CN102996636B - 一种钢铜复合轴套及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢铜复合轴套，包括钢套和铜合金层，在钢套和铜合金层之间为钢铜分子复合层，铜合金层厚度为2-3mm。制造方法如下：（1）、钢套的一端焊接密封端板，成桶状；（2）、除去钢套内壁的污垢和氧化皮；（3）、刷涂水硼砂，加入铜合金料和除气料，在钢套的另一端焊接出气端板；（4）、装入熔炼炉内升温熔炼，保温，出炉；（5）、装入离心铸造机，开机提速至规定转速，同时对钢铜套表面进行强制冷却，至钢套表面发黑，关闭；（6）、后序加工。铜合金层是现有技术铜合金的三分之一左右，节约很多铜材料成本。运用铜合金本身的热能，结合焊接工艺和离心铸造，使两种性能完全不同的材料分子结合在一起，发挥性能优势。

Description

一种钢铜复合轴套及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢铜复合轴套及其制造方法。

背景技术

铜合金轴套是一个机械滑动部位连接套，要求轴套有足够的抗磨耐磨性能，对于轴套有实际耐磨使用意义的材料只要内孔壁约为1mm厚度的铜合金层，但由于铜合金材料基体较软，容易变形，金加工时无法保证其加工尺寸精度和型位公差要求，所以现在所使用的铜合金轴套的壁厚基本上在轴套外径的8-10%左右，在很大程度上将铜合金材料作为垫背所用。现有很多钢铜复合轴套采用的是公差配合、热胀冷缩的工艺将钢铜材料复合，还有的是采用钢带烧结铜粉后进行弯制拼接。但以上两者都存在不同程度的缺陷，如前者采用公差配合、热胀冷缩工艺复合的产品经长期使用，会导致摩擦热膨胀，使铜套层与钢套层脱离，使用寿命很短且难以保证使用精度。后者由于是弯制成型，固难以保证其要求的使用尺寸公差和型位公差，对整机使用明显造成配合隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结合牢固的钢铜复合轴套，以及该复合轴套的制造方法。

本发明的技术方案：

钢铜复合轴套，包括作为外圈的钢套和作为内圈的铜合金层，在所述的钢套和铜合金层之间为钢铜分子复合层，所述的铜合金层厚度为2-3mm。

上述钢铜复合轴套的制备方法包括如下步骤：

（1）、钢坯加工，在按要求加工好的钢套的一端焊接一块密封端板，钢套与该密封端板形成桶状；

（2）、对加工后的钢坯进行表面处理，除去钢套内壁的污垢和氧化皮；

（3）、先在钢套内壁及密封端板内侧表面先刷涂水硼砂，再在该桶状的钢套内加入铜合金料和除气料，在钢套的另一端焊接一块带出气孔的出气端板；

（4）、将步骤（3）所得的钢铜套装入熔炼炉内升温熔炼，待炉内温度和钢铜套内温度恒定后，保温，出炉。

（5）、将出炉的钢铜套装入离心铸造机，开机提速至规定转速，在开机提速的同时对钢铜套表面进行强制冷却，至钢套表面发黑若干时间后，关闭冷却和离心铸造机。

（6）、根据产品要求进行后序加工。

进一步地，步骤（1）所述密封端板直径以及步骤（3）所述出气端板外径跟钢套外径一致，在该密封端板和出气端板一侧的外圆周上预设有倒角，密封端板、出气端板在各自的倒角处与钢套焊接。

进一步地，步骤（2）所述表面处理依次包括对钢坯进行酸洗、碱洗中和及淡水清洗。

进一步地，步骤（3）所述除气料为纯木炭。

进一步地，步骤（4）中，熔炼炉加热升温至1200°C±10°C，待炉内温度和钢铜套内温度恒定后，保温15分钟，且加热升温至工件出炉的时间控制在70分钟以内。

进一步地，步骤（5）所述离心机在开机启动后控制在2秒钟内提速至规定速度。

进一步地，步骤（5）所述强制冷却采用27°C以下水雾喷洒，至钢套表面发黑3分钟后关闭。

进一步地，步骤（5）中控制钢铜套的钢套外径的线速度为1000-1150m/s

本发明的钢铜复合轴套，其总体的80%左右采用了钢基材料，20%左右采用了铜合金材料，铜合金层是现有技术铜合金的三分之一左右，从材料方面可以节省约70%的成本，从使用性能方面可以有钢套的强度又有铜合金套的抗磨耐磨性能，结合了两者之优势独显产品的优越性。

由于钢与铜合金的热膨胀系数差距较大，且铜合金必须在高温液态下进行浇注，高温的铜合金在凝固期间的热收缩会很大，本发明优点在于合理运用了铜合金本身的热能，结合了焊接工艺以离心铸造的方式，使两种性能完全不同的材料结合在一起，发挥两者的性能优势，使所制得的钢铜复合轴套性能达到了预期要求，尤其是在开机提速的同时对钢铜套表面进行强制冷却保证钢套与铜合金快速冷却而使两种材料紧密的分子结合。

附图说明

图1是本发明钢铜复合轴套的结构示意图；

图2是钢铜分子复合层的扫描电子显微镜分析报告示意图；

图3是钢套两端分别焊接密封端板以及出气端板后的示意图；

图4是图3侧向剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施例1：

本发明的钢铜复合轴套，包括作为外圈的钢套1和作为内圈的铜合金层2，在所述的钢套1和铜合金层2之间为钢铜分子复合层3，所述的铜合金层2厚度为2-3mm。钢铜分子复合层3达到了分子紧密结合，如图2所示。

该钢铜复合轴套通过下述方法制造，其具体制造步骤为：

（1）、钢坯加工，

先按照钢套外径放2-4mm余量，内径根据设计好的钢坯尺寸加工，长度放4mm余量；

再取两块端板，厚度12-20mm（根据产品规格大小选用不同厚度的端板）且每块端板的外径与钢套外径一致，在端板的一侧外周上倒角6×45°作焊缝填补使用，其中一块端板为密封端板4，焊接在钢套的一端，使钢套与该密封端板4形成桶状；另一块端板为出气端板5，平面中心打直径6mm的通孔作为熔炼时的出气孔6，该出气端板5备用；

（2）、对加工后的钢坯进行表面处理，即依次进行酸洗、碱洗中和及淡水清洗，除去钢套内壁的污垢和氧化皮；

（3）、对钢套内壁及密封端板4内侧表面先刷涂水硼砂，然后在该桶状的钢套内加入铜合金料（根据不同要求配方不同）和除气料（采用纯木炭），在钢套的另一端焊接出气端板5；

（4）、将步骤（3）所得的钢套装入熔炼炉内升温熔炼，使铜合金料熔化，铜合金料熔化后继续升温，并在1200°C±10°C下保温15分钟，保证内部温度的均匀性（此时钢套呈亮红色，铜合金为液态），整个熔炼过程（也就是从升温开始起算，至工件出炉为止的过程）则控制在70分钟以内，准备出炉；

（5）、将熔炼完成的钢铜套出炉，装入离心铸造机上，并且对钢铜套进行两头固定，防止钢铜套在离心运动中摇晃，从而使得铜合金材料与钢套之间结合更加均匀、牢固，放置好后，开机提速，并在2秒内提速至规定转速（根据产品大小不同选择不同转速，一般铸件的线速度为1000-1150m/s），在开机提速的同时对钢铜套表面进行强制冷却，强制冷却采用27°C以下水雾喷洒，直至钢套表面发黑3分钟后才可关闭，以保证钢套与铜合金快速冷却而使两种材料紧密分子结合；

（6）、根据产品要求进行后序加工。

Claims (3)

1.一种钢铜复合轴套的制造方法, 包括作为外圈的钢套（1）和作为内圈的铜合金层（2），所述的钢套（1）和铜合金层（2）之间为钢铜分子复合层（3），所述的铜合金层（2）厚度为2-3mm,其特征在于该制造方法包括如下步骤：

（1）、钢坯加工，在按要求加工好的钢套的一端焊接一块密封端板，钢套与该密封端板形成桶状；

（2）、对加工后的钢坯进行表面处理，除去钢套内壁的污垢和氧化皮；

（3）、先在钢套内壁及密封端板内侧表面先刷涂水硼砂，再在该桶状的钢套内加入铜合金料和除气料，所述除气料为纯木炭,在钢套的另一端焊接一块带出气孔的出气端板；

（4）、将步骤（3）所得的钢铜套装入熔炼炉内升温熔炼，熔炼炉加热升温至1200°C±10°C，待炉内温度和钢铜套内温度恒定后，保温15分钟，且加热升温至工件出炉的时间控制在70分钟以内；

（5）、将出炉的钢铜套装入离心铸造机，开机启动后控制在2秒钟内提速至规定速度，在开机提速的同时对钢铜套表面进行强制冷却，强制冷却采用27°C以下水雾喷洒，至钢套表面发黑3分钟后关闭，控制钢铜套的钢套外径的线速度为1000-1150m/s，钢铜套的两头均固定在离心铸造机内，关闭冷却和离心铸造机；

（6）、根据产品要求进行后序加工。

2.根据权利要求1所述的钢铜复合轴套的制造方法，其特征在于：步骤（1）所述密封端板直径以及步骤（3）所述出气端板外径跟钢套外径一致，在该密封端板和出气端板一侧的外圆周上预设有倒角，密封端板、出气端板在各自的倒角处与钢套焊接。

3.根据权利要求2所述的钢铜复合轴套的制造方法,其特征在于：步骤（2）所述表面处理依次包括对钢坯进行酸洗、碱洗中和及淡水清洗。