通过使用半封闭式烧结锻造来制造连杆的方法
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 金属粉末可 能熔化。
[0044] 在另外某些示例性实施方式中，在所述烧结温度下，烧结时间可以为约10至30分 钟。当烧结时间短于约10分钟时，可能无法烧结金属粉末。当烧结时间长于约30分钟时， 不会相应地获得烧结效果，由此可能使经济效率降低。
[0045] 在另外某些示例性实施方式中，烧结过程中的气氛可包括氮气（N2)和氢气（H 2)， 且氮气（N2)和氢气（H2)的体积比可为约90:10。
[0046] 在其它某些示例性实施方式中，在第三步的半封闭式锻造过程中进行锻造的锻件 10周围形成的飞边20的平均厚度可在约0. 3至约0. 5mm的范围内。具体地，飞边20的尺 寸可以为，具有5mm的约1/10的厚度，其相当于现有技术中的热锻工序中形成的飞边的尺 寸。
[0047] 图4示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的示例性连杆的大端部分30、小 端部分31以及连接大端部分30和小端部分31的I端部分32。图5还示意性地示出了使 用上模40和下模41通过半封闭式锻造法对预成型体进行锻造而获得的示例性连杆的I端 部分的横截面33。这样，可在上模具40和下模具41之间的空间中形成飞边20。
[0048] 具体地，因为半封闭式锻造中的模具的体积小于预成型体的体积，在锻造过程中 残余预成型体的材料可以以飞边形式被推出模具。换言之，飞边是预成型体的残余部分，其 可被推至上模与下模之间的半封闭式空间中。随后，当飞边20形成时，在进行锻造的锻件 中可形成金属流（其为纤维组织等）。因此，锻件的强度和屈曲特性等可得到改进。
[0049] 在某些示例性实施方式中，在第四步中，当将经历锻造的锻件冷却至常温时，冷却 速度可以在约〇. 8至约I. 2°C /s的范围内。当冷却温度小于约0. 8°C /s时，生产率可能因 冷却速度过度降低而降低。当冷却速度大于I. 2°C /s时，锻件的脆性等可能因快速冷却而 升尚。
[0050] 在另外某些示例性实施方式中，在第五步中，可在冷态下进行移除飞边的冲压工 序。此外，在第一步中形成的成型体的平均密度可以在约6. 3至6. 9的范围内，且在第三步 中进行锻造的锻件的平均密度可以在约7. 75至7. 82的范围内。此外，在第六步的喷丸处 理过程中，锻件的表面粗糙度可以适当地为，例如，10 ym至60 μπι，例如约30 μπι。
[0051] 同时，由于在第一步中使用金属粉末等形成形状和尺寸与最终产品连杆相似的预 成型体，与在现有技术中通过热锻工序产生的飞边的量相比，在第二步的半封闭式锻造中 产生的飞边的量可减少例如高达20%、30 %、40%、50%或约55%或更多，因此能够因减少 的飞边量而节省制造成本。
[0052] 当通过应用现有技术中的烧结锻造工序来制造连杆时，精密成形压力机的成形模 具所需的冲头数在其上端可以约为四，在其下端约为四，总共需要八个冲头。然而，对于用 于形成根据本发明示例性实施方式的预成型体的压力机，所需的成型模具冲头数在其上端 可以约为二，在其下端约为三，总共需要五个冲头。因此，可降低压力机的维护和管理成本。 通过减少成型模具的冲头数量，还可实现预成型体的形状简化和体积优化，并通过随后进 行的热锻造来引起金属流的增加。
[0053] 此外，由于在第二步中可以同热锻工序（当使用热锻法制造锻件时）那样来应用 半封闭式锻造，金属流（其是通过使得根据本发明的示例性实施方式制造的连杆中的晶粒 能够在预定方向上滑动而形成的纤维组织）可增加，且增加的金属流可改善连杆的强度和 屈曲特性等。
[0054] 图6是示出了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而制造 的连杆的I横截面部分处的金属流的照片视图。图7示出了通过使用现有技术中的热锻法 制造的示例性连杆的I横截面部分处的金属流的照片视图。如图6和图7所示，如上文所 述，根据本发明的示例性实施方式通过半封闭式烧结锻造法制造的连杆的金属流可以与在 通过现有技术中的热锻法制造的连杆中形成的金属流相似。此外，制造的连杆的物理特性 例如抗张强度和屈服强度可以因通过应用半封闭式烧结锻造工序所形成的金属流而得到 改善。
[0055] 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 性连杆的微观组织的微观视图；图9是使用现有技术中的热锻法制造的示例性连杆的微观 组织的微观视图；图10是使用现有技术中的烧结锻造法制造的示例性连杆的微观组织的 微观视图。如图8、9和10所示，根据本发明的示例性实施方式使用半封闭式烧结锻造法制 造的连杆的微观组织可以与使用现有技术中的热锻法制造的连杆一样精细，并且同通过使 用现有技术中的烧结锻造法所制造的连杆那样，在根据本发明示例性实施方式的连杆中可 包含有贝氏体（其是黑色针状增强组织）。
[0056] 在其它方面，根据本发明各示例性实施方式的制造连杆的方法可应用于制造需要 优异的强度和屈曲特性等的连杆的方法中。
[0057] 实施例
[0058] 在下文中，将通过实施例更详细地说明本发明。这些实施例仅用于示例说明本发 明，本领域技术人员明显可见，本发明的范围不应解读为受限于这些实施例。
[0059] 将根据本发明的各种示例性实施方式通过使用半封闭式烧结锻造法制造连杆的 方法而制造的实施例的屈服强度和抗张强度与通过使用现有技术中的烧结锻造法而制造 的比较例的屈服强度和抗张强度进行比较。
[0060] [表 1]
[0061]
[0062] 在表1中，示出了根据本发明的示例性实施方式在相同条件下重复制造的实施例 1-5和根据现有技术中的烧结锻造工序而重复制造的比较例1-5的屈服强度和抗张强度， 并对其进行比较。
[0063] 具体而言，表1中实施例1-5的平均屈服强度为约793. 8MPa，与比较例1-5的平 均屈服强度（约713. 6MPa)相比，提高了约11%。此外，实施例1-5的平均抗张强度为约 1，043. 4MPa，与比较例1-5的平均抗张强度（约944MPa)相比，提高了约10%。
[0064] [表 2]
[0065]
[0066] 在表2中，显示了应用了热锻工序的比较例6、应用了烧结锻造工序的比较例7和 应用了根据本发明示例性实施方式的半封闭式烧结锻造工序的实施例1的原材料添加重 量、最终锻件的重量以及生产成本，并对其进行比较。
[0067] 在实施例1的情形中，添加的原材料重量为约45kg，生产的最终锻件的重量为约 36kg，因此损失重量为约9kg，损失重量数值明显低于应用了热锻工序的比较例6,但略高 于应用了烧结锻造工序的比较例7。然而，如果将比较例6的生产成本设为1，则比较例7 的生产成本为约0. 89,实施例1的生产成本为约0. 85,实施例1可将成本降至最低。相应 地，实施例1的重量损失略高于比较例7,实施例1的总生产成本是最低的。
[0068] 如上所述，根据本发明的半封闭式烧结锻造工序的生产成本可以降低，因为其与 热锻工序不同，未包含激光刻槽工序（laser notch process)、小端部分钻孔工序、压印工 序（coining process)、剩余应力热处理工序、大端部分的内径粗切削工序等，并且还因为 与烧结锻造工序不同，可以应用廉价的一般压制成形代替昂贵的精密压制成形。
[0069] 因此，与现有技术中使用的热锻工序或烧结锻造工序相比，对于根据本发明各示 例性实施方式通过使用半封闭式烧结锻造制造连杆的方法，制造成本得以降低，并且可确 保与通过使用热锻法制造的连杆相同的金属流，由此作为最终锻件的连杆的机械特性例如 屈服强度和抗张强度得以改善。
[0070] 如上所述，已经结合本发明的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是实施方 式仅为示例说明而且本发明并不限于此。所描述的实施方式可以由本发明所属领域内的技 术人员改变或修改而不脱离本发明的范围，并且在本发明的技术精神和所附权利要求的等 同范围内的多种改变和修改是可行的。
【主权项】
1. 一种通过使用半封闭式烧结锻造来制造连杆的方法，包括以下步骤： 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，以烧结所述预成型体； 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所述连杆，从而将移除了飞边的锻件的表面上存在的杂 质去除。2. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二步中，烧结温度在1100至1250°C的范 围内。3. 根据权利要求2所述的方法，其中在所述烧结温度下进行的烧结时间为10至30分 钟。4. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二步中，烧结过程中的气氛包括氮气 (N2)和氢气（H2)，氮气（N2)与氢气（H2)的体积比为约90:10。5. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第三步中，在所述锻件周围形成的飞边的 平均厚度在〇. 3至0. 5mm的范围内。6. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第四步中，当将经历锻造的所述锻件冷却 至常温时，冷却速度在0. 8至I. 2°C/s的范围内。7. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第六步的抛丸处理过程中，所述锻件的表 面粗糙度为约30ym。8. 根据权利要求1所述的方法，其中通过使用在上端具有两个冲头且在下端具有三个 冲头的成形模具来形成所述预成型体。9. 一种用于车辆的连杆，其通过权利要求1所述的方法制造。
【专利摘要】公开的是一种通过半封闭式烧结锻造来制造连杆的方法。该方法包括以下步骤：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。
【IPC分类】B22F3/17
【公开号】CN104889407
【申请号】CN201410745512
【发明人】金鹤洙, 郑富龙
【申请人】现代自动车株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年12月8日
【公告号】DE102014223684A1, US20150246393
【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 金属粉末可 能熔化。
[0044] 在另外某些示例性实施方式中，在所述烧结温度下，烧结时间可以为约10至30分 钟。当烧结时间短于约10分钟时，可能无法烧结金属粉末。当烧结时间长于约30分钟时， 不会相应地获得烧结效果，由此可能使经济效率降低。
[0045] 在另外某些示例性实施方式中，烧结过程中的气氛可包括氮气（N2)和氢气（H 2)， 且氮气（N2)和氢气（H2)的体积比可为约90:10。
[0046] 在其它某些示例性实施方式中，在第三步的半封闭式锻造过程中进行锻造的锻件 10周围形成的飞边20的平均厚度可在约0. 3至约0. 5mm的范围内。具体地，飞边20的尺 寸可以为，具有5mm的约1/10的厚度，其相当于现有技术中的热锻工序中形成的飞边的尺 寸。
[0047] 图4示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的示例性连杆的大端部分30、小 端部分31以及连接大端部分30和小端部分31的I端部分32。图5还示意性地示出了使 用上模40和下模41通过半封闭式锻造法对预成型体进行锻造而获得的示例性连杆的I端 部分的横截面33。这样，可在上模具40和下模具41之间的空间中形成飞边20。
[0048] 具体地，因为半封闭式锻造中的模具的体积小于预成型体的体积，在锻造过程中 残余预成型体的材料可以以飞边形式被推出模具。换言之，飞边是预成型体的残余部分，其 可被推至上模与下模之间的半封闭式空间中。随后，当飞边20形成时，在进行锻造的锻件 中可形成金属流（其为纤维组织等）。因此，锻件的强度和屈曲特性等可得到改进。
[0049] 在某些示例性实施方式中，在第四步中，当将经历锻造的锻件冷却至常温时，冷却 速度可以在约〇. 8至约I. 2°C /s的范围内。当冷却温度小于约0. 8°C /s时，生产率可能因 冷却速度过度降低而降低。当冷却速度大于I. 2°C /s时，锻件的脆性等可能因快速冷却而 升尚。
[0050] 在另外某些示例性实施方式中，在第五步中，可在冷态下进行移除飞边的冲压工 序。此外，在第一步中形成的成型体的平均密度可以在约6. 3至6. 9的范围内，且在第三步 中进行锻造的锻件的平均密度可以在约7. 75至7. 82的范围内。此外，在第六步的喷丸处 理过程中，锻件的表面粗糙度可以适当地为，例如，10 ym至60 μπι，例如约30 μπι。
[0051] 同时，由于在第一步中使用金属粉末等形成形状和尺寸与最终产品连杆相似的预 成型体，与在现有技术中通过热锻工序产生的飞边的量相比，在第二步的半封闭式锻造中 产生的飞边的量可减少例如高达20%、30 %、40%、50%或约55%或更多，因此能够因减少 的飞边量而节省制造成本。
[0052] 当通过应用现有技术中的烧结锻造工序来制造连杆时，精密成形压力机的成形模 具所需的冲头数在其上端可以约为四，在其下端约为四，总共需要八个冲头。然而，对于用 于形成根据本发明示例性实施方式的预成型体的压力机，所需的成型模具冲头数在其上端 可以约为二，在其下端约为三，总共需要五个冲头。因此，可降低压力机的维护和管理成本。 通过减少成型模具的冲头数量，还可实现预成型体的形状简化和体积优化，并通过随后进 行的热锻造来引起金属流的增加。
[0053] 此外，由于在第二步中可以同热锻工序（当使用热锻法制造锻件时）那样来应用 半封闭式锻造，金属流（其是通过使得根据本发明的示例性实施方式制造的连杆中的晶粒 能够在预定方向上滑动而形成的纤维组织）可增加，且增加的金属流可改善连杆的强度和 屈曲特性等。
[0054] 图6是示出了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而制造 的连杆的I横截面部分处的金属流的照片视图。图7示出了通过使用现有技术中的热锻法 制造的示例性连杆的I横截面部分处的金属流的照片视图。如图6和图7所示，如上文所 述，根据本发明的示例性实施方式通过半封闭式烧结锻造法制造的连杆的金属流可以与在 通过现有技术中的热锻法制造的连杆中形成的金属流相似。此外，制造的连杆的物理特性 例如抗张强度和屈服强度可以因通过应用半封闭式烧结锻造工序所形成的金属流而得到 改善。
[0055] 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 性连杆的微观组织的微观视图；图9是使用现有技术中的热锻法制造的示例性连杆的微观 组织的微观视图；图10是使用现有技术中的烧结锻造法制造的示例性连杆的微观组织的 微观视图。如图8、9和10所示，根据本发明的示例性实施方式使用半封闭式烧结锻造法制 造的连杆的微观组织可以与使用现有技术中的热锻法制造的连杆一样精细，并且同通过使 用现有技术中的烧结锻造法所制造的连杆那样，在根据本发明示例性实施方式的连杆中可 包含有贝氏体（其是黑色针状增强组织）。
[0056] 在其它方面，根据本发明各示例性实施方式的制造连杆的方法可应用于制造需要 优异的强度和屈曲特性等的连杆的方法中。
[0057] 实施例
[0058] 在下文中，将通过实施例更详细地说明本发明。这些实施例仅用于示例说明本发 明，本领域技术人员明显可见，本发明的范围不应解读为受限于这些实施例。
[0059] 将根据本发明的各种示例性实施方式通过使用半封闭式烧结锻造法制造连杆的 方法而制造的实施例的屈服强度和抗张强度与通过使用现有技术中的烧结锻造法而制造 的比较例的屈服强度和抗张强度进行比较。
[0060] [表 1]
[0061]
[0062] 在表1中，示出了根据本发明的示例性实施方式在相同条件下重复制造的实施例 1-5和根据现有技术中的烧结锻造工序而重复制造的比较例1-5的屈服强度和抗张强度， 并对其进行比较。
[0063] 具体而言，表1中实施例1-5的平均屈服强度为约793. 8MPa，与比较例1-5的平 均屈服强度（约713. 6MPa)相比，提高了约11%。此外，实施例1-5的平均抗张强度为约 1，043. 4MPa，与比较例1-5的平均抗张强度（约944MPa)相比，提高了约10%。
[0064] [表 2]
[0065]
[0066] 在表2中，显示了应用了热锻工序的比较例6、应用了烧结锻造工序的比较例7和 应用了根据本发明示例性实施方式的半封闭式烧结锻造工序的实施例1的原材料添加重 量、最终锻件的重量以及生产成本，并对其进行比较。
[0067] 在实施例1的情形中，添加的原材料重量为约45kg，生产的最终锻件的重量为约 36kg，因此损失重量为约9kg，损失重量数值明显低于应用了热锻工序的比较例6,但略高 于应用了烧结锻造工序的比较例7。然而，如果将比较例6的生产成本设为1，则比较例7 的生产成本为约0. 89,实施例1的生产成本为约0. 85,实施例1可将成本降至最低。相应 地，实施例1的重量损失略高于比较例7,实施例1的总生产成本是最低的。
[0068] 如上所述，根据本发明的半封闭式烧结锻造工序的生产成本可以降低，因为其与 热锻工序不同，未包含激光刻槽工序（laser notch process)、小端部分钻孔工序、压印工 序（coining process)、剩余应力热处理工序、大端部分的内径粗切削工序等，并且还因为 与烧结锻造工序不同，可以应用廉价的一般压制成形代替昂贵的精密压制成形。
[0069] 因此，与现有技术中使用的热锻工序或烧结锻造工序相比，对于根据本发明各示 例性实施方式通过使用半封闭式烧结锻造制造连杆的方法，制造成本得以降低，并且可确 保与通过使用热锻法制造的连杆相同的金属流，由此作为最终锻件的连杆的机械特性例如 屈服强度和抗张强度得以改善。
[0070] 如上所述，已经结合本发明的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是实施方 式仅为示例说明而且本发明并不限于此。所描述的实施方式可以由本发明所属领域内的技 术人员改变或修改而不脱离本发明的范围，并且在本发明的技术精神和所附权利要求的等 同范围内的多种改变和修改是可行的。
【主权项】
1. 一种通过使用半封闭式烧结锻造来制造连杆的方法，包括以下步骤： 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，以烧结所述预成型体； 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所述连杆，从而将移除了飞边的锻件的表面上存在的杂 质去除。2. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二步中，烧结温度在1100至1250°C的范 围内。3. 根据权利要求2所述的方法，其中在所述烧结温度下进行的烧结时间为10至30分 钟。4. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二步中，烧结过程中的气氛包括氮气 (N2)和氢气（H2)，氮气（N2)与氢气（H2)的体积比为约90:10。5. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第三步中，在所述锻件周围形成的飞边的 平均厚度在〇. 3至0. 5mm的范围内。6. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第四步中，当将经历锻造的所述锻件冷却 至常温时，冷却速度在0. 8至I. 2°C/s的范围内。7. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述第六步的抛丸处理过程中，所述锻件的表 面粗糙度为约30ym。8. 根据权利要求1所述的方法，其中通过使用在上端具有两个冲头且在下端具有三个 冲头的成形模具来形成所述预成型体。9. 一种用于车辆的连杆，其通过权利要求1所述的方法制造。
【专利摘要】公开的是一种通过半封闭式烧结锻造来制造连杆的方法。该方法包括以下步骤：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。
【IPC分类】B22F3/17
【公开号】CN104889407
【申请号】CN201410745512
【发明人】金鹤洙, 郑富龙
【申请人】现代自动车株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年12月8日
【公告号】DE102014223684A1, US20150246393
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