專利名稱：離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法
技術領域：
本發明屬于金屬基復合雙金屬制造技術類領域，具體涉及一種離心法制造金屬基 復合雙金屬制品的方法。
背景技術：
目前，在蝸輪減速機中的蝸輪，以及一些重要的齒輪傳動中的齒輪，都常用貴重的 減磨材料銅合金來制作，對尺寸較小的蝸輪或齒輪采用整體澆鑄式，尺寸較大的蝸輪或齒 輪多采用齒圈螺栓連接式或齒圈拼鑄式等形式。后兩種方法為了保證蝸輪或齒輪的使用 強度，就要加厚銅合金齒圈的尺寸，能夠節約部分貴重金屬，此外螺栓連接要有配合精度要 求，拼鑄式存在鑄造缺陷，往往造成強度下降，安全系數降低，質量難以保證，為此設計人員 嘗試使用壓力澆鑄的方法來復合鋼基與銅合金。經實驗，壓力鑄造法不能實施于此類產品， 其原因如下1)壓力澆鑄最重要的特點是高速高壓，其原理是先將銅合金液澆注到壓鑄機中， 再由壓鑄機壓鑄到模具中去，由于壓鑄機的澆注溫度的上限為950°C，一旦超過這個溫度， 會出現很多技術問題，比如設備和模具的強度會發生變化，溫度過高，設備和模具會出現變 形，在高壓下，容易出現安全事故。耐磨銅合金層的熔融溫度超過950°C，因此無法利用壓力 澆鑄法來制造。2)壓鑄設備復雜，壓鑄模具造價昂貴，投資大。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種加工工藝簡單、成本低、質量可靠、節約大量 銅合金，并能進行批量生產的離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法。本發明是通過如下技術方案來實現的即一種離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于包括如下步驟1)打孔在金屬基內芯上打導流孔；2)預熱將金屬基內芯放入模具中，放入電爐中預熱；3)滲透復合在模具內澆鑄熔融的復合金屬，進行滲透復合；4)離心復合將模具放在離心機上，進行離心復合，直至熔融狀態的復合金屬變 為固態；5)冷卻；6)冷卻后從模具中取出毛坯，進行后續加工。作為本發明的一個優選方案所述導流孔貫通金屬基內芯的外圓和內圓。作為本發明的一個優選方案所述金屬基內芯上設有減重孔，所述導流孔貫通金 屬基內芯的外圓和減重孔。作為本發明的一個優選方案導流孔的數量為3 200個，導流孔的直徑為2mm 300mmo
作為本發明的一個優選方案預熱溫度為380°C 480°C，預熱時間為30分鐘 120分鐘。作為本發明的一個優選方案滲透復合時，電爐的溫度要使復合金屬處于熔融狀 態，滲透復合的時間為45分鐘 120分鐘。作為本發明的一個優選方案離心復合時，離心機的轉速為354轉/分 3000轉 /分，時間為0. 5分鐘 120分鐘。本發明的工作原理如下用工藝指定的金屬加工成所需要的金屬基內芯，并留出復合金屬的余量，在金屬 基內芯上加工多個導流孔，將金屬基內芯放入模具中預熱，再將熔融的復合金屬澆鑄在模 具中，經過一段時間的保溫，就形成了雙金屬相互滲透的作用，然后將模具放入離心機中， 進行離心復合，熔融的復合金屬經過離心的作用力，通過導流孔向金屬基內芯的外圓流出， 由于模具的限制，熔融的復合金屬只能在金屬基內芯外圓形成一層致密的復合金屬層，離 心直至熔融的復合金屬變為固態后，導流孔內的復合金屬就形成為金屬銷，金屬銷把金屬 基內芯外圓的復合金屬和金屬基內芯更緊密的聯在一起。本發明在金屬基內芯上開設多個導流孔，在離心機的作用下，熔融的復合金屬由 金屬基內芯的內圓(或減重孔)經導流孔流向外圓，使復合金屬復合離心法變為現實，具有 工藝簡單、操作方便、可以進行批量生產、質量穩定可靠、降低產品成本的優點。本發明的 金屬基內芯的導流孔中的復合金屬冷卻后變為金屬銷，把金屬基內芯外圓的復合金屬和金 屬基內芯之間更緊密的聯在一起，這樣就更提高了復合強度。經離心后的復合金屬沒有氣 孔、砂眼、疏松等鑄造缺陷，并提高了復合金屬的密實度，增強了復合金屬的耐磨性等綜合 性能。
具體實施例方式實施例1下面是制作閥門電動執行器中的小齒輪為例說明本實施例。該齒輪的直徑為<2 45mm,內徑<2 12mm,厚度為10mm，齒高2mm，原先齒輪全部采用 銅合金ZHA166-6-3-2，成本高。使用本發明所述的方法制造上述齒輪，其步驟如下1)在<2 32mm的碳鋼材質的內芯上打3個<2 2mm的導流孔，所述導流孔貫通內芯的 外圓和內圓；2)將內芯放入模具中，放入電爐中預熱，預熱溫度為380°C 390°C，預熱時間為 30分鐘；3)在模具內澆鑄熔融狀態的銅合金ZHA166-6-3-2，溫度為1080°C，將澆鑄完畢的 模具放入電爐中進行滲透復合，電爐的溫度為1050°C，滲透復合的時間為45分鐘。4)將模具放在離心機上，根據工件的重力倍數和鑄件的內半徑，計算出離心機的 轉速，上述轉速按照《機械工程手冊》表39-6-54取重力倍數為180，內半徑為1. 6cm，由下 述公式“n=299V^TI ”算出，離心機的轉速為2990轉/分 3000轉/分，啟動離心機對模 具進行離心旋轉，直至熔融的銅合金ZHA166-6-3-2變為固態，離心時間優選0. 5分鐘。5)離心完畢后將模具從離心機上取下，自然冷卻；
6)冷卻后從模具中取出鋼銅復合毛坯，進行后續加工。由于內芯上開由3個供熔融銅合金流動的導流孔，在離心操作中，導流孔內的銅 合金冷卻成固態后就形成了 3個銅銷，將復合銅合金層和內芯聯成了一個整體，增強了復 合銅合金層與內芯之間的結合強度。由天津市機電工業金屬材料檢測中心的檢測報告證明，采用本發明的方法制得的 齒輪，其復合銅合金的抗拉強度為700Mpa，硬度HB232，性能遠高于GB1176-74同牌號的銅 合金(抗拉強度637，硬度HB160)，使用本發明制得的齒輪由于其內芯采用碳鋼，僅外層復 合銅合金ZHA166-6-3-2，因此成本大大降低。實施例2下面以核電站核島內冷卻水濾芯提拉裝置中的蝸輪為例說明本實施例。該蝸輪直徑為<2 95mm,內徑為<2 45mm,厚度為40mm，原有技術是全部采用銅合金 ZHA166-6-3-2來整體鑄造。使用本發明所述的方法制造上述蝸輪，其步驟如下1)在<2 70mm的碳鋼材質的內芯上打6個<2 8mm的導流孔，所述導流孔貫通內芯的 外圓和內圓；2)將內芯放入模具中，放入電爐中預熱，預熱溫度為400°C 420°C，預熱時間為 40 50分鐘；3)在模具內澆鑄熔融狀態的銅合金ZHA166-6-3-2，溫度為1080°C，將澆鑄完畢的 模具放入電爐中進行滲透復合，電爐的溫度為1050°C，滲透復合的時間為60分鐘。4)將模具放在離心機上，根據工件的重力倍數和鑄件的內半徑，計算出離心機的 轉速，上述轉速按照《機械工程手冊》表39-6-54取重力倍數為70，內半徑為3. 5cm,由下述 公式“n=299 V^Ti ”算出，離心機的轉速為1337轉/分，啟動離心機對模具進行離心旋轉， 直至熔融的銅合金ZHA166-6-3-2變為固態，離心時間優選5分鐘。5)離心完畢后將模具從離心機上取下，自然冷卻；6)冷卻后從模具中取出鋼銅復合毛坯，進行后續加工。由于內芯上開由6個供熔融銅合金流動的導流孔，在離心操作中，導流孔內的銅 合金冷卻形成固態后就形成了 6個銅銷，將復合銅合金層和內芯聯成了一個整體，增強了 復合銅合金層與內芯之間的結合強度。由天津市機電工業金屬材料檢測中心的檢測報告證明，采用本發明的方法制得的 齒輪，其復合銅合金的抗拉強度為700Mpa，硬度HB232，其性能要遠高于GB1176-74同牌號 的銅合金(抗拉強度637，硬度HB160)，使用本發明制得的蝸輪由于其內芯采用碳鋼，僅外 層復合銅合金ZHA166-6-3-2，因此成本大大降低。實施例3下面以大型海輪上使用的蝸輪減速機的蝸輪為例說明本實施例。該蝸輪直徑為<2 1200mm,由于其過于巨大，因此在蝸輪上設有均布的10個減重 孔，10個減重孔所圍的最大直徑為<2 800mm，厚度為300mm。使用本發明所述的方法制造上述蝸輪，其步驟如下1)在<2 IOOOmm的內芯上打6個<2 200mm的導流孔(或200個<2 IOmm的導流孔)， 所述導流孔貫通內芯外圓和減重孔，內芯的材質為鑄鐵HT20-40或20號碳鋼；
2)將內芯放入模具中，放入電爐中預熱，預熱溫度為450°C 480°C，預熱時間為 120分鐘；3)在模具內澆鑄熔融狀態的銅合金QAL9-4，溫度為1200°C，將澆鑄完畢的模具放 入電爐中進行滲透復合，電爐的溫度為1200°C，滲透復合的時間為120分鐘。4)將模具放在離心機上，根據工件的重力倍數和鑄件的內半徑，計算出離心機的 轉速，上述轉速按照《機械工程手冊》表39-6-54取重力倍數為70，內半徑為50cm，由下述 公式“n=299 ”算出，離心機的轉速為354轉約等于350轉/分，啟動離心機對模具進 行離心旋轉，直至熔融的銅合金QAL9-4變為固態，離心時間優選120分鐘。5)離心完畢后將模具從離心機上取下，自然冷卻；6)冷卻后從模具中取出鋼銅復合毛坯，進行后續加工。由于內芯上開由6個(或200個)供熔融銅合金流動的導流孔，在離心操作中，導 流孔內的銅合金冷卻形成固態后就形成了 6個(或200個)銅銷，將復合銅合金層和內芯 聯成了 一個整體，增強了復合銅合金層與內芯之間的結合強度。本發明不局限于以上實施例，本發明還可以應用于制造其他種類的金屬基復合雙 金屬制品。
權利要求
一種離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于包括如下步驟1)打孔在金屬基內芯上打導流孔；2)預熱將金屬基內芯放入模具中，放入電爐中預熱；3)滲透復合在模具內澆鑄熔融的復合金屬，進行滲透復合；4)離心復合將模具放在離心機上，進行離心復合，直至熔融狀態的復合金屬變為固態；5)冷卻；6)冷卻后從模具中取出毛坯，進行后續加工。
2.根據權利要求1所述的離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于所述 導流孔貫通金屬基內芯的外圓和內圓。
3.根據權利要求1所述的離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于所述 金屬基內芯上設有減重孔，所述導流孔貫通金屬基內芯的外圓和減重孔。
4.根據權利要求1所述的離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于導流 孔的數量為3 200個，導流孔的直徑為2mm 300mm。
5.根據權利要求1所述的離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于預熱 溫度為380°C 480°C，預熱時間為30分鐘 120分鐘。
6.根據權利要求1所述的離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于滲透 復合時，電爐的溫度要使復合金屬處于熔融狀態，滲透復合的時間為45分鐘 120分鐘。
7.根據權利要求1所述的離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于離心 復合時，離心機的轉速為354轉/分 3000轉/分，時間為0. 5分鐘 120分鐘。
全文摘要
本發明屬于金屬基復合雙金屬制造技術類領域，具體涉及一種離心法制造金屬基復合雙金屬制品的方法，其特征在于包括如下步驟1)打孔在金屬基內芯上打導流孔；2)預熱將金屬基內芯放入模具中，放入電爐中預熱；3)滲透復合在模具內澆鑄熔融的復合金屬，進行滲透復合；4)離心復合將模具在離心機上，進行離心復合，直至熔融狀態的復合金屬變為固態；5)冷卻；6)冷卻后從模具中取出毛坯，進行后續加工。本發明在金屬基內芯上開設多個導流孔，在離心機的作用下，熔融的復合金屬由金屬基內芯的內圓(或減重孔)經導流孔流向外圓，使復合金屬復合離心法變為現實，具有工藝簡單、操作方便、可以進行批量生產、質量穩定可靠、降低產品成本的優點。
文檔編號B22D13/00GK101941064SQ20101026167
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者劉明強, 劉芳 申請人:劉明強