從中心位置66附近 的點(diǎn)向外延伸，或者它可以從中心位置66附近、遠(yuǎn)離中心位置66處 或該中心位置處的多個(gè)點(diǎn)延伸出來?？涨?2基本延伸通過如附圖3中 所示的外部底沖頭60的整個(gè)長度。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，也如附圖3 中所示，空腔62包括如附圖3和附圖4中所示的數(shù)個(gè)加強(qiáng)腹板68，這 些加強(qiáng)腹板68根據(jù)獨(dú)特的幾何形狀的設(shè)計(jì)而被設(shè)置在外部底沖頭60 的兩個(gè)相鄰壁之間的預(yù)定位置處。在所示的渦巻形狀中，所述數(shù)個(gè)腹 板68設(shè)置在壁之間，以增加外部底沖頭60的硬度和強(qiáng)度，以便在壓 實(shí)加工中重復(fù)使用沖頭60。如附圖3中所示，腹板68從外部底沖頭 60的底部沿向上方向延伸一個(gè)預(yù)定距離。腹板68還具有預(yù)定厚度，該 預(yù)定厚度根據(jù)外部底沖頭60的強(qiáng)度要求和設(shè)計(jì)要求而可以改變。應(yīng)當(dāng) 注意的是，附圖2至4中工具40的獨(dú)特的幾何形狀的所示設(shè)計(jì)是渦巻
形狀的設(shè)計(jì)，然而也可以使用任何其它形狀150，例如、但不限于附圖
26至30中所示的那些形狀。這些形狀150或者具有均勻的截面或者具 有非均勻的截面，并可以具有從工具的中心點(diǎn)66或其附近延伸出來的 矩形、方形、三角形、多邊形、橢圓形等的形狀。它還可以是在截面 或剖面上不具有已知的特別或特定的形狀的任意形狀。外部底沖頭60 還在其一端包括周向凸緣72，并在其上的另一預(yù)定位置處包括臺肩74。 周向凸緣72和臺肩74將用于連接到下工具單元54中的數(shù)個(gè)凸緣或隔 板76上，下工具單元54用于將沖頭60連接到粉末金屬壓力機(jī)上。
附圖l和附圖5至7示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部底沖頭或下沖頭78。 內(nèi)部底沖頭78設(shè)置在外沖頭60內(nèi)。該內(nèi)部底沖頭78從外部底沖頭60 的頂側(cè)處起放置在外部底沖頭60內(nèi)。該內(nèi)部底沖頭78大致具有圓柱 形形狀。如附圖5至7中所示的形狀是渦巻或紙張的巻制件的形狀。 這種類似管狀渦巻形狀在其一端處具有實(shí)心的環(huán)狀部分80。應(yīng)當(dāng)注意 的是，所示的、另外構(gòu)想的、未知的或己知的任何其他形狀也可以轉(zhuǎn) 換成如附圖5至7中所示的內(nèi)部底沖頭78。內(nèi)部底沖頭78包括數(shù)個(gè)凹 槽或通道82，這些凹槽或通道從內(nèi)部底沖頭78的一端縱向延伸到離外 部底沖頭78的相對端一個(gè)預(yù)定距離處。該預(yù)定距離是提供如上所述的 實(shí)心環(huán)狀形狀80的距離。內(nèi)部底沖頭78中的數(shù)個(gè)凹槽82與位于外部 底沖頭60中的加強(qiáng)腹板78對準(zhǔn)并相互作用。因此，當(dāng)內(nèi)部底沖頭78 經(jīng)外部底沖頭60的頂部而插入到外部底沖頭60中時(shí)，內(nèi)部底沖頭78 被放置成使得帶凹槽端部首先插入，并且凹槽82與加強(qiáng)腹板68對準(zhǔn)， 而且內(nèi)部底沖頭78沿著外部底沖頭60的軸線在軸向方向上移動(dòng)，直 到數(shù)個(gè)凹槽82的端部84與外部底沖頭60的加強(qiáng)腹板68接觸并接合。 在己組裝好的位置中，由外部下沖頭60和內(nèi)部下沖頭78形成的兩件 式?jīng)_頭的內(nèi)部下沖頭78延伸超過外部下沖頭60的端部一個(gè)預(yù)定距離。 應(yīng)當(dāng)注意的是，此處所述的任何截面輪廓或任何其他已知或未知的截 面輪廓都可以被設(shè)計(jì)為外部底沖頭60和內(nèi)部底沖頭78。分別位于外部 底沖頭60和內(nèi)部底沖頭78中的加強(qiáng)腹板68和凹槽80的精確數(shù)量將 根據(jù)用于特定燒結(jié)金屬零件的設(shè)計(jì)要求和在壓實(shí)加工期間所遭受的力
而改變。
附圖1示出了直接設(shè)置在外部底沖頭60下方的下沖頭支承構(gòu)件
86。該下沖頭支承構(gòu)件86具有從其中通過的數(shù)個(gè)孔88，這些孔88與 內(nèi)部底沖頭78對準(zhǔn)。內(nèi)部底沖頭78設(shè)置成穿過外部底沖頭支承件86， 如附圖l中所示。然后，外部底沖頭支承件86連接到數(shù)個(gè)凸緣78上， 如附圖1中所示。
附圖1與附圖8至IO和附圖14至19一起示出了用于根據(jù)本發(fā)明 的工具中的夾緊機(jī)構(gòu)90。內(nèi)部底沖頭78的一端被設(shè)置在該夾緊機(jī)構(gòu) 90中。該夾緊機(jī)構(gòu)90可以是能夠通過任何已知的機(jī)械的、化學(xué)的、電 子的、粘結(jié)、焊接、機(jī)電式的、激光焊接技術(shù)等固定和接合內(nèi)部底沖 頭78的下部部分的任何已知的夾緊機(jī)構(gòu)。如附圖中所示的夾緊機(jī)構(gòu)90 大致包括上夾緊構(gòu)件92和下夾緊構(gòu)件94，在上夾緊構(gòu)件92和下夾緊 構(gòu)件94之間布置有夾緊釘構(gòu)件96。上夾緊構(gòu)件92和下夾緊構(gòu)件94以 及夾緊釘構(gòu)件96大致具有圓形形狀。然而，根據(jù)壓實(shí)壓力機(jī)的設(shè)計(jì)要 求和環(huán)境因素，可以使用已知的任何其他形狀。大致如附圖14至16 中所示的上夾具92具有從其中穿過的數(shù)個(gè)孔98，這些孔的形狀基本類 似于內(nèi)部底沖頭78的形狀。在所示工具中，其為渦巻形狀。然而，任 何其它形狀和幾何形狀也可以設(shè)置成穿過上夾具92。應(yīng)當(dāng)注意的是， 上夾具92可以具有表面100，該表面100上具有預(yù)定角度，以用于將 內(nèi)部下沖頭78連接到粉末金屬壓力機(jī)。如附圖15和16中所示，該傾 斜表面100在預(yù)定的孔98中，而一些孔98具有基本直的表面102，這 些直的表面上不帶有角度，從而基本垂直于上夾具92的頂表面。
如附圖17至19中所示，下夾具94基本具有與上夾具92同樣或 類似的形狀，并包括從其中穿過的數(shù)個(gè)孔104，這些孔基本類似于內(nèi)部 底沖頭78的形狀，在本例中，下夾具94為渦巻形狀。還存在通過上 夾具92和下夾具94的表面的其他孔106，這些孔106用于將上夾具 92和下夾具94彼此連接并允許上夾具92和下夾具94在軸向方向上相
對于彼此緊固。也如附圖18和19中所示，下夾具94的一些孔104上 具有傾斜表面108，而其他孔具有如上所述的直表面110。
設(shè)置在上和下夾具構(gòu)件92、 94之間的夾緊釘構(gòu)件96基本具有盤 狀本體，該盤狀本體具有從其一端或兩端延伸出來的數(shù)個(gè)鎖定構(gòu)件 112。這些鎖定構(gòu)件112基本類似于內(nèi)部下沖頭78的鎖定構(gòu)件，并且 在本例中為渦巻狀形狀。還存在數(shù)個(gè)連接孔114，它們用于允許緊固件 和其他對準(zhǔn)構(gòu)件穿過上和下夾具92、 94與夾緊釘構(gòu)件96之間，用于 構(gòu)件的必要連接，以形成夾緊機(jī)構(gòu)90。鎖定構(gòu)件112在其一側(cè)上大致 上具有傾斜表面116，并且在相對側(cè)上具有平坦的或垂直的表面118。 這將允許傾斜表面116與下和上夾具構(gòu)件92、 94上的傾斜表面100、 108相互作用并相互接合。平坦表面118將與內(nèi)部底沖頭78的相對平 坦表面相互接合。于是，在內(nèi)部底沖頭78被布置成穿過上和下夾具構(gòu) 件92、 94和夾緊釘構(gòu)件96的孔98、 104之后，上和下夾具92、 94的 傾斜表面和夾緊釘構(gòu)件96的鎖定構(gòu)件112之間的相互作用將在下夾具 94在軸向方向上緊固到上夾具92的期間相互作用。這種傾斜表面的相 互作用將在徑向方向上移動(dòng)鎖定構(gòu)件112，從而與內(nèi)部底沖頭78的表 面接合并且相互作用，以在內(nèi)部底沖頭78和鎖定構(gòu)件112與內(nèi)部底沖 頭78的相對側(cè)上的夾緊機(jī)構(gòu)90的鎖定表面之間產(chǎn)生出保持力。這將 把內(nèi)部底沖頭78保持在相對于粉末金屬壓力機(jī)的軸線的一個(gè)預(yù)定位置 處。下夾具和上夾具92、 94之間的緊固量將決定用于把沖頭保持在其 預(yù)定位置處的力的大小。應(yīng)當(dāng)注意的是，除了此處所述的夾緊或緊固 技術(shù)之外，也可以使用任何其他已知或未知的夾緊或固定技術(shù)。
附圖1和附圖21及22示出了根據(jù)本發(fā)明的沖頭支持構(gòu)件120。該 沖頭支持構(gòu)件120布置成鄰近沖頭適配器122，如附圖23和24中所示。 沖頭適配器122與下夾具94的底部接合。該沖頭適配器122大致具有 盤狀形狀，并且?guī)в袕钠渲写┻^的數(shù)個(gè)孔124，以與下夾具94和在其 相對端部上的沖頭支持構(gòu)件120配合。沖頭支持構(gòu)件120包括具有臺 肩的鎖定凸緣126，它將在其一端連接到?jīng)_頭保持器128并且在相對端
連接到?jīng)_頭適配器122。沖頭支持構(gòu)件120提供了一種方式，該方式通
過數(shù)個(gè)定位銷和緊固件130等，提供了對下沖頭的背面的支撐和下沖
頭的正確的對準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)注意的是，除了在所示實(shí)施例中使用的定位銷 之外，還可以使用任何其他類型的銷、定位銷或緊固件。當(dāng)在如附圖
21中所示的截面中觀察時(shí)，沖頭支持構(gòu)件120大致具有砧板狀形狀。 上部具有環(huán)狀形狀，該環(huán)狀形狀具有從其中通過的預(yù)定數(shù)量的孔132， 然后，有半徑減小的部分直接與之相鄰，該半徑減小的部分的后面跟 著半徑略微增大的部分，該半徑略微增大的部分形成用于固定到?jīng)_頭 保持器128上的鎖定凸緣126。
如附圖1和附圖11至13中所示的沖頭保持器128大致上具有圓 柱形形狀。該沖頭保持器128在其底部具有數(shù)個(gè)空腔134，其中這些空 腔134帶有螺紋或者具有其他連接或緊固方法，以使得沖頭保持器128 可以連接到位于粉末金屬壓力機(jī)的底下部上的支承凸緣78。然后，將 其他凸緣78連接到支承凸緣78上，以提供粉末金屬壓力機(jī)的下工具 54的必要移動(dòng)。在所示實(shí)施例中，螺紋緊固件136被用于連接沖頭保 持器128，和將沖頭保持器128固定到粉末金屬壓力機(jī)的下工具單元。 沖頭保持器128的相對端包括鎖定通道138，該鎖定通道138將與沖頭 支持構(gòu)件120的鎖定凸緣126相互接合，以將沖頭支持構(gòu)件120固定 到?jīng)_頭保持器128。這將在粉末金屬加工的壓實(shí)加工期間為兩件式下沖 頭提供所有的必要支承。如上所述，所提到的所有零件都基本由鋼材 料制成，然而根據(jù)粉末金屬加工的設(shè)計(jì)要求，可使用任何其它金屬、 陶磁、塑料、合成物，或任何其他已知或未知的材料。
將工具40連接到壓力機(jī)上的方法可以是如下方法，然而也可以使 用任何其他已知方法。首先，將內(nèi)部底沖頭78經(jīng)外部底沖頭60的頂 端布置并放置到外部底沖頭60中。使內(nèi)部底沖頭78在外部底沖頭60 中滑動(dòng)，直到內(nèi)部底沖頭78中的數(shù)個(gè)凹槽或通道82的端部接觸并接 合外部底沖頭60的加強(qiáng)腹板68為止。然后，將已組裝好的兩件式底 部沖頭放置在粉末金屬壓力機(jī)的下工具單元中，并且將從外部底沖頭60延伸出來的內(nèi)部底沖頭78的端部布置在夾緊機(jī)構(gòu)90內(nèi)。該夾緊構(gòu) 件90通過任何已知緊固技術(shù)(例如上述的緊固技術(shù))，將底沖頭固定 到下工具單元54。這將確保下部底沖頭在粉末金屬壓實(shí)壓力機(jī)的加工 中相對于下工具54正確對準(zhǔn)和定位。然后，將上沖頭42與適當(dāng)?shù)母?板和凸緣以及其他凸緣和模具部件一起安裝在下部底沖頭周圍。然后， 粉末金屬壓實(shí)壓力機(jī)將準(zhǔn)備好用于壓實(shí)加工。
在壓實(shí)加工期間的操作中，如附圖中所示的壓力機(jī)處于打開或預(yù) 壓實(shí)位置。在粉末金屬加工期間，將把粉末填充到模具56中，并且也 填充到底沖頭的外部的獨(dú)特的渦巻幾何形狀中，使得粉末接觸內(nèi)部底 沖頭78的頂部，從而產(chǎn)生用于壓實(shí)或預(yù)燒結(jié)的零件的期望的形狀和長 度。 一旦粉末在模具56中被填充到適當(dāng)水平面，則下沖頭或上沖頭42 將在軸向方向上移動(dòng)，以提供所需的壓實(shí)力，從而將材料顆粒盡可能 緊密地?cái)D壓到一起。 一旦完成壓實(shí)，則下工具54將在向上方向上朝上 工具移動(dòng)，從而允許內(nèi)部底沖頭滑動(dòng)向上，并使壓實(shí)或預(yù)燒結(jié)零件從 模具56脫離。應(yīng)當(dāng)注意的是，在壓實(shí)加工中需要每平方英寸15至60 噸的壓力，從而在工具中需要可靠、耐用和堅(jiān)固的零件。在壓實(shí)加工 期間，時(shí)間、力、工具位置和工具偏斜的量將受到監(jiān)視，并且通過在 燒結(jié)金屬壓實(shí)加工中操作壓實(shí)壓力機(jī)的控制器，將能夠調(diào)節(jié)這些量。
應(yīng)當(dāng)注意的是，可以采用形成零件和將獨(dú)特的工具安裝到壓實(shí)壓 力機(jī)中的其他形式和方法，而且即使未示出，也由本公開內(nèi)容覆蓋， 即使發(fā)明人在提交時(shí)僅僅想到了這些實(shí)施例。
已經(jīng)以說明的方式描述了本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，己經(jīng)使用的術(shù) 語意圖具有描述的，而不是限制的性質(zhì)。
鑒于上述教導(dǎo)，本發(fā)明可以有多種修改和改變。因此，在所附權(quán) 利要求的范圍內(nèi)，除了具體描述的之外，還可以通過其他方式實(shí)施本 發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于粉末金屬加工的工具，所述工具包括上工具；及下工具，所述下工具具有預(yù)定的截面輪廓，該截面輪廓從所述下工具的中心點(diǎn)或該中心點(diǎn)附近向外連續(xù)地?cái)U(kuò)展。
2. 如權(quán)利要求l所述的工具，其中所述預(yù)定輪廓具有類似渦巻狀形狀。
3. 如權(quán)利要求1所述的工具，其中所述預(yù)定輪廓具有均勻的厚度。
4. 如權(quán)利要求l所述的工具，其中所述預(yù)定輪廓具有非均勻的厚度。
5. 如權(quán)利要求l所述的工具，其中所述預(yù)定輪廓具有任意形狀。
6. 如權(quán)利要求l所述的工具，其中所述預(yù)定輪廓具有大體上擴(kuò)展 的三角形形狀。
7. 如權(quán)利要求l所述的工具，其中所述預(yù)定輪廓具有大體上擴(kuò)展 的方形或矩形形狀。
8. 如權(quán)利要求l所述的工具，其中所述下工具具有沖頭。
9. 如權(quán)利要求8所述的工具，其中所述沖頭具有內(nèi)部部分和外部 部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的工具，其中所述外部部分具有多個(gè)加強(qiáng) 腹板，用以增加所述沖頭的所述外部部分的強(qiáng)度。
11. 如權(quán)利要求io所述的工具，其中所述腹板被設(shè)置在預(yù)定位置。
12. 如權(quán)利要求IO所述的工具，其中所述沖頭通過夾緊機(jī)構(gòu)而固 定到所述工具上。
13. 如權(quán)利要求12所述的工具，其中所述夾緊機(jī)構(gòu)包括上夾緊部分、下夾緊部分和夾緊釘單元。
14. 如權(quán)利要求13所述的工具，其中所述夾緊釘單元在其至少一 個(gè)表面上具有預(yù)定傾斜表面的多個(gè)鎖定構(gòu)件或多個(gè)釘。
15. 如權(quán)利要求14所述的工具，其中所述多個(gè)釘與所述沖頭的所 述內(nèi)部部分接觸。
16. 如權(quán)利要求15所述的工具，其中所述沖頭的所述內(nèi)部部分被 設(shè)置在所述沖頭的所述外部部分內(nèi)。
17. 如權(quán)利要求16所述的工具，其中所述上夾緊部分和下夾緊部 分在其內(nèi)具有多個(gè)凹槽，所述凹槽的至少一個(gè)在其上具有傾斜表面。
18. 如權(quán)利要求17所述的工具，其中當(dāng)所述上和下夾緊部分朝向 彼此推動(dòng)時(shí)，所述凹槽與所述釘相互作用，固定所述沖頭。
19. 如權(quán)利要求16所述的工具，其中所述沖頭的所述內(nèi)部部分從 所述沖頭的所述外部部分的頂部方向被布置到所述外部位置中。
20. —種用于燒結(jié)粉末金屬加工的工具，所述工具包括 上沖頭；及兩件式下沖頭，所述下沖頭具有預(yù)定的幾何體，它從其中心點(diǎn)或該中心點(diǎn)附近連續(xù)地?cái)U(kuò)展。
21. 如權(quán)利要求20所述的工具， 似渦巻狀形狀的截面輪廓。
22. 如權(quán)利要求20所述的工具， 勻的厚度的截面輪廓。
23. 如權(quán)利要求20所述的工具， 非均勻的厚度的截面輪廓。
24. 如權(quán)利要求20所述的工具， 狀的截面輪廓。其中所述預(yù)定幾何體具有大致類其中所述預(yù)定幾何體具有大致均其中所述預(yù)定幾何體具有大致上其中所述預(yù)定幾何體具有任意形
25. 如權(quán)利要求20所述的工具，其中所述預(yù)定幾何體具有大致上 擴(kuò)展的三角形、方形或矩形形狀的截面輪廓。
26. 如權(quán)利要求20所述的工具，其還包括與所述上沖頭和多個(gè)凸 緣接合的沖頭保持器，所述凸緣連接到所述沖頭保持器。
27. 如權(quán)利要求20所述的工具，其中所述兩件式下沖頭包括外部 下沖頭和內(nèi)部下沖頭。
28. 如權(quán)利要求27所述的工具，其中所述內(nèi)部下沖頭從所述外部 下沖頭的頂端起被布置在所述外部下沖頭內(nèi)。
29. 如權(quán)利要求27所述的工具，其中所述外部下沖頭具有腹板， 用以加強(qiáng)所述下沖頭并在所述工具內(nèi)提供適當(dāng)?shù)膭傂浴?br>
30. 如權(quán)利要求27所述的工具，其還包括多個(gè)下沖頭凸緣。
31. 如權(quán)利要求27所述的工具，其還包括用于將所述內(nèi)部下沖頭 固定到所述工具的上夾具和下夾具。
32. 如權(quán)利要求31所述的工具，其還包括設(shè)置在所述上夾具和所 述下夾具之間的夾緊釘構(gòu)件，所述夾緊釘構(gòu)件具有從其延伸出來的多 個(gè)鎖定構(gòu)件，所述鎖定構(gòu)件與所述內(nèi)部下沖頭相互作用，將所述沖頭 固定在所述工具內(nèi)。
33. 如權(quán)利要求33所述的工具，其還包括與所述下夾具相鄰設(shè)置 的沖頭適配器。
34. 如權(quán)利要求33所述的工具，其還包括與所述沖頭適配器接合 的沖頭支持構(gòu)件。
35. 如權(quán)利要求34所述的工具，其還包括沖頭保持器，所述沖頭 保持器在一端上連接到所述沖頭支持構(gòu)件，在相對端上連接到凸緣。
36. 如權(quán)利要求32所述的工具，其中通過所述下沖頭和所述鎖定 構(gòu)件之間的表面在預(yù)定的力作用下的相互作用，推動(dòng)所述鎖定構(gòu)件與 所述外部下沖頭接觸。
37. —種用于將兩件式?jīng)_頭組裝成用于粉末金屬加工的工具的方 法，所述方法包括如下步驟將第一下沖頭插入到第二下沖頭中； 將所述第一下沖頭的端部布置在夾緊機(jī)構(gòu)中； 將所述第一下沖頭固定在所述夾緊機(jī)構(gòu)內(nèi)；及 將所述夾緊機(jī)構(gòu)固定到所述工具上。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述插入步驟包括將所述 第一下沖頭插入到所述第二下沖頭的頂端中。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中固定所述第一下沖頭的所述步驟使得多個(gè)鎖定構(gòu)件在所述第一下沖頭和所述夾緊機(jī)構(gòu)之間相互作 用。
全文摘要
公開了一種用于粉末金屬加工的工具。所述工具包括上工具和下工具。上工具和下工具可以包括用于每個(gè)工具的多個(gè)構(gòu)件。下工具具有預(yù)定的截面輪廓，該截面輪廓從下工具的中心點(diǎn)或其附近向外連續(xù)擴(kuò)展。下工具還通過緊固機(jī)構(gòu)而被固定在用于粉末金屬加工的壓力機(jī)內(nèi)。
文檔編號B26F1/04GK101166608SQ200580049486
公開日2008年4月23日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月26日
發(fā)明者茹德·D·施利姆, 邁克爾·A·鄧克爾 申請人:吉?jiǎng)P恩燒結(jié)金屬公司