CN105349926A - 易切削无铅黄铜制作方法、平衡块制作方法和冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种易切削无铅黄铜制作方法、平衡块制作方法和冷却装置，属于合金处理技术领域。它解决了现有的易切削无铅黄铜不适合采用热锻、温锻、温挤、冷挤制造压缩机平衡块坯料的问题。本易切削无铅黄铜制作方法包括先将无铅黄铜冷却到-170℃～-196℃后保温；再将无铅黄铜缓慢地升至0℃以上。本无铅黄铜平衡块制作方法包括先采用热锻、温锻、温挤或冷挤成型平衡块坯料；再依次采用再结晶退火工艺和采用上述易切削无铅黄铜制作方法处理平衡块坯料；最后将平衡块坯料机械加工至平衡块成品。平衡块采用无铅黄铜适合热锻、温锻、温挤或冷挤成型，冷却平衡块坯料有效地提高无铅黄铜在β相的相对含量，使其切削性能提高。

Description

易切削无铅黄铜制作方法、平衡块制作方法和冷却装置
技术领域
本发明属于合金处理技术领域，涉及一种无铅黄铜的处理，特别是一种易切削无铅黄铜制作方法。
本发明属于金属加工技术领域，特别是涉及一种平衡块制作方法。
本发明属于制冷技术领域，特别是涉及一种冷却装置。
背景技术
黄铜具有优异的耐腐蚀性、易切削性和成型性能，广泛地应用于电工、热工、化工、轻工、造船、机械制造等行业。为了改善黄铜机械加工时切削性能，通常在黄铜中添加1～3％的铅，使其具有良好的切削性能、冷加工性能和自润滑性能。如常用的黄铜HPb59-1。
最近世界铅黄铜的年用量达到200～220万吨，饮水系统管件以及其他废旧电子、电器中所含的铅，极易进入水体和土壤，人体摄入后会严重危害健康。近年来，国际环保机构对含铅材料发出严格禁令，要求世界各国积极控制各种含铅制品的铅含量，控制铅对环境的污染程度。
为此人们提出了不同配方的无铅黄铜，如中国专利文献记载的一种无铅硅黄铜合金(申请公布号：CN103725922A)。申请人希望压缩机平衡块也采用无铅黄铜制成，通过研究理论文献和实际生产试验发现无铅黄铜存在着切削性能差的问题。为此人们也提出了易切削无铅黄铜，如《广东有色金属学报》2006年12月第4期第16卷记载的《无铅易切削黄铜的研究现状及其展望》，文献中提到的无铅黄铜虽然具有易切削的优点，但存在着较脆的问题，即不适合采用热锻、温锻、温挤、冷挤为主要成型手段来制造压缩机平衡块坯料。
发明内容
本发明提出了一种易切削无铅黄铜制作方法，本发明要解决的技术问题是如何提高无铅黄铜的切削性能。
本发明还提出了一种无铅黄铜平衡块制作方法，本发明要解决的技术问题是如何制造无铅黄铜平衡块。
本发明还提出了一种冷却装置，本发明要解决的技术问题是如何提出一种适合无铅黄铜平衡块冷却处理的冷却装置。
本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：本易切削无铅黄铜制作方法依次按以下步骤进行：第一步，将无铅黄铜冷却到-170℃～-196℃后保温；第二步，将无铅黄铜缓慢地升至0℃以上。
通过比较未经本方法处理无铅黄铜的显微组织和经本方法处理无铅黄铜的显微组织确认经本方法处理无铅黄铜在β相的相对含量得到明显提高，因而明显地降低了无铅黄铜的塑性，提高了无铅黄铜的切削性能。
本无铅黄铜平衡块制作方法依次按以下步骤进行：第一步，采用热锻、温锻、温挤或冷挤成型平衡块坯料；第二步，依次采用再结晶退火工艺和采用上述易切削无铅黄铜制作方法处理平衡块坯料；第三步，将平衡块坯料机械加工至平衡块成品。平衡块采用的无铅黄铜适合热锻、温锻、温挤或冷挤成型，因而平衡块坯料具有技术成熟、加工效率高，加工成本低等优点。再结晶退火处理有效地消除内应力，同时会降低硬度，提高塑性。冷却平衡块坯料有效地提高无铅黄铜在β相的相对含量，使其切削性能提高，仅略低于HPb59-1切削性能。
本冷却装置包括保温筒体和能与保温筒体密封固定连接的保温筒盖，保温筒体内壁上固定有升温管和降温管，升温管和降温管的端部均穿过保温筒体的侧壁，升温管和降温管与保温筒体的侧壁之间密封连接，保温筒体内设有能够取出的工件放置架。
利用本冷却装置冷却工件，工件放置在工件放置架上。降温时，控制冷媒通过降温管可实现工件降温，也可直接向保温筒体内注入冷媒实现工件降温；换言之根据实际生产工况灵活地选择降温方式。升温时控制热媒通过升温管实现工件缓慢升温。
附图说明
图1是在-180℃条件下无铅黄铜零件体积与保温时间关系参考图。
图2是平衡块坯料立体结构示意图。
图3是平衡块成品立体结构示意图。
图4是无铅黄铜平衡块坯料保温时间与冷却温度关系参考图。
图5是冷却装置的剖视结构示意图。
图6是冷却装置剖视状态下的立体结构示意图。
图中，1、保温筒体；2、保温筒盖；3、升温管；4、降温管；5、冷媒进口；6、冷媒出口；7、工件放置架；7a、中心柱；7b、托盘；8、冷媒管；9、热媒管。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本易切削无铅黄铜制作方法为先将无铅黄铜分两个阶段冷却到-170℃～-196℃后保温，再将无铅黄铜缓慢地升至0℃以上。
冷却的第一阶段为在10～20分钟时间将无铅黄铜工件采用间接热传导方式冷却到-40～-60℃；第二阶段为采用直接热传导方式冷却到-170℃～-196℃；第一阶段与第二阶段连续进行。分两个第二阶段降温既能有效地保护无铅黄铜工件，如避免工件开裂，又能有效地节约冷媒。
冷却保温时间与无铅黄铜零件体积和冷却温度有关。在相同温度下体积越大保温时间越长，反之越短；具体如图1所示在-180℃条件下，无铅黄铜零件体积与保温时间关系参考图。图1中无铅黄铜化学成份:Cu57.0～60.0wt％，Si0.5～1wt％，P0.02～0.03wt％，Al≤0.5wt％，Fe≤0.5wt％，其余为锌和不可避免的杂质。
缓慢升温为用1～3小时时间将无铅黄铜采用间接热传导方式升至0℃以上，如0℃～10℃。
经本制作方法处理过的无铅黄铜零件在β相的相对含量得到明显提高，因而明显地降低了无铅黄铜的塑性，提高了无铅黄铜的切削性能；无铅黄铜的切削性能达到HPb59-1切削性能的90％左右。
实施例二
无铅黄铜平衡块制作方法为先将采用连铸工艺制作的无铅黄铜棒料切呈段料，再将段料采用热锻、温锻、温挤或冷挤成型成平衡块坯料，如图2所示一款平衡块坯料；接着依次采用再结晶退火工艺和采用实施例一所述易切削无铅黄铜制作方法处理平衡块坯料；最后将平衡块坯料机械加工至平衡块成品，如图3所示一款与图2所示平衡块坯料相对应的平衡块成品。机械加工包括车基准面，铣外表面和中心孔，钻孔和攻丝等。
平衡块采用的无铅黄铜化学成份:Cu57.0～60.0wt％，Si0.5～1wt％，P0.02～0.03wt％，Al≤0.5wt％，Fe≤0.5wt％，其余为锌和不可避免的杂质。
图3所示平衡块成品体积为100cm3，在易切削无铅黄铜制作方法处理平衡块坯料步骤中保温时间与冷却温度关系如图4所示的参考图。
实施例三
如图5和图6所示，用于实施例一和实施例二的冷却装置包括保温筒体1和能与保温筒体1密封固定连接的保温筒盖2，保温筒体1内壁上固定有升温管3和降温管4，升温管3和降温管4均呈螺旋状，升温管3和降温管4的端部穿过保温筒体1的侧壁；升温管3和降温管4的端部与保温筒体1的侧壁密封连接。
保温筒体1的侧壁还开有冷媒进口5，保温筒体1的底板上开有冷媒出口6。
保温筒体1内设有工件放置架7；工件放置架7包括中心柱7a和与中心柱7a固连的托盘7b，托盘7b上具有多个通孔。工件放置在托盘7b上，通孔可保证工件底部也能快速地进行热交换，同时避免注入保温筒体1内的冷媒盛在托盘7b内。中心柱7a与保温筒盖2固定连接，吊起保温桶盖时将工件放置架7和工件一起吊起，进而方便操作。
通过阐述利用本冷却装置对无铅黄铜平衡块进行冷却处理，进一步说明本冷却装置的作用和优点以及易切削无铅黄铜制作方法：冷却装置中降温管4的两端口、冷媒进口5和冷媒出口6均与冷媒管8相连通，升温管3的两端均与热媒管9相连通。本实施例给出冷媒为液氮，热媒为水。
无铅黄铜平衡块坯料放置在工件放置架7的托盘7b上，将工件放置架7吊入保温筒体1内以及将保温筒盖2与保温筒体1固定连接。降温时，先向降温管4内注入冷媒，冷媒通过降温管4，通过控制流速实现控制降温速度，冷媒连续通过降温管410～20分钟后中止；再将冷媒直接从冷媒进口5注入保温筒体1内，保持冷媒位于保温筒体1内2～4小时，即实现保温2～4小时。升温之前先将冷媒从冷媒出口6排干，降低冷媒损耗；再向升温管3内注入热媒，热媒通过升温管3，通过控制流速实现控制升温速度，热媒连续通过升温管31～3小时分钟后检测筒体内温度，无铅黄铜平衡块坯料的温度会高于0℃。最后打开保温桶盖，吊取工件放置架7，取下工件，工件自然升温。
通过升温管3后的水用于热锻成型无铅黄铜平衡块坯料工序中平衡块坯料的冷却，显然具有节约资源的优点。

Claims (10)

1.一种易切削无铅黄铜制作方法，其特征在于，本易切削无铅黄铜制作方法是依次按以下步骤进行的：第一步，将无铅黄铜冷却到-170℃～-196℃后保温；第二步，将无铅黄铜缓慢地升温至0℃以上。
2.根据权利要求1所述的易切削无铅黄铜制作方法，其特征在于，所述无铅黄铜冷却到-170℃～-196℃分两个阶段连续进行；第一阶段为在10～20分钟时间将无铅黄铜工件采用间接热传导方式冷却到-40～-60℃；第二阶段为采用直接热传导方式冷却到-170℃～-196℃。
3.根据权利要求1所述的易切削无铅黄铜制作方法，其特征在于，所述保温的时长为2～4小时。
4.根据权利要求1所述的易切削无铅黄铜制作方法，其特征在于，所述缓慢升温为用1～3小时时间将无铅黄铜采用间接热传导方式升温。
5.一种无铅黄铜平衡块制作方法，其特征在于，本无铅黄铜平衡块制作方法是依次按以下步骤进行的：
第一步，采用热锻、温锻、温挤或冷挤成型平衡块坯料；
第二步，依次采用再结晶退火工艺和采用权利要求1至4中任意一项所述易切削无铅黄铜制作方法处理平衡块坯料；
第三步，将平衡块坯料机械加工至平衡块成品。
6.一种用于权利要求1至4中任意一项所述易切削无铅黄铜制作方法或用于权利要求5所述无铅黄铜平衡块制作方法的冷却装置，其特征在于，本冷却装置包括保温筒体(1)和能与保温筒体(1)密封固定连接的保温筒盖(2)，保温筒体(1)内壁上固定有升温管(3)和降温管(4)，升温管(3)和降温管(4)的端部均穿过保温筒体(1)的侧壁，升温管(3)和降温管(4)的端部与保温筒体(1)的侧壁密封连接；保温筒体(1)的侧壁还开有冷媒进口(5)，保温筒体(1)的底板上开有冷媒出口(6)。
7.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述升温管(3)和降温管(4)均呈螺旋状。
8.根据权利要求6或7所述的冷却装置，其特征在于，所述保温筒体(1)内设有能取出的工件放置架(7)。
9.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，所述工件放置架(7)包括中心柱(7a)和与中心柱(7a)固连的托盘(7b)，托盘(7b)上具有多个通孔。
10.根据权利要求9所述的冷却装置，其特征在于，所述中心柱(7a)与保温筒盖(2)固定连接。
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