一種雙金屬柱塞泵轉子成型工藝的制作方法
【專利摘要】一種雙金屬柱塞泵轉子成型工藝，屬于柱塞泵轉子加工成型技術領域，按如下步驟依次進行：a、采用三維設計軟件，對柱塞泵結構及柱塞泵轉子澆注系統進行三維設計；b、澆鑄柱塞泵轉子；c、去除工件表面的毛刺及沙粒，打磨鋼基體轉子通孔圓柱面；d、配制懸濁液；e、將懸濁液涂覆在通孔圓柱面上后烘干；f、鋼基體轉子烘干后，將無水四硼酸鈉粉末填入鋼基體轉子上的通孔中填滿；g、將鋼基體轉子放入高溫爐中充分預熱，將熔煉好的鑄造銅合金澆入充分預熱的鋼基體內，空冷后機械加工成型，得到鋼?銅雙金屬柱塞泵轉子。本發明提高了柱塞泵轉子力學性能，改善生產操作工藝，降低生產成本，為高耐磨、高強度轉子的生產提供技術支持。
【專利說明】
一種雙金屬柱塞泵轉子成型工藝
技術領域
[0001]本發明屬于柱塞栗轉子加工成型技術領域，特別涉及一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝。【背景技術】
[0002]柱塞栗是液壓機械中不可或缺的重要零件，其性能和質量決定了柱塞栗的傳動效率和使用壽命，柱塞栗轉子是柱塞栗核心零件，常見的轉子材料為鋼、銅、鑄鐵及鋼-銅雙金屬，鋼制轉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，所以生產效率低;對于銅轉子孔多采用鏜孔后擠壓孔工藝，由于擠壓工具質量不穩定，所以擠壓精度不穩定，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定。而采用鋼-銅雙金屬可較好的解決上述問題，所以現有技術中常采用鋼_銅雙金屬制造柱塞栗轉子。
[0003]鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子制備過程中，鋼和銅兩種金屬材料在高溫作用下進行相互擴散而形成的具有高耐磨、高結合強度的雙金屬材料，但是國內對柱塞栗轉子的鑄造工藝報道較少，鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子鑄造成型過程仍然主要靠考工程師的經驗，生產的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子廢品率高，無法大規模投入生產。
[0004]研究其鑄造工藝不僅可以降低生產成本，改善其結合性能和組織性能，而且會使其更加能夠滿足行業需求，為生產高質量、高強度鑄件提供技術支持。
【發明內容】
[0005]本發明的發明目的為通過精確控制鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子鑄造到成型的工藝過程，降低生產成本，改善鋼-銅雙金屬結合性能和組織性能，而且會使其更加能夠滿足行業需求，為生產高質量、高強度鑄件提供技術支持，本發明提供一種雙金屬柱塞栗轉子成型工〇
[0006]本發明通過以下技術方案予以實現。
[0007]—種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，按如下步驟依次進行:a、采用計算機三維模擬仿真設計軟件，對柱塞栗結構及柱塞栗轉子澆注系統進行三維設計，所述澆注系統為中心澆注系統，所述柱塞栗轉子中心設置有軸孔，柱塞栗轉子上沿軸孔圓周方向外側均勻布置有若干通孔；b、按三維設計方案對柱塞栗轉子進行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉子；c、去除工件表面鑄造產生的毛刺及鑄造過程粘結在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉子通孔圓柱面；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子通孔圓柱面上，然后將鋼基體轉子放入烘干箱內進行烘干；f、將塊狀硼砂脫水并球磨，獲得無水硼砂粉末，待鋼基體轉子烘干后，將無水硼砂粉末填入鋼基體轉子上的通孔中填滿；g、將填充滿無水四硼酸鈉粉末的鋼基體轉子放入1200±30°C高溫爐中進行充分預熱， 同時在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金呈完全液態;然后將鋼基體轉子與鑄造銅合金溶液同時從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金澆入充分預熱的鋼基體內，待空氣中冷卻后，經過機械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子。
[0008]進一步的，所述步驟e中鋼基體的烘干溫度為120±10°C，烘干時間為4?5h。
[0009] 進一步的，所述步驟g中預熱時間為30min。
[0010] 進一步的，所述鑄造銅合金的分子式為ZCuPb20Sn5。
[0011]本發明與現有技術相比具有以下有益效果。
[0012] 1、本成型工藝伊始便采用計算機三維設計方法對柱塞栗轉子鑄造過程進行準確的設計，保證了鑄造過程中金屬液的流動及填充效果，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，并且優化無水硼砂粉末的質量-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，使得鋼基體內表面有效防氧化。
[0014] 3、本方法確定了鋼基體預熱溫度，改善了鋼基體高溫預熱防氧化的工藝，提高了鋼銅雙金屬界面結合強度，對成型的柱塞栗轉子進行力學性能檢測和組織分析，其剪切強度達到138MPa，微觀組織形貌觀察顯示鋼銅雙金屬界面結合良好。【附圖說明】
[0015]圖1為本發明制備的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子宏觀俯視圖。
[0016]圖2為本發明三維設計后柱塞栗轉子鋼基體澆注系統主剖視圖。[〇〇17]圖3為本發明三維設計后柱塞栗轉子鋼基體澆注系統俯視圖。[〇〇18]圖4為實施例一制備的鋼-銅雙金屬結合界面微觀SEM圖。
[0019]圖5為實施例一制備的鋼-銅雙金屬結合界面鐵、銅元素線分析圖。
[0020]圖6為實施例二制備的鋼-銅雙金屬結合界面微觀SEM圖。[0021 ]圖7為實施例二制備的鋼-銅雙金屬結合界面鐵、銅元素線分析圖。[〇〇22]圖8為實施例三制備的鋼-銅雙金屬結合界面微觀SEM圖。
[0023]圖9為實施例三制備的鋼-銅雙金屬結合界面鐵、銅元素線分析圖。【具體實施方式】 [〇〇24] 實施例一如圖1?5所示，一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，按如下步驟依次進行: a、采用計算機三維模擬仿真設計軟件，對柱塞栗結構及柱塞栗轉子澆注系統進行三維設計，其中柱塞栗轉子澆鑄系統為中心澆鑄，所述柱塞栗轉子中心設置有軸孔，柱塞栗轉子上沿軸孔圓周方向外側均勻布置有若干通孔。[〇〇25] b、按三維設計方案對柱塞栗轉子進行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉子。[〇〇26] c、去除工件表面鑄造產生的毛刺及鑄造過程粘結在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉子通孔圓柱面。
[0027]d、將含結晶水的硼砂放入290°C烘干機中進行脫水，脫水時間為lh，得到塊狀無水硼砂;其中，含結晶水的硼砂的材質為。將塊狀無水硼砂放入球磨機中進行充分球磨，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量-體積濃度為2.45g/ml，即本實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進行烘干，烘干溫度為11(TC，烘干時間為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子上的通孔中填滿，增強硼砂保護效果，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子放入1170°C高溫爐中預熱30min，同時在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金ZCuPb20Sn5呈完全液態;然后將鋼基體轉子與鑄造銅合金ZCuPb20Sn5溶液同時從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金ZCuPb20Sn5澆入充分預熱的鋼基體內，待空氣中冷卻后，經過機械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子。
[0031]本實施例中鋼基體材質為45鋼，經本工藝制備的45鋼與ZCuPb20Sn5得到的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子剪切強度達到135MPa，符合工程實際要求。[〇〇32] 實施例二如圖6?7所示，一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，按如下步驟依次進行: a、采用計算機三維模擬仿真設計軟件，對柱塞栗結構及柱塞栗轉子澆注系統進行三維設計，其中柱塞栗轉子澆鑄系統為中心澆鑄，所述柱塞栗轉子中心設置有軸孔，柱塞栗轉子上沿軸孔圓周方向外側均勻布置有若干通孔。[〇〇33] b、按三維設計方案對柱塞栗轉子進行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉子。[〇〇34] c、去除工件表面鑄造產生的毛刺及鑄造過程粘結在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉子通孔圓柱面。[〇〇35] d、將含結晶水的硼砂放入300°C烘干機中進行脫水，脫水時間為1.5h，得到塊狀無水硼砂;其中，含結晶水的硼砂的材質為。將塊狀無水硼砂放入球磨機中進行充分球磨，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量-體積濃度為2.57g/ml，即本實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進行烘干，烘干溫度為120°C，烘干時間為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子上的通孔中填滿，增強硼砂保護效果，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子放入1200°C高溫爐中預熱30min，同時在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金ZCuPb20Sn5呈完全液態;然后將鋼基體轉子與鑄造銅合金ZCuPb20Sn5溶液同時從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金ZCuPb20Sn5澆入充分預熱的鋼基體內，待空氣中冷卻后，經過機械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子。
[0039]本實施例中鋼基體材質為45鋼，經本工藝制備的45鋼與ZCuPb20Sn5得到的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子剪切強度達到139MPa，符合工程實際要求。
[0040]實施例三如圖8?9所示，一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，按如下步驟依次進行: a、采用計算機三維模擬仿真設計軟件，對柱塞栗結構及柱塞栗轉子澆注系統進行三維設計，其中柱塞栗轉子澆鑄系統為中心澆鑄，所述柱塞栗轉子中心設置有軸孔，柱塞栗轉子上沿軸孔圓周方向外側均勻布置有若干通孔。[0041 ] b、按三維設計方案對柱塞栗轉子進行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉子。[〇〇42] c、去除工件表面鑄造產生的毛刺及鑄造過程粘結在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉子通孔圓柱面。[〇〇43] d、將含結晶水的硼砂放入310°C烘干機中進行脫水，脫水時間為2h，得到塊狀無水硼砂;其中，含結晶水的硼砂的材質為。將塊狀無水硼砂放入球磨機中進行充分球磨，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量-體積濃度為2.70g/ml，即本實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進行烘干，烘干溫度為130°C，烘干時間為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子上的通孔中填滿，增強硼砂保護效果，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子放入1230°C高溫爐中預熱30min，同時在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金ZCuPb20Sn5呈完全液態;然后將鋼基體轉子與鑄造銅合金ZCuPb20Sn5溶液同時從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金ZCuPb20Sn5澆入充分預熱的鋼基體內，待空氣中冷卻后，經過機械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子。 [〇〇47] 本實施例中鋼基體材質為45鋼，經本工藝制備的45鋼與ZCuPb20Sn5得到的鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子剪切強度達到137MPa，符合工程實際要求。[〇〇48]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，其特征在于，按如下步驟依次進行:a、采用計算機三維模擬仿真設計軟件，對柱塞栗結構及柱塞栗轉子澆注系統進行三維 設計，所述澆注系統為中心澆注系統，所述柱塞栗轉子中心設置有軸孔，柱塞栗轉子上沿軸 孔圓周方向外側均勻布置有若干通孔；b、按三維設計方案對柱塞栗轉子進行澆鑄并空冷至室溫，獲得鋼基體轉子；c、去除工件表面鑄造產生的毛刺及鑄造過程粘結在工件表面的沙粒，并打磨鋼基體轉 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子通孔圓柱面上，然后將鋼基體轉子放入烘 干箱內進行烘干；f、將塊狀硼砂脫水并球磨，獲得無水硼砂粉末，待鋼基體轉子烘干后，將無水硼砂粉末 填入鋼基體轉子上的通孔中填滿；g、將填充滿無水硼砂粉末的鋼基體轉子放入1200±30°C高溫爐中進行充分預熱，同時 在高溫爐中以相同溫度熔煉鑄造銅合金呈完全液態;然后將鋼基體轉子與鑄造銅合金溶液 同時從高溫爐中取出，將熔煉好的鑄造銅合金澆入充分預熱的鋼基體轉子通孔內，待空氣 中冷卻后，經過機械加工成型，即可得到鋼-銅雙金屬柱塞栗轉子。2.根據權利要求1所述的一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，其特征在于:所述步驟e中 鋼基體的烘干溫度為120 ± 10 °C，烘干時間為4?5h。3.根據權利要求1所述的一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，其特征在于:所述步驟g中 預熱時間為30min。4.根據權利要求1所述的一種雙金屬柱塞栗轉子成型工藝，其特征在于:所述鑄造銅合 金的分子式為ZCuPb20Sn5。
【文檔編號】B22C9/22GK106001443SQ201610502247
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】張國偉, 徐宏, 王明杰, 李玉, 張佳琪, 李晶晶, 任霽萍, 任曉燕
【申請人】中北大學