用于棘爪的粉末冶金方法与流程

本发明涉及一种汽车用棘爪的制造方法，具体涉及一种用于棘爪的粉末冶金方法。

背景技术：

棘爪产品结构十分复杂，还要考虑压制设备即压机的局限性的问题，即一般的压机结构为“上二下三”较多，压机结构为“上三下五”的太少。所以，要将“上三下五”结构的棘爪产品，应用到“上二下三”结构的压机上压制成形，解决好“上二下三”结构的压机功能不足的问题，是需要巧妙的安排和设计的；由于棘爪在使用过程中，受力较大，反复的进入和脱开工作区，要求具有足够强度的同时，还要求具有足够的耐磨性。所以，对于棘爪的粉末冶金材料的要求，是材料要有较高的强度性能，还要有良好的热处理性能。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种使制造出来的棘爪，具有较好的高强度性能和高耐磨性能的用于棘爪的粉末冶金方法，具体技术方案如下：

一种用于棘爪的粉末冶金方法，其关键在于：包括如下步骤：

步骤1：将各粉末成分按如下重量比例称量后，加入混料机中混合40～50min，出料后，作各粉末成分的均匀性检测，要求各粉末成分的误差值小于0.03％；所述各种粉末及其重量比例分别为：Fe＝94.0～97.5％，Ni＝1.7～3.0％，Mo＝0.4～0.8％，Cu＝1.0～2.0％，C＝0.4～0.7％；

步骤2：将步骤1中混合后的金属粉末充填装入压制模具中，用压机将粉末压制成预成型坯，所述成型坯的密度为7～7.3g/cm³；

步骤3：将所述成型坯放入高温烧结炉进行高温烧结；所述烧结的工艺依次为低温脱蜡和高温烧结，所述低温脱蜡的温度为550～880℃，该低温脱蜡的时间为1～2h；所述高温烧结的温度为1000～1250℃，该高温烧结时间为1.5～3h；烧结气氛为氮氢混合气体；

步骤4：对步骤3中高温烧结的所述成型坯依次经淬火和回火，使淬火组织形成细针状马氏体家少量残余奥氏体，表观硬度为65～80HRA，抗弯强度为1200～1300MPa；

上述用于棘爪的粉末冶金方法，在高温烧结下，金属元素产生固熔扩散，形成晶粒间合金化结合，成为烧结合金钢材料状态。

为更好的实现本发明，可进一步为：

上述用于棘爪的粉末冶金方法，所述压制模具包括上一模冲(2)、上二模冲(1)、中模(3)、下一模冲(4)、下二模冲(7)、下三模冲(5)、下四模冲(6)、芯棒(8)，所述上一模冲(2)由上一模头(2-1)和固设在该上一模头(2-1)一端的上一模杆(2-2)组成，所述上一模头(2-1)上开设有上一第一模孔(2-11)和上一第二模孔(2-12)，所述上一模杆(2-2)位于所述上一第一模孔(2-11)和上一第二模孔(2-12)之间；

所述上二模冲(1)包括上二模头(1-1)，在该上二模头(1-1)一端设有上二第一模杆(1-2)和上二第二模杆(1-3)，所述上二模头(1-2)上开设有上二模孔(1-11)，该上二模孔(1-11)贯穿所述上二模头(1-1)和上二第一模杆(1-2)；

所述中模(3)由中模头(3-1)和设置在该中模头(3-1)中部的压制室(3-11)组成；

所述下一模冲(4)包括下一模头(4-1)，该下一模头(4-1)一端设有下一模杆(4-2)，所述下一模头(4-1)上设有下一第一模孔(4-11)、下一第二模孔(4-12)和下一第三模孔(4-13)，所述下一第三模孔(4-13)贯穿所述下一模头(4-1)和下一模杆(4-2)；

所述下二模冲(7)由下二模头(7-1)和固设在该下二模头(7-1)前端的下二模杆(7-2)组成，在所述下二模头(7-1)上设有下二模孔(7-11)，该下二模孔(7-11)贯穿所述下二模头(7-1)和下二模杆(7-2)；

所述下三模冲(5)由下三模头(5-1)、下三第一模杆(5-11)和下三第二模杆(5-111)依次固接组成；

所述下四模冲(6)由下四模头(6-1)和固设在该下四模头(6-1)一端的下四模杆(6-2)组成，在所述下四模头(6-1)上设有下四第一模孔(6-11)和下四第二模孔(6-12)，所述下四模杆(6-2)位于所述下四第一模孔(6-11)和下四第二模孔(6-12)之间；

所示芯棒(8)有芯棒头(8-1)、第一芯棒杆(8-11)和第二芯棒杆(8-111)依次固接组成；

所述上二第一模杆(1-2)和上二第二模杆(1-3)分别穿设在所述上一第一模孔(2-11)和上一第二模孔(2-12)内，所述上二第一模杆(1-2)、上二第二模杆(1-3)和上一模杆(2-2)的端面位于所述压制室(3-11)的上端面内，并将该压制室(3-11)的上端面密封；

所述下一模杆(4-2)、下二模杆(7-2)和下三第二模杆(5-111)分别穿设在所述下一第一模孔(4-11)、下一第二模孔(4-12)和下一第三模孔(4-13)内，所述第二芯棒杆(8-111)穿设在所述下二模孔(7-1)内，所述下一模杆(4-2)、下二模杆(7-2)、下三第二模杆(5-111)和第二芯棒杆(8-111)的端面位于所述压制室(3-11)的下端面内，并将该压制室(3-11)的下端面密封；所述第一芯棒杆(8-11)和下三第一模杆(5-11)分别穿设在所述下四第一模孔(6-11)和下四第二模孔(6-12)内；

上述用于棘爪的粉末冶金方法，所述步骤2中所述压制成预成型坯的具体步骤为：

步骤2.1：将步骤1中混合后的金属粉末充填装入由所述中模(3)的压制室(3-11)内壁、下一模冲(4)的下一模杆(4-2)端面、下二模冲(7)的下二模杆(7-2)端面、下三模冲(5)的下三第二模杆(5-111)端面、下四模冲(6)的下四模杆(6-2)端面、芯棒(8)的第二芯棒杆(8-111)外圆面所围成的容积空间内；

步骤2.2：所述上一模冲(2)和上二模冲(1)均压入中模，所述中模(3)向下浮动，同时，所述下一模冲(4)、下二模冲(7)、下三模冲(5)、下四模冲(6)、芯棒(8)均随所述中模(3)向下浮动；当所述中模(3)、下一模冲(4)、下二模冲(7)、下三模冲(5)、下四模冲(6)、芯棒(8)向下浮动停止后，所述上一模冲(2)和上二模冲(1)继续从上往下压制，最终将金属粉末压制成为成型坯；

步骤2.3：上一模冲(2)和上二模冲(1)从下往上回程，中模(3)、芯棒(8)、下一模冲(4)、下二模冲(7)、下三模冲(5)从上往下脱模，使压制的所述成型坯脱出模具。

本发明的有益效果为：本发明有较好的热处理特性，预成形坯经过热处理淬火回火后，可得到较高的强度和耐磨性能，表观硬度可达65～80HRA，抗弯强度可达1200～1300Mpa，能较好满足使用的性能；将“上三下五”结构的棘爪产品，应用到“上二下三”结构的压机上压制成形，实现复杂棘爪结构的压制，而且设计的各模冲结构简单易加工。

附图说明

图1为本发明中模具装配的结构示意图：

图2为上一模冲的截面结构示意图；

图3为上二模冲的截面结构示意图；

图4为中模的截面结构示意图；

图5为下一模冲的截面结构示意图；

图6为下二模冲的截面结构示意图；

图7为下三模冲的截面结构示意图；

图8为下四模冲的截面结构示意图；

图9为芯棒的截面结构示意图；

图10为棘爪结构的左视图；

图11为棘爪结构的右视图；

图12为棘爪结构的切面图；

图13为棘爪上棘齿的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：如图1至图13所示，一种用于棘爪的粉末冶金方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将各粉末成分按如下重量比例称量后，加入混料机中混合42min，出料后，作各粉末成分的均匀性检测，要求各粉末成分的误差值小于0.03％；各种粉末及其重量比例分别为：Fe＝95.4％，Ni＝2.2％，Mo＝0.4％，Cu＝1.5％，C＝0.5％，润滑剂＝0.5％；

步骤2：将步骤1中混合后的金属粉末充填装入压制模具中，用压机将粉末压制成预成型坯，使成型坯的密度达到为7.0g/cm³；其中，压制成预成型坯的具体步骤为：

步骤2.1：将步骤1中混合后的金属粉末充填装入由中模3的压制室3-11内壁、下一模冲4的下一模杆4-2端面、下二模冲7的下二模杆7-2端面、下三模冲5的下三第二模杆5-111端面、下四模冲6的下四模杆6-2端面、芯棒8的第二芯棒杆8-111外圆面所围成的容积空间内；

步骤2.2：上一模冲2和上二模冲1均压入中模，中模3向下浮动，同时，下一模冲4、下二模冲7、下三模冲5、下四模冲6、芯棒8均随中模3向下浮动；当中模3、下一模冲4、下二模冲7、下三模冲5、下四模冲6、芯棒8向下浮动停止后，上一模冲2和上二模冲1继续从上往下压制，最终将金属粉末压制成为成型坯；

步骤2.3：上一模冲2和上二模冲1从下往上回程，中模3、芯棒8、下一模冲4、下二模冲7、下三模冲5从上往下脱模，使压制的成型坯脱出模具；

步骤3：将成型坯放入高温烧结炉进行高温烧结；烧结的工艺依次为低温脱蜡和高温烧结，低温脱蜡的温度为550～880℃，该低温脱蜡的时间为1.2h；高温烧结的温度为1000～1250℃，该高温烧结时间为1.9h；将烧结后的成型坯经过用水套进行冷却的冷却段冷却，冷却时间为2h，冷却后成型坯的温度为40～80℃；其中，成型坯在高温烧结炉中，在从低温到高温、再从高温到冷却的过程中，实现低温脱蜡和高温烧结再逐步冷却的过程，烧结气氛为氮氢混合气体；润滑剂为有机合成蜡，在烧结炉的低温脱蜡阶段能够充分挥发；

步骤4：对步骤3中高温烧结的成型坯依次经淬火和回火，使淬火组织形成细针状马氏体家少量残余奥氏体，表观硬度为70.5HRA，抗弯强度为1200MPa；

其中，压制模具包括上一模冲2、上二模冲1、中模3、下一模冲4、下二模冲7、下三模冲5、下四模冲6、芯棒8，上一模冲2由上一模头2-1和固设在上一模头2-1一端的上一模杆2-2组成，上一模头2-1上开设有上一第一模孔2-11和上一第二模孔2-12，上一模杆2-2位于上一第一模孔2-11和上一第二模孔2-12之间；

上二模冲1包括上二模头1-1，在上二模头1-1一端设有上二第一模杆1-2和上二第二模杆1-3，上二模头1-2上开设有上二模孔1-11，该上二模孔1-11贯穿上二模头1-1和上二第一模杆1-2；

中模3由中模头3-1和设置在该中模头3-1中部的压制室3-11组成；

下一模冲4包括下一模头4-1，该下一模头4-1一端设有下一模杆4-2，下一模头4-1上设有下一第一模孔4-11、下一第二模孔4-12和下一第三模孔4-13，下一第三模孔4-13贯穿所述下一模头4-1和下一模杆4-2；

下二模冲7由下二模头7-1和固设在该下二模头7-1前端的下二模杆7-2组成，在所述下二模头7-1上设有下二模孔7-11，该下二模孔7-11贯穿所述下二模头7-1和下二模杆7-2；

下三模冲5由下三模头5-1、下三第一模杆5-11和下三第二模杆5-111依次固接组成；

下四模冲6由下四模头6-1和固设在该下四模头6-1一端的下四模杆6-2组成，在下四模头6-1上设有下四第一模孔6-11和下四第二模孔6-12，下四模杆6-2位于所述下四第一模孔6-11和下四第二模孔6-12之间；

芯棒8有芯棒头8-1、第一芯棒杆8-11和第二芯棒杆8-111依次固接组成；

上二第一模杆1-2和上二第二模杆1-3分别穿设在上一第一模孔2-11和上一第二模孔2-12内，上二第一模杆1-2、上二第二模杆1-3和上一模杆2-2的端面位于压制室3-11的上端面内，并将压制室3-11的上端面密封；

下一模杆4-2、下二模杆7-2和下三第二模杆5-111分别穿设在下一第一模孔4-11、下一第二模孔4-12和下一第三模孔4-13内，第二芯棒杆8-111穿设在下二模孔7-1内，下一模杆4-2、下二模杆7-2、下三第二模杆5-111和第二芯棒杆8-111的端面位于压制室3-11的下端面内，并将压制室3-11的下端面密封；所述第一芯棒杆8-11和下三第一模杆5-11分别穿设在所述下四第一模孔6-11和下四第二模孔6-12内；

其中，下一模杆4-2的端面用于完成棘爪的中部筋板的压制成形，上二第一模杆1-2的端部完成棘爪上端面中靠近销孔1-3a边缘部分的压制成形，上二第二模杆1-3的端部完成棘爪上端面的靠近棘齿1-2a部分的压制成形，压制室3-11用于完成棘爪外形轮廓的压制成形，在压制室3-11内设有台阶部3-111，该台阶部3-111用于完成棘爪的挡板1-21a的压制成形；

下一模杆4-2的端面用于完成棘爪下端面上靠近棘齿1-2a部分的压制成形，下二模杆7-2的端面用于完成棘爪下端面中靠近销孔1-3a边缘部分的压制成形，下三模杆6-2端面用于完成棘爪的扇形滑槽1-4a的压制成形，下四模杆5-111的端面和下一第三模孔4-13配合用于完成棘爪的滑柱1-1a的压制成形，第二芯棒杆8-111用于完成棘爪的销孔1-3a的压制成形。

如图10至图13所示：为使用本发明制造的一种汽车用棘爪，包括棘爪1a，在棘爪1a前端一侧设有棘齿1-2a，在棘爪1a前端的另一侧设有滑柱1-1a，滑柱1-1a一端固套在棘爪1a上开设的安装孔内；棘爪1a前端由倾斜的第一侧边和第二侧边相交形成，所述棘齿1-2a和滑柱1-1a分别位于所述第一侧边和第二侧边边缘；在棘齿1-2a一侧设有挡板1-21a，挡板1-21a的内侧设有倾斜面，倾斜面和挡板1-21a侧面的夹角为120°；棘爪1a的尾端设有销孔1-3a，在棘爪1a的中部以该销孔1-3a为圆心设有扇形滑槽1-4a，滑柱1-1a和滑槽1-4a分别位于棘爪1a的两个侧面。

实施例2：在其他技术方案与实施例1相同的情况下，步骤1：将各粉末成分按如下重量比例称量后，加入混料机中混合50min，出料后，作各粉末成分的均匀性检测，要求各粉末成分的误差值小于0.03％；各种粉末及其重量比例分别为：Fe＝94.4％，Ni＝2.7％，Mo＝0.6％，Cu＝1.7％，C＝0.6％，润滑剂＝0.6％；

步骤2：将步骤1中混合后的金属粉末充填装入压制模具中，用压机将粉末压制成预成型坯，使成型坯的密度达到为7.2g/cm³；

步骤3：将成型坯放入高温烧结炉进行高温烧结，烧结的工艺依次为低温脱蜡和高温烧结，低温脱蜡的温度为550～880℃，该低温脱蜡的时间为1.6h；所述高温烧结的温度为1000～1250℃，该高温烧结时间为2.5h；将烧结后的成型坯经过用水套进行冷却的冷却段冷却，冷却时间为2.4h，冷却后成型坯的温度为40～80℃；

步骤4：对步骤3中高温烧结的成型坯依次经淬火和回火，使淬火组织形成细针状马氏体家少量残余奥氏体，表观硬度为72.5HRA，抗弯强度为1250MPa。