CN103710574A - 一种缝纫机用蜗杆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缝纫机用蜗杆及其制备方法,该蜗杆的材料是由以下重量百分比的成分组成的变质锌合金：铝3.80-4.00%，镁0.01-0.04%，铜0.80-1.00%，铈0.10-0.15%，镧0.05-0.15%，铁不大于0.02%，铅不大于0.002%，镉不大于0.002%，锡不大于0.0008%，余量为锌。其制备方法是先将铝、锌、铜加热熔化，再压入镁进行熔化、扒渣，然后压入稀土铈和镧进行变质处理，之后将金属液进行冲压压铸，后处理得到蜗旋面光滑的缝纫机用蜗杆。本发明制得的缝纫机用蜗杆硬度、强度、冲击性能、延伸率、耐磨性、耐腐蚀性等综合性能较好，使用寿命长；而且制备方法简单、质量稳定。

Description

一种缝纫机用蜗杆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种蜗杆及其制备方法，尤其涉及一种缝纫机用蜗杆及其制备方法，属于机械技术领域。

背景技术

缝纫机用蜗杆是缝纫机重要零配件，常用的蜗杆主要选取钢为原料，由自动车床车削而成，加工制造工艺麻烦且不良率高，成本无法降低。目前，业界人士逐渐采用锌合金为原料，通过压铸方式一体压挤出缝纫机用蜗杆，得到力学性能、耐磨性、耐腐蚀性更佳，更适合缝纫机使用的蜗杆。

关于缝纫机用蜗杆及其制备方法，现有技术中已有报道，如中国发明专利（公开号：CN103103378A）涉及一种缝纫机上、下轴传动用蜗杆及其制备方法，该蜗杆的材料为锌合金，锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝3.90-4.30%，镁0.03-0.06%，铜0.20-0.50％，铁不大于0.035%，铅不大于0.004%，镉不大于0.003%，锡不大于0.001%，其余为锌，通过熔化、冲压压铸、后处理得到缝纫机上、下轴传动用蜗杆。该发明缝纫机上、下轴传动用蜗杆虽然加工操作方便，工序少，降低了成本，但是其综合力学性能较低、耐磨性和耐蚀性较差。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种综合力学性能好、耐磨性和耐腐蚀性较好的缝纫机用蜗杆。

本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种缝纫机用蜗杆，该蜗杆的材料为变质锌合金，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝3.80-4.00%，镁0.01-0.04%，铜0.80-1.00%，铈0.10-0.15%，镧0.05-0.15%，铁不大于0.02%，铅不大于0.002%，镉不大于0.002%，锡不大于0.0008%，余量为锌。

本发明缝纫机用蜗杆选用锌合金为材料，进一步精确铝、镁在锌合金中的含量，提高了铜的含量，改善合金的耐腐蚀性，削弱有害杂质的不良影响，抑制合金的晶间腐蚀，并进一步控制有害杂质铁、铅、镉、锡在锌合金中的含量，从而有效改善了锌合金的铸造性能、机械性能、耐磨性、耐腐蚀性等。在此基础上，本发明还加入了稀土铈和镧对锌合金进行变质处理，细化晶粒、中和有害杂质，增加原子间的结合力，从而有效改善合金性能，用此变质锌合金材料制备得到的蜗杆力学性能更佳、耐磨性、耐腐蚀性更好。

铝可以改善合金的铸造性能，增加合金的流动性，细化晶粒，引起固溶强化，提高机械性能，减少对铁质材料的侵蚀。锌合金流动性在铝含量为5%时达到最大值，铝含量低于3.8%的锌合金流动性很差，在铝含量为3%时流动性降到最小值，不适应于压铸，而且抗拉强度低。冲击强度在铝含量为3.5%达到最大值，但铝含量超过4.5%时，冲击强度急剧下降，铝含量为6%时冲击强度降到最小值。可见，将铝含量控制在4.0%左右时，合金的流动性和机械性能可同时处于最佳状态。这是因为含铝4％的合金熔点为387℃，结晶温度范围为5℃，在压铸件快速冷却条件下，合金组织中的α相、β相和γ相出现一种亚稳定状态，具有细的晶粒组织，从而使合金具有最佳的抗拉强度，硬度和冲击韧性。这种合金生产的压铸件在室温时，因相变而引起的最终尺寸变化仅为0.12%，机械性能也无明显变化。所以，本发明缝纫机用蜗杆材料变质铝合金中的铝含量控制在3.8-4.0%范圈内，缝纫机用蜗杆性能达到最佳。

在合金中添加适量的铜能增加合金的硬度和强度，改善合金的抗磨损性能和耐蚀性，削弱有害杂质的不良影响，抑制合金的晶间腐蚀。这主要是因为铜的加入，提高了铝在β相中的固溶度，减少了铝沿晶界的扩散；铜具有较高的电极电位，使β相与杂质之间的电化学性质差别减少；铜还能抑制合金的共析分解，能使β相以颗粒状从α相析出，减慢腐蚀穿透速度，从而钝化α相。正是因为铜的这些特殊作用，从而提高了合金的硬度，强度和冲击性能，且这些性能在一定范围内随铜含量的增加而增加。在压铸件生产过程中，含铜的合金压铸件能获得快速冷却，从而可抑制ε相的析出，生产出尺寸较为稳定的铸件。但是在室温时，ε相的析出缓慢、周期长，最终将会导致铸件形状的不稳定。提高温度可显著加速这种尺寸变化。因此，在使用含铜压铸锌合金时，含铜量最大不能超过1.25%。当含铜量大于1.25%时，即使在室温时，压铸件组织中ε相仍将大量的析出，这会引起铸件尺寸的快速变化。所以，本发明缝纫机用蜗杆材料变质铝合金中的铜含量控制在0.8-1.0%范圈内，缝纫机用蜗杆性能达到最佳。

镁是压铸锌合金中另一个重要的合金元素。它在锌中的固溶度趋近于零。可与锌形成硬而脆的化合物，细化合金组织，抑制β相的转变，从而增加合金的强度，对合金的蠕变性能也有很大改善。镁也是改善锌铝合金耐蚀性比较有效的元素之一，主要是镁可抑制铅引起的晶间腐蚀，可以明显削弱杂质的有害程度。但是过高的镁，不仅会降低合金的流动性，而且还会引起热脆。因此，本发明缝纫机用蜗杆中镁的加入量控制在0.01-0.04%范围内。

镧可以改善锌合金的综合性能。当镧含量低于0.1%时，合金的硬度随着镧的增加大幅度提高；而当镧含量超过0.1%，随着镧含量的升高，合金的硬度变化呈缓慢上升趋势，而合金的抗拉强度和伸长率都有较大幅度的提高，此后随着镧含量的增加，合金的抗拉强度和伸长率都呈降低趋势。但是随着镧含量的增加，磨损失重越来越小，即耐磨性越来越高。由于稀土镧原子半径大，化学性质活泼，能和多种金属和非金属元素形成化合物，使得锌合金组织得到细化。由于外层电子极不饱和，在锌铝合金中加入适量的稀土镧将会引起电子杂化，增加原子间的结合力，从而改善合金性能。本发明缝纫机用蜗杆的锌合金材料中加入0.05-0.15%镧变质处理，使缝纫机用蜗杆的硬度、抗拉强度、伸长率和耐磨性达到最优状态。

铈能使锌合金的组织细化，提高抗拉强度、伸长率和增强耐磨性能。当铈加入量<0.1%时，铈主要存在于固溶体中，当铈加入量>0.1%时，形成Ce₂Zn₁₇化合物。加入铈后，成分过冷效应引起的枝晶熔断脱落，可使合金晶粒细化，增加位错密度，硬质相增加，阻碍晶体或晶界滑移，从而提高合金硬度和强度。经研究发现，在0.10-0.15%范围内随铈加入量的增加，合金的强度和伸长率有所提高，但当铈含量大于0.15%时，合金强度随铈的加入量变化不明显。综上所述，在本发明缝纫机用蜗杆中加入0.10-0.15%铈对锌合金进行变质处理，可细化晶粒、中和有害杂质，有效的提高了缝纫机蜗杆的力学性能。

压铸锌合金中常见的杂质主要有铁、铅、镉、锡等。在锌合金的熔点时，铁的固溶度仅约0.001%。纯锌具有极易与铁化合的倾向，当铁为0.018%时，锌和铁发生共晶反应，Fe可明显提高锌的再结晶温度和硬度。而且，4%铝的抑制作用，使锌合金中锌与铁的化合倾向大为减弱。铁倾向于与铝化合形成金属间化台物FeAl₃，致使合金铸造性能变差，机械性能变坏。抗腐蚀性能降低，而且铸件产生硬斑，影响后加工和抛光。因此，本发明缝纫机用蜗杆将Fe含量控制在0.02%以下，最大程度减少对蜗杆性能的影响。

铅、镉、锡也是锌合金中的杂质元素，使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感，在室温、湿环境下加速了本身的晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。铅在纯锌中几乎不溶解，而是作为独立相存在于晶界和树枝晶界面上，加速合金的晶间腐蚀，使铸件体积和尺寸发生变化。而锌合金中镉含量超过一定限度时，会引起合金的热脆性，降低抗腐蚀性能。而且，铅、镉含量过高，压铸成型时后的缝纫机用蜗杆在室温下存放一段时间后，表面会出现鼓泡。杂质元素中锡则单独存在于晶界上，除产生晶间腐蚀外，还会导致热脆性，降低冲击强度，因此，锡的存在比铅和镉更有害些。所以，本发明缝纫机用蜗杆进一步控制杂质元素铅、镉、锡的含量，将铅控制在0.002%以下，镉控制0.002%以下，锡控制在0.0008%以下，从而提高缝纫机用蜗杆的性能。

作为优选，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝3.80%，镁0.01，铜0.80%，铈0.10%，镧0.05%，铁0.015%，铅0.0015%，镉0.0015%，锡0.0008%，余量为锌。

作为优选，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝3.90%，镁0.02%，铜0.90%，铈0.12%，镧0.1%，铁0.01%，铅0.001%，镉0.001%，锡0.0006%，余量为锌。

作为优选，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝4.00%，镁0.04%，铜1.00%，铈0.15%，镧0.15%，铁0.005%，铅0.001%，镉0.001%，锡0.0005%，余量为锌。

本发明的另一个目的在于提供上述缝纫机用蜗杆的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1：在电炉中按上述比例加入铝、锌、铜加热熔化，全部熔化后用钟罩压入镁，镁完全熔化后，搅拌合金溶液，静置5-10min后进行扒渣；

S2：压入稀土铈和镧进行变质处理，保温静置5-10min，使稀土铈和镧完全熔化、扒渣；

S3：将上述金属液进行冲压压铸，得到缝纫机用蜗杆坯件；

S4：将上述坯件进行后处理得到蜗旋面光滑的缝纫机用蜗杆。

本发明缝纫机用蜗杆采用冲压压铸，冲压压铸操作方便，工序少，可提高生产效率，且易于实现机械化与自动化；此方法制备的缝纫机用蜗杆质量稳定，成本低。而且本发明还合理设计合金材料中合金元素的添加时间，先加入铝、锌、铜，使铝将铜包容后熔炼，避免铜被氧化，而后加入镁，因为镁的熔点较低，过早加入会导致镁合金元素被氧化或烧损。

作为优选，所述的步骤S1熔化温度为550-580℃。熔化温度越高，蜗杆结晶粗大导致力学性能降低，且消耗大量能源，增加成本；但是熔化温度过低时，合金流动性差，不利于成型，影响蜗杆表面质量。经过实验表明，将温度控制在本发明范围内得到的缝纫机用蜗杆性能最佳。

作为优选，所述的步骤S1熔化温度为560℃。

作为优选，所述的步骤S3冲压压铸温度为室温，冲压压力为90-100Mpa。

作为优选，所述的步骤S3冲压压力为95Mpa。

作为优选，所述的步骤S4后处理为攻丝、铰孔。通过后处理，得到蜗旋面光滑的缝纫机用蜗杆。

本发明具有以下优点：

1.本发明缝纫机用蜗杆硬度、强度、冲击性能、延伸率等综合性能较好。

2.本发明缝纫机用蜗杆耐磨性、耐腐蚀性较好，使用寿命长。

3.本发明采用冲压压铸缝纫机用蜗杆，操作简单、质量稳定。

附图说明

图1为本发明缝纫机用蜗杆的结构示意图。

如图所示：1、外螺纹；2、通孔；3、空腔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图说明，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本缝纫机用蜗杆通过压铸一体成型制造而成，

具体结构为蜗杆呈上粗下细的圆柱状，蜗杆上部呈圆柱状且在蜗杆上部外表面开设有外螺纹1，蜗杆上端部外侧壁上开设有三个均匀分布的通孔2，蜗杆上部内和蜗杆下部内具有相贯通的空腔3。

表1 实施例1-3缝纫机用蜗杆成分重量百分比

实施例1：

按表1实施例1缝纫机用蜗杆成分重量百分比称取铝、锌、铜加入到电炉中，加热到560℃全部熔化后用钟罩压入镁，待镁完全熔化后，搅拌合金溶液，静置5min后进行扒渣。然后压入稀土铈和镧进行变质处理，保温静置5min，使稀土铈和镧完全熔化并进行扒渣。室温下，在压力为95MPa将金属液压铸成缝纫机用蜗杆坯件，最后对坯件进行攻丝、铰孔得到蜗旋面光滑的缝纫机用蜗杆。

实施例2：

按表1实施例2缝纫机用蜗杆成分重量百分比称取铝、锌、铜加入到电炉中，加热到570℃全部熔化后用钟罩压入镁，待镁完全熔化后，搅拌合金溶液，静置8min后进行扒渣。然后压入稀土铈和镧进行变质处理，保温静置8min，使稀土铈和镧完全熔化并进行扒渣。室温下，在压力为90MPa将金属液压铸成缝纫机用蜗杆坯件，最后对坯件进行攻丝、铰孔得到蜗旋面光滑的缝纫机用蜗杆。

实施例3：

按表1实施例3缝纫机用蜗杆成分重量百分比称取铝、锌、铜加入到电炉中，加热到550℃全部熔化后用钟罩压入镁，待镁完全熔化后，搅拌合金溶液，静置10min后进行扒渣。然后压入稀土铈和镧进行变质处理，保温静置10min，使稀土铈和镧完全熔化并进行扒渣。室温下，在压力为98MPa将金属液压铸成缝纫机用蜗杆坯件，最后对坯件进行攻丝、铰孔得到蜗旋面光滑的缝纫机用蜗杆。

比较例1：

用钢作为原材料进行切削加工制备得到缝纫机用蜗杆。

比较例2：

对比文献（公开号：CN103103378A）中以锌合金作为原材料冲压压铸制成的纫机上、下轴传动用蜗杆。

将实施例1-3和比较例1-2制成的缝纫机用蜗杆进行比较，

比较结果如表2所示。

表2 实施例1-3与比较例1-2制成的缝纫机用蜗杆比较结果

从表2可以得到，经过稀土变质锌合金制得的缝纫机用蜗杆力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、稳定性更好，更适合缝纫机使用，而且工艺简单、操作方便、成本较低，易于实现工业化。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种缝纫机用蜗杆，其特征在于，所述蜗杆的材料为变质锌合金，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝3.80-4.00%，镁0.01-0.04%，铜0.80-1.00%，铈0.10-0.15%，镧0.05-0.15%，铁不大于0.02%，铅不大于0.002%，镉不大于0.002%，锡不大于0.0008%，余量为锌。

2.根据权利要求1所述的一种缝纫机用蜗杆，其特征在于，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝3.80%，镁0.01，铜0.80%，铈0.10%，镧0.05%，铁0.015%，铅0.0015%，镉0.0015%，锡0.0008%，余量为锌。

3.根据权利要求1所述的一种缝纫机用蜗杆，其特征在于，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝3.90%，镁0.02%，铜0.90%，铈0.12%，镧0.1%，铁0.01%，铅0.001%，镉0.001%，锡0.0006%，余量为锌。

4.根据权利要求1所述的一种缝纫机用蜗杆，其特征在于，所述变质锌合金由以下重量百分比的成分组成：铝4.00%，镁0.04%，铜1.00%，铈0.15%，镧0.15%，铁0.005%，铅0.001%，镉0.001%，锡0.0005%，余量为锌。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的缝纫机用蜗杆的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

S1：在电炉中按上述比例加入铝、锌、铜加热熔化，全部熔化后用钟罩压入镁，待镁完全熔化后，搅拌合金溶液，静置5-10min后进行扒渣；

S2：压入稀土铈和镧进行变质处理，保温静置5-10min，使稀土铈和镧完全熔化、扒渣；

S3：将上述金属液进行冲压压铸，得到缝纫机用蜗杆坯件；

S4：将上述坯件进行后处理得到蜗旋面光滑的缝纫机用蜗杆。

6.根据权利要求5所述的缝纫机用蜗杆的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1熔化温度为550-580℃。

7.根据权利要求5或6所述的缝纫机用蜗杆的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1熔化温度为560℃。

8.根据权利要求5所述的缝纫机用蜗杆的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3冲压压铸温度为室温，冲压压力为90-100Mpa。

9.根据权利要求8所述的缝纫机用蜗杆的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3冲压压力为95Mpa。

10.根据权利要求5所述的缝纫机用蜗杆的制备方法，其特征在于，所述的步骤S4后处理为攻丝、铰孔。