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制造具有非圆外形的部件形状的方法

阅读：60发布：2023-03-09

专利汇可以提供制造具有非圆外形的部件形状的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种制造具有非圆外形的部件形状的方法。具体地，提供了凸轮轴凸角组合件及其生产方法。该方法使用由插入件构成的工具，其中该插入件设置在套筒内，使得这两者都响应于动磁压紧(DMC)压力源。该插入件限定有基本上轴对称的外表面，以及凸轮凸角形状的内表面，该内表面能够接纳可压紧的材料，使得当完成DMC时，该材料形成该凸轮凸角的形状。套筒被设置在插入件的周围，并且限定有基本上轴对称的外表面，使得由DMC压力源传给套筒的轴对称压紧形成所期望形状的凸轮凸角。该加工工具配置成使得对应于一个或多个凸轮凸角的单个加工工具构件能够轴向对齐，以便形成限定有所要形成的凸轮轴外表面轮廓的总的内表面。，下面是制造具有非圆外形的部件形状的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种使用动磁压紧加工用于凸轮轴的至少一个凸角组合件的方法，所述方法包括：
将多个加工模具布置成沿其各自基本上轴向的尺寸彼此配合，所述加工模具中的每一个都包括外部和内部，所述加工模具内部限定有对应于所述凸角组合件内至少多个凸角的外部形状的形状；
将粉末材料放入每个所述加工模具的内部；
将导电线圈放在所述多个加工模具的周围；以及
使电流通过所述线圈，使得磁压脉冲被施加至所述多个加工模具中的每一个，以便实现对包含在所述多个加工模具内的粉末材料的动磁压紧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉末材料包括金属粉末。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粉末材料包括第一粉末材料以及相对于所述第一粉末材料具有不同耐磨性的第二粉末材料，将所述第二粉末材料放在所述多个加工模具中相应的加工模具中，使得在进行所述动磁压紧后，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料彼此固定在一起，以便形成基本上一体的凸角结构，并且所述第二粉末材料在所述凸角结构中所占据的部分与所述凸角的由所述第一粉末材料占据的部分相比暴露于增大的滑动负载和增大的转动负载中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个加工模具至少包括第一模具和第二模具，第一模具限定了对应于第一凸角组合件的第一内部轮廓，第二模具限定了对应于第二凸角组合件的第二内部轮廓。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的至少一个包括两凸角组合件。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的至少一个包括三凸角组合件。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的一个包括三凸角组合件，而所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的另一个包括三凸角组合件。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个凸角组合件内的至少多个凸角的所述外部形状包括彼此轴向间隔开的多个凸角，以及轴向设置在所述多个凸角之间的轴颈。
9.一种使用动磁压紧对汽车凸轮轴进行加工的方法，所述方法包括：
提供多个加工模具，每个加工模具都具有设置在至少一个插入件周围的基本上轴对称的套筒，所述插入件的每一个都限定了能够与所述基本轴对称的套筒接合的基本上轴对称的外表面，并且还限定了配置成将可压紧的粉末材料容纳在其中的内表面；
将所述可压紧的粉末材料放在所述内表面内；
将导电线圈放在所述多个加工模具的基本上轴对称的套筒周围；
通过由电流通过所述线圈设定的磁场将包含在所述总的内表面内的所述材料压紧，使得在所述加工模具的至少一个中形成凸角组合件；以及
将所述形成的凸角组合件组装成所述凸轮轴。
10.一种用于制造具有多凸角的汽车凸轮轴组合件的加工工具，所述加工工具包括：
至少一个插入件，其包括响应动磁压紧压力源的基本上轴对称的外表面，以及配置成将可压紧的材料容纳在其中的内表面；以及
设置在所述至少一个插入件周围的基本上轴对称的套筒，所述工具配置成使得当所述多个加工工具之间轴向对齐且配合时，在所述多个加工工具内形成总的内表面，所述总的内表面限定了所述凸轮轴组合件的外表面轮廓，所述凸轮轴组合件能够采用受控于所述动磁压紧压力源的所述多个加工工具成形。

说明书全文

制造具有非圆外形的部件形状的方法

技术领域

[0001] 本发明总体涉及使用粉末冶金工艺对具有不规则外形的汽车发动机部件的制造，更具体地，涉及使用改进的具有可变调节的加工工具的动磁压紧(DMC)工艺对这种部件的制造。

背景技术

[0002] 汽车发动机凸轮轴凸角必需在高速、高温、以及摩擦改变的情况下忍受非常大的并且重复的机械负载。常规制造工艺(例如，铸造、锻造等等)的使用倾向于生产满足承载要求但导致了笨重且低效结构的部件。同样地，这种常规制造方式的使用并不利于将特定材料的期望特性制作于凸轮轴凸角上被仔细考虑的位置处。此外，尽管在美国专利5,405,574、5,611,139、5,611,230、和5,689,797(通过引用将这些专利全部并入本文)中所教导的DMS的使用是一种对金属粉末和非金属粉末进行压紧以获得高密度部件的有价值的方式，但是迄今为止这种DMC的使用并没有扩展至凸轮轴凸角、齿轮、或其它的非轴对称(即，非圆柱的)部件或另外形式的不规则形状部件。

[0003] 凸轮轴凸角通常被对齐成使得它们绕其被固定的轴的共同的纵向轴线旋转，其中凸轮凸角的数目依赖于发动机的配置而改变，该发动机的配置包括汽缸的数目、每缸气门数等等。实际上，凸轮轴的一个值得注意的属性是各种离心率和相关突出部沿该轴长度的大致重复的性质。近年来，凸轮凸角还设计为成组地在一起(公知为多凸角组合件)，以便有利于用来改善燃料效率的可变气门正时，其中三凸角组合件是最常见的。在这些多凸角组合件中，各个凸角的旋转取向可以是交错的，使得一个凸角的突出部可以相对于其轴向紧邻的凸角的突出部径向偏置，从而当该组合件耦接至轴并放置于发动机内时，在最终得到的凸轮轴中的凸角取向确保了发动机气门的打开和关闭的正确正时。这种偏置配置倾向于使用来制造凸角组合件的加工工具的已经很复杂的布置更为复杂，其中材料另外需要被有策略地放置在凸角内以便最好地利用该材料在轻重量和成本效益方面的特殊结构特性。有利的是开发出将DMC有效的制造属性扩展至多部件组合件(例如，凸轮轴凸角组合件和相关的重复配置的部件)的非轴对称形状的方法，以便改善生产所制造部分的质量并且减少生产所制造部分的成本。

发明内容

[0004] 这些优点通过本发明得以实现，其中公开了改善的发动机部件和制造这种部件的方法。根据本发明的第一方面，公开了一种将DMC与可变取向的堆叠式加工工具协同使用来加工能被用在凸轮轴上的凸角组合件的方法。这样，该方法即包括了凸角外部轮廓的不规则形状，以及沿公共轴旋转轴线相继布置且大致相似的两个或更多个部件的径向取向，能成为多部件组或多部件组合件的一部分。该方法包括使用DMC对用于凸轮轴的一个或多个凸角组合件进行加工。许多加工模具(tooling die)(也称为构件)布置成彼此沿其各自基本上轴向的尺寸相互配合，并且每个加工模具均具有外部和内部，其中它们的内部在形状上与凸角组合件的外部形状相同。通过将粉末材料放置在加工模具内部并且使电流通过围绕在该模具周围的导电线圈，磁压脉冲施加至模具以实现包含在该模具内的粉末材料的动磁压紧(DMC)。在上下文中，术语“基本上”涉及元件或零件的布置，虽然在理论上预计该布置表现出精确的一致性或行为，但是实际上该布置具体体现出的结果却稍微不那么精确。同样，该术语表示了在不导致待决主题基本功能发生变化的情况下，数量值、测量值或其它相关表述从所规定的基准可以变化的程度。

[0005] 在一个可任选的形式中，粉末材料是金属粉末。在另一个形式中，粉末材料可以包括第一粉末材料和第二粉末材料，其中第二粉末材料具有和第一粉末材料不同的耐磨性。第二粉末材料可以被放置在加工模具内的一个位置中，使得当完成DMC时第一粉末材料和第二粉末材料能够被压紧在一起以便形成基本上一体的(unitary)的凸角结构。例如，具有更加坚固或者另外期望的负载或耐磨特征的材料能够被用来形成该凸角外表面的更高负载部的至少一部分(例如，对应于凸角离心率的部分)。与前述的方面一样，相对于现有技术的DMC工艺的一个重要的优势在于，非轴对称的模具内表面可服从不规则的部件形状(例如，凸角的偏心部分)。许多加工模具可以至少包括限定了对应于第一凸角组合件的第一内部轮廓的第一模具以及限定了对应于第二凸角组合件的第二内部轮廓的第二模具。
此外，第一凸角组合件和第二凸角组合件中的至少一个包括两凸角组合件或者三凸角组合件。在特定的形式中，一个或多个凸角组合件具有由轴向间隔的凸角构成的外部形状，其中该轴向间隔的凸角具有轴对称的轴颈，轴颈限定了位于轴向间隔的凸角之间的公共轴。每个加工模具的外部及内部能够设定尺寸大小以便形成这些凸角中的一个，但是其它情形中每个加工模具还可配置成形成不止一个凸角。在后一种配置中，能够以由凸角组合件形成的凸轮轴的配置规定的方式使该组合件内的多个凸角相对于彼此进行径向对齐。此外，该许多加工模具的布置可以包括对这些加工模具进行堆叠，如果需要，通过使相邻模具的接合端嵌套来对这些加工模具进行堆叠。这样，这些模具一起限定出单个加工工具，该单个加工工具作为形成一体的整体模拟单件构造；在这样的构造内，模具内表面限定了至少一个凸角组合件的多个凸角。

[0006] 在另一个任选项中，第二材料可以是以基本上刚性插入件的形式，而不是粉末。这种插入件可由不同于用来构成凸角其余部分的合金的材料制成。在一种形式中，该不同的材料可以是可硬化的钢合金、陶瓷材料、或其它持久耐磨且高承载的合成物。这种插入件限定的轮廓使得该插入件可被放置在第一材料的至少一部分上以使第二材料形成凸角偏心部分的外表面。第二材料可放置成使得其至少构成非轴对称的外部轮廓的大部分，或者在负载最大时承担了主要的负载。基本上刚性的插入件可以制成为可重复使用的或者不可重复使用的。在不可重复使用的情形中，插入件可以在压紧完成时与形成的凸角保持在一起。在可重复使用的情形中(例如，当用来使凸角的外轮廓成形时)，在凸角加工之后，插入件不用与该凸角保持在一起，从而使得该插入件可以重复使用。

[0007] 根据本发明的另一方面，公开了一种使用DMC对汽车凸轮轴进行加工的方法。该方法包括提供这样的加工模具，即，每个加工模具都具有绕一个或多个插入件设置的基本上轴对称的套筒，使得该插入件(或多个插入件)的基本上轴对称的外表面与套筒的基本上轴对称的内表面是可接合的。每个插入件还包括内表面，该内表面配置成在其中接纳至少一种可压紧的粉末材料。加工模具形成为多凸角组合件，例如，两凸角组合件、三凸角组合件等等。该方法还包括将可压紧的粉末材料放在模具内表面内并且通过磁场来压紧该材料，其中磁场由经过缠绕在加工模具的基本上轴对称套筒周围的导电线圈的电流来建立。这样，通过DMC工艺形成的凸角组合件能够被连在一起以形成组装的凸轮轴。

[0008] 可任选地，内表面限定了由基本上轴向对称的轴颈彼此间隔开的且轴向对齐的凸轮凸角。在另一个任选项中，粉末材料包括第一粉末材料和相对于第一粉末材料具有更高耐磨性的第二粉末材料。优选地，第一粉末材料和第二粉末材料彼此固定以形成基本上形成一体的凸角结构，并且凸角结构中由第二粉末材料占据的部分相对于该凸角结构中由第一粉末材料所占据的部分被暴露给增大的滑动负载和增大的转动负载两者中的至少一个。在另一个任选项中，仅第一材料是粉末，而第二材料是相对于第一材料具有增强的机械或相关结构特性的基本上刚性的材料。

[0009] 根据本发明的又一方面，公开了一种用于制造多凸角的汽车凸轮轴组合件的加工工具。该加工工具包括插入件，该插入件限定有响应DMC压力源的基本上轴对称的外表面以及配置成接纳可压紧材料的内表面。插入件可以由具有基本上轴对称外轮廓的多件构成，同时这些多件可沿着一条或多条分离线分开。该加工工具还包括围绕该插入件设置的基本上轴对称的套筒。在这些加工工具轴向对齐并耦接在一起时，就形成了限定凸轮轴外表面轮廓的总的内表面。

[0010] 可任选地，该加工工具还包括配置成向凸角组合件中的凸角的第一部分输送第一粉末材料的第一通道，以及配置成向该凸角的第二部分输送第二粉末材料的第二通道。使用可变的粉末送料速率和喷嘴开口几何形状(例如，圆形、椭圆形、或槽形)将第一粉末材料和第二粉末材料输送至所关心的区域。第一通道和第二通道配置成使得当完成DMC时，通过第一通道和第二通道所送的材料变得彼此固定，形成基本上一体的凸角结构。这些加工工具的套筒将形状设定成允许轴向堆叠；这样，可以形成更长的凸轮轴段。在一种形式中，每个套筒的轴向端可以是带凸缘的，以便限定台阶状的安装脊，使得通过相邻套筒的轴向接合形成嵌套连接。

[0011] 因此，根据本发明的第一方面提供了一种使用动磁压紧加工用于凸轮轴的至少一个凸角组合件的方法，所述方法包括：将多个加工模具布置成沿其各自基本上轴向的尺寸彼此配合，所述加工模具中的每一个都包括外部和内部，所述加工模具内部限定有对应于所述凸角组合件内至少多个凸角的外部形状的形状；将粉末材料放入每个所述加工模具的内部；将导电线圈放在所述多个加工模具的周围；以及使电流通过所述线圈，使得磁压脉冲被施加至所述多个加工模具中的每一个，以便实现对包含在所述多个加工模具内的粉末材料的动磁压紧。

[0012] 优选地，所述粉末材料包括金属粉末。

[0013] 优选地，所述粉末材料包括第一粉末材料以及相对于所述第一粉末材料具有不同耐磨性的第二粉末材料，将所述第二粉末材料放在所述多个加工模具中相应的加工模具中，使得在进行所述动磁压紧后，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料彼此固定在一起，以便形成基本上一体的凸角结构，并且所述第二粉末材料在所述凸角结构中所占据的部分与所述凸角的由所述第一粉末材料占据的部分相比暴露于增大的滑动负载和增大的转动负载中的至少一个。

[0014] 优选地，所述多个加工模具至少包括第一模具和第二模具，第一模具限定了对应于第一凸角组合件的第一内部轮廓，第二模具限定了对应于第二凸角组合件的第二内部轮廓。

[0015] 优选地，所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的至少一个包括两凸角组合件。

[0016] 优选地，所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的至少一个包括三凸角组合件。

[0017] 优选地，所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的一个包括三凸角组合件，而所述第一凸角组合件和所述第二凸角组合件中的另一个包括三凸角组合件。

[0018] 优选地，所述至少一个凸角组合件内的至少多个凸角的所述外部形状包括彼此轴向间隔开的多个凸角，以及轴向设置在所述多个凸角之间的轴颈。

[0019] 优选地，所述多个加工模具的至少一个的外部和内部被设定尺寸大小以形成所述至少一个凸角组合件的不多于一个的凸角。

[0020] 优选地，所述多个加工模具的至少一个的外部和内部被设定尺寸大小以形成所述至少一个凸角组合件的多个凸角。

[0021] 优选地，所述至少一个凸角组合件的多个凸角彼此径向对齐。

[0022] 优选地，所述至少一个凸角组合件的多个凸角彼此径向对齐。

[0023] 优选地，对多个加工模具进行布置包括将所述多个加工模具嵌套堆叠，使得所述加工模具一起限定一体的加工工具，所述一体的加工工具在其内部限定至少一个凸角组合件的多个凸角。

[0024] 根据本发明的第二方面，提供了一种使用动磁压紧对汽车凸轮轴进行加工的方法，所述方法包括：提供多个加工模具，每个加工模具都具有设置在至少一个插入件周围的基本上轴对称的套筒，所述插入件的每一个都限定了能够与所述基本轴对称的套筒接合的基本上轴对称的外表面，并且还限定了配置成将可压紧的粉末材料容纳在其中的内表面；将所述可压紧的粉末材料放在所述内表面内；将导电线圈放在所述多个加工模具的基本上轴对称的套筒周围；通过由电流通过所述线圈设定的磁场将包含在所述总的内表面内的所述材料压紧，使得在所述加工模具的至少一个中形成凸角组合件；以及将所述形成的凸角组合件组装成所述凸轮轴。

[0025] 优选地，所述内表面限定了轴向对齐的凸轮凸角，所述凸轮凸角被基本上轴对称的轴颈彼此间隔分开。

[0026] 优选地，所述粉末材料包括第一粉末材料以及相对于所述第一粉末材料具有更高耐磨性的第二粉末材料，将所述第二粉末材料放在所述多个加工模具中相应的加工模具中，使得在进行所述动磁压紧后，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料彼此固定在一起，以便形成基本上一体的凸角结构，并且所述第二粉末材料在所述凸角结构中所占据的部分与由所述第一粉末材料占据的所述凸角的部分相比暴露于增大的滑动负载和增大的转动负载中的至少一个。

[0027] 根据本发明的第三方面，提供了一种用于制造具有多凸角的汽车凸轮轴组合件的加工工具，所述加工工具包括：至少一个插入件，其包括响应动磁压紧压力源的基本上轴对称的外表面，以及配置成将可压紧的材料容纳在其中的内表面；以及设置在所述至少一个插入件周围的基本上轴对称的套筒，所述工具配置成使得当所述多个加工工具之间轴向对齐且配合时，在所述多个加工工具内形成总的内表面，所述总的内表面限定了所述凸轮轴组合件的外表面轮廓，所述凸轮轴组合件能够采用受控于所述动磁压紧压力源的所述多个加工工具成形。

[0028] 优选地，进一步包括分开的可压紧的材料的通道，所述通道包括：第一通道，其配置成将第一粉末材料输送到所述凸角组合件的凸角的第一部分；以及第二通道，其配置成将第二粉末材料输送到所述凸角的第二部分，使得当所述凸角成形时，所述凸角的基本上由所述第一粉末材料制成的部分相对于所述凸角基本上由所述第二粉末材料制成的部分具有更高的耐磨性，所述第一通道和所述第二通道配置成使得当进行所述动磁压紧时，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料变得彼此固定，以便形成基本上一体的凸角结构，其中所述第二粉末材料在所述凸角结构中所占据的部分与所述凸角的由所述第一粉末材料占据的部分相比暴露于增大的滑动负载和增大的转动负载中的至少一个。

[0029] 优选地，所述至少一个插入件包括有多个插入件，所述多个插入件在沿着分离线布置在一起时限定了基本上轴对称的外轮廓。附图说明

[0030] 当与下列附图联系起来阅读时，本发明的以下详细描述能够被最好地理解，其中采用相同的附图标记指示相同的结构，附图中：

[0031] 图1A至图1C示出了在制造圆柱形粉末部件的现有技术DMC工艺中所用的各个步骤以及加工工具；

[0032] 图2示出了放置在现有技术的常规DMC工艺的工具内的圆柱形部分的俯视图；

[0033] 图3示出了采用本发明的由可堆叠的加工工具改进的DMC工艺制造的两凸角组合件；

[0034] 图4A示出了通过根据本发明的一个方面的改进的DMC工艺的可堆叠加工工具制成的作为凸轮轴一部分的三凸角组合件；

[0035] 图4B示出了用来制造图4A的凸轮轴凸角组合件的可堆叠的加工工具；

[0036] 图5示出了将三个加工构件可堆叠地彼此对齐以便制造另一个凸轮轴凸角组合件配置，其中凸轮轴颈位于中间；

[0037] 图6示出了带有用本发明的由可堆叠加工工具改进的DMC工艺生产的凸角组合件的凸轮轴；

[0038] 图7示出了带有使用了一个或多个凸角的凸轮轴的汽车发动机的局部剖视图，其中该一个或多个凸角通过本发明的由可堆叠加工工具改进的DMC工艺制造；

[0039] 图8示出了采用本发明的由可堆叠加工工具改进的DMC工艺制造的具有对齐的取向和混合的材料选择的三凸角组合件；以及

[0040] 图9示出了围绕在具有偏置取向的两凸角组合件周围的可重复使用的分段插入件，其中采用本发明的由可堆叠的加工工具改进的DMC工艺制造该两凸角组合件。

具体实施方式

[0041] 首先参考图1A至图1C，其示出了根据现有技术的DMC，其中生产的是基本上轴对称的(即，圆柱形的)部件。图1A示出了放置在导电圆柱形套筒(也称作电枢或容器)20内的粉末材料10，其中粉末材料10基本上装满套筒20。线圈30连接至直流电电源(未示出)，使得电流能够通过线圈30。特别参考图1B，其中使大量电流40流过线圈30；该电流在法向方向上感应出磁场50，磁场50又建立起施加于套筒20的磁压脉冲60。该径向向内的压力用于压紧套筒20，导致粉末材料10以相对低的温度在非常短的时间内(例如，小于一秒)变成压实的且致密成全密度(full density)部分。另外，能够在受控环境中执行该操作(或者如果必需的话)，以便避免污染该固结的材料。作为示例，通过线圈30的电流可以是100,000安培的量级，电压约为4,000伏，但是要认识到的是，取决于套筒20和该套筒内粉末材料10的特性可以使用其它的电压值和电流值。特别参考图1C，一旦DMC工艺完成，套筒20和粉末材料10被示出为是压实的，并且具有比先前图1A中的尺寸大小更小的横向尺寸。

[0042] 参考图2，示出了构成根据现有技术的概念上的圆柱形DMC容纳结构的加工工具的俯视图，其中将被松散保持的粉末10放置在套筒20内。如上联系图1A至图1C所述，大量电流经由线圈30的突然通过会产生磁场，该磁场又在套筒20内感应出电流。该感应电流产生第二磁场，第二磁场通过其大小和方向来排斥第一磁场。这种互相的排斥导致套筒20被压缩，这又将压力施加在粉末10上，导致粉末被压实。线圈30被放置在外部容纳壳
70内以便在被第二磁场排斥时保持住线圈30抵抗其径向向外的扩张。

[0043] 接下来参考图3至图7，凸轮轴100(图6)包括以相对于彼此的成径向角度取向地设置在该凸轮轴上的许多个凸角110A至110P，其中该相对于彼此的径向角度取向由图6的发动机1000内的气门1400、1500所需的打开和关闭顺序来决定。该凸轮轴包括位于轴100端部处以及沿着该凸轮轴长度间隔分布的轴颈轴承115，用于挠性支撑和总体动态稳定性。凸轮轴凸角可以分组成凸角组合件210(也公知为图3中示出的两凸角组合件)和310(如图4A和图4B所示，也公知为三凸角组合件)。特别参考图3，两凸角组合件210包含两个凸轮轴凸角210A和210B，它们相对于彼此具有不同的凸角径向取向并且被凸轮轴100的一部分211轴向分开。孔215轴向延伸穿过两凸角组合件210，以便允许安装在图6的相应尺寸大小的凸轮轴100上。

[0044] 可通过两层可堆叠加工工具(也称作加工模具)400的操作来形成图3的两凸角组合件210，两层可堆叠加工工具包括轴对称的套筒420，套筒420围绕可重复使用的插入件模具组440，该插入件模具组由带有插入件441A、441B、441C和441D(其中仅示出了441A和441B)上模具441和带有插入件442A、442B、442C和442D(其中仅示出了442A和442B)的下模具442构成。和三凸角组合件配置(将在图4B中示出并在以下对其进行详述)一样，插入件441A和442B限定了大致轴对称形状的外表面4412、4422，同时插入件441A和442B的非轴对称内表面4411、4421模拟出所要形成的三凸角组合件210所期望的外部形状。可将类似于图1A至图1C以及图2中所描绘的现有技术装置的线圈的线圈缠绕在套筒
420周围，使得套筒420被放置在该线圈与插入件模具组440之间。气隙可位于该线圈与套筒420之间。和常规的DMC一样，基于DMC的本工艺利用流过线圈的电流，以便将磁压缩力传至套筒420、模具组440以及处于其内需要被压紧的前体材料上。和常规的DMC工艺一样，这种压紧导致可以经受常规的烧结、机加工、以及相关精加工步骤(均未示出)的“生的”或无烧结的凸角组合件的成形。

[0045] 在相应的上模具441和下模具442的内表面4411与4421上的非轴对称形状的使用导致了对DMC工艺的改进，使得能够使用传统DMC工艺的轴对称压紧来生产凸角组合件210。具体地，被传给加工工具440的由流过线圈(未示出)的电流施加的轴对称的压缩负载通过模具组440传递给由多个插入件441A、441B、441C和441D(用于上模具441)以及
442A、442B、442C和442D(用于下模具442)的内表面4411和4421限定的非轴对称形状。
这样，通过本构造，取决于要形成的凸角组合件的需要，上模具441和下模具442由分离的(即，多件)构造组成，并且能够以各种方式分段。

[0046] 图4A和图4B的三凸角组合件310被示出具有凸角310A、310B和310C，其中中间的凸角310B在径向取向、高度和轴向厚度上都有所不同。和两凸角组合件的孔215一样，居中取向的孔315轴向延伸穿过三凸角组合件310。特别参考图4B，公开了可堆叠的加工工具500的剖视图，其中加工工具500示出了带有芯棒(也称作心轴)530和由上模具541与下模具542组成的可重复使用的插入件模具组540的轴对称套筒520。在模具组540内的每个模具541、542都包括各个分段的插入件(例如，上模具541的插入件541A、541B、541C和541D，其中仅仅示出了两个插入件541A和541B)，每个模具541、542都限定有大致轴对称形状的外表面5412、5422，同时它们每一个的内表面5411，5421都模拟出所要形成的三凸角组合件310的期望外部形状。和图3中所示的加工工具400一样，取决于所要形成的凸角组合件的需要，模具541和542可以由如本剖视图中所示那样的分离的(即，多件的)构造组成。此外，线圈与相关压紧设备(未示出)的使用大致类似于以上联系两凸角组合件210所详述的那样。

[0047] 再次参考图4A，三凸角组合件310中的每一个凸角都具有至少两个不同的部分311和312，但是要认识到的是，图3中的两凸角组合件也可以配置成具有类似的属性。第一部分311形成凸角310A、310B和310C中的任意个或全部的基本的圆形部分，并优选由例如具有适合于凸轮轴凸角应用的机械特性的合金钢粉末制成。除了占据凸角310A至310C的基本上全部的轴对称部分之外，第一部分311还能够形成非轴对称部分的下垫面(即，内表面)，并且第一材料能够被用来限定或以其它方式占据该第一部分311。相反，第二材料可以用于第二部分312，在第二部分312中可期望额外的结构(包括摩擦)特性。不同于第一部分311，第二部分312优选被限制于凸角310A至310C中需要与该第二材料相关的增强特性的部分。与第一材料一样，第二材料可以是金属粉末，该金属粉末被专门配制以满足特殊应用需要，在该特殊应用需要中凸角表面将会经历转动负载、滑动负载或它们的结合中的至少一种。在一个示例中，该粉末可以由具有化学组分的铁合金制成，该化学组分以改善第二材料的耐磨性、减小摩擦性或类似性质的方式来配制。可以以有差异的装填速率，并且具有不同的喷嘴直径和形状(包括但不限于圆形、椭圆形或槽形)，来使用这两种不同的粉末。在这样的情形中，凸角组合件310可以由两种不同的粉末制成，其中凸角310A和
310C可以由一种组分制成，而凸角310B可以由不同的组分制成。在另一个示例中，第二部分312可以由与第一部分311基体材料主体所用材料不一样的基本上刚性的插入件制成。
因为第二材料被制作成满足特定的性能需求，并且第二材料通常具有更加昂贵、更加沉重或者更加难以加工这些特点中的至少一个特点，所以应当节俭使用第二材料。同样地，使第二材料仅仅占据每个凸角310A、310B或310C中所必需的表面区域可以是有利的。通过使该结构增强的第二材料占据三凸角组合件310的凸角的第二部分312的外表面，随着之后通过DMC与第一部分311压紧在一起，使凸角310能够形成具有复合特性的基本上一体的结构：低成本、重量轻、易于制造的第一部分311，以及耐久且摩擦增强的第二部分312。当然，本发明改进的DMC工艺在使用单一材料而不是两种不同材料的复合物的情形中也能一样工作良好。关于第一材料和第二材料用于凸角210和310的各个部分的使用情况能够在
2008年10月8日提交的美国专利申请No.12/247,287中找到，该专利申请已经转让给本发明的受让人，在此通过引用将其并入本文。

[0048] 特别参考图5，其中示出了能够将多个加工工具500的构件堆叠在一起以便形成全部凸轮轴或凸轮轴一部分，其中三个堆叠的加工工具500A、500B和500C围绕着两个凸角1310A和1310C和两个凸角1310A、1310C中间的轴颈1310B。将单独的加工工具构件500A、
500B和500C示出为堆叠的，并且沿所要形成的凸轮轴的纵向尺寸轴向对齐，其中，中间具有轴颈的两凸角组合件作为该凸轮轴的一个分段。位于轴颈1310B相对侧上的两个凸角
1310A和1310C可以具有不同的径向取向。如先前所述，该堆叠的加工工具包含在圆柱形套筒的内部。堆叠工具500A、500B和500C被组装成所期望的取向，接着装满粉末，然后使用DMC。

[0049] 特别参考图6和图7，示出了具有多个凸角1100并且被结合进汽车发动机1000的凸轮轴100。正如从以上详述将会理解到的那样，构成凸轮轴100的任意凸角1100可以由图3所示的单一材料或由图4A所描绘的双材料(即，复合物)配置形成。中心孔1001可以用来通过公共轴将许多个凸角1100连接在一起，结果产生凸轮轴100。特别参考图7，示出了用于概念上直接作用的挺杆设计的结合有制造成带有凸角1100的凸轮轴100的汽车发动机1000的部分顶部，其中活塞1300往复运动在发动机缸体(未示出)中的汽缸内。气缸盖1200包括进气口1240和排气口1250，它们分别具有相应的进气门1400和排气门
1500，以便输进空气，并且排出燃烧副产物，该燃烧副产物由汽缸内活塞1300与火花塞(未示出)之间发生的燃烧过程产生。凸轮轴100由外部源驱动，使得当凸轮轴100绕其纵向轴线旋转时，凸角1100的偏心部分在合适的时刻选择性地克服气门弹簧1600的偏压，以便强制打开排气阀1500。要认识到的是，类似的结构也用于进气门1400，但为了清楚起见将该结构从本图中去除。本发明的凸角1100包括如上所述在偏心部分中的选择性加强，以便提升增强的耐用性和性能。本领域的技术人员将会认识到，关于发动机1000示出的包括有直接作用的挺杆的气门机构体系构架仅仅是代表性的，使用像本文中所描述那样的工艺和加工工具所制造的凸轮轴凸角可被等同地应用于其它气门机构体系架构(未示出)。

[0050] 特别参考图8，将图4A中的三凸角凸轮组合件310的变型示出为三凸角凸轮组合件2310。不同于图4A中的版本(其中仅底部凸角310A和顶部凸角310C是径向对齐的)，图8中所描绘的版本的凸角2310A、2310B和2310C全部使其顶点沿共同的径向轴线指向。当三凸角凸轮组合件2310适用于具体应用时，这反映了气门设计中具有不同气门升程的需要。图8另外示出了，中间的凸角2310B具有比其周围的凸角2310A和2310C的气门升程更小的气门升程，但是另一种配置(未示出)可以使中间的凸角2310B具有比两个外侧的凸角2310A和2310C的气门升程更高的气门升程。如上所述，取决于应用，中间的凸角的段2310B与部分2312B可以具有相同或不同的化学组分。中心取向的孔2315轴向延伸穿过三凸角组合件2310。和前面详述的凸角组合件一样，第一部分2311(对于每一个凸角被示出为2311A、2311B、和2311C)和相应的材料可以形成非轴对称部分的主体，而第二材料可以被用于第二部分2312(对于每一个凸角被示出为2312A、2312B、和2312C)，在第二部分可以期望另外的结构机械特性。和前面详述述的凸角一样，第二部分优选占据凸角2310A至2310C中比第一部分更小的部分。和第一材料一样，第二材料可以是金属粉末，该金属粉末被专门配制以满足具体应用需要，在该具体应用需要中凸角表面将会经历转动负载、滑动负载或它们的结合中的至少一种。在另一种形式中，第二材料可以是刚性的插入件，其通过DMC工艺能够粘合至(或者以其他方式固定至)第一部分的可压紧粉末材料。

[0051] 参考图9，示出了用于两凸角组合件的使用了模具641和642的工具600(为清楚起见移除了套筒)，模具641和642分别具有分段的插入件641A、641B、641C和641D(用于模具641)以及642A、642B、642C和642D(用于模具642)，这些插入件都具有基本上相等的尺寸大小。另外为了清楚起见，对应于模具641和642之间的轴向空间的圆形插入件没有被示出。两个组装后的模具641和642的总的外表面6412和6422限定了大致轴向对称的轮廓，除了紧邻于分离线6413和6423的区域之外。正如以上联系图3所述那样，将插入件配置成具有对应的分离线6413和6423的段，使得能够成形更加复杂的形状。

[0052] 尽管为了说明本发明的目的已经示出了某些代表性的实施例及细节，但是对于本领域技术人员而言在不背离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下可以实现各种改变是显而易见的。

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