一种双金属柱塞泵转子成型工艺的制作方法
【专利摘要】一种双金属柱塞泵转子成型工艺，属于柱塞泵转子加工成型技术领域，按如下步骤依次进行：a、采用三维设计软件，对柱塞泵结构及柱塞泵转子浇注系统进行三维设计；b、浇铸柱塞泵转子；c、去除工件表面的毛刺及沙粒，打磨钢基体转子通孔圆柱面；d、配制悬浊液；e、将悬浊液涂覆在通孔圆柱面上后烘干；f、钢基体转子烘干后，将无水四硼酸钠粉末填入钢基体转子上的通孔中填满；g、将钢基体转子放入高温炉中充分预热，将熔炼好的铸造铜合金浇入充分预热的钢基体内，空冷后机械加工成型，得到钢?铜双金属柱塞泵转子。本发明提高了柱塞泵转子力学性能，改善生产操作工艺，降低生产成本，为高耐磨、高强度转子的生产提供技术支持。
【专利说明】
一种双金属柱塞泵转子成型工艺
技术领域
[0001]本发明属于柱塞栗转子加工成型技术领域，特别涉及一种双金属柱塞栗转子成型工艺。【背景技术】
[0002]柱塞栗是液压机械中不可或缺的重要零件，其性能和质量决定了柱塞栗的传动效率和使用寿命，柱塞栗转子是柱塞栗核心零件，常见的转子材料为钢、铜、铸铁及钢-铜双金属，钢制转子的柱塞孔是在热处理后采用磨孔、研孔而获得精度的，由于孔的深度为直径的 3倍以上，所以生产效率低;对于铜转子孔多采用镗孔后挤压孔工艺，由于挤压工具质量不稳定，所以挤压精度不稳定，特别是在车床上镗孔后挤孔，孔的直线度及光洁度很难保证稳定。而采用钢-铜双金属可较好的解决上述问题，所以现有技术中常采用钢_铜双金属制造柱塞栗转子。
[0003]钢-铜双金属柱塞栗转子制备过程中，钢和铜两种金属材料在高温作用下进行相互扩散而形成的具有高耐磨、高结合强度的双金属材料，但是国内对柱塞栗转子的铸造工艺报道较少，钢-铜双金属柱塞栗转子铸造成型过程仍然主要靠考工程师的经验，生产的钢-铜双金属柱塞栗转子废品率高，无法大规模投入生产。
[0004]研究其铸造工艺不仅可以降低生产成本，改善其结合性能和组织性能，而且会使其更加能够满足行业需求，为生产高质量、高强度铸件提供技术支持。
【发明内容】
[0005]本发明的发明目的为通过精确控制钢-铜双金属柱塞栗转子铸造到成型的工艺过程，降低生产成本，改善钢-铜双金属结合性能和组织性能，而且会使其更加能够满足行业需求，为生产高质量、高强度铸件提供技术支持，本发明提供一种双金属柱塞栗转子成型工〇
[0006]本发明通过以下技术方案予以实现。
[0007]—种双金属柱塞栗转子成型工艺，按如下步骤依次进行:a、采用计算机三维模拟仿真设计软件，对柱塞栗结构及柱塞栗转子浇注系统进行三维设计，所述浇注系统为中心浇注系统，所述柱塞栗转子中心设置有轴孔，柱塞栗转子上沿轴孔圆周方向外侧均匀布置有若干通孔；b、按三维设计方案对柱塞栗转子进行浇铸并空冷至室温，获得钢基体转子；c、去除工件表面铸造产生的毛刺及铸造过程粘结在工件表面的沙粒，并打磨钢基体转子通孔圆柱面；d、将无水硼砂粉末和乙二醇溶液配制悬浊液，并将悬浊液搅拌均匀，其中无水硼砂粉末的质量-体积浓度为2.34?2.70 g/ml;e、将配制好的悬浊液均匀涂覆在钢基体转子通孔圆柱面上，然后将钢基体转子放入烘干箱内进行烘干；f、将块状硼砂脱水并球磨，获得无水硼砂粉末，待钢基体转子烘干后，将无水硼砂粉末填入钢基体转子上的通孔中填满；g、将填充满无水四硼酸钠粉末的钢基体转子放入1200±30°C高温炉中进行充分预热， 同时在高温炉中以相同温度熔炼铸造铜合金呈完全液态;然后将钢基体转子与铸造铜合金溶液同时从高温炉中取出，将熔炼好的铸造铜合金浇入充分预热的钢基体内，待空气中冷却后，经过机械加工成型，即可得到钢-铜双金属柱塞栗转子。
[0008]进一步的，所述步骤e中钢基体的烘干温度为120±10°C，烘干时间为4?5h。
[0009] 进一步的，所述步骤g中预热时间为30min。
[0010] 进一步的，所述铸造铜合金的分子式为ZCuPb20Sn5。
[0011]本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
[0012] 1、本成型工艺伊始便采用计算机三维设计方法对柱塞栗转子铸造过程进行准确的设计，保证了铸造过程中金属液的流动及填充效果，减少了铸造过程中填不满、气孔、缩松等工艺缺陷的产生。
[0013] 2、本方法中采用无水硼砂粉末与乙二醇溶液配制的悬浊液，并且优化无水硼砂粉末的质量-体积浓度为2.34?2.70 g/ml，将配置好的悬浊液涂覆于钢基体上，使得钢基体内表面有效防氧化。
[0014] 3、本方法确定了钢基体预热温度，改善了钢基体高温预热防氧化的工艺，提高了钢铜双金属界面结合强度，对成型的柱塞栗转子进行力学性能检测和组织分析，其剪切强度达到138MPa，微观组织形貌观察显示钢铜双金属界面结合良好。【附图说明】
[0015]图1为本发明制备的钢-铜双金属柱塞栗转子宏观俯视图。
[0016]图2为本发明三维设计后柱塞栗转子钢基体浇注系统主剖视图。[〇〇17]图3为本发明三维设计后柱塞栗转子钢基体浇注系统俯视图。[〇〇18]图4为实施例一制备的钢-铜双金属结合界面微观SEM图。
[0019]图5为实施例一制备的钢-铜双金属结合界面铁、铜元素线分析图。
[0020]图6为实施例二制备的钢-铜双金属结合界面微观SEM图。[0021 ]图7为实施例二制备的钢-铜双金属结合界面铁、铜元素线分析图。[〇〇22]图8为实施例三制备的钢-铜双金属结合界面微观SEM图。
[0023]图9为实施例三制备的钢-铜双金属结合界面铁、铜元素线分析图。【具体实施方式】 [〇〇24] 实施例一如图1?5所示，一种双金属柱塞栗转子成型工艺，按如下步骤依次进行: a、采用计算机三维模拟仿真设计软件，对柱塞栗结构及柱塞栗转子浇注系统进行三维设计，其中柱塞栗转子浇铸系统为中心浇铸，所述柱塞栗转子中心设置有轴孔，柱塞栗转子上沿轴孔圆周方向外侧均匀布置有若干通孔。[〇〇25] b、按三维设计方案对柱塞栗转子进行浇铸并空冷至室温，获得钢基体转子。[〇〇26] c、去除工件表面铸造产生的毛刺及铸造过程粘结在工件表面的沙粒，并打磨钢基体转子通孔圆柱面。
[0027]d、将含结晶水的硼砂放入290°C烘干机中进行脱水，脱水时间为lh，得到块状无水硼砂;其中，含结晶水的硼砂的材质为。将块状无水硼砂放入球磨机中进行充分球磨，得到无水硼砂粉末。将无水硼砂粉末和乙二醇溶液配制悬浊液，并将悬浊液搅拌均匀，其中无水硼砂粉末的质量-体积浓度为2.45g/ml，即本实施例中添加无水硼砂71g，乙二醇溶液29ml。
[0028]e、将配制好的悬池液均勾涂覆在钢基体转子通孔圆柱面上，涂覆厚度为1.5mm，待钢基体上的硼砂层不再下流，然后将钢基体放入烘干箱内进行烘干，烘干温度为11(TC，烘干时间为4h。
[0029]f、将块状硼砂脱水并球磨，获得无水硼砂粉末，待钢基体转子烘干后，即钢基体表面悬浊液呈透明粘稠胶状，将无水硼砂粉末填入钢基体转子上的通孔中填满，增强硼砂保护效果，提高钢基体抗氧化能力。
[0030]g、将填充满无水硼砂粉末的钢基体转子放入1170°C高温炉中预热30min，同时在高温炉中以相同温度熔炼铸造铜合金ZCuPb20Sn5呈完全液态;然后将钢基体转子与铸造铜合金ZCuPb20Sn5溶液同时从高温炉中取出，将熔炼好的铸造铜合金ZCuPb20Sn5浇入充分预热的钢基体内，待空气中冷却后，经过机械加工成型，即可得到钢-铜双金属柱塞栗转子。
[0031]本实施例中钢基体材质为45钢，经本工艺制备的45钢与ZCuPb20Sn5得到的钢-铜双金属柱塞栗转子剪切强度达到135MPa，符合工程实际要求。[〇〇32] 实施例二如图6?7所示，一种双金属柱塞栗转子成型工艺，按如下步骤依次进行: a、采用计算机三维模拟仿真设计软件，对柱塞栗结构及柱塞栗转子浇注系统进行三维设计，其中柱塞栗转子浇铸系统为中心浇铸，所述柱塞栗转子中心设置有轴孔，柱塞栗转子上沿轴孔圆周方向外侧均匀布置有若干通孔。[〇〇33] b、按三维设计方案对柱塞栗转子进行浇铸并空冷至室温，获得钢基体转子。[〇〇34] c、去除工件表面铸造产生的毛刺及铸造过程粘结在工件表面的沙粒，并打磨钢基体转子通孔圆柱面。[〇〇35] d、将含结晶水的硼砂放入300°C烘干机中进行脱水，脱水时间为1.5h，得到块状无水硼砂;其中，含结晶水的硼砂的材质为。将块状无水硼砂放入球磨机中进行充分球磨，得到无水硼砂粉末。将无水硼砂粉末和乙二醇溶液配制悬浊液，并将悬浊液搅拌均匀，其中无水硼砂粉末的质量-体积浓度为2.57g/ml，即本实施例中添加无水硼砂72g，乙二醇溶液 28ml 〇
[0036]e、将配制好的悬池液均勾涂覆在钢基体转子通孔圆柱面上，涂覆厚度为2mm，待钢基体上的硼砂层不再下流，然后将钢基体放入烘干箱内进行烘干，烘干温度为120°C，烘干时间为4.5h。
[0037]f、将块状硼砂脱水并球磨，获得无水硼砂粉末，待钢基体转子烘干后，即钢基体表面悬浊液呈透明粘稠胶状，将无水硼砂末填入钢基体转子上的通孔中填满，增强硼砂保护效果，提尚钢基体抗氧化能力。[〇〇38] g、将填充满无水硼砂粉末的钢基体转子放入1200°C高温炉中预热30min，同时在高温炉中以相同温度熔炼铸造铜合金ZCuPb20Sn5呈完全液态;然后将钢基体转子与铸造铜合金ZCuPb20Sn5溶液同时从高温炉中取出，将熔炼好的铸造铜合金ZCuPb20Sn5浇入充分预热的钢基体内，待空气中冷却后，经过机械加工成型，即可得到钢-铜双金属柱塞栗转子。
[0039]本实施例中钢基体材质为45钢，经本工艺制备的45钢与ZCuPb20Sn5得到的钢-铜双金属柱塞栗转子剪切强度达到139MPa，符合工程实际要求。
[0040]实施例三如图8?9所示，一种双金属柱塞栗转子成型工艺，按如下步骤依次进行: a、采用计算机三维模拟仿真设计软件，对柱塞栗结构及柱塞栗转子浇注系统进行三维设计，其中柱塞栗转子浇铸系统为中心浇铸，所述柱塞栗转子中心设置有轴孔，柱塞栗转子上沿轴孔圆周方向外侧均匀布置有若干通孔。[0041 ] b、按三维设计方案对柱塞栗转子进行浇铸并空冷至室温，获得钢基体转子。[〇〇42] c、去除工件表面铸造产生的毛刺及铸造过程粘结在工件表面的沙粒，并打磨钢基体转子通孔圆柱面。[〇〇43] d、将含结晶水的硼砂放入310°C烘干机中进行脱水，脱水时间为2h，得到块状无水硼砂;其中，含结晶水的硼砂的材质为。将块状无水硼砂放入球磨机中进行充分球磨，得到无水硼砂粉末。将无水硼砂粉末和乙二醇溶液配制悬浊液，并将悬浊液搅拌均匀，其中无水硼砂粉末的质量-体积浓度为2.70g/ml，即本实施例中添加无水硼砂73g，乙二醇溶液27ml。
[0044]e、将配制好的悬池液均勾涂覆在钢基体转子通孔圆柱面上，涂覆厚度为2.5mm，待钢基体上的硼砂层不再下流，然后将钢基体放入烘干箱内进行烘干，烘干温度为130°C，烘干时间为5h。
[0045]f、将块状硼砂脱水并球磨，获得无水硼砂粉末，待钢基体转子烘干后，即钢基体表面悬浊液呈透明粘稠胶状，将无水硼砂粉末填入钢基体转子上的通孔中填满，增强硼砂保护效果，提高钢基体抗氧化能力。[〇〇46] g、将填充满无水硼砂粉末的钢基体转子放入1230°C高温炉中预热30min，同时在高温炉中以相同温度熔炼铸造铜合金ZCuPb20Sn5呈完全液态;然后将钢基体转子与铸造铜合金ZCuPb20Sn5溶液同时从高温炉中取出，将熔炼好的铸造铜合金ZCuPb20Sn5浇入充分预热的钢基体内，待空气中冷却后，经过机械加工成型，即可得到钢-铜双金属柱塞栗转子。 [〇〇47] 本实施例中钢基体材质为45钢，经本工艺制备的45钢与ZCuPb20Sn5得到的钢-铜双金属柱塞栗转子剪切强度达到137MPa，符合工程实际要求。[〇〇48]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种双金属柱塞栗转子成型工艺，其特征在于，按如下步骤依次进行:a、采用计算机三维模拟仿真设计软件，对柱塞栗结构及柱塞栗转子浇注系统进行三维 设计，所述浇注系统为中心浇注系统，所述柱塞栗转子中心设置有轴孔，柱塞栗转子上沿轴 孔圆周方向外侧均匀布置有若干通孔；b、按三维设计方案对柱塞栗转子进行浇铸并空冷至室温，获得钢基体转子；c、去除工件表面铸造产生的毛刺及铸造过程粘结在工件表面的沙粒，并打磨钢基体转 子通孔圆柱面；d、将无水硼砂粉末和乙二醇溶液配制悬浊液，并将悬浊液搅拌均匀，其中无水硼砂粉 末的质量-体积浓度为2.34?2.70g/ml;e、将配制好的悬浊液均匀涂覆在钢基体转子通孔圆柱面上，然后将钢基体转子放入烘 干箱内进行烘干；f、将块状硼砂脱水并球磨，获得无水硼砂粉末，待钢基体转子烘干后，将无水硼砂粉末 填入钢基体转子上的通孔中填满；g、将填充满无水硼砂粉末的钢基体转子放入1200±30°C高温炉中进行充分预热，同时 在高温炉中以相同温度熔炼铸造铜合金呈完全液态;然后将钢基体转子与铸造铜合金溶液 同时从高温炉中取出，将熔炼好的铸造铜合金浇入充分预热的钢基体转子通孔内，待空气 中冷却后，经过机械加工成型，即可得到钢-铜双金属柱塞栗转子。2.根据权利要求1所述的一种双金属柱塞栗转子成型工艺，其特征在于:所述步骤e中 钢基体的烘干温度为120 ± 10 °C，烘干时间为4?5h。3.根据权利要求1所述的一种双金属柱塞栗转子成型工艺，其特征在于:所述步骤g中 预热时间为30min。4.根据权利要求1所述的一种双金属柱塞栗转子成型工艺，其特征在于:所述铸造铜合 金的分子式为ZCuPb20Sn5。
【文档编号】B22C9/22GK106001443SQ201610502247
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】张国伟, 徐宏, 王明杰, 李玉, 张佳琪, 李晶晶, 任霁萍, 任晓燕
【申请人】中北大学