一種雙金屬柱塞泵轉(zhuǎn)子成型工藝的制作方法
【專利摘要】一種雙金屬柱塞泵轉(zhuǎn)子成型工藝，屬于柱塞泵轉(zhuǎn)子加工成型技術(shù)領(lǐng)域，按如下步驟依次進(jìn)行：a、采用三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)柱塞泵結(jié)構(gòu)及柱塞泵轉(zhuǎn)子澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)；b、澆鑄柱塞泵轉(zhuǎn)子；c、去除工件表面的毛刺及沙粒，打磨鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面；d、配制懸濁液；e、將懸濁液涂覆在通孔圓柱面上后烘干；f、鋼基體轉(zhuǎn)子烘干后，將無水四硼酸鈉粉末填入鋼基體轉(zhuǎn)子上的通孔中填滿；g、將鋼基體轉(zhuǎn)子放入高溫爐中充分預(yù)熱，將熔煉好的鑄造銅合金澆入充分預(yù)熱的鋼基體內(nèi)，空冷后機(jī)械加工成型，得到鋼?銅雙金屬柱塞泵轉(zhuǎn)子。本發(fā)明提高了柱塞泵轉(zhuǎn)子力學(xué)性能，改善生產(chǎn)操作工藝，降低生產(chǎn)成本，為高耐磨、高強(qiáng)度轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。
【專利說明】
一種雙金屬柱塞泵轉(zhuǎn)子成型工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于柱塞栗轉(zhuǎn)子加工成型技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝。【背景技術(shù)】
[0002]柱塞栗是液壓機(jī)械中不可或缺的重要零件，其性能和質(zhì)量決定了柱塞栗的傳動(dòng)效率和使用壽命，柱塞栗轉(zhuǎn)子是柱塞栗核心零件，常見的轉(zhuǎn)子材料為鋼、銅、鑄鐵及鋼-銅雙金屬，鋼制轉(zhuǎn)子的柱塞孔是在熱處理后采用磨孔、研孔而獲得精度的，由于孔的深度為直徑的 3倍以上，所以生產(chǎn)效率低;對(duì)于銅轉(zhuǎn)子孔多采用鏜孔后擠壓孔工藝，由于擠壓工具質(zhì)量不穩(wěn)定，所以擠壓精度不穩(wěn)定，特別是在車床上鏜孔后擠孔，孔的直線度及光潔度很難保證穩(wěn)定。而采用鋼-銅雙金屬可較好的解決上述問題，所以現(xiàn)有技術(shù)中常采用鋼_銅雙金屬制造柱塞栗轉(zhuǎn)子。
[0003]鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子制備過程中，鋼和銅兩種金屬材料在高溫作用下進(jìn)行相互擴(kuò)散而形成的具有高耐磨、高結(jié)合強(qiáng)度的雙金屬材料，但是國內(nèi)對(duì)柱塞栗轉(zhuǎn)子的鑄造工藝報(bào)道較少，鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子鑄造成型過程仍然主要靠考工程師的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子廢品率高，無法大規(guī)模投入生產(chǎn)。
[0004]研究其鑄造工藝不僅可以降低生產(chǎn)成本，改善其結(jié)合性能和組織性能，而且會(huì)使其更加能夠滿足行業(yè)需求，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高強(qiáng)度鑄件提供技術(shù)支持。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的為通過精確控制鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子鑄造到成型的工藝過程，降低生產(chǎn)成本，改善鋼-銅雙金屬結(jié)合性能和組織性能，而且會(huì)使其更加能夠滿足行業(yè)需求，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高強(qiáng)度鑄件提供技術(shù)支持，本發(fā)明提供一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工〇
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，按如下步驟依次進(jìn)行:a、采用計(jì)算機(jī)三維模擬仿真設(shè)計(jì)軟件，對(duì)柱塞栗結(jié)構(gòu)及柱塞栗轉(zhuǎn)子澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，所述澆注系統(tǒng)為中心澆注系統(tǒng)，所述柱塞栗轉(zhuǎn)子中心設(shè)置有軸孔，柱塞栗轉(zhuǎn)子上沿軸孔圓周方向外側(cè)均勻布置有若干通孔；b、按三維設(shè)計(jì)方案對(duì)柱塞栗轉(zhuǎn)子進(jìn)行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉(zhuǎn)子；c、去除工件表面鑄造產(chǎn)生的毛刺及鑄造過程粘結(jié)在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面；d、將無水硼砂粉末和乙二醇溶液配制懸濁液，并將懸濁液攪拌均勻，其中無水硼砂粉末的質(zhì)量-體積濃度為2.34?2.70 g/ml;e、將配制好的懸濁液均勻涂覆在鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面上，然后將鋼基體轉(zhuǎn)子放入烘干箱內(nèi)進(jìn)行烘干；f、將塊狀硼砂脫水并球磨，獲得無水硼砂粉末，待鋼基體轉(zhuǎn)子烘干后，將無水硼砂粉末填入鋼基體轉(zhuǎn)子上的通孔中填滿；g、將填充滿無水四硼酸鈉粉末的鋼基體轉(zhuǎn)子放入1200±30°C高溫爐中進(jìn)行充分預(yù)熱， 同時(shí)在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金呈完全液態(tài);然后將鋼基體轉(zhuǎn)子與鑄造銅合金溶液同時(shí)從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金澆入充分預(yù)熱的鋼基體內(nèi)，待空氣中冷卻后，經(jīng)過機(jī)械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子。
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟e中鋼基體的烘干溫度為120±10°C，烘干時(shí)間為4?5h。
[0009] 進(jìn)一步的，所述步驟g中預(yù)熱時(shí)間為30min。
[0010] 進(jìn)一步的，所述鑄造銅合金的分子式為ZCuPb20Sn5。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。
[0012] 1、本成型工藝伊始便采用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)方法對(duì)柱塞栗轉(zhuǎn)子鑄造過程進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，保證了鑄造過程中金屬液的流動(dòng)及填充效果，減少了鑄造過程中填不滿、氣孔、縮松等工藝缺陷的產(chǎn)生。
[0013] 2、本方法中采用無水硼砂粉末與乙二醇溶液配制的懸濁液，并且優(yōu)化無水硼砂粉末的質(zhì)量-體積濃度為2.34?2.70 g/ml，將配置好的懸濁液涂覆于鋼基體上，使得鋼基體內(nèi)表面有效防氧化。
[0014] 3、本方法確定了鋼基體預(yù)熱溫度，改善了鋼基體高溫預(yù)熱防氧化的工藝，提高了鋼銅雙金屬界面結(jié)合強(qiáng)度，對(duì)成型的柱塞栗轉(zhuǎn)子進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)和組織分析，其剪切強(qiáng)度達(dá)到138MPa，微觀組織形貌觀察顯示鋼銅雙金屬界面結(jié)合良好?！靖綀D說明】
[0015]圖1為本發(fā)明制備的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子宏觀俯視圖。
[0016]圖2為本發(fā)明三維設(shè)計(jì)后柱塞栗轉(zhuǎn)子鋼基體澆注系統(tǒng)主剖視圖。[〇〇17]圖3為本發(fā)明三維設(shè)計(jì)后柱塞栗轉(zhuǎn)子鋼基體澆注系統(tǒng)俯視圖。[〇〇18]圖4為實(shí)施例一制備的鋼-銅雙金屬結(jié)合界面微觀SEM圖。
[0019]圖5為實(shí)施例一制備的鋼-銅雙金屬結(jié)合界面鐵、銅元素線分析圖。
[0020]圖6為實(shí)施例二制備的鋼-銅雙金屬結(jié)合界面微觀SEM圖。[0021 ]圖7為實(shí)施例二制備的鋼-銅雙金屬結(jié)合界面鐵、銅元素線分析圖。[〇〇22]圖8為實(shí)施例三制備的鋼-銅雙金屬結(jié)合界面微觀SEM圖。
[0023]圖9為實(shí)施例三制備的鋼-銅雙金屬結(jié)合界面鐵、銅元素線分析圖?！揪唧w實(shí)施方式】 [〇〇24] 實(shí)施例一如圖1?5所示，一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，按如下步驟依次進(jìn)行: a、采用計(jì)算機(jī)三維模擬仿真設(shè)計(jì)軟件，對(duì)柱塞栗結(jié)構(gòu)及柱塞栗轉(zhuǎn)子澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，其中柱塞栗轉(zhuǎn)子澆鑄系統(tǒng)為中心澆鑄，所述柱塞栗轉(zhuǎn)子中心設(shè)置有軸孔，柱塞栗轉(zhuǎn)子上沿軸孔圓周方向外側(cè)均勻布置有若干通孔。[〇〇25] b、按三維設(shè)計(jì)方案對(duì)柱塞栗轉(zhuǎn)子進(jìn)行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉(zhuǎn)子。[〇〇26] c、去除工件表面鑄造產(chǎn)生的毛刺及鑄造過程粘結(jié)在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面。
[0027]d、將含結(jié)晶水的硼砂放入290°C烘干機(jī)中進(jìn)行脫水，脫水時(shí)間為lh，得到塊狀無水硼砂;其中，含結(jié)晶水的硼砂的材質(zhì)為。將塊狀無水硼砂放入球磨機(jī)中進(jìn)行充分球磨，得到無水硼砂粉末。將無水硼砂粉末和乙二醇溶液配制懸濁液，并將懸濁液攪拌均勻，其中無水硼砂粉末的質(zhì)量-體積濃度為2.45g/ml，即本實(shí)施例中添加無水硼砂71g，乙二醇溶液29ml。
[0028]e、將配制好的懸池液均勾涂覆在鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面上，涂覆厚度為1.5mm，待鋼基體上的硼砂層不再下流，然后將鋼基體放入烘干箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干溫度為11(TC，烘干時(shí)間為4h。
[0029]f、將塊狀硼砂脫水并球磨，獲得無水硼砂粉末，待鋼基體轉(zhuǎn)子烘干后，即鋼基體表面懸濁液呈透明粘稠膠狀，將無水硼砂粉末填入鋼基體轉(zhuǎn)子上的通孔中填滿，增強(qiáng)硼砂保護(hù)效果，提高鋼基體抗氧化能力。
[0030]g、將填充滿無水硼砂粉末的鋼基體轉(zhuǎn)子放入1170°C高溫爐中預(yù)熱30min，同時(shí)在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金ZCuPb20Sn5呈完全液態(tài);然后將鋼基體轉(zhuǎn)子與鑄造銅合金ZCuPb20Sn5溶液同時(shí)從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金ZCuPb20Sn5澆入充分預(yù)熱的鋼基體內(nèi)，待空氣中冷卻后，經(jīng)過機(jī)械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子。
[0031]本實(shí)施例中鋼基體材質(zhì)為45鋼，經(jīng)本工藝制備的45鋼與ZCuPb20Sn5得到的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子剪切強(qiáng)度達(dá)到135MPa，符合工程實(shí)際要求。[〇〇32] 實(shí)施例二如圖6?7所示，一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，按如下步驟依次進(jìn)行: a、采用計(jì)算機(jī)三維模擬仿真設(shè)計(jì)軟件，對(duì)柱塞栗結(jié)構(gòu)及柱塞栗轉(zhuǎn)子澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，其中柱塞栗轉(zhuǎn)子澆鑄系統(tǒng)為中心澆鑄，所述柱塞栗轉(zhuǎn)子中心設(shè)置有軸孔，柱塞栗轉(zhuǎn)子上沿軸孔圓周方向外側(cè)均勻布置有若干通孔。[〇〇33] b、按三維設(shè)計(jì)方案對(duì)柱塞栗轉(zhuǎn)子進(jìn)行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉(zhuǎn)子。[〇〇34] c、去除工件表面鑄造產(chǎn)生的毛刺及鑄造過程粘結(jié)在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面。[〇〇35] d、將含結(jié)晶水的硼砂放入300°C烘干機(jī)中進(jìn)行脫水，脫水時(shí)間為1.5h，得到塊狀無水硼砂;其中，含結(jié)晶水的硼砂的材質(zhì)為。將塊狀無水硼砂放入球磨機(jī)中進(jìn)行充分球磨，得到無水硼砂粉末。將無水硼砂粉末和乙二醇溶液配制懸濁液，并將懸濁液攪拌均勻，其中無水硼砂粉末的質(zhì)量-體積濃度為2.57g/ml，即本實(shí)施例中添加無水硼砂72g，乙二醇溶液 28ml 〇
[0036]e、將配制好的懸池液均勾涂覆在鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面上，涂覆厚度為2mm，待鋼基體上的硼砂層不再下流，然后將鋼基體放入烘干箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干溫度為120°C，烘干時(shí)間為4.5h。
[0037]f、將塊狀硼砂脫水并球磨，獲得無水硼砂粉末，待鋼基體轉(zhuǎn)子烘干后，即鋼基體表面懸濁液呈透明粘稠膠狀，將無水硼砂末填入鋼基體轉(zhuǎn)子上的通孔中填滿，增強(qiáng)硼砂保護(hù)效果，提尚鋼基體抗氧化能力。[〇〇38] g、將填充滿無水硼砂粉末的鋼基體轉(zhuǎn)子放入1200°C高溫爐中預(yù)熱30min，同時(shí)在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金ZCuPb20Sn5呈完全液態(tài);然后將鋼基體轉(zhuǎn)子與鑄造銅合金ZCuPb20Sn5溶液同時(shí)從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金ZCuPb20Sn5澆入充分預(yù)熱的鋼基體內(nèi)，待空氣中冷卻后，經(jīng)過機(jī)械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子。
[0039]本實(shí)施例中鋼基體材質(zhì)為45鋼，經(jīng)本工藝制備的45鋼與ZCuPb20Sn5得到的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子剪切強(qiáng)度達(dá)到139MPa，符合工程實(shí)際要求。
[0040]實(shí)施例三如圖8?9所示，一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，按如下步驟依次進(jìn)行: a、采用計(jì)算機(jī)三維模擬仿真設(shè)計(jì)軟件，對(duì)柱塞栗結(jié)構(gòu)及柱塞栗轉(zhuǎn)子澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，其中柱塞栗轉(zhuǎn)子澆鑄系統(tǒng)為中心澆鑄，所述柱塞栗轉(zhuǎn)子中心設(shè)置有軸孔，柱塞栗轉(zhuǎn)子上沿軸孔圓周方向外側(cè)均勻布置有若干通孔。[0041 ] b、按三維設(shè)計(jì)方案對(duì)柱塞栗轉(zhuǎn)子進(jìn)行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉(zhuǎn)子。[〇〇42] c、去除工件表面鑄造產(chǎn)生的毛刺及鑄造過程粘結(jié)在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面。[〇〇43] d、將含結(jié)晶水的硼砂放入310°C烘干機(jī)中進(jìn)行脫水，脫水時(shí)間為2h，得到塊狀無水硼砂;其中，含結(jié)晶水的硼砂的材質(zhì)為。將塊狀無水硼砂放入球磨機(jī)中進(jìn)行充分球磨，得到無水硼砂粉末。將無水硼砂粉末和乙二醇溶液配制懸濁液，并將懸濁液攪拌均勻，其中無水硼砂粉末的質(zhì)量-體積濃度為2.70g/ml，即本實(shí)施例中添加無水硼砂73g，乙二醇溶液27ml。
[0044]e、將配制好的懸池液均勾涂覆在鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面上，涂覆厚度為2.5mm，待鋼基體上的硼砂層不再下流，然后將鋼基體放入烘干箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干溫度為130°C，烘干時(shí)間為5h。
[0045]f、將塊狀硼砂脫水并球磨，獲得無水硼砂粉末，待鋼基體轉(zhuǎn)子烘干后，即鋼基體表面懸濁液呈透明粘稠膠狀，將無水硼砂粉末填入鋼基體轉(zhuǎn)子上的通孔中填滿，增強(qiáng)硼砂保護(hù)效果，提高鋼基體抗氧化能力。[〇〇46] g、將填充滿無水硼砂粉末的鋼基體轉(zhuǎn)子放入1230°C高溫爐中預(yù)熱30min，同時(shí)在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金ZCuPb20Sn5呈完全液態(tài);然后將鋼基體轉(zhuǎn)子與鑄造銅合金ZCuPb20Sn5溶液同時(shí)從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金ZCuPb20Sn5澆入充分預(yù)熱的鋼基體內(nèi)，待空氣中冷卻后，經(jīng)過機(jī)械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子。 [〇〇47] 本實(shí)施例中鋼基體材質(zhì)為45鋼，經(jīng)本工藝制備的45鋼與ZCuPb20Sn5得到的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子剪切強(qiáng)度達(dá)到137MPa，符合工程實(shí)際要求。[〇〇48]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，其特征在于，按如下步驟依次進(jìn)行:a、采用計(jì)算機(jī)三維模擬仿真設(shè)計(jì)軟件，對(duì)柱塞栗結(jié)構(gòu)及柱塞栗轉(zhuǎn)子澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維 設(shè)計(jì)，所述澆注系統(tǒng)為中心澆注系統(tǒng)，所述柱塞栗轉(zhuǎn)子中心設(shè)置有軸孔，柱塞栗轉(zhuǎn)子上沿軸 孔圓周方向外側(cè)均勻布置有若干通孔；b、按三維設(shè)計(jì)方案對(duì)柱塞栗轉(zhuǎn)子進(jìn)行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉(zhuǎn)子；c、去除工件表面鑄造產(chǎn)生的毛刺及鑄造過程粘結(jié)在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉(zhuǎn) 子通孔圓柱面；d、將無水硼砂粉末和乙二醇溶液配制懸濁液，并將懸濁液攪拌均勻，其中無水硼砂粉 末的質(zhì)量-體積濃度為2.34?2.70g/ml;e、將配制好的懸濁液均勻涂覆在鋼基體轉(zhuǎn)子通孔圓柱面上，然后將鋼基體轉(zhuǎn)子放入烘 干箱內(nèi)進(jìn)行烘干；f、將塊狀硼砂脫水并球磨，獲得無水硼砂粉末，待鋼基體轉(zhuǎn)子烘干后，將無水硼砂粉末 填入鋼基體轉(zhuǎn)子上的通孔中填滿；g、將填充滿無水硼砂粉末的鋼基體轉(zhuǎn)子放入1200±30°C高溫爐中進(jìn)行充分預(yù)熱，同時(shí) 在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金呈完全液態(tài);然后將鋼基體轉(zhuǎn)子與鑄造銅合金溶液 同時(shí)從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金澆入充分預(yù)熱的鋼基體轉(zhuǎn)子通孔內(nèi)，待空氣 中冷卻后，經(jīng)過機(jī)械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，其特征在于:所述步驟e中 鋼基體的烘干溫度為120 ± 10 °C，烘干時(shí)間為4?5h。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，其特征在于:所述步驟g中 預(yù)熱時(shí)間為30min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙金屬柱塞栗轉(zhuǎn)子成型工藝，其特征在于:所述鑄造銅合 金的分子式為ZCuPb20Sn5。
【文檔編號(hào)】B22C9/22GK106001443SQ201610502247
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】張國偉, 徐宏, 王明杰, 李玉, 張佳琪, 李晶晶, 任霽萍, 任曉燕
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)