CN105081318A - 钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢基外表环复合铜合金层的方法以及模具技术领域，公开了一种钢基外表环复合铜合金层的方法以及模具。其主要技术特征为：在基体表面镀铜或喷涂粘接层，采用粉末压制的方法将铜合金粉压入基体和内表面涂覆有防粘层的金属包套之间，然后将带着包套和基体的压坯工件放入有分解氨气氛保护的烧结炉内烧结，烧结温度控制在820-890℃，烧结时间控制在90-150分钟；脱除包套，进行适当加工即可得外表环复铜的工件产品。这种方法能有效地增强复层金属与基体之间的粘接强度，且复层部分密实度可控，在相对密度大于97%时，其剪切强度大于120Mpa。本方法不局限于圆柱面工件，也可以是外锥环面或其他外形结构。
Description
技术领域
本发明属于钢基外表环复合铜合金层的方法技术领域，具体的讲涉及钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具及其方法。
背景技术
铜合金因为其优良的导电，耐磨，抗冲击，耐腐蚀等性能，已被广泛的应用在导电、摩擦及运动机械上的衬套、螺母、蜗轮、衬套等场合，但同时铜又是一种相对较为贵重的金属，如果每个工件的整体均采用铜合金制作，不仅大大提高了工件的成本，而且对铜资源也是一种浪费。因此人们越来越多的考虑采用铜钢复合双金属的结构来制作工件，即以碳钢为基体，在需要铜合金性能的工作表面上覆一层铜合金，使工件既具有钢铁的强度，又有铜合金的导电、耐磨等优点，综合性能优于单纯铜合金材料的性能。对于这一类零件，人们通常采用浇铸、镶嵌、松装烧结加整形（CN2247572Y）等方法生产。浇铸法工作环境差，效率低，工件内部不可避免会出现缩孔砂眼等缺陷，且材料成分易出现偏析，而其他方法生产的工件使用性能不一定可靠，存在易脱落，强度低等问题。
发明内容
本发明解决的第一个技术问题就是提供一种工件质量好、强度大、不容易脱落、制造成本低的钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具。
为解决上述技术问题，本发明钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具提出的技术方案为：包括带有内腔的外阴模，在所述外阴模内腔靠近下方设置有外下压垫环，在所述外下压垫环内侧设置有下压环，在所述下压环内侧设置有内下压垫环；在所述外阴模内腔靠近上方设置有外上压垫环，在所述外上压垫环内侧设置有上压环，在所述上压环内侧设置有内上压垫环，在所述内上压垫环和内下压垫环内部设置有芯棒。
本发明提供的钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具，同现有技术相比较具有以下优点：由于包括带有内腔的外阴模，在所述外阴模内腔靠近下方设置有外下压垫环，在所述外下压垫环内侧设置有下压环，在所述下压环内侧设置有内下压垫环；在所述外阴模内腔靠近上方设置有外上压垫环，在所述外上压垫环内侧设置有上压环，在所述上压环内侧设置有内上压垫环，在所述内上压垫环和内下压垫环内部设置有芯棒，这样，在芯棒和外阴模作用下，基体和包套在很大压力下不会变形，铜合金粉压制更加密实。
本发明解决的第二个技术问题就是提供一种使用上述钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具在钢基外表环复合铜合金层的方法。
为解决上述技术问题，本发明钢基外表环复合铜合金层的方法提出的技术方案为：
该方法包括下列步骤：
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计密度加入一定量的铜合金粉；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在300-600Mpa；
第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在820—890℃，烧结时间控制在90—150分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
其附件技术特征为：
在所述第六步，烧结步骤中，烧结温度控制在840—850℃，烧结时间控制在110—120分钟；
在所述第三步第D步中，使铜合金粉上表面的高度高出基体高度2.3-2.6mm；
所述包套的厚度在3—6mm。
本发明提供的钢基外表环复合铜合金层的方法，同现有技术相比较具有以下优点：其一，由于该方法先在基体表面镀铜，增加了铜合金层与基体金属的结合力；其二，在包套与基体之间加入铜合金粉然后压制，压制完成后，连同包套一体放置烧结炉中烧结，包套的作用不仅阻止了铜合金层的弹性后效，而且克服了在烧结过程中两种金属膨胀系数不一致对金属粘接性能的影响，从而增加了两种金属之间的粘接强度。采用上述方法，在温度820-890℃，时间90-150分钟的烧结工艺下，铜合金密度大于97%时，铜合金与基体的粘接强度大于120Mpa，在烧结完成后，将包套取下，产品质量更好，产品合格率大大提高；其三，由于在所述第六步，烧结步骤中，烧结温度控制在840—850℃，烧结时间控制在110-120分钟，这样，产品的粘接强度更大，铜合金层更不容易脱落；其四，由于在所述第三步第D步中铜合金粉是按设计尺寸和设计密度称量的，这样不但保证了铜合金层的密实度，而且保证了产品质量的一致的，且减少了后续加工工序，提高了生产效率；其五，由于所述包套的厚度在3—6mm，因为在压制过程中，包套外侧带有外阴模，包套的强度不需要太大即可，在烧结过程中，铜合金层张力不会太大，因此外侧包套既保证了包套烧结时的强度，又使得包套容易被脱除；其六，由于在所述第三步第D步中，使铜合金粉上表面的高度高出基体高度2.3-2.6mm，这样不但保证了铜合金层的密实度，而且保证了产品质量的一致的，后续不需要加工，提高了生产效率，其七，本方法不局限于圆柱面工件，也可以是外锥环面或其他外形结构。
附图说明
图1为钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具的结构示意图；
图2为工作状态结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提出的钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具及方法做进一步说明。
如图1和图2所示，为钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具的结构示意图。其结构包括带有内腔1的外阴模2，在外阴模2的内腔1靠近下方设置有外下压垫环3，在外下压垫环3内侧设置有下压环4，在下压环4内侧设置有内下压垫环5；在外阴模2的内腔1靠近上方设置有外上压垫环6，在外上压垫环6的内侧设置有上压环7，在上压环7内侧设置有内上压垫环8，在内上压垫环8和内下压垫环5内部设置有芯棒9。这样，在芯棒9和外阴模2作用下，基体和包套在很大压力下不会变形，铜合金粉压制更加密实。基体12置于内上压垫环8和内下压垫环5之间，包套10位于外上压垫环6和外下压垫环3之间，铜合金粉层11位于包套10和基体12之间。
使用上述专用成型模具在基体外表环复合铜合金层的的方法，该方法包括以下步骤：
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计密度加入一定量的铜合金粉；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在300-600Mpa；
.第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在820—890℃，烧结时间控制在90—150分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
这种方法能有效地增强复层金属与基体之间的粘接强度，且复层部分密实度可控，在相对密度大于97%时，其剪切强度大于120Mpa。本方法不局限于圆柱面工件，也可以是外锥环面或其他外形结构。
在第六步，烧结步骤中，烧结温度控制在840—850℃，烧结时间控制在110—120分钟，这样，产品的粘接强度更大，铜合金层更不容易脱落。
在第三步第D步中铜合金粉是按设计尺寸和设计密度称量的，铜合金粉上表面的高度高出基体高度2.3-2.6mm，这样不但保证了铜合金层的密实度，而且保证了产品质量的一致性，且减少了后续加工工序，提高了生产效率。
包套的厚度在3—6mm，因为在压制过程中，包套外侧带有外阴模，包套的强度不需要太大即可，在烧结过程中，铜合金层张力不会太大，因此外侧包套既保证了包套烧结时的强度，又使得包套容易被脱除。
实施例1
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计重量加入铜合金粉；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在300Mpa；
第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在820℃，烧结时间控制在150分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
实施例2
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计重量加入铜合金粉；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在600Mpa；
第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在890℃，烧结时间控制在90分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
实施例3
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，包套厚度为3mm;
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计重量加入铜合金粉,使铜合金粉上表面的高度高出基体高度2.3mm；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在400Mpa；
第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在840℃，烧结时间控制在110分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
实施例4
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，包套厚度为6mm;
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计重量加入铜合金粉,使铜合金粉上表面的高度高出基体高度2.6mm；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在500Mpa；
第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在850℃，烧结时间控制在120分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
实施例5
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，包套厚度为4mm;
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计重量加入铜合金粉,使铜合金粉上表面的高度高出基体高度2.5mm；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在520Mpa；
第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在845℃，烧结时间控制在115分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，只要金属复层方式或模具结构形式与本发明相同，就落在本发明保护的范围。
Claims (5)
1.钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具，其特征在于：包括带有内腔的外阴模，在所述外阴模内腔靠近下方设置有外下压垫环，在所述外下压垫环内侧设置有下压环，在所述下压环内侧设置有内下压垫环；在所述外阴模内腔靠近上方设置有外上压垫环，在所述外上压垫环内侧设置有上压环，在所述上压环内侧设置有内上压垫环，在所述内上压垫环和内下压垫环内部设置有芯棒。
2.使用权利要求1所述的钢基外表环复合铜合金层的专用成型模具进行钢基外表环复合铜合金层的方法，该方法包括下列步骤：
第一步，基体和包套加工
根据要求，加工基体和包套；
第二步，在基体表面镀铜
在基体的表面镀铜；
第三步，装入模具
第A步，将外下压垫环、下压环、内下压垫环和芯棒置入外阴模内；
第B步，将基体套在芯棒上，在包套内侧面涂上防粘层后，将包套置入外阴模内，
第C步，将内上压垫环套在芯棒上并下压至基体上，然后将外上压垫环压在包套上；
第D步，按设计尺寸和设计重量加入铜合金粉；
第E步，将上压环置入铜合金粉上方；
第四步，压制
将整个模具置于工作台上，向下压挤上压环，压力大小控制在300-600Mpa；
第五步，取出带有外套的基体
将上压环、内上压垫环和外上压垫环取出，然后将带有包套和铜合金粉层的基体取出；
第六步，烧结
将带有包套和铜合金粉层的基体放入有分解氨气氛保护的烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在820—890℃，烧结时间控制在90—150分钟；
第七步，脱除包套
将包套脱除；
第八步，成品加工
将脱除包套的成品包装。
3.根据权利要求2所述的钢基外表环复合铜合金层的方法，其特征在于：在所述第六步，烧结步骤中，烧结温度控制在840—850℃，烧结时间控制在110—120分钟。
4.根据权利要求2所述的钢基外表环复合铜合金层的方法，其特征在于：在所述第三步第D步中，使铜合金粉上表面的高度高出基体高度2.3-2.6mm。
5.根据权利要求2所述的钢基外表环复合铜合金层的方法，其特征在于：所述包套的厚度在3—6mm。
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| CN111024462A (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-17 | 中国科学院金属研究所 | 实现高静水压力及精确测温控温的试样设计及实验方法 |
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|---|---|
| CN105081318B (zh) | 2017-03-22 |
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