CN104014795A - 制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具及该螺母的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铁铜双金属密封螺母制备模具和制备方法技术领域，公开了制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具及该螺母的制备方法。其主要技术特征为：摆辗模具包括底板，在所述底板上方设置有带有中心孔和偏心孔的下压座，在所述中心孔上方周边设置有顶块，在所述偏心孔和中心孔内设置有高出偏心孔和中心孔的橡胶垫，在所述偏橡胶垫上方设置有模套，在所述模套内侧设置有下凹模和上凹模，所述上凹模内孔直径小于下凹模内孔的边长，所述上凹模外径与下凹模外径的大小相等，且都与模套的内径相同，所述下凹模套在所述的顶块上，所述上凹模、模套和芯棒的上表面在同一水平面上，所述模套与凹模的结合处位于偏橡胶垫的上方，在摆辗过程中。这样，大大减小了零件的轴向的密度差，整个螺母的密实度几乎一致，强度大大增强。

Description

制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具及该螺母的制备方法

技术领域

本发明属于铁铜双金属密封螺母的制备技术领域，具体地讲涉及制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具及该螺母的制备方法。

背景技术

铁铜双金属材料因为其突出的技术经济优势，在很多领域都取得了成功的应用，作为密封螺母，因为其高强度和高扭矩力的使用要求，人们对双金属结构材料的性能也有了更高的要求。通常人们采用以下几种方法生产这一类零件，一，离心铸造；二，粉末压坯与钢套的组合烧结；三，用常规粉末冶金方法使铁基和铜基粉末整体成型和整体烧结；四，压力铸造。这几种方法各有其优缺点，铸造的零件内部总难免存在着铸造缺陷，合格率低，劳动强度大，环境差，难以大规模生产，而铜基粉末压坯与钢套的组合烧结，其结合面的结合强度始终是其薄弱的部分，普通粉末冶金法方法生产双金属零件虽然可以克服铸造零件内部缩孔及成分偏析等缺陷，且成分可调，然而除非采用挤压，热等静压或热锻等致密化手段，或者使用大吨位压机，否则很难获得满意的致密度，而这些后续的致密化手段都需要有大的资金投入，工艺过程相对复杂。

为了提高粉末冶金工件的密实度，采用摆动碾压。摆动辗压技术是在20世纪60年代以后发展起来的一种金属连续局部塑性成型加工方法，又被称无声锻造或旋转锻压。顾名思义，它是一种辗扩式的压力加工，以其连续的局部变形代替传统锻压方法的整体变形，也属于在压力机 (摆动辗压机）上进行模锻的一种。其用在粉末冶金烧结件致密化上，具有工艺流程短，工效高，设备投入小，模具简单且寿命长，劳动环境好，节省能源等特点，能使机械结构零件的相对密度达到98-99%以上，性能甚至可以和粉末冶金模锻相媲美，能代替标称压力5-20倍常规锻压设备。

由于密封螺母包括柱状套管和方形台，采用上述摆辗时，由于柱状套管和方形台的高度相差悬殊，造成摆辗后的密封螺母密实度不一致，密封螺母的强度差，使用寿命短。

发明内容

本发明解决的第一个技术问题就是提供一种螺母密实度好、强度大、的制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：包括底板，在所述底板上方设置有带有中心孔和偏心孔的下压座，在所述中心孔上方周边设置有顶块，在所述偏心孔内设置有顶端高出偏心孔的偏橡胶垫，在所述中心孔内设置有与偏橡胶垫高度一致的的中心橡胶垫，在所述中心橡胶垫上方的中心孔中插入芯棒，在所述偏橡胶垫上方设置有模套，在所述模套内侧设置有凹模，所述凹模包括内侧为方形孔、外侧为圆形的下凹模和圆环状的上凹模，所述上凹模内孔直径小于下凹模内孔的边长，所述上凹模外径与下凹模外径的大小相等，且都与模套的内径相同，所述下凹模套在所述的顶块上，所述上凹模、模套和芯棒的上表面在同一水平面上，所述模套与凹模的结合处位于偏橡胶垫的上方。

其附加技术特征为：

所述偏橡胶垫高出偏心孔的高度为5mm——10mm；

所述偏橡胶垫高出偏心孔的高度为7mm——9mm。

本发明解决的第二个技术问题就是提供一种使用上述模具制备铁铜双金属密封螺母的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

该方法包括下列步骤： 

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在200——400MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在840——960℃的温度下烧结1.5——2.5小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.05——0.2mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.05——0.2mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.05——0.2mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至1-3°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为200——300转/分，碾压压力为200——500MPa, 摆辗时间为3-6秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在810-860℃，时间为1-1.5小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

其附件技术特征为：

在所述第二步制原坯步骤中，将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在300——310MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

在所述第三步制压坯步骤中，将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在890——900℃的温度下烧结1.9——2小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.1——0.11mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.1——0.11mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.1——0.11mm；

在所述第五步摆辗致密步骤中，使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至2-2.1°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为270——275转/分，碾压压力为380——390MPa, 摆辗时间为4-4.5秒；

在所述第六步回火步骤中，将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在830-835℃，时间为1.2小时。 

本发明提供的制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具及该螺母的制备方法，同现有技术相比较具有以下优点：其一，由于摆辗模具包括底板，在所述底板上方设置有带有中心孔和偏心孔的下压座，在所述中心孔上方周边设置有顶块，在所述偏心孔内设置有顶端高出偏心孔的偏橡胶垫，在所述中心孔内设置有与偏橡胶垫高度一致的的中心橡胶垫，在所述中心橡胶垫上方的中心孔中插入芯棒，在所述偏橡胶垫上方设置有模套，在所述模套内侧设置有凹模，所述凹模包括内侧为方形孔、外侧为圆形的下凹模和圆环状的上凹模，所述上凹模内孔直径小于下凹模内孔的边长，所述上凹模外径与下凹模外径的大小相等，且都与模套的内径相同，所述下凹模套在所述的顶块上，所述上凹模、模套和芯棒的上表面在同一水平面上，所述模套与凹模的结合处位于偏橡胶垫的上方，在摆辗过程中，首先中心橡胶垫和偏橡胶垫变形，螺母的柱状套管慢慢压实，同时上凹模的下端面压在螺母方形台上方，继续下压，上凹模的下端面将螺母的方形台压实，同时螺母的柱状套管进一步压实，这样，大大减小了零件的轴向的密度差，整个螺母的密实度几乎一致，强度大大增强；其二，由于偏橡胶垫高出偏心孔的高度为5mm——10mm，既保证了螺母强度，又避免了摆辗过程中对模具造成损伤，延长了模具的使用寿命；其三，由于在所述第二步制原坯步骤中，将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在300——310MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；在所述第三步制压坯步骤中，将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在890——900℃的温度下烧结1.9——2小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.1——0.11mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.1——0.11mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.1——0.11mm，在所述第五步摆辗致密步骤中，使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至2-2.1°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为270——275转/分，碾压压力为380——390MPa, 摆辗时间为4-4.5秒；在所述第六步回火步骤中，将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在830-835℃，时间为1.2小时，使得铁基粉末和铜基粉末结合更加牢固，整个螺母强度更好。

附图说明

图1为本发明制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具的结构示意图；

图2为带有螺母的制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具的结构示意图；

图3为压实后的制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所提出的制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具及该螺母的制备方法做进一步说明。

如图1所示，该制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具包括底板1，在底板1的上方设置有带有中心孔2和偏心孔3的下压座4，在中心孔2上方周边设置有顶块5，在偏心孔3内设置有顶端高出偏心孔3的偏橡胶垫6，在中心孔2内设置有与偏橡胶垫6高度一致的的中心橡胶垫7，在中心橡胶垫7上方的中心孔中插入芯棒8，在偏橡胶垫6上方设置有模套9，在模套9内侧设置有凹模10，凹模10包括内侧为方形孔、外侧为圆形的下凹模11和圆环状的上凹模12，上凹模12的内孔直径小于下凹模11内孔的边长，上凹模12外径与下凹模11外径的大小相等，且都与模套9的内径相同。下凹模套在所述的顶块5上，上凹模12、模套9和芯棒8的上表面在同一水平面上，模套9与凹模10的结合处位于偏橡胶垫6的上方。如图2和图3所示，在摆辗过程中，首先中心橡胶垫7和偏橡胶垫6变形，螺母14的柱状套管15慢慢压实，同时上凹模10的下端面13压在螺母方形台16上方，继续下压，上凹模10的下端面13将螺母的方形台16压实，同时螺母的柱状套管进一步压实，这样，大大减小了零件的轴向的密度差，整个螺母的密实度几乎一致，强度大大增强。

偏橡胶垫6高出偏心孔的高度为5mm——10mm，既保证了螺母强度，又避免了摆辗过程中对模具造成损伤，延长了模具的使用寿命。

偏橡胶垫6高出偏心孔的高度为7mm——9mm，进一步避免了摆辗过程中对模具造成损伤，而且还大大提高了螺母的强度。

使用上述模具制备铁铜双金属密封螺母的方法，

该方法包括下列步骤： 

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在200——400MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在840——960℃的温度下烧结1.5——2.5小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.05——0.2mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.05——0.2mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.05——0.2mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至1-3°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为200——300转/分，碾压压力为200——500MPa, 摆辗时间为3-6秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在810-860℃，时间为1-1.5小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

作为本发明的进一步改进，

在所述第二步制原坯步骤中，将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在300——310MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

在所述第三步制压坯步骤中，将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在890——900℃的温度下烧结1.9——2小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.1——0.11mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.1——0.11mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.1——0.11mm；

在所述第五步摆辗致密步骤中，使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至2-2.1°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为270——275转/分，碾压压力为380——390MPa, 摆辗时间为4-4.5秒；

在所述第六步回火步骤中，将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在830-835℃，时间为1.2小时。 

实施例1

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在200MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在960℃的温度下烧结1.5小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.05mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.05mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.05mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至1°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为200转/分，碾压压力为200MPa, 摆辗时间为3秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在860℃，时间为1小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

实施例2

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在400MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在840℃的温度下烧结2.5小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.2mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.2mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.2mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至3°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为300转/分，碾压压力为500MPa, 摆辗时间为6秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在810℃，时间为1.5小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

实施例3

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在300MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在900℃的温度下烧结2小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.1mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.1mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.1mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至2°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为270转/分，碾压压力为380MPa, 摆辗时间为4秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在830℃，时间为1.2小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

实施例4

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在310MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在890℃的温度下烧结1.9小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.11mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.11mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.11mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至2.1°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为275转/分，碾压压力为390MPa, 摆辗时间为4.5秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在835℃，时间为1.2小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

实施例5

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在305MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在895℃的温度下烧结1.95小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.11mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.11mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.11mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至2°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为273转/分，碾压压力为385MPa, 摆辗时间为4.3秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在832℃，时间为1.2小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，只要结构与本发明制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具结构相同，就落在本发明保护的范围。

Claims (5)

1.制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具，其特征在于：包括底板，在所述底板上方设置有带有中心孔和偏心孔的下压座，在所述中心孔上方周边设置有顶块，在所述偏心孔内设置有顶端高出偏心孔的偏橡胶垫，在所述中心孔内设置有与偏橡胶垫高度一致的的中心橡胶垫，在所述中心橡胶垫上方的中心孔中插入芯棒，在所述偏橡胶垫上方设置有模套，在所述模套内侧设置有凹模，所述凹模包括内侧为方形孔、外侧为圆形的下凹模和圆环状的上凹模，所述上凹模内孔直径小于下凹模内孔的边长，所述上凹模外径与下凹模外径的大小相等，且都与模套的内径相同，所述下凹模套在所述的顶块上，所述上凹模、模套和芯棒的上表面在同一水平面上，所述模套与凹模的结合处位于偏橡胶垫的上方。

2.根据权利要求1所述的制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具，其特征在于：所述偏橡胶垫高出偏心孔的高度为5mm——10mm。

3.根据权利要求2所述的制备铁铜双金属密封螺母用摆辗模具，其特征在于：所述偏橡胶垫高出偏心孔的高度为7mm——9mm。

4.使用权利要求1、2或3所述的摆辗模具制备铁铜双金属密封螺母的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤： 

第一步，称料

按一定的配方配制铁基粉末和铜基粉末；

第二步，制原坯

将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在200——400MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

第三步，制压坯

将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在840——960℃的温度下烧结1.5——2.5小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.05——0.2mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.05——0.2mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.05——0.2mm；

第四步，放入模具

将压坯的方形座放置在下凹模的方形孔内，并将芯棒插入压坯的内孔内，将上凹模套在压坯的外侧；

第五步，摆辗致密

使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至1-3°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为200——300转/分，碾压压力为200——500MPa, 摆辗时间为3-6秒；

第六步，回火

将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在810-860℃，时间为1-1.5小时；

第七步，丝扣加工

将回火后的螺母坯进行丝扣加工，得到螺母。

5.根据权利要求4所述的制备铁铜双金属密封螺母的方法，其特征在于：在所述第二步制原坯步骤中，将铁基粉末和铜基粉末分别装入同一套压制模内，在300——310MPa压力下将粉末冷压成型，控制铜基部分和铁基部分的相对密度基本一致；

在所述第三步制压坯步骤中，将原坯送入烧结炉，在氨分解气氛保护下，温度控制在890——900℃的温度下烧结1.9——2小时，制成压坯，压坯的内孔径比所述芯棒外径大0.1——0.11mm, 压坯的柱状外径比上凹模内径小0.1——0.11mm,压坯的方形座的边长比所述下凹模的方形孔的边长小0.1——0.11mm；

在所述第五步摆辗致密步骤中，使摆辗机摆辗轴的轴线与压坯轴向的夹角调至2-2.1°对压坯进行摆辗，得到螺母坯，摆辗轴旋转速度为270——275转/分，碾压压力为380——390MPa, 摆辗时间为4-4.5秒；

在所述第六步回火步骤中，将经摆辗后的螺母坯在氨分解气氛保护下进行一次回火处理，温度控制在830-835℃，时间为1.2小时。