CN103834846B - 多孔不锈钢及其制造方法、应用和制造方法的专用模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔不锈钢制造方法，包括以下步骤：a.将马氏体不锈钢纤维、马氏体不锈钢颗粒或两者的混合物压制生成块状生坯；b.将生坯在真空下进行烧结、淬火以及回火制得多孔不锈钢。还公开了一种上述多孔不锈钢制造方法的专用压制模具、一种通过上述的制造方法制得的多孔不锈钢和一种使用上述的多孔不锈钢制成的纸浆模塑模具。本发明专用压制模具是可拆卸式组合模具，压制完生坯后去除锁紧力，将专用压制模具拆卸开，可以实现生坯无脱模力脱模，生坯成型完整，无开裂和裂纹，无掉边掉角缺陷，低压力压制可以获得大孔隙率。本发明多孔不锈钢可以通过真空淬火、回火热处理获得很高的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料及其制造方法、应用和制造方法的专用模具，特别涉及一种多孔不锈钢及其制造方法、应用和制造方法的专用模具。
背景技术
现在国内全自动纸浆模塑成型机上使用的纸浆模塑冷压吸滤模具和热压整型模具传统成型方法是:用机加工方法加工所需产品形状的铝质(或铜质、不锈钢质)模具，并在模具上钻一定数量和尺寸大小的孔，然后在模具表面覆盖一层不锈钢过滤网(或镀锌钢丝网、铜网)，有些过渡的地方需要用专门的焊机焊接以固定不锈钢过滤网。这种模具存在网拖容易坏、网拖损耗大、糊网、不能制成形状复杂产品、成型后的产品具有网纹印等问题。
中国专利申请号：99114013.3公开了一种铜球烧结工艺应用于纸浆模塑成型网模及定型网模的方法，这种方法解决了上述传统纸浆模塑料模具带来的问题。该方法是：根据所需生产的产品形状，制造带内腔的金属模型，在模型的内腔内填以铜球(粒径为350μm～700μm)及配料，经过高温烧结成型网模(孔隙为100μm～200μm)及定型网模(孔隙为45μm～80μm)。但是该种工艺采用铜球烧结，强度比较低，因此在冷压吸滤模具和热压整型模具合模时，不能施加很大的压力，以免模具被压溃。因为对铜球烧结成的冷压吸滤模具施加的合模压力有限，所以在冷压吸滤模具合模后湿坯残留的水分比较多，甚至造成纸浆模塑产品局部拔模角度小、产品高度高的地方湿坯成型率比较低，成型良好的湿坯被转移到铜球烧结成的热压整型模具后，为防止模具被压溃，施加的合模力不能太大，所以合模时挤压出来的水分也较少，需要更多的热量和花费更多的时间来干燥产品，高能耗，低效率，合模力小会也会造成产品的致密度不高。由于铜球粒径为350μm～700μm，定型网模孔隙为45μm～80μm，定型网模表面粗糙度高，不利于成型高光滑表面的纸浆模塑产品。
日本专利早期公开文本第4-72004号公开了一种生产多孔铸模的方法。该方法是将SUS434不锈钢颗粒压成一种压实体，再经过烧结、氮化、炉冷却并快速冷却形成烧结多孔块。日本专利早期公开文本第6-33112号公开了一种生产多孔模具材料的方法。该方法将由低C和低N-Cr不锈钢颗粒构成的80％重量粉末与20％重量的不锈钢纤维(纤维矩形横截面的外接圆直径为20μm至100μm，长度为0.4mm至3.0mm)混合体压成压实体，再将压实体烧结成烧结体，在氮气中加热烧结体形成氮化体，然后冷却和再加热制备多孔模具材料。中国专利申请号：96112336.2公开了用于铸造的多孔模具材料及其生产方法。该方法将SUS434不锈钢颗粒(粒度主要为300μm至500μm)和采用借助转刀铣床RCM400粉碎的SUS434不锈钢长纤维(纤维矩形横截面的外接圆直径为60μm至80μm，长度为2.0mm至3.5mm)混合，不锈钢颗粒与不锈钢纤维的混合比在40wt％:60wt％至65wt％:35wt％，混合物经过加压、烧结、进行氮气喷射处理及冷却和再加热形成多孔模具材料。上述专利采用的不锈钢颗粒或纤维为SUS434铁素体不锈钢材料，不能通过淬火、回火热处理工艺强化。同时，由于具有矩形横截面的SUS434不锈钢长纤维由转刀铣床RCM400粉碎加工而成，纤维上会留有加工后的微裂纹，转刀铣床RCM400粉碎加工而成的长纤维作为生产多孔模具材料的纤维增强相会因为微裂纹等缺陷而影响增强效果。中国专利申请号：200610037007.6公开了一种自透性金属模具制造及应用方法，该方法成型压应力比较大，纤维配比范围有限，颗粒粒径有限，成型的透气性金属孔径、孔隙率范围有限，限制了其在纸浆模塑模具中应用。
现有传统的粉末冶金模具是阴模一体模具，对粉末进行压制时候压应力越小，生坯的密度越小，孔隙率越高，但是压应力小到一定程度时候，生坯的结合力不强，在阴模一体的模具中脱模时会因为受阴模腔壁摩擦力影响，生坯会开裂溃散，难以成型。使用稍微高的压应力压制纤维粉末混合物，脱模时生坯即使能成型，由于生坯和阴模腔壁摩擦，会造成生坯外侧面纤维颗粒生坯有裂纹，并往生坯中心扩展，严重影响烧结后材料的强度。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种制造出多孔不锈钢的孔隙率为20％～50％，孔径为9μm～200μm的且强度高的多孔不锈钢制造方法。
本发明的另一目的是：提供一种上述的多孔不锈钢制造方法专用的无脱模力的专用压制模具。
本发明的又一目的是：提供一种由上述的多孔不锈钢制造方法制得的具有高强度的多孔不锈钢。
本发明的再一目的是：提供一种用上述的多孔不锈钢制造的可免去网拖且强度高的能快速透水和透气的纸浆模塑模具。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种多孔不锈钢制造方法，包括以下步骤：
a.将马氏体不锈钢纤维、马氏体不锈钢颗粒或两者的混合物压制生成块状生坯；
b.将生坯在真空下进行烧结、淬火以及回火制得多孔不锈钢。
优选的，所述马氏体不锈钢纤维为经过退火软化后的不锈钢丝剪切加工而成。
优选的，所述马氏体不锈钢纤维直径为30μm～200μm，长度为2mm～6mm；所述马氏体不锈钢颗粒粒径为50μm～500μm；对马氏体不锈钢纤维、马氏体不锈钢颗粒或两者的混合物施加50MPa～300MPa的压应力进行压制，烧结过程真空度为低于5×10-2Pa，在800℃以前采用10℃/min的升温速率升温，升温到800℃时，保温0.5h,然后再以5℃/min的升温速率升温到1280℃～1320℃，并保温0.5h至1h，后炉冷；淬火温度为1040℃～1060℃，真空度：0.13Pa～1.3Pa，充分保温后N2冷却；回火温度为300℃～370℃，真空度：0.13Pa～1.3Pa，充分保温后回火。
一种上述多孔不锈钢制造方法的专用压制模具，包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、下垫块以及上冲头，所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板以及下垫块围成模腔，还包括用于锁紧所述前侧板、后侧板、左侧板以及右侧板的可拆式锁模结构。
优选的，所述前侧板和后侧板上分别开设有两配合槽，所述左侧板和右侧板连接于所述两配合槽中。
优选的，所述可拆式锁模结构为螺栓，所述前侧板和后侧板通过与螺栓连接将左侧板和右侧板锁紧。
优选的，所述可拆式锁模结构为U型卡扣件，所述U形卡扣件扣装于前侧板和后侧板的两侧。
优选的，所述可拆式锁模结构包括液压缸和导轨，所述前侧板、后侧板、左侧板以及右侧板上具有与所述导轨连接的滑槽，液压缸分别与前侧板、后侧板、左侧板以及右侧板连接。
一种通过上述的制造方法制得的多孔不锈钢，多孔不锈钢的孔隙率为20％～50％，孔径为9μm～200μm。
一种纸浆模塑模具，使用上述的多孔不锈钢制成。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明专用压制模具模腔为矩形，专用压制模具是可拆卸式组合模具，可拆卸式组合模具使用螺栓螺母锁紧，或U形卡扣件锁紧，或用液压缸压力锁紧，压制完生坯后去除锁紧力，将专用压制模具拆卸开，可以实现生坯无脱模力脱模，生坯成型完整，无开裂和裂纹，无掉边掉角缺陷，低压力压制可以获得大孔隙率。
2、本发明由马氏体不锈钢丝(绳)剪切为短的不锈钢纤维表面无微裂纹，其和马氏体不锈钢颗粒混合压制后烧结成多孔不锈钢金属，通过真空淬火、回火热处理可以获得很高的强度，选用较粗的马氏体不锈钢纤维和较粗的马氏体不锈钢颗粒制成的多孔不锈钢金属材料制备冷压吸滤模具，滤水速度快，可以对其施加较大的合模力，湿坯能良好成型，并且含水分少。选用较细的马氏体不锈钢纤维和较细的马氏体不锈钢颗粒制成的多孔不锈钢金属材料制备热压整型模具，可以对其施加较大的合模力，排除的水分多，干燥速度快，加热能耗低，产品致密度高，产品表面质量好。
附图说明
图1是本发明实施例二和三的专用压制模具的结构示意图。
图2是本发明实施例二和四的专用压制模具的结构示意图。
图3是图2的专用压制模具的爆炸图。
图4是本发明实施例二和五的专用压制模具的结构示意图。
图5是图4的专用压制模具的爆炸图。
图6是实施例四的镶嵌部件安装在热压整型模具模架上的示意图。
图7是图6的爆炸图。
图8是镶嵌部件的半剖图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一：
一种多孔不锈钢制造方法，包括以下步骤：
a.将马氏体不锈钢纤维、马氏体不锈钢颗粒或两者的混合物压制生成块状生坯；
b.将生坯在真空下进行烧结、淬火以及回火制得多孔不锈钢。
所述马氏体不锈钢纤维为经过退火软化后的不锈钢丝剪切加工而成。所述退火温度在830℃～900℃、真空度0.13Pa～1.3Pa下保温2h后,炉冷。
所述马氏体不锈钢纤维直径为30μm～200μm，长度为2mm～6mm；所述马氏体不锈钢颗粒粒径为50μm～500μm。
对马氏体不锈钢纤维、马氏体不锈钢颗粒或两者的混合物施加50MPa～300MPa的压应力进行压制，烧结过程利用加压气冷真空烧结炉，工作真空度为5×10-2Pa，在800℃以前采用10℃/min的升温速率升温，升温到800℃时，保温0.5h,然后再以5℃/min的升温速率升温到1280℃～1320℃，并保温0.5h至1h，随后炉冷；
淬火过程使用真空淬火炉，温度为1040℃～1060℃，真空度0.13Pa～1.3Pa，充分保温后N2冷却，具体的保温时间为根据工件的大小而确定，工件大的需保温时间长，工件小的只需短时间保温即可；
回火过程使用真空回火炉，温度为300℃～370℃，真空度：0.13Pa～1.3Pa，充分保温后回火，具体的保温时间为根据工件的大小而确定，工件大的需保温时间长，工件小的只需短时间保温即可。
若选用马氏体不锈钢纤维和马氏体不锈钢颗粒进行压制，需要在压制前进行混合，可以采用V型混合机进行混合，混合时间为2h～3h。
优选的，马氏体不锈钢纤维直径为160μm，马氏体不锈钢纤维与马氏体不锈钢颗粒混合比为100wt％:0wt％，施加120MPa的压应力进行压制，获得孔隙率为50％，孔径为150μm～200μm的多孔不锈钢，可以制备冷压吸滤模具。
优先的，马氏体不锈钢颗粒直径为50μm，马氏体不锈钢纤维与马氏体不锈钢颗粒混合比为：0wt％:100wt％，施加200MPa的压应力进行压制，获得孔隙率为20％，孔径为9μm的多孔不锈钢，可以制备热压整型模具。
实施例二：
如图1-5所示，一种压制实施例一中的块状生坯的专用压制模具，包括前侧板1、后侧板2、左侧板3、右侧板4、下垫块5以及上冲头6，所述前侧板1、后侧板2、左侧板3、右侧板4以及下垫块5围成模腔，还包括用于锁紧所述前侧板1、后侧板2、左侧板3以及右侧板4的可拆式锁模结构，下垫块5放置在压机的工作台上，通过工作台支撑，上冲头6通过压机驱动进行工作。
优选的，在所述前侧板1和后侧板2两侧上分别开设有配合槽7，所述左侧板3和右侧板4分别连接于相对应的两配合槽7中。
实施例三：
如图1所示，所述可拆式锁模结构包括液压缸8和固定在压机机架上的导轨9，所述前侧板1、后侧板2、左侧板3以及右侧板4上具有与所述导轨9连接的滑槽10，液压缸8分别与前侧板1、后侧板2、左侧板3、右侧板4以及下垫块5连接。
本发明的工作过程及工作原理：液压缸首先推动下垫块到位，然后推动左侧板以及右侧板到位，接着推动前侧板和后侧板移动，使前侧板和后侧板的配合槽套住左侧板以及右侧板，此时往形成的模腔中添加直径为200μm的马氏体不锈钢纤维和直径为500μm的马氏体不锈钢颗粒的混合物，马氏体不锈钢纤维与马氏体不锈钢颗粒混合比为60wt％:40wt％，然后，冲头施加300MPa压应力进行压制，保压半分钟后液压缸按与上述推动顺序相反的顺序收回，实现自动拆卸模具且生坯无脱模力，可以获得孔隙率为36％，孔径为130μm的多孔不锈钢金属，可以用于制备冷压吸滤模具。
实施例四：
如图2-3所示，本实施例与实施例三不同之处在于：前侧板1和后侧板2两侧具有伸出部，所述可拆式锁模结构为螺栓11和螺母17，所述前侧板1和后侧板2的伸出部对应开设有通孔或螺纹孔，螺栓11穿过螺纹孔后拧紧或穿过通孔后与螺母17配合拧紧以将左侧板3和右侧板4锁紧，螺栓11上还垫有垫圈18，压制完成后松开螺栓11和螺母17即可脱模。
本发明的工作过程及工作原理：马氏体不锈钢纤维和马氏体不锈钢颗粒牌号均为410马氏体不锈钢。马氏体不锈钢纤维用410马氏体不锈钢丝(绳)直径为100μm，410马氏体不锈钢丝(绳)在温度830℃～900℃范围，真空度0.13Pa～1.3Pa下保温2h后,炉冷退火。利用剪切设备将退火后的410马氏体不锈钢丝(绳)剪切为短的不锈钢纤维，其直径为100μm，长度为2mm～6mm，马氏体不锈钢颗粒直径为100μm，马氏体不锈钢纤维与马氏体不锈钢颗粒混合比为20wt％:80wt％，使用V型混合机将马氏体不锈钢纤维与马氏体不锈钢颗粒混合2h～3h；
使用螺栓螺母锁紧模具，在压机上通过上冲头对马氏体不锈钢纤维与马氏体不锈钢颗粒混合物施加70MPa压应力进行压制，保压半分钟，压制成方形截面生坯后将螺栓螺母松开，将前侧板、后侧板、左侧板以及右侧板拆开，即实现生坯无脱模力脱模；
将生坯放入加压气冷真空凯旋烧结炉中烧结，工作真空度为低于5×10-2Pa，800℃以前采用10℃/min的升温速率升温，升温到800℃时候保温0.5h,然后再以5℃/min的升温速率升温到1280℃～1320℃，并保温0.5h至1h，保温后随炉冷却，获得多孔不锈钢块体；将真空烧结后的多孔不锈钢块体放入真空气淬炉中进行淬火热处理，淬火温度范围1040℃～1060℃，真空度0.13Pa～1.3Pa，充分保温后N2冷却；将淬火后的多孔不锈钢块体放入真空回火炉中进行回火热处理，温度范围300℃～370℃，真空度0.13Pa～1.3Pa，并充分保温；通过以上步骤可以获得孔隙率为28％、孔径为20μm、抗拉强度470MPa的多孔不锈钢块体，达到制备热压整型模具的要求。通过线切割、点火花、磨削、打磨、抛光、打孔等工艺将回火后的多孔不锈钢块体制备成如图6-8所示的热压整型模具的镶嵌部件13，为保证能承受纸浆模塑成型机压力以及快速透水透气需要，一般取厚度5mm～15mm为宜；将镶嵌部件13安装在热压整型模具模架14上，镶嵌部件13上开有沉头孔15，用内六角沉头螺栓16穿过沉头孔15连接在热压整型模具模架14上，热压整型模具模架14和纸浆模塑成型机机架连接。
实施例五：
如图4-5所示，本实施例与实施例三不同之处在于：所述可拆式锁模结构为两U型卡扣件12，所述U形卡扣件12分别扣装于前侧板1和后侧板2两侧的伸出部上，以将左侧板3和右侧板4锁紧，压制完成后松开U形卡扣件12即可脱模。
本发明的工作过程及工作原理：马氏体不锈钢纤维和马氏体不锈钢颗粒牌号均为420马氏体不锈钢，马氏体不锈钢纤维直径为30μm，马氏体不锈钢颗粒直径为50μm，马氏体不锈钢纤维与马氏体不锈钢颗粒混合比为50wt％:50wt％，压制过程中采用U形卡扣件锁紧，施加压应力为50MPa，成型后移开U形卡扣件，拆开模具，实现无脱模力脱模；可以获得孔隙率为42％，孔径为13μm的多孔不锈钢块体，用以制备热压整型模具。
实施例六：
一种上述的多孔不锈钢制造方法制得的多孔不锈钢，多孔不锈钢的孔隙率为20％～50％，孔径为9μm～200μm。
实施例七：
一种纸浆模塑模具，使用实施例六所述的多孔不锈钢制成，其通过线切割、点火花、磨削、打磨、抛光将回火后的多孔不锈钢块体制备成冷压吸滤模具或热压整型模具的镶嵌部件。
将镶嵌部件安装在冷压吸滤模具模架或热压整型模具模架上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种纸浆模塑模具多孔不锈钢制造方法，其特征在于包括以下步骤：
a.将马氏体不锈钢纤维、马氏体不锈钢颗粒或两者的混合物通过压制模具压制生成块状生坯；
b.将生坯在真空下进行烧结、淬火以及回火制得多孔不锈钢；
所述马氏体不锈钢纤维为经过退火软化后的不锈钢丝剪切加工而成；
所述马氏体不锈钢纤维直径为30μm～200μm，长度为2mm～6mm；所述马氏体不锈钢颗粒粒径为50μm～500μm；对马氏体不锈钢纤维、马氏体不锈钢颗粒或两者的混合物施加50MPa～300MPa的压应力进行压制，烧结过程真空度为低于5×10-2Pa，在800℃以前采用10℃/min的升温速率升温，升温到800℃时，保温0.5h,然后再以5℃/min的升温速率升温到1280℃～1320℃，并保温0.5h至1h，后炉冷；淬火温度为1040℃～1060℃，真空度：0.13Pa～1.3Pa，充分保温后N2冷却；回火温度为300℃～370℃，真空度：0.13Pa～1.3Pa，充分保温后回火；
所述压制模具包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、下垫块以及上冲头，所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板以及下垫块围成模腔，还包括用于锁紧所述前侧板、后侧板、左侧板以及右侧板的可拆式锁模结构；
所述前侧板和后侧板上分别开设有两配合槽，所述左侧板和右侧板连接于所述两配合槽中；
所述可拆式锁模结构包括U型卡扣件、液压缸和导轨，所述U形卡扣件扣装于前侧板和后侧板的两侧；
所述前侧板、后侧板、左侧板以及右侧板上具有与所述导轨连接的滑槽，液压缸分别与前侧板、后侧板、左侧板以及右侧板连接；
步骤a中，脱模时，先收回前侧板和后侧板，然后收回左侧板和右侧板，再将压制后的块状生坯取出。
2.根据权利要求1所述的纸浆模塑模具多孔不锈钢制造方法，其特征在于：所述可拆式锁模结构还包括螺栓，所述前侧板和后侧板通过与螺栓连接将左侧板和右侧板锁紧。
3.一种通过权利要1所述的纸浆模塑模具多孔不锈钢制造方法制得的多孔不锈钢，其特征在于：多孔不锈钢的孔隙率为20％～50％，孔径为9μm～200μm。
4.一种纸浆模塑模具，其特征在于：使用权利要求3所述的多孔不锈钢制成。
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