CN104148634A - 一种自润滑轴承板材烧结方法及用于该方法的放板架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自润滑轴承板材烧结方法及用于该方法的放板架，所述自润滑轴承板材烧结用放板架，包括2～6层放板层；所述放板层包括支撑杆与连接杆；所述支撑杆通过连接杆相连；所述支撑杆的两端均设有固定件；所述固定件为规则立体形状；所述固定件设有开口朝上或者朝下的凹面；所述放板架中，任何一层放板层的固定件能够卡入与其相邻的放板层固定件的凹面。通过本发明放板架烧结的自润滑轴承板材，每层板材之间以及每层板材的各部分之间性能一致，且与单层烧结板材的性能相当，无不良品；成功地解决了现有技术中板材烧结效率低下、烧结品质不稳定的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属烧结方法，具体涉及一种自润滑轴承板材烧结方法及用于该方法的放板架。
背景技术
自润滑轴承板材用于滑动轴承的生产加工，以烧结有铜合金粉的金属板为基础。自润滑轴承板材具有承载能力高，耐冲击，耐高温，自润滑能力强、耐腐蚀等特点，采用自润滑轴承板材制成的产品，特别适用于重载，低速，往复或摆动等难以润滑和形成油膜的场合，主要应用于制作边界润滑轴承、无油润滑轴承、双金属轴承三类产品。目前产品已广泛应用在工程机械、汽车、塑胶成型机械、液压元件、物流港口机械、冲床锻压机械、农用机械、办公设备、食品机械、能源设施等领域。
将铜合金粉烧结到金属板上的烧结工艺对自润滑轴承板材的性能起重要作用；自润滑轴承板材的烧结在网带炉中进行，网带炉烧结是一种随着网带运转流水线作业，主要指铜合金粉在适当的气氛、低于主要成分熔点的条件下进行加热，借助于原子迁移来实现颗粒间联结，将铜合金粉烧结到镀铜金属板或铜合金板上的过程。铜合金粉为以铜、锡、铅、锌为主要成分的合金粉末，随着环保的要求，铜合金粉趋于无铅化。
在铜合金粉和镀铜金属板的烧结过程中，烧结气氛可以为氢气、氢气/氮气混合气体或氨分解气体。采用氨分解气体作为烧结气氛，不仅可以还原金属板与铜合金粉上的氧化物，及时带走烧结坯体中的分解产物，形成保护气氛气体，还可以减少环境对制品的影响，维持烧结材料中的活化气氛，使烧结合金产品的使用性能更加稳定，从而保证烧结成品质量。最重要的是可以实现对烧结气氛的控制。
由于自润滑轴承板材烧结的环境要求较高，现有技术一般是单层烧结，这种方法单位时间内的生产数量较低，达不到短时间内较高的处理量，为了提高效率，有厂商想出在镀铜金属板材层与层之间采用镀锌钢板做隔离层，实现多层烧结的方法，但是由于烧结过程中自润滑轴承板材与镀锌钢板紧密结合，无法保证层与层之间热分布和烧结气氛的均匀性，从而降低了烧结产品的性能，基本无法应用。
所以急需发明一种装置，用于多层自润滑轴承板材的烧结，以解决现有的自润滑轴承板材烧结效率低下、烧结品质不稳定的难题。
发明内容
本发明目的在于提供一种自润滑轴承板材烧结用放板架，其设计合理，结构稳定，易于制造，操作方便，该放板架在板材烧结工艺过程中既保证了板材之间热分布与烧结气氛均匀性，保证产品质量，又提高了生产效率，降低了成本。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种自润滑轴承板材烧结用放板架，包括2～6层放板层；所述放板层包括支撑杆与连接杆；所述支撑杆通过连接杆相连；所述支撑杆的两端均设有固定件；所述固定件为规则立体形状；所述固定件设有开口朝上的凹面；所述放板架中，任何一层放板层的固定件能够卡入与其相邻下方的放板层固定件的凹面。
本发明还公开了一种自润滑轴承板材烧结用放板架，包括2～6层放板层；所述放板层包括支撑杆与连接杆；所述支撑杆通过连接杆相连；所述支撑杆的两端均设有固定件；所述固定件为规则立体形状；所述固定件设有开口朝下的凹面；所述放板架中，任何一层放板层的固定件能够卡入与其相邻上方的放板层固定件的凹面。
上述技术方案中，放板层中，固定件与支撑杆的连接可以选焊接、螺纹连接，也可以将固定件套在支撑杆的两端，本发明优选为将固定件套在支撑杆上，既稳定又方便装卸，而且加工容易；
支撑杆的端点可以在固定件内，即所有连接杆都位于支撑杆两端的固定件之间，也可以在固定件外，本发明优选支撑杆的端点与离其最近的固定件之间有距离，并设有连接杆，这样有利于搬运，也增加了放板架稳定性；一般的，支撑杆端头与固定件之间设置一根连接杆；
支撑杆的横截面积为5～100mm2，为了美观统一，加工容易，所有支撑杆一般为同一横截面积。所述支撑杆的横截面垂直于支撑杆的中心轴。所述各放板层中的支撑杆一般相互平行。
本发明公开的自润滑轴承板材烧结用放板架中，放板层中支撑杆的数量根据所处理板材以及放板架的大小而确定的，一般为两根或者两根以上；所述连接杆的数量根据所处理板材以及放板架的大小而确定的，一般为两根或者两根以上。本发明优选放板层中，支撑杆数量为2根或者3根。
优选的技术方案中，所述放板层中，至少有一根连接杆的两端分别单圈缠绕在其所接触的支撑杆上，形成缠绕结；所述缠绕结与与其所在的放板层相邻的放板层的支撑杆接触；进一步优选的技术方案中，所述放板层中，所有连接杆的两端分别单圈缠绕在该连接杆所接触的支撑杆上。如此，相邻的放板层间具有更多的接触点，使得各放板层的叠放更加稳固。
再进一步优选的技术方案中，相邻放板层的缠绕结之间接触；最好为两两互相接触。如此，进一步增加了放板架水平方向的稳定性。
本发明中，放板层包含的固定件为规则立体形状，比如圆柱体、正六边柱体等；优选为圆柱体。
本发明中，放板架由放板层堆叠而成，放板层之间非固定连接；覆有铜合金粉的镀铜金属板放置在放板层的连接杆上。实际生产时，以由5层放板层构成的放板架为例：先在第一放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第一放板层上放置第二放板层；在第二放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第二放板层上放置第三放板层；在第三放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第三放板层上放置第四放板层；在第四放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第四放板层上放置第五放板层；在第五放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板；最后将由5层放板层构成的放板架与5层覆有铜合金粉的镀铜金属板一并放入网带炉中，由此，烧结效率提高了4倍。整个操作过程，包括进网带炉前的码料过程以及烧结后的卸料过程，特别方便，避免了放板层之间很小的间隙带来的阻碍，同时保证镀铜金属板上的铜合金粉在烧结前不被破坏，从而保证了铜合金粉分布的均匀性。
本发明还公开了利用上述自润滑轴承板材烧结用放板架进行自润滑轴承板材烧结的方法，包括以下步骤，将覆有铜合金粉的镀铜金属板置入自润滑轴承板材烧结用放板架中；然后将带有覆有铜合金粉的镀铜金属板的放板架置入网带炉中，进行烧结处理，即完成自润滑轴承板材的烧结。
上述技术方案中，烧结处理工艺与铜合金粉种类有关，比如当铜合金粉中，铅的质量分数为0～5％时，烧结处理工艺为先于750～890℃，烧结15～30min，然后于890～950℃，烧结35～50min；当铜合金粉中，铅的质量分数为5～30％时，烧结处理工艺为先于700～800℃，烧结15～30min，然后于800～860℃，烧结35～50min。
上述技术方案中，网带炉属于现有技术，其为流水线生产，传送带将待烧结板材输送至网带炉烧结区，完成烧结后，烧结好的板材由传送带输送出来；根据生产情况，板材一组接一组的进行处理。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明首次公开了一种自润滑轴承板材烧结用放板架，可以实现自润滑轴承板材的垂直多层放置，节省了空间，效率最大提高6倍，大幅度提升单位时间的生产数量。
2、本发明公开的自润滑轴承板材烧结用放板架结构尺寸合理，保证了自润滑轴承板材烧结工艺制程中，板材层与层之间的热分布与烧结气氛均匀性，不仅保证了每层烧结后的自润滑轴承板材各部分质量均匀，而且保证了一组产品的质量稳定，产品合格率100％。
3、本发明公开的自润滑轴承板材烧结用放板架，能够实现放板层灵活堆叠，操作方便，可以根据需要选择放板层层数以及可以调控一批生产线上的放板架数量，更灵活地满足客户需求而不浪费资源。
4、本发明公开的自润滑轴承板材烧结用放板架，放板层之间通过固定件非固定连接使得码料、卸料方便，避免了现有技术在码料卸料过程中对板材表面的伤害；同时通过各层固定件的互卡，使得层与层之间堆叠稳固，放板架在运动的烧结带上能够保持相对静止，不易晃动。
5、本发明公开的自润滑轴承板材烧结用放板架中，放板层之间设置的缠绕结一方面增加了放板层之间的接触点，增强了稳定性；另外上下层相邻的两个缠绕结的侧面互相接触使得放板架更加牢固。
6、本发明公开的自润滑轴承板材烧结用放板架，制备简单，可循环使用，维护简单，维护成本低；利用其进行自润滑轴承板材烧结时，使用方便，得到的产品品质高，烧结效率高，解决了现有烧结效率低下、烧结品质差且不稳定的难题，非常适合工业化生产应用。
附图说明
图1为实施例一中自润滑轴承板材烧结用放板架的结构示意图；
图2为实施例一中自润滑轴承板材烧结用放板架中固定件结构示意图；
图3为实施例二中自润滑轴承板材烧结用放板架的结构示意图；
图4为实施例二中自润滑轴承板材烧结用放板架中固定件结构示意图；
图5为实施例三中自润滑轴承板材烧结用放板架的结构示意图；
图6为实施例四中自润滑轴承板材烧结用放板架的结构示意图；
图7为实施例十中第一组板材、第三组板材的金相图；
图8为实施例十中第二组板材的金相图；
其中，1为放板架、2为放板层、3为放板层、21为支撑杆、22为连接杆、23为固定件、31为支撑杆、32为连接杆、33为固定件、231为开口朝上的凹面、232为开口朝下的凹面、331为开口朝上的凹面、221为缠绕结、222为缠绕结、321为缠绕结、322为缠绕结。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
参见附图1-2，一种自润滑轴承板材烧结用放板架1，包括放板层2、放板层3；所述放板层2包括两根支撑杆21与两根连接杆22；所述支撑杆的两端均套有固定件23；所有固定件都为圆柱体形状，其表面都设有开口朝上的凹面231；
所述放板层3包括两根支撑杆31与五根连接杆32；所有支撑杆的两端均套有固定件33；所有固定件都为圆柱体形状，其表面都设有开口朝上的凹面331；所有固定件都能够对应卡入凹面231中；五根连接杆中，有三根连接杆位于支撑杆两端的固定件之间，有一根连接杆位于一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间，有一根连接杆位于另一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间；
所述支撑杆与连接杆焊接相连；所述放板层的总层数为两层；所述固定件23与固定件33一样；所述支撑杆的横截面面积为12mm2。
实施例二：
参见附图3-4，一种自润滑轴承板材烧结用放板架1，包括两层放板层2；所述放板层2包括两根支撑杆21与三根连接杆22；所述支撑杆的两端均套有固定件23；所有固定件为正六面柱体形状，其表面设有开口朝上的凹面231；三根连接杆中，有一根连接杆位于支撑杆两端的固定件中间，有一根连接杆位于一个固定件与中间的连接杆之间，有一根连接杆位于另一个固定件与中间的连接杆之间；
所述连接杆插入支撑杆中；所述支撑杆的横截面面积为50mm2。
实施例三：
参见附图5，一种自润滑轴承板材烧结用放板架1，包括两层放板层2；
所述放板层2包括三根连接杆22与两根支撑杆21；所述支撑杆21的两端均套有固定件23；所有固定件为圆柱体形状，其表面设有开口朝下的凹面232；所述连接杆22中的一根连接杆的两端分别单圈缠绕在与其接触的支撑杆上形成缠绕结221、缠绕结222；缠绕结221、缠绕结222分别与相邻放板层的支撑杆接触；三根连接杆中，有一根连接杆位于支撑杆两端的固定件之间，有一根连接杆位于一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间，有一根连接杆位于另一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间；
所述支撑杆的横截面面积为16mm2。
实施例四：
参见附图6，一种自润滑轴承板材烧结用放板架1，包括放板层2以及放板层3；
所述放板层2包括三根连接杆22与两根支撑杆21；所述支撑杆21的两端均套有固定件23；所有固定件为圆柱体形状，其表面设有开口朝上的凹面231；三根连接杆的两端分别单圈缠绕在与其接触的支撑杆上形成缠绕结221、缠绕结222；缠绕结221、缠绕结222分别与放板层3的支撑杆接触；三根连接杆中，有一根连接杆位于支撑杆两端的固定件之间，有一根连接杆位于一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间，有一根连接杆位于另一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间；
所述放板层3包括三根连接杆32与两根支撑杆31；所述支撑杆的两端均套有固定件33；所有固定件为圆柱体形状，其表面设有开口朝上的凹面331；所述固定件33能够卡入对应的凹面231中；三根连接杆的两端分别单圈缠绕在与其接触的支撑杆上形成缠绕结321、缠绕结322；缠绕结321、缠绕结322分别与放板层2的支撑杆接触；三根连接杆中，有一根连接杆位于支撑杆两端的固定件之间，有一根连接杆位于一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间，有一根连接杆位于另一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间；
缠绕结221与缠绕结321的侧面互相接触；缠绕结222与缠绕结322的侧面互相接触；缠绕结与支撑杆的接触部分增加焊接固定；
上述放板层2与放板层3一样，为了描述清楚，故采用不同的标记；所述放板层的总层数为两层；所述支撑杆的横截面面积为25mm2。
实施例五：
一种自润滑轴承板材烧结用放板架，包括三层放板层；所述放板层包括三根支撑杆与六根连接杆；所述支撑杆的两端均焊有固定件；所述固定件为正六面体形状，其表面设有开口朝上的凹面；
所述支撑杆与连接杆通过螺丝相连；所述支撑杆的横截面面积为30mm2。
实施例六：
一种自润滑轴承板材烧结用放板架，包括四层放板层；所述放板层包括两根支撑杆与六根连接杆；所述支撑杆的两端均套有固定件；所有固定件为圆柱体形状，其表面设有开口朝上的凹面；六根连接杆中，有四根连接杆位于支撑杆两端的固定件之间，有一根连接杆位于一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间，有一根连接杆位于另一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间；
所述支撑杆与连接杆焊接相连；所述支撑杆的横截面面积为10mm2。
实施例七：
一种自润滑轴承板材烧结用放板架，包括六层放板层；所述放板层包括两根支撑杆与六根连接杆；所述支撑杆的两端均套有固定件；所有固定件为圆柱体形状，其表面设有开口朝下的凹面；六根连接杆的两端分别单圈缠绕在与其接触的支撑杆上形成缠绕结；缠绕结与相邻放板层的支撑杆接触；六根连接杆中，有四根连接杆位于支撑杆两端的固定件之间，有一根连接杆位于一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间，有一根连接杆位于另一个固定件与该固定件相近的支撑杆端点之间；
相邻放板层的缠绕结两两互相接触；缠绕结与支撑杆的接触部分增加焊接固定；所述支撑杆与连接杆焊接相连；所述支撑杆的横截面面积为12mm2。
实施例八：
以实施例五的放板架为例，进行自润滑轴承板材烧结，所用铜合金粉为CuPb10Sn10。
先在第一放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第一放板层上放置第二放板层；在第二放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第二放板层上放置第三放板层；在第三放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板；最后得到由三层放板层构成的放板架与三层覆有铜合金粉的镀铜金属板组成的样品。
将样品放入网带炉的传送带上，进入网带炉中，于700℃，烧结20min，再于830℃，烧结40min即完成自润滑轴承板材的烧结。
实施例九：
以实施例七的放板架为例，进行自润滑轴承板材烧结，所用铜合金粉为QFQSn8-3。
先在第一放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第一放板层上放置第二放板层；在第二放板层的连接杆上放置一层覆有铜合金粉的镀铜金属板，然后在第二放板层上放置第三放板层；重复步骤；最后得到由6层放板层构成的放板架与6层覆有铜合金粉的镀铜金属板组成的样品。
将样品放入网带炉的传送带上，进入网带炉中，于800℃，烧结20min，再于915℃，烧结40min即完成自润滑轴承板材的烧结，烧结后的板材记为第一组板材。
对比例一：
所用铜合金粉为QFQSn8-3，将1层覆有铜合金粉的镀铜金属板放在钢板上，再盖上一层钢板，然后在钢板上再放上1层覆有铜合金粉的镀铜金属板；重复步骤；最后得到由3层钢板与3层覆有铜合金粉的镀铜金属板组成的样品，将样品放入网带炉的传送带上，进入网带炉中，于800℃，烧结20min，再于915℃，烧结40min即完成自润滑轴承板材的烧结，烧结后的板材记为第二组板材。
对比例二：
所用铜合金粉为QFQSn8-3，以1层覆有铜合金粉的镀铜金属板作为样品，将样品放入网带炉的传送带上，进入网带炉中，于800℃，烧结20min，再于915℃，烧结40min即完成自润滑轴承板材的烧结，烧结后的板材记为第三组板材。
实施例十：
对第一组板材、第二组板材、第三组板材进行性能测试，测试方法与结果如下：
1、板材铜层结合强度检验
第一步：取一条宽15mm长200mm的样件，并固定样件中间部位；
第二步：取样件中间部位沿钢板方向弯曲约90度；
第三步：取样件中间部位再沿铜层方向弯曲约90度；
第四步：取样件中间部位再继续沿铜层方向弯曲约180度。
判别：弯曲180度铜层有网状裂纹但无脱层，用凿子沿层间结合处凿铜层，铜层凿掉后，如果钢板面留有大量铜合金粉，则结合强度判定为合格，如钢板面基本无铜合金粉留在钢板面，则结合强度判定为不合格。
结果：第三组板材和第一组板材的铜层结合强度好，并且第一组板材的每层板材之间以及每层板材的各部分的铜层结合强度均匀一致；
第二组板材铜层结合牢度分布不均匀，最上面一层板材的铜层结合强度较好；最下层和中间层钢板之间的板材的铜层结合强度不合格，并且该板材的中间部分的铜层结合强度最差，低于四周铜层的结合强度。
2、板材硬度分析
采用布氏硬度分析仪对烧结后的钢板硬度进行测量，每张板中间和四角共五处测量，以降低误差。结果见表1，由表1可知：
第三组板材和第一组板材的硬度好，并且放板架烧结的每层板材之间以及每层板材的各部分的硬度均匀一致，相差在1HB内；
第二组板材中，最上面的板材(第3层)的硬度明显小于最底层(第1层)和中间层(第2层)；并且第1层和第2层板材中间部位硬度偏大，边缘部位硬度偏小，硬度相差大于3HB。
表1 各板材以及各板材不同部位的硬度/单位HB
| 测试板材 | 左上角 | 左下角 | 中间 | 右上角 | 右下角 |
| 第一组第1层 | 81 | 80 | 81 | 80 | 81 |
| 第一组第3层 | 81 | 81 | 80 | 80 | 80 |
| 第一组第5层 | 81 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| 第一组第6层 | 80 | 81 | 80 | 80 | 81 |
| 第三组 | 81 | 80 | 80 | 80 | 81 |
| 第二组第1层 | 83 | 81 | 86 | 83 | 82 |
| 第二组第2层 | 82 | 84 | 87 | 82 | 83 |
| 第二组第3层 | 81 | 83 | 83 | 81 | 82 |
3、铜层分布
附图7-8分别为第一组第2层板材(图7A)、第一组第4层板材(图7B)、第一组第6层板材(图7C)、第三组板材(图7D)以及第二组第3层(最上面一层)板材(图8A)、第二组第2层板材(图8B)、第二组第1层板材(图8C)的金相图；可以看出通过本发明放板架烧结的板材的铜层分布均匀，与单层烧结一致，而采用钢板分隔烧结的板材铜层分布不均匀。
综上，通过本发明放板架烧结的自润滑轴承板材，每层板材之间以及每层板材的各部分之间性能一致，且与单层烧结板材的性能相当，无不良品；成功地解决了现有技术中板材烧结效率低下、烧结品质不稳定的难题。
Claims (10)
1.一种自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：包括2～6层放板层；
所述放板层包括支撑杆与连接杆；所述支撑杆通过连接杆相连；所述支撑杆的两端均设有固定件；所述固定件为规则立体形状；所述固定件设有开口朝上的凹面；
所述放板架中，任何一层放板层的固定件能够对应卡入与其相邻下方的放板层固定件的凹面。
2.一种自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：包括2～6层放板层；
所述放板层包括支撑杆与连接杆；所述支撑杆通过连接杆相连；所述支撑杆的两端均设有固定件；所述固定件为规则立体形状；所述固定件设有开口朝下的凹面；
所述放板架中，任何一层放板层的固定件能够对应卡入与其相邻上方的放板层固定件的凹面。
3.根据权利要求1或者2所述的自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：所述放板层中，固定件套在支撑杆上；支撑杆的端点与离其最近的固定件之间设有连接杆；支撑杆的横截面积为5～100mm2。
4.根据权利要求1或者2所述的自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：所述放板层中，至少一根连接杆的两端分别单圈缠绕在其所接触的支撑杆上，形成缠绕结；所述缠绕结与与其所在的放板层相邻的放板层的支撑杆接触。
5.根据权利要求4所述的自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：所述放板层中，所有连接杆的两端分别单圈缠绕在该连接杆所接触的支撑杆上。
6.根据权利要求5所述的自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：所述放板架中，相邻放板层的缠绕结之间接触。
7.根据权利要求1或者2所述的自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：所述放板层的固定件为圆柱体或者正六边柱体。
8.根据权利要求1或者2所述的自润滑轴承板材烧结用放板架，其特征在于：所述放板层中，支撑杆数量为2根或者3根。
9.一种利用权利要求1或者2所述的自润滑轴承板材烧结用放板架进行自润滑轴承板材烧结的方法，其特征在于，包括以下步骤：将覆有铜合金粉的镀铜金属板置入自润滑轴承板材烧结用放板架中；然后将带有覆有铜合金粉的镀铜金属板的放板架置入网带炉中，进行烧结处理，即完成自润滑轴承板材的烧结。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：当铜合金粉中，铅的质量分数为0～5％时，烧结处理工艺为先于750～890℃，烧结15～30min，然后于890～950℃，烧结35～50min；当铜合金粉中，铅的质量分数为5～30％时，烧结处理工艺为先于700～800℃，烧结15～30min，然后于800～860℃，烧结35～50min。
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