CN102601583B - 滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法及其模具 - Google Patents

滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法及其模具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法及其模具，先计算尺寸并取一段符合要求的无缝钢管，将该钢管置于摆辗机的移动模中进行摆辗翻边，翻制时移动模上移进给，偏心摆角为1.5°～5°的倒锥型圆柱模旋转着进入无缝钢管内孔，使锥体模从局部接触管端施压变形开始到连续旋转积累致整个圆管周端变形，辗翻成平面圆环，不经切削净成形为带平面圆环法兰套筒的钢衬背；再经砂光、除尘、清洁；布敷薄层铜合金粉末后烧结；二次摆动辗压；二次合金化烧结制成。本发明能无损耗、近净成形地制造滑动轴承双金属止推轴套，能提高金属材料的利用率，具有无损耗，近净成形，加工工序少、生产效率高、制造成本低、产品质量好、使用寿命长和产品再生性强的优点。

Description

滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法及其模具
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法及其模具。
背景技术
滑动轴承双金属止推轴套。即向心止推滑动轴承，径向加止推一体滑动轴承，又称翻边(或称带平面圆环的)止推轴套，其同时承受径向和轴向载荷。是在各种转动机器上最普通和最重要的零配件之一，在机械制造工业中使用广泛。
滑动轴承双金属止推轴套是在一端带翻边的圆环筒形钢衬背上的内壁及翻边上端均匀复合铜合金制成。双金属止推轴套复合铜合金的制造方法有两种：一种是在圆环筒形钢衬背内壁和钢环上端面(经焊接成型后)浇铸铜合金后经切削加工后制成；另一种是在钢板上烧结铜合金，制成双金属板材或卷带材，再用板材或卷带材，卷制成套筒和用板材或卷带材冲裁成止推圆环，再把套筒、止推圆环两者经摩擦焊加工结合成该止推轴套后经切削加工制成。由于用烧结技术生产的滑动轴承双金属止推轴套比用浇铸法更为节省设备和投资，节材、节能，已经成为现有的主流制造技术。
但是，就是这项主流制造技术，其材料利用率，仍然很低，其材料的利用率只有40～50％。以履带式工程机械上使用的双金属止推轴套为例，其在支重轮、托链轮、引导轮，驱动轮等部件上的使用最为典型，用量为24～28件/辆不等，国内年用量达数千万件之多，每年就有数百万吨的材料被浪费掉。
上个世纪以来，各国业内一直在为制造翻边轴套如节能、节材合理利用金属资源上下大功夫，但是，一直没能够达到最佳的节能、节材目标。如：1970年美国专利US3,624,881，发明了惯性摩擦焊，目的之一，是为节省用电，但材料没省，工艺未变；日本的一家企业为节省铜合金，采用在冲制的钢环上布粉，烧结后用大吨位冲床致密铜合金，再将其焊在圆环的钢衬层上。材料利用率提高了，但工艺复杂，还要用800吨冲床，又加大了设备和成本投入的增加。中国，1990年专利ZL90107116材料利用较为合理，是用双金属板卷制成轴套，摆辗翻边，可是制成的止推环(即钢环作为该轴套用翻边)有个三角缺口没被市场接受。
快速、直接、无切削(即净形Net Shape)或少切削(即近净形Near Net Shape)加工，一直是机械工业追求的目标。我国从“八五”“九五”“十五”“十一五”“十二五”计划中一直被列为国家科技重点支撑和优先发展的技术项目。近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。它是建立在新材料、新能源、机电一体化、精密模具技术、计算机技术、自动化技术、数值分析和模拟技术等多学科高新技术成果基础上，改造了传统的毛坯成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本的成形技术。它使得成形的机械构件具有精确的外形、高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度。该项技术包括近净形铸造成形、精确塑性成形、精确连接、精密热处理改性、表面改性、高精度模具等专业领域，并且是新工艺、新装备、新材料以及各项新技术成果的综合集成技术。从七十年代以来，各工业发达国家政府与工业界对近净成形技术投入了大量资金和人力，使这项技术得到很快发展，由于这项技术对市场竞争能力的突出贡献，被美国、日本政府和企业列为九十年代影响竞争能力的关键技术，其产值增长幅度也远高于制造业产值增长幅度。而我国上述技术总体水平要比国外落后15～25年，且少有上述技术在实践中应用。
正如前所述，滑动轴承双金属止推轴套的制造工艺是首先制出双金属板材或卷带材，将双金属板块的或卷带的材料经冲裁、切削等加工后制成滑动轴承止推环。用板块或卷带的材料加工成滑动轴承双金属止推轴套，滑动轴承止推环的圆环四周和圆环内孔中的材料都要被去除，其材料的平均利用率仅有40％～65％，材料浪费太大，制造成本高，对有色金属和钢材资源的耗费已经不适合中国和其它要建设资源节约型社会国家的要求。这种制造技术现在已属于低端制造模式，不是净形或近净形成形的先进技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法及其模具，该方法能无损耗、近净成形地制造滑动轴承双金属止推轴套，能提高金属材料的利用率，具有无损耗，近净成形，加工工序少、生产效率高、制造成本低、产品质量好、使用寿命长和产品再生性强的优点，该模具设计合理，结构简单。
为此，本发明的近净成形制造方法由以下步骤构成：
(1)先计算尺寸并取一段符合要求的无缝钢管，将该钢管置于摆辗机的移动模中进行摆辗翻边，翻制时移动模上移进给，偏心摆角为1.5°～5°的倒锥型圆柱模旋转着进入无缝钢管内孔，使锥体模从局部接触管端施压变形开始到连续旋转积累致整个圆管周端变形，辗翻成平面圆环，不经切削净成形为带平面圆环法兰套筒的钢衬背；
(2)将该钢衬背的内壁和平面圆环上端面经砂光、除尘、清洁处理之后，在该钢衬背内放入工艺性芯轴，在该芯轴与该钢衬背内壁的设计间隙中和平面圆环的上端面松散放入和布敷上一薄层铜合金粉末，一起送入有保护气氛的烧结炉中进行成形烧结，制成钢-多孔铜合金双金属止推轴套零件型坯；
(3)把钢-多孔铜合金双金属止推轴套零件型坯，置于竖式具有轴向、径向两功能的摆辗机旋转模腔的移动模的夹具内，摆辗机摆头启动带动锥体模与该零件型坯平面圆环上的松散烧结铜合金层接触，移动模启动，油缸内上移的柱塞驱使移动模上移进给，上摆动的倒锥型圆柱模进入该零件型坯的内孔，继续上移，上到锥体模与平面圆环的松散烧结铜合金层从局部接触辗压到整个平面圆环上的松散烧结铜合金层被辗压致密。
(4)让移动模下行离开与锥体模的接触，离开后，驱动移动模水平方向径向进给，使该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层向机床中心轴线进给，贴靠倒锥型圆柱模，以实现倒锥型圆柱模对该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层的径向摆辗施压致密；
(5)再将致密后的该零件型坯放进烧结炉中进行第二次合金化烧结；
(6)再经过钻油孔、锐边倒角，制成近净成形的滑动轴承双金属止推轴套。
所述的步骤(2)中送入有保护气氛的烧结炉中进行成形烧结，烧结温度780～880℃，时间10～30分钟。所述的步骤(6)中第二次合金化烧结，750～850℃，时间10～20分钟。所述的摆辗机的压力为100～160T。所述的清洁处理中所使用的清洗液为碱液。
一种实现近净成形制造方法的模具，所述的模具包括由摆辗机带动的；
锥体模，用于配合倒锥型圆柱模对无缝钢管端面辗翻成平面圆环和对平面圆环上端的松散烧结铜合金层辗压致密，锥体模位于摆辗机摆头下端，呈圆环状倒锥体形，锥体模下端一边斜面与水平面夹角为1.5°～5°；
倒锥型圆柱模，用于对该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层的径向摆辗施压致密，倒锥型圆柱模呈倒锥体柱形，倒锥型圆柱模上端与锥体模下端中部固接，倒锥型圆柱模的锥度为1.5°～5°；
移动模，用于夹持、带动零件型坯运动，移动模移动在锥体模和倒锥型圆柱模辗压范围内。
所述的锥体模呈圆环状倒锥体形，其直径大于滑动轴承双金属止推轴套上端圆环外径。
上述方法实现了本发明的目的。
本发明能无损耗、近净成形地制造汽车滑动轴承止推环，能提高金属材料的利用率，具有无损耗，近净成形，加工工序少、生产效率高、制造成本低和产品质量好的优点。
本发明的具体优点是：
(1)本发明的方法最大优点是在制造过程中，几乎没有废料产生(除钻孔、倒锐角的料外)，材料利用率高，按要求的规格尺寸制作，钢和铜合金的利用率接近百分之百，可大量节省耗材、环保节能效果显著，制造成本低。
(2)本发明的方法生产效率高、加工工序少、节省了模具及工艺装备，使用设备少、占地面积小，制造成本低。方法能提高金属材料特别是有色金属材料的利用率，具有节省加工工序、生产效率高、减少制造设备和人工成本。
(3)本发明的方法制出滑动轴承双金属止推轴套无焊接口，强度高，使用寿命较传统方法制出的同类产品长2～5倍。且产品再生性强，旧产品可经本发明的方法可反复再生翻新使用，节省耗材、环保节能效果显著。
附图说明
图1为本发明的滑动轴承双金属止推轴套的结构示意图。
图2为本发明的滑动轴承双金属止推轴套的的俯视结构示意图。
图3为本发明的摆动辗压原理示意图。
具体实施方案
如图1至图3所示，一种滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法是：
(1)先计算尺寸并取一段符合要求的无缝钢管，将该钢管置于摆辗机的移动模6中进行摆辗翻边，移动模位于摆辗机的摆辗机摆头7下端的旋转模腔内，该钢管由移动模内的夹具夹持固定，翻制时移动模上移进给，偏心摆角为1.5°～5°的倒锥型圆柱模5旋转着进入无缝钢管内孔，使锥体模4从局部接触管端施压变形开始到连续旋转积累致整个圆管周端变形，辗翻成平面圆环1，不经切削净成形为带平面圆环法兰套筒的钢衬背3。
(2)将该钢衬背的内壁和平面圆环上端面经砂光、除尘、清洁处理之后，在该钢衬背内放入工艺性芯轴，在该芯轴与该钢衬背内壁的设计间隙中和平面圆环的上端面松散放入和布敷上一薄层铜合金粉末，一起送入有保护气氛的烧结炉中进行成形烧结，制成钢-多孔铜合金双金属止推轴套零件型坯。
(3)把钢-多孔铜合金双金属止推轴套零件型坯，置于竖式具有轴向、径向两功能的摆辗机旋转模腔的移动模的夹具内，摆辗机摆头启动带动锥体模与该零件型坯平面圆环上的松散烧结铜合金层21接触，移动模启动，油缸内上移的柱塞驱使移动模上移进给，上摆动的倒锥型圆柱模进入该零件型坯的内孔，继续上移，上到锥体模与平面圆环的松散烧结铜合金层从局部接触辗压到整个平面圆环上的松散烧结铜合金层被辗压致密。
(4)让移动模下行离开与锥体模的接触，离开后，驱动移动模水平方向径向进给，使该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层向机床中心轴线进给，贴靠倒锥型圆柱模，以实现倒锥型圆柱模对该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层的径向摆辗施压致密，形成在一端带翻边的圆环筒形钢衬背上的内壁及翻边上端均匀复合铜合金层2。
(5)再将致密后的该零件型坯放进烧结炉中进行第二次合金化烧结；
(6)再经过钻油孔、锐边倒角，制成近净成形的滑动轴承双金属止推轴套。
所述的步骤(2)中送入有保护气氛的烧结炉中进行成形烧结，烧结温度780～880℃，时间10～30分钟。所述的步骤(6)中第二次合金化烧结，750～850℃，时间10～20分钟。保护气氛的组成是氮气25％、氢气75％。
所述的摆辗机的压力为100～160T。所述的清洁处理中所使用的清洗液为碱液。
所述的模具包括由摆辗机带动的：
锥体模，用于配合倒锥型圆柱模对无缝钢管端面辗翻成平面圆环和对平面圆环上端的松散烧结铜合金层辗压致密，锥体模位于摆辗机摆头7下端，呈圆环状倒锥体形，锥体模下端一边斜面与水平面夹角为1.5°～5°；
倒锥型圆柱模，用于对该零件型坯筒形圆管内壁的松散烧结铜合金层的径向摆辗施压致密，倒锥型圆柱模呈倒锥体柱形，倒锥型圆柱模上端与锥体模下端中部固接，倒锥型圆柱模的锥度为1.5°～5°；
移动模，用于夹持、带动零件型坯运动，移动模移动在锥体模和倒锥型圆柱模辗压范围内。
所述的锥体模呈圆环状倒锥体形，其直径大于滑动轴承双金属止推轴套上端圆环外径。
摆辗机为具有轴向、径向两功能的摆辗机，为市场已有产品。摆辗机传动结构和移动模带动移动模运动结构为传统结构，故不再累述。
总之，本发明能无损耗、近净成形地制造滑动轴承双金属止推轴套，能提高金属材料的利用率，具有无损耗，近净成形，加工工序少、生产效率高、制造成本低、产品质量好、使用寿命长和产品再生性强的优点，该模具设计合理，结构简单。

Claims (7)

1.一种滑动轴承双金属止推轴套的近净成形制造方法，其特征在于该制造方法是由以下步骤构成： 
(1)先计算尺寸并取一段符合要求的无缝钢管，将该钢管置于摆辗机的移动模中进行摆辗翻边，翻制时移动模上移进给，偏心摆角为1.5°～5°的倒锥型圆柱模旋转着进入无缝钢管内孔，使锥体模从局部接触管端施压变形开始到连续旋转积累致整个圆管周端变形，辗翻成平面圆环，不经切削净成形为带平面圆环法兰套筒的钢衬背； 
(2)将该钢衬背的内壁和平面圆环上端面经砂光、除尘、清洁处理之后，在该钢衬背内放入工艺性芯轴，在该芯轴与该钢衬背内壁的设计间隙中和平面圆环的上端面松散放入和布敷上一薄层铜合金粉末，一起送入有保护气氛的烧结炉中进行成形烧结，制成钢-多孔铜合金双金属止推轴套零件型坯； 
(3)把钢一多孔铜合金双金属止推轴套零件型坯，置于竖式具有轴向、径向两功能的摆辗机旋转模腔的移动模的夹具内，摆辗机摆头启动带动锥体模与该零件型坯平面圆环上的松散烧结铜合金层接触，移动模启动，油缸内上移的柱塞驱使移动模上移进给，上摆动的倒锥型圆柱模进入该零件型坯的内孔，继续上移，上到锥体模与平面圆环的松散烧结铜合金层从局部接触辗压到整个平面圆环上的松散烧结铜合金层被辗压致密； 
(4)让移动模下行离开与锥体模的接触，离开后，驱动移动模水平方向径向进给，使该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层向机床中心轴线进给，贴靠倒锥型圆柱模，以实现倒锥型圆柱模对该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层的径向摆辗施压致密； 
(5)再将致密后的该零件型坯放进烧结炉中进行第二次合金化烧结； 
(6)再经过钻油孔、锐边倒角，制成近净成形的滑动轴承双金属止推轴套。 
2.按权利要求1所述的近净成形制造方法，其特征在于：所述的步骤(2)中送入有保护气氛的烧结炉中进行成形烧结，烧结温度780～880℃，时间10～30分钟。 
3.按权利要求1所述的近净成形制造方法，其特征在于：所述的步骤(5)中第二次合金化烧结，750～850℃，时间10～20分钟。 
4.按权利要求1所述的近净成形制造方法，其特征在于：所述的摆辗机的压力为100～160T。 
5.按权利要求1所述的近净成形制造方法，其特征在于：所述的清洁处理中所使用的清洗液为碱液。 
6.一种实现权利要求1所述的近净成形制造方法的模具，其特征在于：所述的模具包括由摆辗机带动的： 
锥体模，用于配合倒锥型圆柱模对无缝钢管端面辗翻成平面圆环和对平面圆环上端的松散烧结铜合金层辗压致密，锥体模位于摆辗机摆头下端，呈圆环状倒锥体形，锥体模下端一边斜面与水平面夹角为1.5°～5°； 
倒锥型圆柱模，用于对该零件型坯内壁的松散烧结铜合金层的径向摆辗施压致密，倒锥型圆柱模呈倒锥体柱形，倒锥型圆柱模上端与锥体模下端中部固接，倒锥型圆柱模的锥度为1.5°～5°； 
移动模，用于夹持、带动零件型坯运动，移动模移动在锥体模和倒锥型圆柱模辗压范围内。 
7.按权利要求6所述的模具，其特征在于：所述的锥体模呈圆环状倒锥体形，其直径大于滑动轴承双金属止推轴套上端圆环外径。 
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