专利名称：液压柱塞泵缸体的钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法
技术领域：
本发明涉及一种液压柱塞泵缸体的钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法，属于液压柱塞泵零配件制造领域。
背景技术：
在现有的工程机械的液压零部件中，有许多高端产品涉及到铜合金与钢铁材料的复合技术，这种复合不是简单的机械贴合，而是两者材料之间的冶金结合，即在两种材料的界面上发生原子之间的相互渗透和冶金反应，因而对复合工艺有很高的技术要求。如常见的液压柱塞泵缸体，为了解决使用过程中缸体与柱塞、配油盘等零件的摩擦副匹配问题，其缸体就是由钢基体与铜合金的复合构件，其复合面包括平面、曲面、圆柱面及孔。
现有国内钢基体(用钢加工成型的熔铸前毛坯)与铜合金的熔铸结合，在圆柱面及孔的复合方面，还没有类似部件的制造经验，目前，国内解决液压柱塞泵缸体柱塞孔(圆柱孔)的复合问题，通常采用浇注或者镶嵌铜套的办法，浇注法是把铜熔化后采用人工把铜液浇注到钢基体上的方式，其存在劳动强度大、生产效率低、安全隐患大，合格率低(尤其是尺寸较大的产品)等缺点，在圆柱面及孔的浇注复合方面，存在先天性不足——铜在孔中的顺序凝固问题一直没有合适的解决方法。镶嵌铜套的办法是采用机械力使铜套过盈配合在钢基体的孔内，是简单的机械贴合，这种加工方法在使用过程中铜套极易拔出，存在很大的使用安全隐患，尤其在中高压、高压液压柱塞泵方面安全隐患更大。国外企业为控制市场，对其泵多为整机进口，导致成本很高。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钢基体与铜合金复合效果好、强度高、复合界面气孔、疏松及夹杂等满足要求的液压柱塞泵缸体的钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法，可以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是液压柱塞泵缸体钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法由以下步骤构成a、清洁钢基体需熔铸表面，然后将金属活化剂涂抹或放置在钢基体的熔铸表面进行活化；b、将铜合金放置于钢基体上，并在液压柱塞泵缸体钢基体的熔铸孔内插接圆柱形芯棒，然后将其一起放在网带式电阻炉的网带上，放置时钢基体上的孔径垂直向下；预先开启网带式电阻炉使炉内温度达到工作温度，通过网带式电阻炉上设置的控温装置，使位于网带式电阻炉内的钢基体的下端温度比上端温低5-15°C ；C、通过网带传输，把钢基体、铜合金和芯棒输送到炉体内对钢和铜合金进行预热，预热时充纯度不小于99. 999%氮气做保护气；预热温度为900-940°C、时间30_60min ；d、网带运行至网带式电阻炉的熔化区，位于钢基体上的铜合金熔化，流入钢基体的熔铸区域内，在熔化时用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，熔化温度为1050°C至1100°C ；e、用纯度不小于99.999%氮气做保护气、温度在1050-1080°C的条件下，让钢基体和熔化后的铜合金保温放置30-60min ；f、对熔铸为一体的液压柱塞泵缸体进行冷却，冷却分为两个阶段，第一阶的要求为用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，在920-940°C保温30-60min ；第二阶段的要求是用纯度不小于99. 9%氮气做保护气，在网带式电阻炉内自然冷却至200°C以下出炉。
清洁钢基体的熔铸表面所用的溶液为无水乙醇。
所述的金属活化剂由两份硼砂和一份助熔剂均勻混合构成，所用的助溶剂为卡斯特林公司生产的焊剂，牌号为1802。
与现有技术比较，本发明的申请人为实现钢基体与铜合金的复合，经过大量试验、 测试与观察，发现要实现两者的复合需从工艺方面解决以下关键问题a)熔铸过程中，铜在缸体的孔(圆柱面)中的顺序凝固问题；b)因熔铸面大，容易出现气孔、疏松、夹渣等缺陷，界面结合率难以达到要求；c)两种材质的热膨胀系数相差较大，在熔铸后冷却过程中容易产生较大应力及界面开裂；d)在熔铸过程中预热时间、保温时间、凝固温度、冷却速度等技术参数的匹配和试验确认。
为克服上述难题，本申请采用活化技术，配置了独有的金属活化剂，这样就可使钢基体表面的活性增加，可很好的避免金属表面活性不够所带来的影响；增加钢基体与铜合金的结合强度；在熔铸孔内设置芯棒，这样可以增加柱面的形核率并形成一定的过冷度； 钢基体的下端温度比上端温低5-15°C ；这样可以保证下部及内部先冷却，使熔铸区域内气体排出、晶粒变小，通过设置预热、保温、熔铸、冷却等工艺参数可有效降低熔铸面出现气孔、疏松、夹渣等缺陷的几率，使其达到国际标准。
根据申请人统计，采用本发明的技术方案后有效解决了钢基体与铜合金两种金属材质冶金结合的问题，并且使其界面的结合强度达到了产品的再加工及实用工况要求，克服了现有技术中大曲面、圆柱面及孔熔铸复合中易出现界面气孔、疏松及夹杂等缺陷问题， 使该类产品(液压泵钢基体整体熔铸缸体毛坯)的合格率可达95%以上，而传统的浇注方式的合格率根据型号大小不同在50%到80%之间；生产效率至少提高一倍以上，结合强度提高 20%左右，相对国内同内产品成本下降约15%。
图1为本发明所需加工的液压柱塞泵缸体熔铸后的结构示意图。
具体实施方式
实施例1 液压柱塞泵缸体熔铸后的结构如图1所示，1-代表钢基体、2-阴影部分代表铜合金，本发明的所解决的问题为钢基体与铜合金的复合，两者的复合在网带式电阻炉内完成，在网带式电阻炉内设有预热区、复合区、保温区和冷却区。在两者复合前，在钢基体上设有铜合金熔铸区域，为使钢基体与铜合金的复合达到目标值，其熔铸复合方法由以下步骤构成a、用无水乙醇作为清洁剂清洁钢基体需熔铸表面，然后将金属活化剂涂抹或放置在钢基体的熔铸表面进行活化；所述的金属活化剂由两份硼砂和一份助熔剂均勻混合构成，所用的助熔剂为卡斯特林公司生产的焊剂，牌号为1802。
b、将铜合金放置于钢基体上，并在液压柱塞泵缸体钢基体的熔铸孔内插接圆柱形芯棒，然后将其一起放在网带式电阻炉的网带上，放置时钢基体上的孔径垂直向下；预先开启网带式电阻炉使炉内温度达到工作温度，通过网带式电阻炉上设置的控温装置，使位于网带式电阻炉内的钢基体的下端温度比上端温低5-15°C ；C、通过网带传输，将放置在网带上的钢基体、铜合金和芯棒输送到炉体内对钢和铜合金进行预热，预热时充纯度不小于99. 999%氮气做保护气；预热温度为900-940°C、时间 30_60min ；d、网带运行至网带式电阻炉的熔化区，位于钢基体上的铜合金熔化，流入钢基体的熔铸区域内，在熔化时用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，熔化温度为1050°C至1100°C ；e、用纯度不小于99.999%氮气做保护气、温度在1050-1080°C的条件下，让钢基体和熔化后的铜合金保温放置30-60min ；f、对熔铸为一体的液压柱塞泵缸体进行冷却，冷却分为两个阶段，第一阶的要求为用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，在920-940°C保温30-60min ；第二阶段的要求是用纯度不小于99. 9%氮气做保护气，在网带式电阻炉内自然冷却至200°C以下出炉。
实施例2 液压柱塞泵缸体熔铸后的结构如图1所示，1-代表钢基体、2-阴影部分代表铜合金，本发明的所解决的问题为钢基体与铜合金的复合，两者的复合在网带式电阻炉内完成，在网带式电阻炉内设有预热区、复合区、保温区和冷却区。在两者复合前，在钢基体上设有铜合金熔铸区域，为使钢基体与铜合金的复合达到目标值，其熔铸复合方法由以下步骤构成a、用无水乙醇作为清洁剂清洁钢基体需熔铸表面，然后将金属活化剂涂抹或放置在钢基体的熔铸表面进行活化；所述的金属活化剂由两份硼砂和一份助熔剂均勻混合构成，所用的助熔剂为卡斯特林公司生产的焊剂，牌号为1802。
b、将铜合金放置于钢基体上，并在液压柱塞泵缸体钢基体的熔铸孔内插接圆柱形芯棒，然后将其一起放在网带式电阻炉的网带上，放置时钢基体上的孔径垂直向下；预先开启网带式电阻炉使炉内温度达到工作温度，通过网带式电阻炉上设置的控温装置，使位于网带式电阻炉内的钢基体的下端温度比上端温低5°C ；C、通过网带传输，将放置在网带上的钢基体、铜合金和芯棒输送到炉体内对钢和铜合金进行预热，预热时充纯度不小于99. 999%氮气做保护气；预热温度为900°C、时间60min ；d、网带运行至网带式电阻炉的熔化区，位于钢基体上的铜合金熔化，流入钢基体的熔铸区域内，在熔化时用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，熔化温度为1050°C ；e、用纯度不小于99.999%氮气做保护气、温度在1050°C的条件下，让钢基体和熔化后的铜合金保温放置60min ；f、对熔铸为一体的液压柱塞泵缸体进行冷却，冷却分为两个阶段，第一阶的要求为用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，在920°C保温60min ；第二阶段的要求是用纯度不小于99. 9%氮气做保护气，在网带式电阻炉内自然冷却至200°C以下出炉。
实施例3 液压柱塞泵缸体熔铸后的结构如图1所示，1-代表钢基体、2-阴影部分代表铜合金，本发明的所解决的问题为钢基体与铜合金的复合，两者的复合在网带式电阻炉内完成，在网带式电阻炉内设有预热区、复合区、保温区和冷却区。在两者复合前，在钢基体上设有铜合金熔铸区域，为使钢基体与铜合金的复合达到目标值，其熔铸复合方法由以下步骤构成a、用无水乙醇作为清洁剂清洁钢基体需熔铸表面，然后将金属活化剂涂抹或放置在钢基体的熔铸表面进行活化；所述的金属活化剂由两份硼砂和一份助熔剂均勻混合构成，所用的助熔剂为卡斯特林公司生产的焊剂，牌号为1802。
b、将铜合金放置于钢基体上，并在液压柱塞泵缸体钢基体的熔铸孔内插接圆柱形芯棒，然后将其一起放在网带式电阻炉的网带上，放置时钢基体上的孔径垂直向下；预先开启网带式电阻炉使炉内温度达到工作温度，通过网带式电阻炉上设置的控温装置，使位于网带式电阻炉内的钢基体的下端温度比上端温低15°C ；C、通过网带传输，将放置在网带上的钢基体、铜合金和芯棒输送到炉体内对钢和铜合金进行预热，预热时充纯度不小于99. 999%氮气做保护气；预热温度为940°C、时间30min ；d、网带运行至网带式电阻炉的熔化区，位于钢基体上的铜合金熔化，流入钢基体的熔铸区域内，在熔化时用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，熔化温度为1100°C ；e、用纯度不小于99.999%氮气做保护气、温度在1080°C的条件下，让钢和熔化后的铜合金保温放置30min ；f、对熔铸为一体的液压柱塞泵缸体进行冷却，冷却分为两个阶段，第一阶的要求为用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，在940°C保温30min ；第二阶段的要求是用纯度不小于99. 9%氮气做保护气，在网带式电阻炉内自然冷却至200°C以下出炉。
实施例4 液压柱塞泵缸体熔铸后的结构如图1所示，1-代表钢基体、2-阴影部分代表铜合金，本发明的所解决的问题为钢基体与铜合金的复合，两者的复合在网带式电阻炉内完成，在网带式电阻炉内设有预热区、复合区、保温区和冷却区。在两者复合前，在钢基体上设有铜合金熔铸区域，为使钢基体与铜合金的复合达到目标值，其熔铸复合方法由以下步骤构成a、用无水乙醇作为清洁剂清洁钢基体需熔铸表面，然后将金属活化剂涂抹或放置在钢基体的熔铸表面进行活化；所述的金属活化剂由两份硼砂和一份助熔剂均勻混合构成，所用的助熔剂为卡斯特林公司生产的焊剂，牌号为1802。
b、将铜合金放置于钢基体上，并在液压柱塞泵缸体钢基体的熔铸孔内插接圆柱形芯棒，然后将其一起放在网带式电阻炉的网带上，放置时钢基体上的孔径垂直向下；预先开启网带式电阻炉使炉内温度达到工作温度，通过网带式电阻炉上设置的控温装置，使位于网带式电阻炉内的钢基体的下端温度比上端温低10°C ；C、通过网带传输，将放置在网带上的钢基体、铜合金和芯棒输送到炉体内对钢和铜合金进行预热，预热时充纯度不小于99. 999%氮气做保护气；预热温度为920°C、时间45min ；d、网带运行至网带式电阻炉的熔化区，位于钢基体上的铜合金熔化，流入钢基体的熔铸区域内，在熔化时用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，熔化温度为1075°C ；e、用纯度不小于99.999%氮气做保护气、温度在1065°C的条件下，让钢基体和熔化后的铜合金保温放置45min ；f、对熔铸为一体的液压柱塞泵缸体进行冷却，冷却分为两个阶段，第一阶的要求为用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，在930°C保温45min ；第二阶段的要求是用纯度不小于99. 9%氮气做保护气，在网带式电阻炉内自然冷却至200°C以下出炉。
权利要求
1.一种液压柱塞泵缸体的钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法，其特征在于其熔铸复合方法由以下步骤构成a、清洁钢基体需熔铸表面，然后将金属活化剂涂抹或放置在钢基体的熔铸表面进行活化；b、将铜合金放置于钢基体上，并在液压柱塞泵缸体钢基体的熔铸孔内插接圆柱形芯棒，然后将其一起放在网带式电阻炉的网带上，放置时钢基体上的孔径垂直向下；预先开启网带式电阻炉使炉内温度达到工作温度，通过网带式电阻炉上设置的控温装置，使位于网带式电阻炉内的钢基体的下端温度比上端温低5-15°C ；C、通过网带传输，把钢基体、铜合金和芯棒输送到炉体内对钢和铜合金进行预热，预热时充纯度不小于99. 999%氮气做保护气；预热温度为900-940°C、时间30_60min ；d、网带运行至网带式电阻炉的熔化区，位于钢基体上的铜合金熔化，流入钢基体的熔铸区域内，在熔化时用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，熔化温度为1050°C至1100°C ；e、用纯度不小于99.999%氮气做保护气、温度在1050-1080°C的条件下，让钢基体和熔化后的铜合金保温放置30-60min ；f、对熔铸为一体的液压柱塞泵缸体进行冷却，冷却分为两个阶段，第一阶的要求为用纯度不小于99. 999%氮气做保护气，在920-940°C保温30-60min ；第二阶段的要求是用纯度不小于99. 9%氮气做保护气，在网带式电阻炉内自然冷却至200°C以下出炉。
2.根据权利要求1所述的液压柱塞泵缸体的钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法， 其特征在于清洁钢基体的熔铸表面所用的溶液为无水乙醇。
3.根据权利要求1所述的液压柱塞泵缸体的钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法， 其特征在于所述的金属活化剂由两份硼砂和一份助熔剂均勻混合构成，所用的助熔剂为卡斯特林公司生产的焊剂，牌号为1802。
全文摘要
本发明公开了一种液压柱塞泵缸体的钢基体与铜合金圆柱面及孔的熔铸方法，步骤如下清洁钢基体需熔铸表面，并对表面进行活化；将铜合金放置于钢基体上，进行预热；熔化铜合金使其流入到钢基体需复合区域；保温放置30-60min；两段冷却。采用本发明的技术方案后有效解决了钢基体与铜合金两种金属材质冶金结合的问题，并且使其界面的结合强度达到了产品的再加工及实用工况要求，使该类产品(液压柱塞泵钢基体整体熔铸缸体毛坯)的合格率可达95%以上，生产效率至少提高一倍以上，结合强度提高20%左右，相对国内同内产品成本下降约15%。
文档编号B22D19/16GK102513521SQ201210008348
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者周超著, 周邦华, 殷汝新 申请人:贵州鼎成熔鑫科技有限公司