CN106238735B - 一种压缩机连杆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机连杆的制备方法，步骤：将铁粉、0～1％石墨、0～3％铜粉、0.2～1％润滑剂、0～0.5％粘接剂或/和生坯增强剂混合均匀；成形，成形密度大于6.5g/cm3；在加工设备上进行生坯加工；在烧结炉中进行烧结；根据成品的最终要求进行模压精整；精加工内孔；在磷化液中进行磷化。与现有技术相比，本发明的优点在于：有效解决了压缩机连杆制造过程中长孔加工效率低的问题，可实现钻孔后大小头内孔无毛刺，并可通过精整满足尺寸要求，提升生产效率。此外，减少了加工液渗入连杆孔隙的风险，避免连杆与轴卡死的情况出现；还大大降低了降低加工成本。

Description

一种压缩机连杆的制备方法
技术领域
本发明属于压缩机和粉末冶金技术领域，尤其涉及一种压缩机连杆的制备方法。
背景技术
压缩机是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发(吸热)的制冷循环。压缩机一般由壳体、电动机、缸体、活塞、控制设备(启动器和热保护器)及冷却系统组成。
往复式压缩机又称活塞式压缩机，其包括气缸、活塞、连杆、曲轴、排气阀、吸气阀和曲轴箱，其工作腔是汽缸，活塞在汽缸内作上下往复运动，从而完成了压缩、排汽、膨胀、吸汽等过程，从压缩机工作中的四个过程，可以看出，连杆是往复式压缩机的重要组成部分。
传统的压缩机连杆采用铸造方法加工，由于铸造成本高，近年来越来越多的压缩机连杆采用粉末冶金工艺制造。
连杆的生坯如图1所示，图2为连杆加工长孔后的成品示意图，从图2可以看到，连杆3上有一长度为L，内径为D的长孔31。粉末冶金连杆的主要制造工艺如下：成形、烧结、喷砂、机加工长孔、机加工两端孔内径以及磷化等工艺。整个连杆制造流程较长，机加工长孔成本高，加工效率低，在制造过程中加工液还可能渗入的连杆孔隙，加工液干燥后在连杆内孔表面可能会出现吸出物，导致连杆与活塞或电机卡死，最终引起压缩机失效，要解决吸出物问题，往往需要采用清洗、烘干等工序，增加了成本，延长了生产周期，影响了粉末冶金在压缩机中的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种压缩机连杆的制备方法，具有加工方便、成本低的特点，有效解决了压缩机连杆制造过程中长孔的加工效率低，成本高以及连杆内孔表面出现析出物的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种压缩机连杆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)设计材料组成和混料：按质量百分比将下述原料混合均匀：石墨0～1％、铜粉0～3％、润滑剂0.2～1％、粘接剂或/和生坯增强剂0～0.5％、铁粉余量；
2)成型：根据产品的最终密度要求，在压机上进行成形，成形密度大于6.5g/cm3；
3)加工：
a、将固定连杆大头和小头的二个固定销固定在夹具上，固定销与夹具之间的配合按照间隙配合形式，间隙大小0.005～0.2mm；
b、将上述固定好固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上；
c、将钻头固定在钻孔的加工设备上；
d、再将连杆生坯的大头和小头分别固定在对应的固定销的位置，固定销与连杆大头之间和连杆小头之间的配合按照间隙定位配合，间隙大小0.005～0.2mm；
e、设置加工程序，将装有连杆生坯的夹具小头端正对钻头，进行钻削，当钻头螺旋端与连杆生坯接触时达到程序设定的长度，停止加工，取出生坯工件；
4)烧结：已加工的生坯在温度1000℃～1350℃中进行烧结，烧结的时间为5～180分钟上，烧结在真空烧结炉中进行或者是氮气为基础、氢气的比例为1～75vol％的烧结炉中进行；
5)精整：根据图纸上连杆成品的最终要求进行模压精整；
6)精加工内孔：如果通过精整后连杆的尺寸不能达到图纸的要求，需要对连杆的大小头进行精加工；
7)最后，在磷化液中进行磷化，降低摩擦力，延长零件使用寿命。
作为优选，所述铁粉根据选用生坯增强剂的情况，采用高生坯强度的还原铁粉、雾化纯铁粉、或者还原铁粉与雾化纯铁粉合批混合粉，具体选用原则如下：当不添加生坯增强剂的时候，选用至少10wt％的高生坯强度的还原铁粉，其余为雾化纯铁粉；当添加生坯增强剂时，可以选用雾化纯铁粉，也可添加还原铁粉，生坯强度大于13MPa。
作为优选，所述步骤1)中的润滑剂及石墨等可采用粘接处理方式加入。
作为改进，所述步骤1)的原料还包括质量百分比为0～2.0％的镍、钼、铬或锰合金元素。
作为优选，所述步骤2)的成形采用温压成形或模具加热成形。
作为改进，所述步骤3)加工过程a步骤中固定连杆大头的固定销为菱形销，固定连杆小头的固定销为圆销，圆销的高度小于或等于连杆小头的长孔壁面至连杆小头外壁面之间的高度H，菱形销的形状也可改为圆销，其高度也小于或等于高度H。
作为改进，所述步骤3)加工过程a步骤中固定连杆小头的固定销为圆销，圆销的高度小于或等于或大于连杆小头的高度，但大于高度H，圆销在连杆小头的长孔壁面面之间的高度H处有一直径大于D(连杆横孔直径)的孔D1，D1比D大0.01～0.6mm；菱形销的形状也可改为圆销，其高度也小于或等于高度H。钻连杆的D长孔时，需将D1调整到与D同心。
作为改进，所述步骤3)加工过程c步骤中钻头前端边缘比中心部位高，角度A大于90°，小于180°，钻头的前端长度大于连杆长孔的长度L，钻头的中段设一角度B用于对孔进行倒角的螺旋，角度B一般为90°，也根据需要调整为其他角度。
再改进，所述步骤4)烧结或步骤5)精整后，还可增加喷丸处理步骤，以进一步提高产品的疲劳强度和表面密度，减少磷化液渗入连杆孔隙中。
进一步改进，所述步骤5)精整后还可增加蒸汽处理工序，以进一步提高产品的硬度和连通孔隙，提升耐磨性并减少磷化液渗入连杆孔隙中。
最后，所述步骤3)加工过程b步骤中的加工设备可同时装配2个或2个以上包含固定销的夹具，同时加工2个或2个以上的连杆生坯。
与现有技术相比，本发明的优点在于：有效解决了压缩机连杆制造过程中长孔加工效率低的问题，可实现钻孔后大小头内孔无毛刺，并可通过精整满足尺寸要求，提升生产效率。此外，减少了加工液渗入连杆孔隙的风险，避免连杆与轴卡死的情况出现；还大大降低了降低加工成本。
附图说明
图1是连杆生坯的结构示意图；
图2是连杆成品的结构示意图；
图3是连杆生坯装配在夹具上的结构示意图；
图4是夹具的结构示意图，其中a为前视图，b为侧视图；
图5是固定连杆大头的菱形销的结构示意图，其中a为前视图，b为侧视图；
图6是固定连杆小头的圆销的结构示意图；
图7是钻头的结构示意图；
图8是固定连杆小头的带孔圆销的结构示意图；
图9是钻孔结束后的连杆照片；
图10是钻孔结束后连杆照片；
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
1.设计材料组成和混料：97％还原铁粉、0.7％石墨、2％铜粉、0.3％润滑剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度6.9g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)按照图3固定在夹具8上，夹具8为圆形，夹具8设有供菱形销9和圆销10固定的销孔81和82，然后将包含菱形销9和圆销10的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为170°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.精加工内孔：将连杆3的大小头进行精加工，满足图纸要求。
7.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例2
1.设计材料组成和混料：27％还原铁粉、70％雾化铁粉、0.7％石墨、2％铜粉、0.3％润滑剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度7.0g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)按照图4固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头(图7)固定在钻孔的加工设备上。钻头前端边缘比中心部位高，角度A为170°。钻头的前端长度比图2中L的长度略长。钻头的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯的大小头分别固定在菱形销和圆销的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯的夹具小头端正对钻头，进行钻削，当钻头螺旋端与连杆生坯接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.精加工内孔：将连杆成品的大小头进行精加工，满足图纸要求。
7.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例3
1.设计材料组成和混料：97.4％雾化铁粉、0.5％石墨、1.5％铜粉、0.3％润滑剂、0.3％生坯增强剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度6.8g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)按照图3固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为165°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.精加工内孔：将连杆成品的大小头进行精加工，满足图纸要求。
7.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例4
1.设计材料组成和混料：96.9％雾化铁粉、0.5％石墨、0.5％铜粉、1.5％镍粉、0.3％润滑剂、0.3％生坯增强剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度6.8g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)按照图3固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为120°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。加工后的生坯见图9。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.精加工内孔：将连杆成品的大小头进行精加工，满足图纸要求。
7.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例5
1.设计材料组成和混料：47.9％含0.5％钼的雾化铁粉、50.5％还原铁粉、0.5％石墨、0.5％铜粉、0.6％润滑剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度6.8g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)按照图3固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为120°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.精加工内孔：将连杆成品的大小头进行精加工，满足图纸要求。
7.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例6
1.设计材料组成和混料：98.4％雾化铁粉、0.5％石墨、0.5％铜粉、0.3％润滑剂、0.3％生坯增强剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度6.8g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)
按照图3固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为120°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.蒸汽处理；
6.精加工内孔：将连杆的大小头进行精加工，满足图纸要求。
7.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例7
1.设计材料组成和混料：48.7％含0.5％钼的雾化铁粉、50％还原铁粉、0.2％石墨、0.5％铜粉、0.6％润滑剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度6.8g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)
按照图3固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为120°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大头和小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例8
1.设计材料组成和混料：99.2％雾化铁粉、0.6％润滑剂、0.2％生坯增强剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度7.1g/cm3。
3.加工
1)将固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的圆销10(图6)按照图3固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为150°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大头和小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。加工后的生坯见图10。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.磷化：在磷化液中进行磷化。
实施例9
1.设计材料组成和混料：98.8％雾化铁粉、0.5％石墨、0.7％润滑剂混合均匀。
2.成形：在普通机械压机上压制到密度6.9g/cm3。
3.加工
1)将带孔圆销的孔与待加工的连杆长孔调整至同心，固定连杆3大头的菱形销9(图5)和将固定连杆3小头的带孔圆销10(图8)按照图3固定在夹具8上。将此包含固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头11固定在钻孔的加工设备上，钻头11前端边缘比中心部位高，角度A为150°，钻头11的前端长度比连杆3的长孔31的长度L略长，钻头11的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将连杆生坯30的大头和小头分别固定在菱形销9和圆销10的位置。
4)设置加工程序，将装有连杆生坯30的夹具8小头端正对钻头11，进行钻削，当钻头11螺旋端与连杆生坯30接触时达到程序设定的长度，停止加工。取出生坯工件。
4.烧结：已加工的生坯在温度1120℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为50分钟，气氛为含氢气5％的氮气。
5.精整：根据图2连杆成品的最终要求进行模压精整。
6.磷化：在磷化液中进行磷化。

Claims (11)

1.一种压缩机连杆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)设计材料组成和混料：按质量百分比将下述原料混合均匀：石墨0～1％、铜粉0～3％、润滑剂0.2～1％、粘接剂或/和生坯增强剂0～0.5％、铁粉余量；
2)成型：根据产品的最终密度要求，在压机上进行成形，成形密度大于6.5g/cm3；
3)加工：
a、将固定连杆大头和小头的二个固定销固定在夹具上，固定销与夹具之间的配合按照间隙配合形式，间隙大小0.005～0.2mm；
b、将上述固定好固定销的夹具装配在可以钻孔的加工设备上；
c、将钻头固定在钻孔的加工设备上；
d、再将连杆生坯的大头和小头分别固定在对应的固定销的位置，固定销与连杆大头之间和连杆小头之间的配合按照间隙定位配合的形式，间隙大小0.005～0.2mm；
e、设置加工程序，将装有连杆生坯的夹具小头端正对钻头，进行钻削，当钻头螺旋端与连杆生坯接触时达到程序设定的长度，停止加工，取出生坯工件；
4)烧结：已加工的生坯在温度1000℃～1350℃中进行烧结，烧结的时间为5～180分钟上，烧结在真空烧结炉中进行或者是氮气为基础、氢气的比例为1～75vol％的烧结炉中进行；
5)精整：根据图纸上连杆成品的最终要求进行模压精整；
6)精加工内孔：如果通过精整后连杆的尺寸不能达到图纸的要求，需要对连杆的大小头进行精加工；
7)在磷化液中进行磷化。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁粉根据选用生坯增强剂的情况，采用高生坯强度的还原铁粉、雾化纯铁粉、或者还原铁粉与雾化纯铁粉合批混合粉，具体选用原则如下：当不添加生坯增强剂的时候，选用至少10(wt)％的高生坯强度的还原铁粉，其余为雾化纯铁粉；当添加生坯增强剂时，选用雾化纯铁粉，或雾化纯铁粉与还原铁粉的混合粉，生坯强度大于13MPa。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的原料还包括质量百分比为0～2.0％的镍、钼、铬或锰合金元素。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)的成形采用温压成形或模具加热成形。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)加工过程a步骤中固定连杆大头的固定销为菱形销，固定连杆小头的固定销为圆销，圆销的高度小于或等于连杆小头的长孔壁面至连杆小头外壁面之间的高度H，或菱形销的形状改为圆销，其高度也小于或等于高度H。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)加工过程a步骤中固定连杆小头的固定销为圆销，圆销的高度小于或等于或大于连杆小头的高度，但大于高度H，圆销在连杆小头的长孔壁面之间的高度H处有一直径大于连杆横孔直径D的孔D1，D1比D大0.01～0.6mm；或菱形销的形状改为圆销，其高度也小于或等于高度H，钻连杆的D长孔时，需将D1调整到与D同心。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)加工过程c步骤中钻头前端边缘比中心部位高，角度A大于90°，小于180°，钻头的前端长度大于连杆长孔的长度L，钻头的中段设一角度B用于对孔进行倒角的螺旋，角度B为90°。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)烧结或步骤5)精整后，还增加喷丸处理步骤，以进一步提高产品的疲劳强度和表面密度，减少磷化液渗入连杆孔隙中。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)精整后还增加蒸汽处理工序，以进一步提高产品的硬度和连通孔隙，提升耐磨性并减少磷化液渗入连杆孔隙中。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)加工过程b步骤中的加工设备可同时装配2个或2个以上包含固定销的夹具，同时加工2个或2个以上的连杆生坯。
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