CN104959576B

CN104959576B - 一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺

Info

Publication number: CN104959576B
Application number: CN201510410774.6A
Authority: CN
Inventors: 苏皓
Original assignee: Jiangsu Jiedi Robot Co Ltd
Current assignee: Suzhou Huienyuan Medical Device Accessories Co ltd
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: CN104959576A

Abstract

本发明提供一种由钼铁合金复合铸融生产机器人关节部位产品的工艺，包括如下步骤：1)制作内核；2)制作砂模；3)浇注、熔合；4）浇注完成，放入高压箱，高压箱上安装震动电机，在震动的同时，旋转高压箱，旋转完成后，取出砂模和支架，解开支架，分开左、右半模，取出容置腔内的工件，冷却至常温，得所述机器人关节部位产品。所述工艺使合金层只在表面，既保证了产品耐高温、耐磨的特性，又降低了产品成本，内核为铁质，所得产品屈服强度在250MPa以上，远超过普通钼合金207Mpa的屈服强度，钼合金覆盖于表面的工艺摒弃以化学成分为主的涂料进行的化学方式涂覆，使得涂层厚度实现突破，涂层和内核融为一体，无法剥离。

Description

一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺

技术领域

本发明涉及一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺。

背景技术

工业机器人关节为了达到耐磨、耐高温等特性，通常会使用钼合金材料，但纯钼合金材料成本高昂，而且整体刚性不够，因此如使用铁质并覆盖钼合金层的方式生产工业机器人关节是最佳的方案。

在一种金属表面覆盖另一种金属，现在的技术一般就是电镀和喷涂。

电镀(Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等）及增进美观等作用。

喷涂通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。可分为空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂以及上述基本喷涂形式的各种派生的方式，如大流量低压力雾化喷涂、热喷涂、自动喷涂、多组喷涂等。

然而以上两种方式都有环境污染，主要问题是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂（即挥发性有机污染物，VOCs），既污染环境，不利于人体健康，空气中挥发性有机化合物浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状；重者会出现肝中毒甚至很快昏迷，有的还可能有生命危险。长期待在挥发性有机化合物污染的喷涂车间内，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经系统、引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等。有的还可能引起内分泌失调、影响性功能；苯和二甲苯还能损害系统，以至引发白血病；而且浪费涂料，造成经济损失。由于涂层厚度有限，涂层复合度不够等缺点，而且涂层经外力破坏或长时间使用容易出现剥离、脱落的情况，使得这两种涂覆方式适用范围受到限制，钼合金具备流动性至少要1300℃以上，没有一种喷涂设备可以承受如此高温的液体，因此找寻一种环保、可靠的涂层方式一直是机械冶金行业追寻的目标。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，摒弃以化学成分为主的涂料进行的化学方式涂覆，使得涂层厚度实现突破，涂层和内核融为一体，无法剥离，使合金层只在表面，既保证了产品耐高温、耐磨的特性，又降低了产品成本，内核为铁质，还比纯钼刚性提高了，钼合金覆盖于表面的工艺摒弃以化学成分为主的涂料进行的化学方式涂覆，使得涂层厚度实现突破，涂层和内核融为一体，无法剥离。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，包括如下步骤：

1)制作内核

选取一铁块，铁块表面设有若干用于支撑铁块本体的触角，所述触角与铁块为一体式设计，得到所述内核；

2)制作砂模

砂模包括对称设置的左、右半模，所述左、右半模形状为方形，两半模相对面的中部对称开设一凹槽、上部相对下部内缩；左、右半模中部凹槽闭合形成容纳所述内核的容置腔，左、右半模相对面上部配合形成供钼铁合金熔液浇注的浇道、下部闭合，浇道与所述容置腔连通；容置腔形状与所述机器人关节产品形状相配合；

3)浇注、熔合

将左、右半模放置于支架上，将步骤1)所得内核放置于左半模凹槽内，锁紧支架，闭合左、右半模形成所述砂模，使得内核位于砂模容置腔内，内核铁块上的触角端部与容置腔内壁相抵，由所述砂模浇道向所述容置腔浇注钼铁合金熔液，与容置腔内的内核熔合，浇注温度为1360~1390℃，所述钼铁合金熔液中铁元素含量70~99wt%，钼元素含量1~30wt%，亲铁微量元素0~1wt%；

4)浇注完成后，砂模静置1~3分钟后，将砂模连同支架放入高压箱内，高压箱内空气压力1.4~2MPa，高压箱上安装震动电机，在震动的同时，旋转所述高压箱，旋转速度为1min/圈，旋转完成后，取出砂模和支架，解开支架，分开左、右半模，取出容置腔内的工件，冷却至常温，即得所述机器人关节部位产品。

其中，步骤4)取出的容置腔内的工件温度为590~610℃，升温至800~810℃进行锻造，锻造完毕后冷却至常温，即得所述机器人关节部位产品。

另，步骤1)所述触角为圆柱体，直径≥3mm。

另有，步骤3)所述钼铁合金熔液与内核熔合厚度为1~1.5mm。

再，步骤3)所述钼铁合金熔液在内核表面形成的涂层厚度≥5mm。

再有，步骤3)所述亲铁微量元素选自钨、钛、铼、锌、锰、锡中的一种或多种。

且，步骤4)所述高压箱内空气压力为1.7MPa。

另，步骤4)所述震动电机的振动频率≥800Hz，转速≥1300转/min。

再，步骤4)所述高压箱以1min/圈的速度分别顺时针旋转2圈，逆时针旋转2圈，累计旋转4min。

本发明的有益效果在于：

用物理方式，在高温条件下直接将钼铁合金熔液浇注在内核上，摒弃以化学成分为主的涂料进行的化学方式涂覆，使得涂层厚度实现突破，涂层和内核融为一体，无法剥离，生产过程对环境无污染。

设置特定砂模，砂模容置腔可根据所需内核作形状变换、并在保持形状不变的前提下调整容置腔容积，使得内核表面涂层厚度可从5mm至理论上无限厚。

内核铁块表面设有触角，在砂模容置腔内形成对铁块的支撑，使得钼铁合金熔液能够与铁块表面充分接触，提升熔合质量。

高温条件下浇注钼铁合金熔液，使得外层和内层完全熔合为一体，熔合厚度可达1~1.5mm，一旦形成即无法剥离，形成的外层内层形成一体，不会出现如喷涂、电镀形成的涂层易脱落、易剥离的情形，充分实现对内核的保护。

钼铁合金熔液中，为了保证和内核中的铁块完全熔合，合金中铁的含量必须达到70wt%以上，除钼、铁以外的元素的总和不得超过1wt%，这样钼的最大含量是29wt%，而现实生产中很少有钼含量要求20wt%以上的工件，而我们的工艺可以融合最大29wt%钼含量的钼铁合金，具有普遍的适用性。

合金层熔合于内核铁块表面，既保证了产品耐高温、耐磨的特性，又降低了产品成本，内核为铁质，采用钼铁合金浇注，刚性明显高于纯钼浇注熔液，用本发明采用钼铁合金熔液浇注生产得到的机器人关节部位产品的屈服强度≥250MPa，远高于现有技术中采用纯钼熔液浇注得到的机器人关节部位产品的207MPa的屈服强度。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺中内核的结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺中砂模的结构示意图。

图3为本发明实施例所提供的一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺中内核、砂模及支架的结构示意图。

图4为本发明实施例所提供的一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺中内核、砂模及支架放入高压箱后的结构示意图。

具体实施方式

参见图1~图4，本发明所述的一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，包括如下步骤：

1)制作内核1

选取一铁块11，铁块11表面设有若干用于支撑铁块11本体的触角12，所述触角12与铁块11为一体式设计，得到所述内核1（参见图1）；

2)制作砂模2

砂模2（参见图2）包括对称设置的左、右半模21、21’，所述左、右半模21、21’形状为方形，两半模相对面的中部对称开设一凹槽211、211’、上部相对下部内缩；左、右半模21、21’中部凹槽211、211’闭合形成容纳所述内核的容置腔22，左、右半模21、21’相对面上部配合形成供钼铁合金熔液浇注的浇道23、下部闭合，浇道23与所述容置腔22连通；容置腔22形状与所述机器人关节产品形状相配合；

3)浇注、熔合

将左、右半模21、21’放置于支架3上，将步骤1)所得内核左半模21放置于凹槽211内，锁紧支架，闭合左、右半模21、21’形成所述砂模2，使得内核1位于砂模2容置腔22内，内核1铁块11上的触角12端部与容置腔22内壁相抵（参见图3），由所述砂模2浇道23向所述容置腔22浇注钼铁合金熔液，与容置腔22内的内核1熔合，浇注温度为1360~1390℃，所述钼铁合金熔液中铁元素含量70~99wt%，钼元素含量1~30wt%，亲铁微量元素0~1wt%；

4)浇注完成后，砂模2静置1~3分钟后，将砂模2连同支架3放入高压箱4内（参见图4），高压箱4内空气压力1.4~2MPa，高压箱4上安装震动电机（未图示），在震动的同时，旋转所述高压箱4，旋转速度为1min/圈，旋转完成后，取出砂模2和支架3，解开支架3，分开左、右半模21、21’，取出容置腔22内的工件，冷却至常温，即得所述机器人关节部位产品。

在本发明另一实施例中，步骤4)取出的容置腔22内的工件温度为590~610℃，升温至800~810℃进行锻造，锻造完毕后冷却至常温，即得所述机器人关节部位产品。

另，步骤1)所述触角12为圆柱体，直径≥3mm。

另有，步骤3)所述钼铁合金熔液与内核1熔合厚度为1~1.5mm。

再，步骤3)所述钼铁合金熔液在内核1表面形成的涂层厚度≥5mm。

且，步骤4)所述高压箱4内空气压力为1.7MPa。

再，步骤4)所述高压箱4以1min/圈的速度分别顺时针旋转2圈，逆时针旋转2圈，累计旋转4min。

其中，内核1的铁块11在铸造时要伸出触角12，以便以后在砂模2中支撑起铁块来，触角的位置数量不定，根据不同形状的工件，只要能在各个角度将内核支撑起就行，但触角应该是圆柱体，而且圆柱体最细直径须超过3毫米，以防止在融合初期整个触角被热熔，影响支撑，造成外层厚度不均匀。

砂模的容置腔形状和尺寸应该就是涂层结束后最终产品的形状和尺寸。

钼铁合金熔液为铁钼混合，也可以加入其它亲铁微量元素，为了保证和内部的铁块完全融合，合金中铁的含量必须达到70%以上，除钼、铁以外的元素的总和不得超过1%，这样钼的最大含量是29%，而现实生活中很少有钼含量要求20%以上的工件，而我们的工艺可以融合最大29%钼含量的钼合金，具有普遍的适用性。

钼合金浇入砂模的温度必须控制在1360~1390℃之间。这样的温度钼铁合金已经具备良好的流动性，并且倒入砂模中不会将3毫米直径以上的触角熔化，实际5000次切开测量表明，此温度钼铁合金与内部工件的熔合厚度在1~1.5mm，并且是无组织的融合，没有整齐明显的分层线，因此不可能剥离。

高压箱空气压力大约在1.4-2兆帕，1.7兆帕较佳，超过2兆帕可能会引起工件变形，高压箱上安装震动电机，震动频率在800HZ以上为宜，因此转速1300转以上的震动电机为宜。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)制作内核

2)制作砂模

3)浇注、熔合

2.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤4)取出的容置腔内的工件温度为590~610℃，升温至800~810℃进行锻造，锻造完毕后冷却至常温，即得所述机器人关节部位产品。

3.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤1)所述触角为圆柱体，直径≥3mm。

4.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤3)所述钼铁合金熔液与内核熔合厚度为1~1.5mm。

5.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤3)所述钼铁合金熔液在内核表面形成的涂层厚度≥5mm。

6.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤3)所述亲铁微量元素选自钨、钛、铼、锌、锰、锡中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤4)所述高压箱内空气压力为1.7MPa。

8.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤4)所述震动电机的振动频率≥800Hz，转速≥1300转/min。

9.根据权利要求1所述的由钼铁合金复合熔铸生产机器人关节部位产品的工艺，其特征在于，步骤4)所述高压箱以1min/圈的速度分别顺时针旋转2圈，逆时针旋转2圈，累计旋转4min。