CN106238739A - 一种双金属复合滑动轴承的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双金属复合滑动轴承的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：（1）一次铺粉；（2）二次铺粉；（3）烧结；（4）压制：（5）后处理；且烧结过程采用梯度及分阶段烧结，压制过程中也采用分阶段进行压制。本发明的优点在于：本发明双金属复合滑动轴承的生产工艺，与传统制备工艺相比，对铺粉工艺进行改进，采用动磁压制技术进行铺粉，可使铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合，避免了压制过程中上下铜粉受力不均，导致致密度差；同时，烧结过程采用梯度及分阶段烧结，切压制过程中也采用分阶段进行压制，可使铜粉层与铁基体的结合强度大大增强；同时该生产工艺适用于不同规格的滑动轴承，可降低生产成本，适用于批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合轴承的制造方法，特别涉及一种双金属复合
滑动轴承的生产工艺。
背景技术
滑动轴承是汽车中非常重要的摩擦易损件，与汽车发动机曲轴、活塞销、凸轮轴等组成重要的往复循环工作组件。
传统的滑动轴承大多是全部用铜合金浇铸成轴套，再经切削加工而成，这样的结构制造成本高，特别是随着有色金属价格的上涨，这种整体的铜合金轴承被称作双金属的轴承所替代。
钢—铜双金属轴套以其承载力强、耐磨性好已在轴承领域广泛应用。目前，钢—铜双金属轴套的生产方法基本上是中国专利号为98239209.5、名称为“减摩与耐磨自润滑关节轴承”的实用新型专利说明书所公开的方法，即首先将铜合金粉铺在低碳冷轧钢板上，在有保护气氛的高温烧结炉内进行烧结，烧结后在轧机上进行轧制，再经过退火（回火）、调平等工序制成双金属板材，然后将双金属板材在冲压设备上进行落料，卷制成圆形薄壁轴套。该生产方法可适用于不同规格的轴承生产，因而成本低，但用该方法生产轴套有如下缺点：将铜合金粉铺在钢板上，其密度为堆积密度，烧结后孔隙率较大，为了提高其密度必须在烧结后进行轧制工艺，但在轧制过程中，粉末体在压模内受力后向各个方向流动，于是引起垂直于压模壁的侧压力，侧压力引起摩擦力，会使压坯在高度方向存在明显的压力降，进而使得粉末体与基板之间的致密度差，易出现钢套基体变形的问题。
针对上述现象，专利CN 1632340 A 公开了一种钢—铜双金属轴套及其生产方法，该钢—铜双金属轴套，这有钢套，与钢套内侧直接相接有铜合金喷涂烧结层；其生产方法是：制作钢套并清洁其内表面，将铜合金粉直接喷涂在钢套的内表面上，形成铜合金喷涂层；在保护气氛下，以低于铜合金熔点的温度烧结覆有铜合金喷涂层的钢套，使铜合金喷涂层为铜合金喷涂烧结层而紧密结合在钢套的内表面，表面铜合金致密、硬度高，空隙率只为1%左右，其铜合金层与钢套的结合强度也大大高于现有技术的粘结强度，但该生产方法仍存在一定的缺点：针对不同规格的双金属轴套，需对应不同的钢套及铜层制作模具，因而产品稳定性差，成本高，不适用于批量化生产。
因此，研发一种能够降低生产成本，适用于批量化生产，且能够增强基板与粉层面之间致密度的双金属复合滑动轴承的生
产工艺是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低生产成本，适用于批量化生产，且能够增强基板与粉层面之间致密度的双金属复
合滑动轴承的生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种双金属复合滑动轴承的生产工艺，其创新点在于：所述生产工艺包括以下步骤：
（1）一次铺粉：利用铺粉装置将铜粉均匀地铺设在厚度为30～50丝米的铁基板上，铜粉的铺设厚度为20～30丝米，同时将设置于铁基板下端的磁感器通电6～8µs，使得铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合；
（2）二次铺粉：对一次铺粉后的铁基板继续铺设铜粉，并通过调节铺粉装置使二次铺粉后，形成厚度为30～50丝米的铜粉层；
（3）烧结：将铺粉结束的铁基板送至烧结炉中，以16～24℃/分钟速率升温至550～650℃条件下烧结20～40min，再以12～16℃/分钟速率升温至650～750℃条件下烧结30～40min，然后10～14℃/分钟速率升温至800～820℃条件下烧结20～30min，使得铜粉层牢固地粘结在铁基板上，得到铁基铜粉板；
（4）压制：将铁基铜粉板装入压型模具，开始以300～450MPa的压力压制60～150s，使得铜粉层厚度减少15～20丝米，然后再以600～750MPa的压力压制10～30s，形成铜—铁双金属轴承材料的复合板材；
（5）后处理：对复合板材表面的铜粉层进行机械加工分别获得注油孔、油穴、油槽，然后定尺切断，切断后的复合板材通过自动卷圆机卷成圆筒形，接口处以焊接连接并由数控磨床进行表面处理最终获得双金属复合滑动轴承基体。
进一步地，所述铜粉选用粒度为160～240目的铜粉。
本发明的优点在于：
（1）本发明双金属复合滑动轴承的生产工艺，与传统制备工艺相比，对铺粉工艺进行改进，采用动磁压制技术，可使铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合，避免了压制过程中上下铜粉受力不均，导致致密度差；同时，烧结过程采用梯度及分阶段烧结，避免刚开始温度过高，破坏金属相组织，并可使铜粉层牢固地粘结在铁基板上，进而使表面铜粉层致密、硬度高，空隙率只为0.2%左右，且该过程中的烧结温度相对于传统烧结温度降低，进而可降低能耗；此外，压制过程中也采用分阶段进行压制，避免初始压力过大，造成基体变形；后段再加压压制，可使铜粉层与铁基体的结合强度大大增强；且该生产工艺先制备出复合板材，再根据不同规格的滑动轴承，进行切断，卷圆，因而不需要不同的钢套及铜层制作模具，可降低生产成本，适用于批量化生产。
（2）本发明双金属复合滑动轴承的生产工艺，铜粉选用粒度为160～240目的铜粉，可从原材料的选用，进一步提高铜粉层与铁基体的致密度。
具体实施方式
本发明双金属复合滑动轴承的生产工艺，该生产工艺包括以下步骤：
（1）一次铺粉：利用铺粉装置将粒度为160～240目的铜粉均匀地铺设在厚度为30～50丝米的铁基板上，铜粉的铺设厚度为20～30丝米，同时将设置于铁基板下端的磁感器通电6～8µs，使得铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合；
（2）二次铺粉：对一次铺粉后的铁基板继续铺设铜粉，并通过调节铺粉装置使二次铺粉后，形成厚度为30～50丝米的铜粉层；
（3）烧结：将铺粉结束的铁基板送至烧结炉中，以16～24℃/分钟速率升温至550～650℃条件下烧结20～40min，再以12～16℃/分钟速率升温至650～750℃条件下烧结30～40min，然后10～14℃/分钟速率升温至800～820℃条件下烧结20～30min，使得铜粉层牢固地粘结在铁基板上，得到铁基铜粉板；
（4）压制：将铁基铜粉板装入压型模具，开始以300～450MPa的压力压制60～150s，使得铜粉层厚度减少15～20丝米，然后再以600～750MPa的压力压制10～30s，形成铜—铁双金属轴承材料的复合板材；
（5）后处理：对复合板材表面的铜粉层进行机械加工分别获得注油孔、油穴、油槽，然后定尺切断，切断后的复合板材通过自动卷圆机卷成圆筒形，接口处以焊接连接并由数控磨床进行表面处理最终获得双金属复合滑动轴承基体。
实施例1
本实施例为直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承，该铜—铁复合滑动轴承的生产工艺，具体步骤如下：
（1）一次铺粉：利用铺粉装置将粒度为160目的铜粉均匀地铺设在厚度为30丝米的铁基板上，铜粉的铺设厚度为20丝米，同时将设置于铁基板下端的磁感器通电6～8µs，使得铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合；
（2）二次铺粉：对一次铺粉后的铁基板继续铺铜粉，并通过调节铺粉装置使二次铺粉后，形成厚度为30丝米的铜粉层；
（3）烧结：将铺粉结束的铁基板送至烧结炉中，以16～24℃/分钟速率升温至550～650℃条件下烧结20～40min，再以12～16℃/分钟速率升温至650～750℃条件下烧结30～40min，然后10～14℃/分钟速率升温至800～820℃条件下烧结20～30min，使得铜粉层牢固地粘结在铁基板上，得到铁基铜粉板；
（4）压制：将铁基铜粉板装入压型模具，开始以300～450MPa的压力压制60～150s，使得铜粉层厚度减少15丝米，然后再以600～750MPa的压力压制10～30s，形成铜—铁双金属轴承材料的复合板材；
（5）后处理：对复合板材表面的铜粉层进行机械加工分别获得注油孔、油穴、油槽，然后切断成宽度为70mm，长度为157mm的复合板材，切断后的复合板材通过自动卷圆机卷成圆筒形，接口处以焊接连接并由数控磨床进行表面处理最终获得直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承基体。
采用本实施例的生产工艺与专利CN 98239209.5生产工艺及专利CN 1632340A生产工艺生产的复合轴承的对比如下： 【注：表格数据若有不符合的，请帮忙调整】
| CN 98239209.5 | CN 1632340A | 本实施例 | |
| 铜粉粒度 | 160目 | 160目 | 160目 |
| 基板厚度 | 30丝米 | 30丝米 | 30丝米 |
| 复合板厚度 | 45丝米 | 45丝米 | 45丝米 |
| 铜粉层孔隙率 | 3% | 0.5% | 0.15% |
| 铜粉层抗拉强度 | 72 MPa | 120MPa | 188MPa |
| 铜粉层与基材粘结强度 | 48MPa | 60 MPa | 76MPa |
| 成本（元/个） | 8 | 11 | 12 |
由上表可以看出，随着孔隙率的降低，材料的抗拉强度不断增加，两种材料之间的粘结强度也不断增加，且用本实施例生产方法制得的复合轴承，其铜粉层孔隙率可大大降低，降低至0.15%，因而使得材料的抗拉强度及材料与材料之间的粘结强度也大大增加，本实施例的生产成本与CN 1632340A的生产成本接近，进行大批量生产不同规格的复合轴承时，CN1632340A需要不同的钢套及铜层制作模具，因而增加生产成本，不适用于批量化生产； CN98239209.5比本实施例的生产成本低，但生产出的复合轴承的孔隙率高，质量差，废品率高。
实施例2
本实施例为直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承，该铜—铁复合滑动轴承的生产工艺，具体步骤如下：
（1）一次铺粉：利用铺粉装置将粒度为240目的铜粉均匀地铺设在厚度为30丝米的铁基板上，铜粉的铺设厚度为20丝米，同时将设置于铁基板下端的磁感器通电6～8µs，使得铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合；
（2）二次铺粉：对一次铺粉后的铁基板继续铺铜粉，并通过调节铺粉装置使二次铺粉后，形成厚度为30丝米的铜粉层；
（3）烧结：将铺粉结束的铁基板送至烧结炉中，以16～24℃/分钟速率升温至550～650℃条件下烧结20～40min，再以12～16℃/分钟速率升温至650～750℃条件下烧结30～40min，然后10～14℃/分钟速率升温至800～820℃条件下烧结20～30min，使得铜粉层牢固地粘结在铁基板上，得到铁基铜粉板；
（4）压制：将铁基铜粉板装入压型模具，开始以300～450MPa的压力压制60～150s，使得铜粉层厚度减少15丝米，然后再以600～750MPa的压力压制10～30s，形成铜—铁双金属轴承材料的复合板材；
（5）后处理：对复合板材表面的铜粉层进行机械加工分别获得注油孔、油穴、油槽，然后切断成宽度为70mm，长度为157mm的复合板材，切断后的复合板材通过自动卷圆机卷成圆筒形，接口处以焊接连接并由数控磨床进行表面处理最终获得直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承基体。
采用本实施例的生产工艺与专利CN 98239209.5生产工艺及专利CN 1632340A生产工艺生产的复合轴承的对比如下：
| CN 98239209.5 | CN 1632340A | 本实施例 | |
| 铜粉粒度 | 240目 | 240目 | 240目 |
| 基板厚度 | 30丝米 | 30丝米 | 30丝米 |
| 复合板厚度 | 45丝米 | 45丝米 | 45丝米 |
| 铜粉层孔隙率 | 1% | 0.3% | 0.09% |
| 铜粉层抗拉强度 | 111 MPa | 160MPa | 227MPa |
| 铜粉层与基材粘结强度 | 60MPa | 72 MPa | 88MPa |
| 成本（元/个） | 12 | 15 | 16 |
由上表可以看出，随着孔隙率的降低，材料的抗拉强度不断增加，两种材料之间的粘结强度也不断增加，且用本实施例生产方法制得的复合轴承，其铜粉层孔隙率可大大降低，降低至0.09%，因而使得材料的抗拉强度及材料与材料之间的粘结强度也大大增加，本实施例的生产成本与CN 1632340A的生产成本接近，进行大批量生产不同规格的复合轴承时，CN1632340A需要不同的钢套及铜层制作模具，因而增加生产成本，不适用于批量化生产； CN98239209.5比本实施例的生产成本低，但生产出的复合轴承的孔隙率高，质量差，废品率高。
实施例3
本实施例为直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承，该铜—铁复合滑动轴承的生产工艺，具体步骤如下：
（1）一次铺粉：利用铺粉装置将粒度为200目的铜粉均匀地铺设在厚度为30丝米的铁基板上，铜粉的铺设厚度为20丝米，同时将设置于铁基板下端的磁感器通电6～8µs，使得铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合；
（2）二次铺粉：对一次铺粉后的铁基板继续铺铜粉，并通过调节铺粉装置使二次铺粉后，形成厚度为30丝米的铜粉层；
（3）烧结：将铺粉结束的铁基板送至烧结炉中，以16～24℃/分钟速率升温至550～650℃条件下烧结20～40min，再以12～16℃/分钟速率升温至650～750℃条件下烧结30～40min，然后10～14℃/分钟速率升温至800～820℃条件下烧结20～30min，使得铜粉层牢固地粘结在铁基板上，得到铁基铜粉板；
（4）压制：将铁基铜粉板装入压型模具，开始以300～450MPa的压力压制60～150s，使得铜粉层厚度减少15丝米，然后再以600～750MPa的压力压制10～30s，形成铜—铁双金属轴承材料的复合板材；
（5）后处理：对复合板材表面的铜粉层进行机械加工分别获得注油孔、油穴、油槽，然后切断成宽度为70mm，长度为157mm的复合板材，切断后的复合板材通过自动卷圆机卷成圆筒形，接口处以焊接连接并由数控磨床进行表面处理最终获得直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承基体。
采用本实施例的生产工艺与专利CN 98239209.5生产工艺及专利CN 1632340A生产工艺生产的复合轴承的对比如下：
| CN 98239209.5 | CN 1632340A | 本实施例 | |
| 铜粉粒度 | 200目 | 200目 | 200目 |
| 基板厚度 | 30丝米 | 30丝米 | 30丝米 |
| 复合板厚度 | 45丝米 | 45丝米 | 45丝米 |
| 铜粉层孔隙率 | 2% | 0.4% | 0.11% |
| 铜粉层抗拉强度 | 78 MPa | 126MPa | 194MPa |
| 铜粉层与基材粘结强度 | 52MPa | 66MPa | 82MPa |
| 成本（元/个） | 10 | 13 | 14 |
由上表可以看出，随着孔隙率的降低，材料的抗拉强度不断增加，两种材料之间的粘结强度也不断增加，且用本实施例生产方法制得的复合轴承，其铜粉层孔隙率可大大降低，降低至0.11%，因而使得材料的抗拉强度及材料与材料之间的粘结强度也大大增加，本实施例的生产成本与CN 1632340A的生产成本接近，进行大批量生产不同规格的复合轴承时，CN1632340A需要不同的钢套及铜层制作模具，因而增加生产成本，不适用于批量化生产； CN98239209.5比本实施例的生产成本低，但生产出的复合轴承的孔隙率高，质量差，废品率高。
实施例4
本实施例为直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承，该铜—铁复合滑动轴承的生产工艺，具体步骤如下：
（1）一次铺粉：利用铺粉装置将粒度为200目的铜粉均匀地铺设在厚度为50丝米的铁基板上，铜粉的铺设厚度为30丝米，同时将设置于铁基板下端的磁感器通电6～8µs，使得铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合；
（2）二次铺粉：对一次铺粉后的铁基板继续铺铜粉，并通过调节铺粉装置使二次铺粉后，形成厚度为50丝米的铜粉层；
（3）烧结：将铺粉结束的铁基板送至烧结炉中，以16～24℃/分钟速率升温至550～650℃条件下烧结20～40min，再以12～16℃/分钟速率升温至650～750℃条件下烧结30～40min，然后10～14℃/分钟速率升温至800～820℃条件下烧结20～30min，使得铜粉层牢固地粘结在铁基板上，得到铁基铜粉板；
（4）压制：将铁基铜粉板装入压型模具，开始以300～450MPa的压力压制60～150s，使得铜粉层厚度减少20丝米，然后再以600～750MPa的压力压制10～30s，形成铜—铁双金属轴承材料的复合板材；
（5）后处理：对复合板材表面的铜粉层进行机械加工分别获得注油孔、油穴、油槽，然后切断成宽度为70mm，长度为157mm的复合板材，切断后的复合板材通过自动卷圆机卷成圆筒形，接口处以焊接连接并由数控磨床进行表面处理最终获得直径50mm，高度为70mm的铜—铁复合滑动轴承基体。
采用本实施例的生产工艺与专利CN 98239209.5生产工艺及专利CN 1632340A生产工艺生产的复合轴承的对比如下：
| CN 98239209.5 | CN 1632340A | 本实施例 | |
| 铜粉粒度 | 200目 | 200目 | 200目 |
| 基板厚度 | 50丝米 | 50丝米 | 50丝米 |
| 复合板厚度 | 80丝米 | 80丝米 | 80丝米 |
| 铜粉层孔隙率 | 2.2% | 0.4% | 0.12% |
| 铜粉层抗拉强度 | 76MPa | 124MPa | 196MPa |
| 铜粉层与基材粘结强度 | 55MPa | 65 MPa | 83MPa |
| 成本（元/个） | 11 | 14 | 15 |
由上表可以看出，随着孔隙率的降低，材料的抗拉强度不断增加，两种材料之间的粘结强度也不断增加，且用本实施例生产方法制得的复合轴承，其铜粉层孔隙率可大大降低，降低至0.12%，因而使得材料的抗拉强度及材料与材料之间的粘结强度也大大增加，本实施例的生产成本与CN 1632340A的生产成本接近，进行大批量生产不同规格的复合轴承时，CN1632340A需要不同的钢套及铜层制作模具，因而增加生产成本，不适用于批量化生产； CN98239209.5比本实施例的生产成本低，但生产出的复合轴承的孔隙率高，质量差，废品率高。
再将上述实施例1～4铜—铁复合滑动轴承的生产工艺制备得的铜—铁复合滑动轴承之间进行对比如下：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 铜粉粒度 | 160目 | 240目 | 200目 | 200目 |
| 基板厚度 | 30丝米 | 30丝米 | 30丝米 | 50丝米 |
| 复合板厚度 | 45丝米 | 45丝米 | 45丝米 | 80丝米 |
| 铜粉层孔隙率 | 0.15% | 0.09% | 0.11% | 0.12% |
| 铜粉层抗拉强度 | 188MPa | 227MPa | 194MPa | 196MPa |
| 铜粉层与基材粘结强度 | 76MPa | 88MPa | 82MPa | 83MPa |
| 成本（元/个） | 12 | 16 | 14 | 15 |
由上表可以看出，铜粉的粒度越低，铜粉层孔隙率越低，成本也相对应的增加，但随着孔隙率的降低，材料的抗拉强度不断增加，材料之间的粘结强度也不断增加；基板厚度与复合板厚度改变时，生产成本几乎变化不大；因而铜粉粒度为240目时，为最佳实施例。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种双金属复合滑动轴承的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺包括以下步骤：
一次铺粉：利用铺粉装置将铜粉均匀地铺设在厚度为30～50丝米的铁基板上，铜粉的铺设厚度为20～30丝米，同时将设置于铁基板下端的磁感器通电6～8µs，使得铺设于铁基板上的铜粉能够密实贴合；
二次铺粉：对一次铺粉后的铁基板继续铺设铜粉，并通过调节铺粉装置使二次铺粉后，形成厚度为30～50丝米的铜粉层；
烧结：将铺粉结束的铁基板送至烧结炉中，以16～24℃/分钟速率升温至550～650℃条件下烧结20～40min，再以12～16℃/分钟速率升温至650～750℃条件下烧结30～40min，然后10～14℃/分钟速率升温至800～820℃条件下烧结20～30min，使得铜粉层牢固地粘结在铁基板上，得到铁基铜粉板；
压制：将铁基铜粉板装入压型模具，开始以300～450MPa的压力压制60～150s，使得铜粉层厚度减少15～20丝米，然后再以600～750MPa的压力压制10～30s，形成铜—铁双金属轴承材料的复合板材；
后处理：对复合板材表面的铜粉层进行机械加工分别获得注油孔、油穴、油槽，然后定尺切断，切断后的复合板材通过自动卷圆机卷成圆筒形，接口处以焊接连接并由数控磨床进行表面处理最终获得双金属复合滑动轴承基体。
2.根据权利要求1所述的双金属复合滑动轴承的生产工艺，其特征在于：所述铜粉选用粒度为160～240目的铜粉。
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