CN106424703B - 一种压缩机活塞的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机活塞的制备方法，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：有效解决了压缩机活塞制造过程中侧孔加工效率低的问题，可实现钻孔后内孔无毛刺，并可通过精整满足尺寸要求，提升生产效率。此外，减少了加工液渗入活塞孔隙的风险，避免活塞与缸体卡死的情况出现；还大大降低了降低加工成本。

Description

一种压缩机活塞的制备方法
技术领域
本发明属于压缩机和粉末冶金技术领域，尤其涉及一种冰箱压缩机活塞的制备方法。
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，见图1，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，活塞是往复式压缩机的重要组成部分。
传统的压缩机活塞采用铸造方法加工，由于铸造成本高，近年来越来越多的压缩机活塞采用粉末冶金工艺制造。
活塞的生坯如图2所示，图3为活塞加工后的成品示意图，从图3可以看到，活塞3的侧部设有一高度为H，内径为D的侧孔31。粉末冶金活塞的主要制造工艺如下：成形、烧结、蒸汽处理、机加工侧孔31及磷化等工艺。由于经过蒸汽处理，零件硬度提高，整个活塞制造流程较长，机加工侧孔31成本高，加工效率低，在制造过程中加工液还可能渗入的活塞孔隙，加工液干燥后在活塞内孔表面可能会出现吸出物，导致活塞与活塞或电机卡死，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活塞的制备方法，具有加工方便、成本低的特点，有效解决了压缩机活塞制造过程中侧孔的加工效率低，成本高以及活塞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：一种压缩机活塞的制备方法，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、将固定活塞的固定销安装在夹具上，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、将上述安装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、再将活塞生坯放置在固定销上，固定销与活塞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，将装有活塞生坯的夹具正对钻头，进行钻削，当钻头螺旋端与活塞生坯另一侧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：根据图纸上活塞成品的最终要求进行模压精整；
6)蒸汽处理：将活塞置于480～570℃的高压水蒸气中进行高温氧化处理，处理时间10～300分钟；
7)精加工内孔：如果通过精整后活塞的尺寸不能达到图纸的要求，需要对活塞的外径进行精加工；
8)在磷化液中进行磷化。
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。
作为改进，所述步骤1)中的润滑剂及石墨采用粘接处理方式加入。
作为改进，所述步骤1)的原料还可包括质量百分比为0～2.0％的镍、钼、铬或锰合金元素。
作为改进，所述步骤2)的成形采用温压成形或模具加热成形。
再改进，所述步骤3)加工过程a步骤中固定活塞的固定销为菱形销，圆销的高度小于或等于活塞的侧孔的高度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。
进一步改进，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活塞的外径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°，也可以根据需要调整为其他角度。
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个以上的活塞生坯。
与现有技术相比，本发明的优点在于：有效解决了压缩机活塞制造过程中侧孔加工效率低的问题，可实现钻孔后内孔无毛刺，并可通过精整满足尺寸要求，提升生产效率。此外，减少了加工液渗入活塞孔隙的风险，避免活塞与缸体卡死的情况出现；还大大降低了降低加工成本。
附图说明
图1a～1d是本发明提供的压缩机工作原理示意图；
图2是活塞生坯的结构示意图；
图3是活塞成品的结构示意图；
图4是活塞装配在包含10个固定销的夹具上的三维装配图；
图5是包含10个固定销的夹具的结构示意图，其中a为俯视图，b为左视图；
图6是固定销的结构示意图，其中a为俯视图，b为左视图；
图7是钻头的结构示意图。
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)将固定活塞的菱形销9按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为160°，钻头2的前端长度比活塞3的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具8端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞生坯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3活塞成品的最终要求进行模压精整。
6.蒸汽处理：将精整后的活塞3在560℃的水蒸气中处理120分钟。
7.精加工外径：将活塞3进行精加工，满足图纸要求。
8.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.温压成形：将粉末加热至110℃，成型阴模加热至105℃，在普通机械压机上压制到密度7.25g/cm3。
3.加工
1)将固定活塞3的菱形销9(图6)按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为160°，钻头2的前端长度比活塞的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具8端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞生坯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：将精整后的活塞3在560℃的水蒸气中处理30分钟。
6.精加工外径：将活塞3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)将固定活塞3的菱形销9(图6)按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为160°，钻头2的前端长度比活塞的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞生坯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1220℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为30分钟，气氛为含氢气50％的氮气。
5.精整：根据图3活塞成品的最终要求进行模压精整。
6.蒸汽处理：将精整后的活塞3在560℃的水蒸气中处理200分钟。
7.精加工外径：将活塞3进行精加工，满足图纸要求。
8.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
5)将固定活塞3的菱形销9(图6)按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
6)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为150°，钻头2的前端长度比活塞的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
7)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
8)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具8端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞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3活塞成品的最终要求进行模压精整。
6.蒸汽处理：将精整后的活塞3在560℃的水蒸气中处理60分钟。
7.精加工外径：将活塞3进行精加工，满足图纸要求。
8.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：48.4％含0.5％钼的雾化铁粉、50％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)将固定活塞3的菱形销9(图6)按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为114°，钻头2的前端长度比活塞的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞生坯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：将精整后的活塞3在560℃的水蒸气中处理190分钟。
6.精加工外径：将活塞3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：模具加热至90℃，在普通机械压机上压制到密度7.15g/cm3。
3.加工
1)将固定活塞3的菱形销9(图6)按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为160°，钻头2的前端长度比活塞的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具8端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞生坯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1200℃烧结炉中进行烧结，烧结的时间为20分钟，气氛为含氢气35％的氮气。
5.精整：根据图3活塞3成品的最终要求进行模压精整。
6.蒸汽处理：将精整后的活塞3在500℃的水蒸气中处理120分钟。
7.精加工外径：将活塞3进行精加工，满足图纸要求。
8.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)将固定活塞3的圆销按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供圆销固定的销孔81，然后将包含圆销的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为160°，钻头2的前端长度比活塞3的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在圆销上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具8端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞生坯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3活塞3成品的最终要求进行模压精整。
6.蒸汽处理：将精整后的活塞3在480℃的水蒸气中处理160分钟。
7.精加工外径：将活塞3进行精加工，满足图纸要求。
8.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)将固定活塞3的菱形销9(图6)按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为160°，钻头2的前端长度比活塞的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具8端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞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3活塞3成品的最终要求进行模压精整。
6.蒸汽处理：将精整后的活塞3在570℃的水蒸气中处理30分钟。
7.精加工外径：将活塞3进行精加工，满足图纸要求。
8.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)将固定活塞3的菱形销9(图6)按照图4固定在夹具8上，夹具8设有供菱形销9固定的销孔81，然后将包含菱形销9的夹具8装配在可以钻孔的加工设备上。
2)将钻头2固定在钻孔的加工设备上，钻头2前端边缘比中心部位高，角度A为160°，钻头2的前端长度比活塞的外径L略长，钻头2的中段设一角度B为90°的螺旋。
3)再将活塞生坯30固定在菱形销9上。
4)设置加工程序，将装有活塞生坯30的夹具端正对钻头2，进行钻削，当钻头2螺旋端与活塞生坯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3活塞3成品的最终要求进行模压精整。
6.蒸汽处理：将精整后的活塞3在530℃的水蒸气中处理110分钟。
7.精加工外径：将活塞3进行精加工，满足图纸要求。
8.磷化：在磷化液中进行磷化。

Claims (8)

1.一种压缩机活塞的制备方法，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、将固定活塞的固定销安装在夹具上，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、将上述安装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、再将活塞生坯放置在固定销上，固定销与活塞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，将装有活塞生坯的夹具正对钻头，进行钻削，当钻头螺旋端与活塞生坯另一侧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：根据图纸上活塞成品的最终要求进行模压精整；
6)蒸汽处理：将活塞置于480～570℃的高压水蒸气中进行高温氧化处理，处理时间10～300分钟；
7)精加工内孔：如果通过精整后活塞的尺寸不能达到图纸的要求，需要对活塞的外径进行精加工；
8)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，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步骤中固定活塞的固定销为菱形销，菱形销的高度小于或等于活塞的侧孔的高度H，或所述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活塞的外径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°。
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个以上的活塞生坯。
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