CN101941064A - 离心法制造金属基复合双金属制品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属基复合双金属制造技术类领域，具体涉及一种离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于包括如下步骤：1)打孔：在金属基内芯上打导流孔；2)预热：将金属基内芯放入模具中，放入电炉中预热；3)渗透复合：在模具内浇铸熔融的复合金属，进行渗透复合；4)离心复合：将模具在离心机上，进行离心复合，直至熔融状态的复合金属变为固态；5)冷却；6)冷却后从模具中取出毛坯，进行后续加工。本发明在金属基内芯上开设多个导流孔，在离心机的作用下，熔融的复合金属由金属基内芯的内圆(或减重孔)经导流孔流向外圆，使复合金属复合离心法变为现实，具有工艺简单、操作方便、可以进行批量生产、质量稳定可靠、降低产品成本的优点。

Description

离心法制造金属基复合双金属制品的方法

技术领域

本发明属于金属基复合双金属制造技术类领域，具体涉及一种离心法制造金属基复合双金属制品的方法。

背景技术

目前，在蜗轮减速机中的蜗轮，以及一些重要的齿轮传动中的齿轮，都常用贵重的减磨材料铜合金来制作，对尺寸较小的蜗轮或齿轮采用整体浇铸式，尺寸较大的蜗轮或齿轮多采用齿圈螺栓连接式或齿圈拼铸式等形式。后两种方法为了保证蜗轮或齿轮的使用强度，就要加厚铜合金齿圈的尺寸，能够节约部分贵重金属，此外螺栓连接要有配合精度要求，拼铸式存在铸造缺陷，往往造成强度下降，安全系数降低，质量难以保证，为此设计人员尝试使用压力浇铸的方法来复合钢基与铜合金。经实验，压力铸造法不能实施于此类产品，其原因如下：

1)压力浇铸最重要的特点是高速高压，其原理是先将铜合金液浇注到压铸机中，再由压铸机压铸到模具中去，由于压铸机的浇注温度的上限为950℃，一旦超过这个温度，会出现很多技术问题，比如设备和模具的强度会发生变化，温度过高，设备和模具会出现变形，在高压下，容易出现安全事故。耐磨铜合金层的熔融温度超过950℃，因此无法利用压力浇铸法来制造。

2)压铸设备复杂，压铸模具造价昂贵，投资大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种加工工艺简单、成本低、质量可靠、节约大量铜合金，并能进行批量生产的离心法制造金属基复合双金属制品的方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)打孔：在金属基内芯上打导流孔；

2)预热：将金属基内芯放入模具中，放入电炉中预热；

3)渗透复合：在模具内浇铸熔融的复合金属，进行渗透复合；

4)离心复合：将模具放在离心机上，进行离心复合，直至熔融状态的复合金属变为固态；

5)冷却；

6)冷却后从模具中取出毛坯，进行后续加工。

作为本发明的一个优选方案：所述导流孔贯通金属基内芯的外圆和内圆。

作为本发明的一个优选方案：所述金属基内芯上设有减重孔，所述导流孔贯通金属基内芯的外圆和减重孔。

作为本发明的一个优选方案：导流孔的数量为3～200个，导流孔的直径为2mm～300mm。

作为本发明的一个优选方案：预热温度为380℃～480℃，预热时间为30分钟～120分钟。

作为本发明的一个优选方案：渗透复合时，电炉的温度要使复合金属处于熔融状态，渗透复合的时间为45分钟～120分钟。

作为本发明的一个优选方案：离心复合时，离心机的转速为354转/分～3000转/分，时间为0.5分钟～120分钟。

本发明的工作原理如下：

用工艺指定的金属加工成所需要的金属基内芯，并留出复合金属的余量，在金属基内芯上加工多个导流孔，将金属基内芯放入模具中预热，再将熔融的复合金属浇铸在模具中，经过一段时间的保温，就形成了双金属相互渗透的作用，然后将模具放入离心机中，进行离心复合，熔融的复合金属经过离心的作用力，通过导流孔向金属基内芯的外圆流出，由于模具的限制，熔融的复合金属只能在金属基内芯外圆形成一层致密的复合金属层，离心直至熔融的复合金属变为固态后，导流孔内的复合金属就形成为金属销，金属销把金属基内芯外圆的复合金属和金属基内芯更紧密的联在一起。

本发明在金属基内芯上开设多个导流孔，在离心机的作用下，熔融的复合金属由金属基内芯的内圆(或减重孔)经导流孔流向外圆，使复合金属复合离心法变为现实，具有工艺简单、操作方便、可以进行批量生产、质量稳定可靠、降低产品成本的优点。本发明的金属基内芯的导流孔中的复合金属冷却后变为金属销，把金属基内芯外圆的复合金属和金属基内芯之间更紧密的联在一起，这样就更提高了复合强度。经离心后的复合金属没有气孔、砂眼、疏松等铸造缺陷，并提高了复合金属的密实度，增强了复合金属的耐磨性等综合性能。

具体实施方式

实施例1

下面是制作阀门电动执行器中的小齿轮为例说明本实施例。

该齿轮的直径为￠45mm，内径￠12mm，厚度为10mm，齿高2mm，原先齿轮全部采用铜合金ZHA166-6-3-2，成本高。

使用本发明所述的方法制造上述齿轮，其步骤如下：

1)在￠32mm的碳钢材质的内芯上打3个￠2mm的导流孔，所述导流孔贯通内芯的外圆和内圆；

2)将内芯放入模具中，放入电炉中预热，预热温度为380℃～390℃，预热时间为30分钟；

3)在模具内浇铸熔融状态的铜合金ZHA166-6-3-2，温度为1080℃，将浇铸完毕的模具放入电炉中进行渗透复合，电炉的温度为1050℃，渗透复合的时间为45分钟。

4)将模具放在离心机上，根据工件的重力倍数和铸件的内半径，计算出离心机的转速，上述转速按照《机械工程手册》表39-6-54取重力倍数为180，内半径为1.6cm，由下述公式

算出，离心机的转速为2990转/分≈3000转/分，启动离心机对模具进行离心旋转，直至熔融的铜合金ZHA166-6-3-2变为固态，离心时间优选0.5分钟。

5)离心完毕后将模具从离心机上取下，自然冷却；

6)冷却后从模具中取出钢铜复合毛坯，进行后续加工。

由于内芯上开由3个供熔融铜合金流动的导流孔，在离心操作中，导流孔内的铜合金冷却成固态后就形成了3个铜销，将复合铜合金层和内芯联成了一个整体，增强了复合铜合金层与内芯之间的结合强度。

由天津市机电工业金属材料检测中心的检测报告证明，采用本发明的方法制得的齿轮，其复合铜合金的抗拉强度为700Mpa，硬度HB232，性能远高于GB1176-74同牌号的铜合金(抗拉强度637，硬度HB160)，使用本发明制得的齿轮由于其内芯采用碳钢，仅外层复合铜合金ZHA166-6-3-2，因此成本大大降低。

实施例2

下面以核电站核岛内冷却水滤芯提拉装置中的蜗轮为例说明本实施例。

该蜗轮直径为￠95mm，内径为￠45mm，厚度为40mm，原有技术是全部采用铜合金ZHA166-6-3-2来整体铸造。

使用本发明所述的方法制造上述蜗轮，其步骤如下：

1)在￠70mm的碳钢材质的内芯上打6个￠8mm的导流孔，所述导流孔贯通内芯的外圆和内圆；

2)将内芯放入模具中，放入电炉中预热，预热温度为400℃～420℃，预热时间为40～50分钟；

3)在模具内浇铸熔融状态的铜合金ZHA166-6-3-2，温度为1080℃，将浇铸完毕的模具放入电炉中进行渗透复合，电炉的温度为1050℃，渗透复合的时间为60分钟。

4)将模具放在离心机上，根据工件的重力倍数和铸件的内半径，计算出离心机的转速，上述转速按照《机械工程手册》表39-6-54取重力倍数为70，内半径为3.5cm，由下述公式

算出，离心机的转速为1337转/分，启动离心机对模具进行离心旋转，直至熔融的铜合金ZHA166-6-3-2变为固态，离心时间优选5分钟。

5)离心完毕后将模具从离心机上取下，自然冷却；

6)冷却后从模具中取出钢铜复合毛坯，进行后续加工。

由于内芯上开由6个供熔融铜合金流动的导流孔，在离心操作中，导流孔内的铜合金冷却形成固态后就形成了6个铜销，将复合铜合金层和内芯联成了一个整体，增强了复合铜合金层与内芯之间的结合强度。

由天津市机电工业金属材料检测中心的检测报告证明，采用本发明的方法制得的齿轮，其复合铜合金的抗拉强度为700Mpa，硬度HB232，其性能要远高于GB1176-74同牌号的铜合金(抗拉强度637，硬度HB160)，使用本发明制得的蜗轮由于其内芯采用碳钢，仅外层复合铜合金ZHA166-6-3-2，因此成本大大降低。

实施例3

下面以大型海轮上使用的蜗轮减速机的蜗轮为例说明本实施例。

该蜗轮直径为￠1200mm，由于其过于巨大，因此在蜗轮上设有均布的10个减重孔，10个减重孔所围的最大直径为￠800mm，厚度为300mm。

使用本发明所述的方法制造上述蜗轮，其步骤如下：

1)在￠1000mm的内芯上打6个￠200mm的导流孔(或200个￠10mm的导流孔)，所述导流孔贯通内芯外圆和减重孔，内芯的材质为铸铁HT20-40或20号碳钢；

2)将内芯放入模具中，放入电炉中预热，预热温度为450℃～480℃，预热时间为120分钟；

3)在模具内浇铸熔融状态的铜合金QAL9-4，温度为1200℃，将浇铸完毕的模具放入电炉中进行渗透复合，电炉的温度为1200℃，渗透复合的时间为120分钟。

4)将模具放在离心机上，根据工件的重力倍数和铸件的内半径，计算出离心机的转速，上述转速按照《机械工程手册》表39-6-54取重力倍数为70，内半径为50cm，由下述公式

算出，离心机的转速为354转约等于350转/分，启动离心机对模具进行离心旋转，直至熔融的铜合金QAL9-4变为固态，离心时间优选120分钟。

5)离心完毕后将模具从离心机上取下，自然冷却；

6)冷却后从模具中取出钢铜复合毛坯，进行后续加工。

由于内芯上开由6个(或200个)供熔融铜合金流动的导流孔，在离心操作中，导流孔内的铜合金冷却形成固态后就形成了6个(或200个)铜销，将复合铜合金层和内芯联成了一个整体，增强了复合铜合金层与内芯之间的结合强度。

本发明不局限于以上实施例，本发明还可以应用于制造其他种类的金属基复合双金属制品。

Claims (7)

1.一种离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)打孔：在金属基内芯上打导流孔；

2)预热：将金属基内芯放入模具中，放入电炉中预热；

3)渗透复合：在模具内浇铸熔融的复合金属，进行渗透复合；

4)离心复合：将模具放在离心机上，进行离心复合，直至熔融状态的复合金属变为固态；

5)冷却；

6)冷却后从模具中取出毛坯，进行后续加工。

2.根据权利要求1所述的离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于所述导流孔贯通金属基内芯的外圆和内圆。

3.根据权利要求1所述的离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于所述金属基内芯上设有减重孔，所述导流孔贯通金属基内芯的外圆和减重孔。

4.根据权利要求1所述的离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于导流孔的数量为3～200个，导流孔的直径为2mm～300mm。

5.根据权利要求1所述的离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于预热温度为380℃～480℃，预热时间为30分钟～120分钟。

6.根据权利要求1所述的离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于渗透复合时，电炉的温度要使复合金属处于熔融状态，渗透复合的时间为45分钟～120分钟。

7.根据权利要求1所述的离心法制造金属基复合双金属制品的方法，其特征在于离心复合时，离心机的转速为354转/分～3000转/分，时间为0.5分钟～120分钟。