CN104863656B - 可变气门高密度粉末冶金vvt转子及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可变气门高密度粉末冶金VVT转子及其制作方法，包括圆柱体、中心孔、减重孔、叶片槽；其特征在于：所述的叶片槽等距离排列5个，其中两个相邻的叶片槽之间设有定位销孔；其他相邻的叶片槽之间设有减重孔；所述的圆柱体、中心孔、减重孔、叶片槽和定位销孔由按比列称取的塑化剂、碳粉、铜粉、微粉蜡，余量为水雾化铁粉的原料，经混料、压制、烧结为一整体。该可变气门高密度粉末冶金VVT转子，其结构更加合理，外形更加美观；由于通过塑化高温烧结促进了合金化；所以精度高、密度高、硬度高、重量轻、生产成本低、能够提高效率和使用寿命，其产品密度达到了7.4g/cm3—7.5g/cm3，抗拉强度达到了800mpa。
Description
技术领域
本发明涉及一种可变气门VVT转子及其制造方法的改进，具体地说是一种可变气门高密度粉末冶金VVT转子及其制作方法。
背景技术
众所周知，VVT转子是可变气门的调节装置，用于在不同转速下调节气门进气量，提高燃烧率、提高发动机功率和降低尾气排放。目前使用的VVT转子，包括外表面光滑的柱状转子体、用于安装凸轮轴的中心孔、限位凸台、叶片安装槽、减重孔和定位销孔，定位销孔设在限位凸台上，叶片槽设有4个，其中3个叶片槽设在柱状体的一半周壁上，另1个叶片槽设在限位凸台的外壁一侧，叶片槽较浅，其叶片槽位置度要求只有0.02mm，强度、精度要求都很高，精度达到6.5级；限位凸台设在柱状体的一侧，宽度占了柱状体周壁的1/7，定位销孔设在限位凸台的中部；柱状体转子柱体内设有等距离排列的5个减重孔，减重孔为盲孔；目前这种VVT转子是采用中碳钢或合金钢经加工、热处理制作，其不足在于：由于VVT转子的形状复杂，油泄面的尺寸精度要求非常高，所以生产工艺复杂，材料利用率低，生产和处理费用极高；而且结构也不太合理，导致效率低，使用寿命短。
通过检索可知，为了改变现有技术的不足，也有采用粉末冶金制作转子的报道，如中国专利201310205337.1公开了一种“大型变速箱粉末冶金油泵转子”，采用的粉末冶金化学成分包括：硬质酸磞B（C16H35O2）0.15—0.6%、铜（Cu）1.6—2.0%、硬质酸锌0.55—0.65%、余量为铁粉；经过混合、压制成零件坯料、烧结成型。再如中国专利201210462391.X公开了一种“近净成形马达粉末冶金转子及其制造方法”，包括转子体、中心孔、叶片安装直槽，改进之处为：所述的转子体是以粉末冶金为主体的构件；叶片安装直槽底部采用圆角过度连接；所述的叶片安装直槽工作表面设有耐磨复合层；所述的耐磨复合层为稀土化合物复合层。其制造方法是：将C、Cu、Ni、Ti、硬质酸锌、Fe粉，经混合、搅拌、压制、烧结、精整等工序制成。以上两种转子，虽然具有材料利用率高、节省工时、精度高、延长了转子的使用寿命，但通过试验，在用于可变气门VVT转子制作时，由于VVT转子结构更加复杂、形状独特，很难实现VVT转子的高密度、高强度和高精度的要求；而且第二种由于在叶片安装直槽工作表面设有耐磨复合层，增加了工艺的复杂性，不利于降低生产成本。
目前，尚未见既具有粉末冶金制件的优点，又能适应VVT转子的高密度、高强度和高精度要求的可变气门高密度粉末冶金VVT转子及其制作方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅精度高、材料利用率高，而且结构更加合理、重量轻、能够提高效率和使用寿命、生产成本低、能简化生产工艺、其密度能达到7.4g/cm3—7.5g/cm3的可变气门高密度粉末冶金VVT转子。
本发明的另一目的在于实现可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该可变气门高密度粉末冶金VVT转子，包括外表面光滑的圆柱体、中心孔、减重孔、叶片槽，所述的中心孔的轴线与圆柱体的轴线重合，用于安装凸轮轴；所述的叶片槽等距离排列在圆柱体的一周，且叶片槽的外侧开口，叶片槽的底壁为圆弧过渡，用于叶片的卡入；其特征在于：所述的叶片槽等距离排列5个，其中两个相邻的叶片槽之间设有定位销孔，用于安装锁止装置；其他相邻的叶片槽之间设有减重孔；所述的圆柱体、中心孔、减重孔、叶片槽和定位销孔由高密度粉末冶金经混料、压制、烧结为一整体。
本发明还通过如下措施实施：所述的中心孔的中部设有圆环台，圆环台的上侧中心孔圆周壁的一半位置设有等距离排列的3个轴向键槽，其中中间的一个轴向键槽为圆弧壁，圆环台的周边设有环形弧面凹槽；圆柱体、中心孔、减重孔、叶片槽和定位销孔由高密度粉末冶金经过一次性压制烧结为一整体。
所述的减重孔为锥形盲孔，上口直径为7mm，底口直径为5.6mm，减重孔的深度为19.2mm，误差为±0.500mm；减重孔的上口设有环台。
所述的定位销孔为直通孔，直径为85mm，误差0.020mm；在定位销孔的上口沿向内的一侧设有油道。
所述的圆柱体的高度为23.45mm，误差为＋0.100mm；圆柱体的外直径为53.82mm，误差为＋0.050mm。
所述的叶片槽的宽度为3.0mm，与所插入的叶片厚度一致，叶片槽的深度为7.5mm，叶片槽的槽底横段宽为4.0mm。
可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，其特征在于：它由高密度粉末冶金制成，所述的高密度粉末冶金的原料化学成分重量百分比为：塑化剂0.2—0.4%、碳粉0.2—1.0%、铜粉1.0—5.0%、镍1.0—5.0%和微粉蜡0.4—0.6%，余量为水雾化铁粉。
所述的可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，包括以下制作步骤：
（1）、采用混料机混料：将按塑化剂0.2—0.4%、碳粉0.2—1.0%、铜粉1.0—5.0%、镍1.0—5.0%、微粉蜡0.4—0.6%，余量为水雾化铁粉的比例称取的批量原料，放入混料机内，混合50—80分钟，在混料机内静止存放20—28小时。
（2）、装模压制成可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯：将步骤（1）中制取的混料，装入预先制作的VVT转子模具内，所述的VVT转子模具包括上二下二工装，VVT转子模具上的与VVT转子的叶片槽对应的模片厚度、宽度比叶片槽的宽度、深度大0.5mm，VVT转子模具上的与VVT转子的中心孔的直径对应的柱体的直径比中心孔的直径大0.5mm，VVT转子模具上的模腔深度与VVT转子的毛坯所需要的高度和压下量之和一致，将混料加入模腔内，进行压制成毛坯，在压制毛坯时，压制毛坯密度控制在6.95g/cm3—7.0g/cm3范围内，然后脱模，即为可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯。
（3）、烧结定型为可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（2）中制得的可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯装入中频炉内烧结，烧结过程分为预热脱蜡段和高温烧结段，在预热脱蜡段的温度控制在550—850 ℃，时间30—50分钟，通过预热脱蜡段，将添加的微粉蜡和塑化剂进行有效挥发，实现脱蜡，通过脱蜡过程对毛坯中的水雾化铁粉颗粒进行软化处理，同时，通过塑化剂的有效挥发，降低铁粉颗粒的硬度，减小铁粉颗粒塑性变形阻力，有效降低粉末颗粒间的摩擦力；在高温烧结段，温度控制在1100—1140℃范围内，烧结30—50分钟，通过高温烧结，使铁粉颗粒与添加的铜、镍合金粉末进行有机的结合，实现合金化，出炉，即为可变气门高密度粉末冶金VVT转子。
（4）、负整形：将步骤（3）制取的可变气门高密度粉末冶金VVT转子，置于提前制作的负整形模具的模腔内，所述的负整形指的是可变气门高密度粉末冶金VVT转子比负整形模具的模腔稍小，放入负整形模腔内后，负整形模具随模腔上、下移动，上、下移动量相等，双向压力整形，避免整形时出现大小头；在负整形过程中，由于可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯已在烧结过程中软化处理，有效的软化铁粉颗粒的纤维组织，降低了塑性变形时的阻力；在负整形加大压下量的过程中，可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯塑性变形效果好，提高了可变气门高密度粉末冶金VVT转子产品的密度，其密度达到了7.4g/cm3—7.5g/cm3，抗拉强度达到了800mpa，规范了可变气门高密度粉末冶金VVT转子产品的精度；脱模系数由于采用的是负整形，反弹系数和脱模摩擦力均较小，提高了模具使用寿命，降低模具成本，有利于可变气门高密度粉末冶金VVT转子的产业化。
所述的塑化剂为Polylub-GLY润滑脂，通过加入Polylub-GLY润滑脂，降低铁粉颗粒的硬度，减小铁粉颗粒塑性变形阻力，有效降低粉末颗粒间的摩擦力。
所述的微粉蜡的类型为PE，粒度为300目。
本发明的有益效果在于：该可变气门高密度粉末冶金VVT转子及其制作方法，由于整体为柱状体，叶片槽等距设5个，4个减重孔和1个定位销孔与等距离排列的5个叶片槽间隔布置，叶片槽深度较大，所以使其结构更加合理，外形更加美观；由于采用了高密度粉末冶金一次压制、烧结、负整形成型，其中通过预热脱蜡过程进行了软化，通过加入Polylub-GLY润滑脂，降低了铁粉颗粒的硬度，减小了铁粉颗粒塑性变形阻力，有效的降低了粉末颗粒间的摩擦力，高温烧结促进了合金化；所以精度高、密度高、硬度高、重量轻、生产成本低、能够提高效率和使用寿命。经过试验，其产品密度达到了7.4g/cm3—7.5g/cm3，抗拉强度达到了800mpa，规范了产品的精度。
附图说明
图1为本发明的结构俯视示意图。
图2为本发明的结构仰视示意图。
图3、本发明的结构沿A—A剖视示意图。
图4本发明的结构沿B—B剖视示意图。
图5本发明的结构一个减重孔的轴向剖视示意图。
图中：1、圆柱体；2、中心孔；3、减重孔；31、上口；32、底口；33、环台；4、定位销孔；5、叶片槽；6、油道；7、圆环台；8、轴向键槽；9、环形弧面凹槽。
具体实施方式
实施例1：
图1、图2、图3、图4、图5给出了一个本发明的实施例。参照图1、图2、图3、图4、图5制作本发明。该可变气门高密度粉末冶金VVT转子，包括外表面光滑的圆柱体1、中心孔2、减重孔3、叶片槽5，所述的中心孔2的轴线与圆柱体1的轴线重合，用于安装凸轮轴；所述的叶片槽5等距离排列在圆柱体1的一周，且叶片槽5的外侧开口，叶片槽5的底壁为圆弧过渡，用于叶片的卡入；其特征在于：所述的叶片槽5等距离排列5个，其中两个相邻的叶片槽5之间设有定位销孔4，用于安装锁止装置；其他相邻的叶片槽5之间设有减重孔3；所述的圆柱体1、中心孔2、减重孔3、叶片槽5和定位销孔4由高密度粉末冶金经混料、压制、烧结为一整体。
作为本发明的改进：所述的中心孔2的中部设有圆环台7，圆环台7的上侧中心孔2圆周壁的一半位置设有等距离排列的3个轴向键槽8，其中中间的一个轴向键槽8为圆弧壁，圆环台7的周边设有环形弧面凹槽9；圆柱体1、中心孔2、减重孔3、叶片槽5和定位销孔4由高密度粉末冶金经过一次性压制烧结为一整体。
所述的减重孔3为锥形盲孔，上口31直径为7mm，底口32直径为5.6mm，减重孔3的深度为19.2mm，误差为±0.500mm；减重孔3的上口31设有环台33。
所述的定位销孔4为直通孔，直径为85mm，误差0.020mm；在定位销孔4的上口沿向内的一侧设有油道6。
所述的圆柱体1的高度为23.45mm，误差为＋0.100mm；圆柱体1的外直径为53.82mm，误差为＋0.050mm。
所述的叶片槽5的宽度为3.0mm，与所插入的叶片厚度一致，叶片槽5的深度为7.5mm，叶片槽5的槽底横段宽为4.0mm。
可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，其特征在于：所述的高密度粉末冶金的原料化学成分的重量百分比为：塑化剂（Polylub）0.3%、碳粉0.5%、铜粉2.0%、镍3.0%、微粉蜡0.5%，余量为水雾化铁粉。
所述的可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，包括以下制作步骤：
（1）、采用混料机混料：将按塑化剂（Polylub）0.3%、碳粉0.5%、铜粉2.0%、镍3.0%、微粉蜡0.5%，余量为水雾化铁粉的比例称取生产100件的原料，放入混料机内，混合60分钟，在混料机内静止存放24小时。
（2）、装模压制成可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（1）中制取的混料，装入预先制作的VVT转子模具内，所述的VVT转子模具包括上二下二工装，VVT转子模具上的与VVT转子的叶片槽5对应的模片厚度、宽度比叶片槽5的宽度、深度大0.5mm，VVT转子模具上的与VVT转子的中心孔2的直径对应的柱体的直径比中心孔2的直径大0.5mm，VVT转子模具上的模腔深度与VVT转子的毛坯所需要的高度和压下量之和一致，将混料加入模腔内，进行压制成毛坯，在压制毛坯时，压制毛坯密度控制为6.95g/cm3，然后脱模，即为可变气门高密度粉末冶金VVT转子；连续压制100件。
（3）、烧结定型为可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（2）中制得的100件可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯装入中频炉内烧结，烧结过程分为预热脱蜡段和高温烧结段，在预热脱蜡段的温度控制在650 ℃，时间40分钟，通过预热脱蜡段，将添加的微粉蜡和塑化剂（Polylub）进行有效挥发，实现脱蜡，对毛坯中的水雾化铁粉颗粒进行软化处理，同时，通过塑化剂的有效挥发，降低铁粉颗粒的硬度，减小铁粉颗粒塑性变形阻力，有效降低粉末颗粒间的摩擦力；在高温烧结段，温度控制在1120℃，烧结40分钟，通过高温烧结，使铁粉颗粒与添加的铜、镍合金粉末进行有机的结合，实现合金化，出炉，即为可变气门高密度粉末冶金VVT转子。
（4）、负整形：将步骤（3）制取的可变气门高密度粉末冶金VVT转子，置于提前制作的负整形模具的模腔内，所述的负整形指的是可变气门高密度粉末冶金VVT转子比负整形模具的模腔稍小，放入负整形模腔内后，负整形模具随模腔上、下移动，上、下移动量相等，双向压力整形，避免整形时出现大小头；在负整形过程中，由于可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯已在烧结过程中软化处理，有效的软化铁粉颗粒的纤维组织，降低了塑性变形时的阻力；在负整形加大压下量的过程中，可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯塑性变形效果好，提高了可变气门高密度粉末冶金VVT转子产品的密度，经过检测：其密度达到了7.5g/cm3，抗拉强度达到了800mpa，合格率为99%；脱模系数由于采用的是负整形，反弹系数和脱模摩擦力均较小，提高了模具使用寿命，降低模具成本，有利于可变气门高密度粉末冶金VVT转子的产业化。
所述的塑化剂为Polylub-GLY润滑脂，通过加入Polylub-GLY润滑脂，降低铁粉颗粒的硬度，减小铁粉颗粒塑性变形阻力，有效降低粉末颗粒间的摩擦力。
所述的微粉蜡的类型为PE，粒度为300目。
实施例2：
可变气门高密度粉末冶金VVT转子的结构同实施例1。
可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，其特征在于：
所述的高密度粉末冶金的原料化学成分的重量百分比为：塑化剂（Polylub）0.2%、碳粉1.0%、铜粉1.0%、镍5.0%、微粉蜡0.4%，余量为水雾化铁粉。
所述的可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，包括以下制作步骤：
（1）、采用混料机混料：将按塑化剂（Polylub）0.2%、碳粉1.0%、铜粉1.0%、镍5.0%、微粉蜡0.4%，余量为水雾化铁粉的比例称取生产100件的原料，放入混料机内，混合50分钟，在混料机内静止存放20小时。
（2）、装模压制成可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（1）中制取的混料，装入预先制作的VVT转子模具内，压制毛坯密度控制为7.0g/cm3，然后脱模，压制过程同实施例1，连续压制100件。
（3）、烧结定型为可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（2）中制得的100件可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯装入中频炉内烧结，烧结过程同实施例1，在预热脱蜡段的温度控制在850℃，时间30分钟；在高温烧结段，温度控制在1100℃，烧结50分钟。
（4）、负整形：负整形过程同实施例1，制得的100件可变气门高密度粉末冶金VVT转子，经过检测：其密度达到了7.5g/cm3，抗拉强度达到了800mpa，合格率为98%。
所述的塑化剂为Polylub-GLY润滑脂。
所述的微粉蜡的类型为PE，粒度为300目。
实施例3
可变气门高密度粉末冶金VVT转子的结构同实施例1。
可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，其特征在于：
所述的高密度粉末冶金的原料化学成分的重量百分比为：塑化剂（Polylub）0.4%、碳粉0.2%、铜粉5.0%、镍1.0%、微粉蜡0.6%，余量为水雾化铁粉。
所述的可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，包括以下制作步骤：
（1）、采用混料机混料：将按塑化剂（Polylub）0.4%、碳粉0.2%、铜粉5.0%、镍1.0%、微粉蜡0.6%，余量为水雾化铁粉的比例称取生产100件的原料，放入混料机内，混合80分钟，在混料机内静止存放28小时。
（2）、装模压制成可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（1）中制取的混料，装入预先制作的VVT转子模具内，压制毛坯密度控制为7.0g/cm3，然后脱模，压制过程同实施例1，连续压制100件。
（3）、烧结定型为可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（2）中制得的100件可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯装入中频炉内烧结，烧结过程同实施例1，在预热脱蜡段的温度控制在550℃，时间50分钟；在高温烧结段，温度控制在1140℃，烧结30分钟。
（4）、负整形：负整形过程同实施例1，制得的100件可变气门高密度粉末冶金VVT转子，经过检测：其密度达到了7.4g/cm3，抗拉强度达到了800mpa，合格率为97%。
所述的塑化剂为Polylub-GLY润滑脂。
所述的微粉蜡的类型为PE，粒度为300目。
Claims (2)
1.可变气门高密度粉末冶金VVT转子，包括外表面光滑的圆柱体（1）、中心孔（2）、减重孔（3）、叶片槽（5）和定位销孔（4），所述的中心孔（2）的轴线与圆柱体（1）的轴线重合；所述的叶片槽（5）等距离排列在圆柱体（1）的一周，共设有5个，且叶片槽（5）的外侧开口，叶片槽（5）的底壁为圆弧过渡；其特征在于：所述的定位销孔（4）设在5个叶片槽（5）中两个相邻的叶片槽（5）之间，在定位销孔（4）的上口沿向内的一侧设有油道（6）；减重孔（3）设有4个，排列在其他相邻的叶片槽（5）之间；所述的中心孔（2）的中部设有圆环台（7），圆环台（7）的上侧中心孔（2）圆周壁的一半位置设有等距离排列的3个轴向键槽（8），其中中间的一个轴向键槽（8）为圆弧壁，圆环台（7）的周边设有环形弧面凹槽（9）；所述的圆柱体（1）、中心孔（2）、减重孔（3）、叶片槽（5）、定位销孔（4）、油道（6）和圆环台（7）及其轴向键槽（8）和环形弧面凹槽（9）均由高密度粉末冶金经混料、压制、烧结为一整体；
所述的高密度粉末冶金的原料化学成分重量百分比为：塑化剂0.3%、碳粉0.5%、铜粉2.0%、镍3.0%和微粉蜡0.5%，余量为水雾化铁粉；
所述的减重孔（3）为锥形盲孔，上口（31）直径为7mm，底口（32）直径为5.6mm，减重孔（3）的深度为19.2mm，误差为±0.500mm；减重孔（3）的上口（31）设有环台（33）；
所述的定位销孔（4）为直通孔，直径为85mm，误差0.020mm。
2.权利要求1所述的可变气门高密度粉末冶金VVT转子的制作方法，其特征在于：包括以下制作步骤：
（1）、采用混料机混料：将按塑化剂0.3%、碳粉0.5%、铜粉2.0%、镍3.0%和微粉蜡0.5%，余量为水雾化铁粉的比例称取的批量原料，放入混料机内，混合50—80分钟，在混料机内静止存放20—28小时；
（2）、装模压制成可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯：将步骤（1）中制取的混料，装入预先制作的VVT转子模具内，VVT转子模具上的与VVT转子的叶片槽（5）对应的模片厚度、宽度比叶片槽（5）的宽度、深度大0.5mm，VVT转子模具上的与VVT转子的中心孔（2）的直径对应的柱体的直径比中心孔（2）的直径大0.5mm，VVT转子模具上的模腔深度与VVT转子的毛坯所需要的高度和压下量之和一致，将混料加入模腔内，进行压制成毛坯，在压制毛坯时，压制毛坯密度控制在6.95g/cm3-7.0g/cm3范围内，然后脱模，即为高密度粉末冶金VVT转子毛坯；
（3）、烧结定型为可变气门高密度粉末冶金VVT转子：将步骤（2）中制得的可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯装入中频炉内烧结，烧结过程分为预热脱蜡段和高温烧结段，在预热脱蜡段的温度控制在550—850 ℃，时间30—50分钟；在高温烧结段，温度控制在1100—1140℃范围内，烧结30—50分钟，实现合金化，出炉，即为可变气门高密度粉末冶金VVT转子；
（4）、负整形：将步骤（3）制取的可变气门高密度粉末冶金VVT转子，置于提前制作的负整形模具的模腔内，放入负整形模腔内后，负整形模具随模腔上、下移动，上、下移动量相等，双向压力整形，避免整形时出现大小头；在负整形过程中，由于可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯已在烧结过程中软化处理，有效的软化铁粉颗粒的纤维组织，降低了塑性变形时的阻力；在负整形加大压下量的过程中，可变气门高密度粉末冶金VVT转子毛坯塑性变形效果好，提高了可变气门高密度粉末冶金VVT转子产品的密度，其密度达到了7.4g/cm3—7.5g/cm3，抗拉强度达到了800mpa，规范了可变气门高密度粉末冶金VVT转子产品的精度。
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