CN101275606A - 大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺，属于大型机械设备轴瓦的制造技术领域。本发明按：毛坯制造→毛坯浇注面处理(喷丸处理和清洗)→搪锡→浇铸巴氏合金→精加工及终检的工艺顺序进行轴瓦制造。由于本发明方法具有制造简单、产品强度高、质量好、可靠性高、生产成本低等特点，采用本发明工艺制造出的产品具有金相组织均匀、合金层的粘结强度高、能满足大功率低速柴油机轴瓦的工作要求，故采用本发明制造出的轴瓦可以广泛使用在大型重载机械设备中，特别适用于船用大功率低速柴油机上。
Description
技术领域
本发明属于大型机械设备轴瓦的制造技术领域，特别涉及大功率低速柴油机用的轴瓦的制造工艺。
背景技术
轴瓦是用来支承轴类零件并使承载面间作相对滑动的机械元件，它作为关键基础零部件在机床、电动机、发电机、内燃机、轧钢机械、矿山机械等大型机械设备中有着广泛的应用。特别是在内燃机中，轴瓦的性能对内燃机的性能、工作可靠性和寿命都有着直接的影响。大功率低速柴油机主要应用于大型的货轮、油轮等装载量大的大型船舶上，随着大型船舶的装载量越来越大，大功率低速柴油机对轴瓦的疲劳强度、顺应性、结合强度等性能提出了越来越高的要求。当今世界大功率低速柴油机的专利主要集中在曼和苏尔寿等公司，大功率低速柴油机的生产必须要这些专利公司的授权，而柴油机中的零部件都必须经过大功率柴油机专利公司的认证方可使用。轴瓦作为大功率低速柴油机的关键零部件，大功率低速柴油机专利公司对轴瓦的硬度、金相组织、着色探伤、合金层与钢背的粘结强度、表面规则性检验等指标都制定了很高的标准。
现在有轴瓦制造工艺，如申请号为99107138.7专利公开的“轴瓦及其制造方法”，对轴瓦的合金表层用电子束气相沉积法加以涂覆并且包含至少一个在基本材料内精细弥散的组分，使轴瓦具有较好的金相组织，较高的疲劳强度。又如申请号为03113800.4专利公开的“一种高强度轴瓦”，由钢背、基底层、镍栅及减摩层组成，基底层设置在钢背上，镍栅上面有一层减摩层，其中减摩层由四元合金制成。采用这种方法可以使轴瓦的疲劳强度达到105MPa。但上述两种方法结构和工艺复杂，对设备要求高，所以加工成本高。再如作者徐俊华在《铜业工程》2004年01期：40-41《JB/ZQ4000型轴瓦的巴氏合金浇注》一文中介绍了一种巴氏合金静态浇注方法，具体步骤为：轴瓦处理、熔剂配制、轴瓦挂锡、浇注模具的制造和安装、巴氏合金的熔化及浇注。这种浇注方法虽简单，适用于瓦背较厚较大的轴瓦，但静态浇注时由于瓦背面上的巴氏合金凝固时间和温度不一样，而且轴瓦巴氏合金的厚度不同，容易产生裂纹、气孔、金相偏析等问题，从而导致轴瓦强度较低，质量较差。因此为了突破国外的技术封锁，实现大功率低速柴油机轴瓦的国产化，大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的轴瓦制造工艺中存在的问题，提供一种大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺，具有制造简单、强度高、质量好、可靠性高、生产成本低等特点，所生产出来的轴瓦能够稳定地达到大功率低速柴油机专利公司所制定的各性能指标标准，满足其要求。
实现本发明目的的技术方案是：一种大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺为，毛坯制造→毛坯浇注面处理(喷丸处理和清洗)→浇注面搪锡→浇注巴氏合金→精加工及终检的顺序制成。具体的方法步骤如下：
(1)毛坯制造
①毛坯铸造及热处理
按照要轴瓦求的尺寸和材料备料，并在单臂油压机上分别卷制成上、下轴瓦毛坯，再在钳工台上划气割线和铣削线、气割中分面，然后放置在500～550℃的保温炉中，保温2.5～3小时进行热处理，最后在铣床上铣中分面。
②毛坯粗加工
第(1)-①步完成后，将第(1)-①步制备出的上、下轴瓦毛坯焊接在一起形成圆环形，然后先通过车床粗车其内、外表面及左、右端面，后通过铣床半精铣两中分面及中分面两边倒角。
③补缩槽加工
第(1)-②步完成后，对粗加工后的轴瓦毛坯，先用车床车轴瓦毛坯的左、右端面，并在两端面的内侧车补缩槽。补缩槽的轴向宽度为4～6mm、径向深度为4～6mm。
(2)毛坯浇注面的处理
①喷丸处理
第(1)步完成后，通过喷丸机对第(1)步制造出的轴瓦毛坯的内表面进行喷丸处理，喷丸至其出现明显凹坑为止，以便增大浇注接触面，提高浇注面质量。
②清洗
第(2)-①步完成后，对喷丸处理后的推力滑动轴承毛坯，先用工业碱配制成的8-10％NaOH溶液进行洗刷，以除去浇注表面的油污，再用热水冲洗除掉碱质，然后用10％的工业盐酸浸泡3～5分钟，以除去壳体上的锈蚀，最后用热水冲洗除掉酸质。
(3)浇注面搪锡
①预热
第(2)步完成后，将第(2)-③步清洗后的轴瓦毛坯放置在保温炉中进行预热，预热温度为150～200℃，预热时间为20～40分钟，烘干水分。
②搪锡
第(3)-①步完成后，将预热后的轴瓦毛坯的浇注面(即内表面)浸泡在锡锅中，浸泡3～5分钟，对浇注面(即内表面)进行搪锡，搪上一层薄而均匀的锡层，以便浇注巴氏合金。
(4)浇注巴氏合金
①浇注巴氏合金
第(3)步完成后，将第(3)-②步搪锡后的轴瓦毛坯装夹在离心浇注机上，并将熔化的巴氏合金，离心浇注搪锡后的轴瓦毛坯浇注面(即内表面)上。浇注完成后，先在空气中进行自然冷却50～70秒，然后用自来水冷却120～180秒，再在空气中冷却至室温。
②浇注质量检查
第(4)-①步完成后，对第(4)-①步浇注巴氏合金并冷却后的轴瓦毛坯进行浇注质量检查，检查其粘结质量、合金成份、金相、硬度等，浇注质量合格的轴瓦毛坯进入下步工序，以确保工件的质量。
(5)精加工及检查
①轴瓦半精加工
第(4)步完成后，对第(4)-②步检查浇注质量合格的工件，再用车床清理基准端端面后，先粗车内孔的浇注合金面及左、右端面，后半精车内、外表面及左、右端面，再精车外表面，然后在磨床上磨外表面，最后用铣床铣开焊在一起的上、下轴瓦。
②轴瓦精加工
第(5)-①步完成后，对第(5)-①步半精加工后的轴瓦，先用铣床铣中分面、油槽、定位半圆槽、倒角、缺口，后用磨床磨中分面，然后通过负荷检查余面值，最后在镗床上精镗内孔和内表面两边的减簿量，并去除锐边毛刺及锈迹。
③终检
第(5)-②步完成后，对第(5)-②步精加工的轴瓦进行终检，先进行着色探伤检查，再进行电镀前检查，然后电镀锡。最后检验轴瓦厚度、合金层厚度、开口度等尺寸，以保证轴瓦的质量。
本发明采取以上技术方案后，主要有如下效果：
1、由于轴瓦在合金浇注冷却后，合金层因冷却而产生收缩，造成了轴瓦的边缘缺陷，产品合格率较低，需要较大的加工余量。本发明在轴瓦钢背毛坯两端面(1、2)用车床加工了两个补缩槽(5)，使补缩槽(5)以内的合金层较厚，对轴瓦合金层进行补缩，大大降低了轴瓦的边缘缺陷，超声波检查合格率达到95％以上，并减小了加工余量，降低了加工成本。同时它可以使合金层在高倍显微镜下金相组织紧密，不出现疏松缺陷，以及进行着色探伤符合专利公司的标准要求，提高了轴瓦合金层与钢背的粘结强度。
2、本发明在轴瓦钢背的内表面进行了喷丸处理，消除了轴瓦钢背毛坯的内应力，提高了轴瓦的疲劳强度。同时增加了钢背内表面与合金钢的接触面积，提高了结合强度。
3、应用本发明工艺所制造出的轴瓦金相组织紧密，合金层在不蚀刻状态下用显微镜放大100倍以上观察无孔隙，蚀刻后观察组织分布均匀，且90％以上的Cu6Sn5相长度不大于0.10mm，化学成份不存在偏析，符合大功率低速柴油机专利公司的标准；着色探伤合格率达到95％以上，基本解决了边缘缺陷问题；粘结强度高，经大功率低速柴油机专利公司MAN B&W公司的检测，粘结强度绝对值稳定地超过了该公司要求的75N/mm2的粘结强度。机械性能好。应用本发明的制造工艺所制造出的轴瓦已经通过了大功率低速柴油机专利公司MAN B&W公司的认证。
4、本发明方法具有制造简单、产品强度高、质量好、可靠性高、生产成本低等特点。
采用本发明工艺制造出的轴瓦可广泛应用在大型重载机械设备中，特别适用于船用大功率低速柴油机上。
附图说明
图1为本发明的大功率低速柴油机轴瓦的浇铸钢背毛坯结构示意简图；
图2为图1的侧视图；
图3为S70MC主轴瓦合金层在不蚀刻状态下用显微镜放大54倍的金相图；
图4为S70MC主轴瓦合金层在蚀刻状态下用显微镜放大218倍的金相图。
图中：1为左端面，2为右端面，3为内表面，4为外表面，5为补缩槽。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
一种大功率低速柴油轴瓦的制造工艺的具体方法步骤如下：
(1)毛坯制造
①毛坯铸造及热处理
备料：毛坯材料为4C钢，毛坯尺寸为长×宽×高＝1520×325×66mm，再在单臂油压机上分别卷制成上、下轴瓦毛坯，并在钳工台上划气割线和铣削线、气割中分面，然后放置在530℃的保温炉中，保温3小时进行热处理，最后在铣床上铣中分面。
②毛坯粗加工
第(1)-①步完成后，将第(1)-①步制备出的上、下轴瓦毛坯焊接在一起形成圆环形，然后先通过车床粗车其内、外表面3、4及左、右端面1、2，后通过铣床半精铣两中分面及中分面两边倒角。
④补缩槽加工
第(1)-②步完成后，对粗加工后的轴瓦毛坯，先用车床车轴瓦毛坯的左、右端面1、2，并在两端面的内侧车补缩槽5。补缩槽5的轴向宽度为5mm、径向深度为5mm。
(2)毛坯浇注面的处理
②喷丸处理
第(1)步完成后，通过喷丸机对第(1)步制造出的轴瓦毛坯的内表面3进行喷丸处理，喷丸至其出现明显凹坑为止，以便增大浇注接触面，提高浇注面质量.
②清洗
第(2)-①步完成后，对喷丸处理后的推力滑动轴承毛坯，先用工业碱配制成的9％NaOH溶液进行洗刷，以除去浇注表面的油污，再用热水冲洗除掉碱质，然后用10％的工业盐酸浸泡3分钟，以除去壳体上的锈蚀，最后用热水冲洗除掉酸质。
(3)浇注面搪锡
①预热
第(2)步完成后，将第(2)-③步清洗后的轴瓦毛坯放置在保温炉中进行预热，预热温度为150℃、预热时间为40分钟，烘干水分。
②搪锡
第(3)-①步完成后，将预热后的轴瓦毛坯的浇注面(即内表面3)浸泡在锡锅中，浸泡3分钟，对浇注表面(即内表面3)进行搪锡，搪上一层薄而均匀的锡层，以便浇注巴氏合金。
(4)浇注巴氏合金
①浇注巴氏合金
第(3)步完成后，将第(3)-②步搪锡后的轴瓦毛坯装夹在离心浇注机上，并将熔化的巴氏合金，离心浇注搪锡后的轴瓦毛坯浇注面(即内表面3)上。浇注完成后，先在空气中进行自然冷却50秒，然后用自来水冷却180秒，再在空气中冷却至室温；
②浇注质量检查
第(4)-①步完成后，对第(4)-①步浇注巴氏合金并冷却后的轴瓦毛坯进行浇注质量检查，检查其粘结质量、合金成份、金相、硬度等，浇注质量合格的轴瓦毛坯进入下步工序，以确保工件的质量。
(5)精加工及检查
①轴瓦半精加工
第(4)步完成后，对第(4)-②步检查浇注质量合格的工件，再用车床清理基准端端面后，先粗车内孔的浇注合金面及左、右端面1、2，后半精车内、外表面3、4及左、右端面1、2，再精车外表面4，然后在磨床上磨外表面4，最后用铣床铣开焊在一起的上、下轴瓦。
②轴瓦精加工
第(5)-①步完成后，对第(5)-①步半精加工后的轴瓦，先用铣床铣中分面、油槽、定位半圆槽、倒角、缺口，后用磨床磨中分面，然后通过负荷检查余面值，最后在镗床上精镗内孔和内表面两边的减簿量，并去除锐边毛刺及锈迹。
③终检
第(5)-②步完成后，对第(5)-②步精加工的轴瓦进行终检，先进行着色探伤检查，再进行电镀前检查，然后电镀锡。最后检验轴瓦厚度、合金层厚度、开口度等尺寸，以保证轴瓦的质量。
实施例2
一种大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺的具体方法步骤如下：
(1)毛坯制造
同实施例1。特征是：轴瓦毛坯在保温炉中的热处理温度改为500℃、热处理时间为2.7小时。补缩槽5的轴向宽度为4mm、径向深度为4mm。
(2)毛坯浇注面处理
同实施例1。特征是：用工业碱配成8％NaOH溶液进行洗刷，用10％的工业盐酸浸泡4分钟。
(3)浇注面搪锡
同实施例1。特征是：预热温度为170℃，预热时间为30分钟。搪锡时，在锡锅中浸泡4分钟。
(4)浇注巴氏合金
同实施例1。特征是：浇注完成后，空气冷却时间为60秒，自来水冷时间为150秒。
(5)精加工及终检
同实施例1。
实施例3
一种大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺的具体方法步骤如下：
(1)毛坯制造
同实施例1。特征是：轴瓦毛坯在保温炉中的热处理温度改为550℃、热处理时间为2.5小时。补缩槽5的轴向宽度为6mm、径向深度为6mm。
(2)毛坯浇注面处理
同实施例1。特征是：用工业碱配成10％NaOH溶液进行洗刷，用10％的工业盐酸浸泡5分钟。
(3)浇注面搪锡
同实施例1。特征是：预热温度为200℃、预热时间为20分钟。搪锡时，在锡锅中浸泡5分钟。
(4)浇注巴氏合金
同实施例1。特征是：浇注完成后，空气冷却时间为70秒，自来水冷时间为120秒。
(5)精加工及终检
同实施例1。
实验结果
采用本发明的制造工艺所制造出的S70MC型号轴瓦(如实施例1～3)的终检金相组织紧密，如图3所示，合金层在不蚀刻状态下用显微镜放大100倍以上观察无孔隙，如图4所示，蚀刻后观察组织分布均匀，且90％以上的Cu6Sn5相长度不大于0.10mm，化学成份不存在偏析，符合大功率低速柴油机专利公司的标准；着色探伤合格率达到95％以上，基本解决了边缘缺陷问题；粘结强度高，经大功率低速柴油机专利公司MAN B&W公司的检测，如表1所示粘结强度绝对值平均达到112N/mm2，稳定地超过了该公司要求的75N/mm2的粘结强度。经大功率低速柴油机专利公司MAN B&W公司的检测，如表2所示，机械性能好。应用本发明的制造工艺所制造出的轴瓦已经通过了大功率低速柴油机专利公司MAN B&W公司的认证，可以应用在大功率低速柴油机上。
表1 S70MC型号轴瓦的结合强度测试
表2 S70MC型号轴瓦的机械性能测试
| 试样编号 | 抗拉强度(Rm)N/mm2 | 屈服应力(Re)N/mm2 | 伸长率Elongation％ | 收缩率Contraction％ |
| 1 | 442 | 280 | 27 | 55 |
| 2 | 442 | 280 | 27 | 54 |
| X | 442 | 280 | 27 | 54.5 |
注：图纸要求最小屈服应力(Re)为215N/mm2，达到图纸要求。
Claims (4)
1. 一种大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺，其特征在于具体的方法步骤如下：
(1)毛坯制造
①毛坯铸造及热处理
按照轴瓦要求的尺寸和材料备料，并在单臂油压机上分别卷制上、下轴瓦毛坯，再在钳工台上划气割线和铣削线、气割中分面，然后放置在500～550℃的保温炉中，保温2.5～3小时进行热处理，最后在铣床上铣中分面；
②毛坯粗加工
第(1)-①步完成后，将第(1)-①步制备出的上、下轴瓦毛坯焊接在一起形成圆环形，然后先通过车床粗车其内、外表面(3、4)及左、右端面(1、2)，后通过铣床半精铣两中分面及中分面两边倒角；
③补缩槽加工
第(1)-②步完成后，对粗加工后的轴瓦毛坯，先用车床车轴瓦毛坯的左、右端面(1、2)，并在两端面的内侧车补缩槽(5)，补缩槽(5)的轴向宽度为4～6mm、径向深度为4～6mm；
(2)毛坯浇注面的处理
①喷丸处理
第(1)步完成后，通过喷丸机对第(1)步制造出的轴瓦毛坯的内表面(3)进行喷丸处理，喷丸至其出现明显凹坑为止；
②清洗
第(2)-①步完成后，对喷丸处理后的轴瓦毛坯，先用工业碱配制成的8-10％NaOH溶液进行洗刷，再用热水冲洗除掉碱质，然后用10％的工业盐酸浸泡3～5分钟，最后用热水冲洗除掉酸质；
(3)浇注面搪锡
①预热
第(2)步完成后，将第(2)-③步清洗后的轴瓦毛坯放置在保温炉中进行预热，预热温度为150～200℃、预热时间为20～40分钟；
②搪锡
第(3)-①步完成后，将预热后的轴瓦毛坯的浇注面即内表面(3)浸泡在锡锅中，浸泡3～5分钟，对浇注面即内表面(3)进行搪锡，搪上一层薄而均匀的锡层；
(4)浇注巴氏合金
①浇注巴氏合金
第(3)步完成后，将第(3)-②步搪锡后的轴瓦毛坯装夹在离心浇注机上，并将熔化的巴氏合金离心浇注搪锡后的轴瓦毛坯浇注面即内表面(3)上，浇注完成后，先在空气中进行自然冷却50～70秒，然后用自来水冷却120～180秒，再在空气中冷却至室温；
②浇注质量检查
第(4)-①步完成后，对第(4)-①步浇注巴氏合金并冷却后的轴瓦毛坯进行浇注质量检查，检查其粘结质量、合金成份、金相、硬度，浇注质量合格的轴瓦毛坯进入下步工序；
(5)精加工及检查
①轴瓦半精加工
第(4)步完成后，对第(4)-②步检查浇注质量合格的工件，再用车床清理基准端端面后，先粗车内孔的浇注合金面及左、右端面(1、2)，后半精车内、外表面(3、4)及左、右端面(1、2)，再精车外表面(4)，然后在磨床上磨外表面(4)，最后用铣床铣开焊在一起的上、下轴瓦；
②轴瓦精加工
第(5)-①步完成后，对第(5)-①步半精加工后的轴瓦，先用铣床铣中分面、油槽、定位半圆槽、倒角、缺口，后用磨床磨中分面，然后通过负荷检查余面值，最后在镗床上精镗内孔和内表面两边的减簿量，并去除锐边毛刺及锈迹；
③终检
第(5)-②步完成后，对第(5)-②步精加工的轴瓦进行终检，先进行着色探伤检查，再进行电镀前检查，然后电镀锡。最后检验轴瓦厚度、合金层厚度、开口度尺寸。
2. 按照权利要求1所述的大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺，其特征在于轴瓦毛坯材料为4C钢、长×宽×高为1520×325×66mm，保温炉中的热处理温度为530℃、热处理时间为3小时，补缩槽(5)的轴向宽度为5mm、径向深度为5mm，用工业碱配成9％NaOH溶液进行洗刷，用10％的工业盐酸浸泡3分钟，搪锡前预热温度为150℃、预热时间为40分钟，搪锡时，在锡锅中浸泡3分钟，浇注完成后，空气冷却时间为50秒，自来水冷时间为180秒。
3. 按照权利要求1所述的大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺，其特征在于轴瓦毛坯在保温炉中的热处理温度为500℃，热处理时间为2.7小时，补缩槽(5)的轴向宽度为4mm、径向深度为4mm，用工业碱配成8％NaOH溶液进行洗刷，用10％的工业盐酸浸泡4分钟，预热温度为170℃、预热时间为30分钟，搪锡时，在锡锅中浸泡4分钟；浇注完成后，空气冷却时间为60秒，自来水冷时间为150秒。
4. 按照权利要求1所述的大功率低速柴油机轴瓦的制造工艺，其特征在于轴瓦毛坯在保温炉中的热处理温度为550℃、热处理时间为2.5小时，补缩槽(5)的轴向宽度为6mm、径向深度为6mm，用工业碱配成10％NaOH溶液进行洗刷，用10％的工业盐酸浸泡5分钟，预热温度为200℃、预热时间为20分钟，搪锡时，在锡锅中浸泡5分钟；浇注完成后，空气冷却时间为70秒，自来水冷时间为120秒。
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