CN106584758A - 一种粉末冶金包胶链轮的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉末冶金包胶链轮的制备方法，步骤为：按照质量百分比Cu：0～3.0％，Ni：0～3.0％，C：0.6～0.9％，润滑剂：0.2～0.8％，Fe：余量进行混粉，再经过成形、烧结后，对链轮进行致密化处理，之后再整形、热处理、清洗、喷砂、涂胶、注塑、二次硫化、机加工而得到粉末冶金包胶链轮。本发明通过对链轮表面致密化，有效阻止在粉末冶金零件生产过程中的各类油脂渗入孔隙，从而能够在之后的清洗过程中将零件表面残留油脂全部去除，避免了油脂对粉末冶金件与橡胶粘接的不利影响，具有工艺简单、加工方便的特点，较好地解决了链轮在包胶过程中金属与橡胶的粘接问题，避免了粉末冶金件渗入油脂再脱脂的繁杂工序，同时成本低，不降低产品的机械性能。

Description

一种粉末冶金包胶链轮的制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种粉末冶金包胶链轮的制备方法。
背景技术
可变正时系统是发动机配气机构的重要组成部分，优化发动机的配气过程，在可变正时系统中，曲轴链轮和凸轮轴齿轮通过正时皮带或正时链条连接。正时皮带的优势是技术成熟，成本低，噪音小，最大的缺点是寿命有限，需要定时更换。相比而言，正时链条可靠性与耐磨性高，寿命长，但正时链条在传动过程中产生振动，噪音大，极大地影响了汽车的NVH。一种有效的改善措施是在曲轴链轮上粘接一层橡胶，减小链条与链轮的之间的接触振动，改善发动机的NVH。
金属与橡胶的粘接问题是界面问题，即金属与胶黏剂界面、胶黏剂与橡胶的界面问题。要实现金属与橡胶的成功粘接，就要解决这两个界面问题。其中，对金属件与胶黏剂的界面连接关键要胶粘剂能不受阻拦地直接与被粘表面接触，但金属件的表面往往吸附有各种化学污染物，如尘埃、油垢、脱模剂、氧化层等，从而形成弱边界层，阻碍了胶粘剂直接作用于被粘表面，使得粘接效果大打折扣。为此，在粘接前对表面预先进行处理就显得非常重要。对金属件进行的表面处理主要有脱脂、喷砂、磷化等，脱脂的目的是去除金属件表面附着的油脂及尘埃等杂质，喷砂的目的是使金属件获得一定的清洁度和不同的粗糙度，磷化的目的是在金属件表面生成磷酸盐膜以便于粘接。
对致密的金属件来说，油脂等杂质仅仅存在于表面，采用化学溶剂可以有效的去除表面的油脂，磷化工艺也可顺利实现。对于粉末冶金链轮而言，由于其具有多孔结构，在链轮的制造过程中，整形、热处理、二次加工(铣、磨)等工序中都会或多或少地浸入粘度不同的油脂。去除油脂的一种方法是将其在大于200℃的温度下长时间烘烤，但会导致链轮齿部的硬度降低。方法二是将链轮成品进行真空碳氢清洗，此法可有效除去链轮孔隙中的油脂，但效率低、价格昂贵。方法三是对链轮进行水蒸气处理，此法可阻止油脂浸入链轮的孔隙中，缺点是造成链轮的韧性降低。本发明提供了一种较为经济的、不降低产品机械性能的粉末冶金包胶链轮的制造方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、加工方便的粉末冶金包胶链轮的制备方法，较好地解决了链轮在包胶过程中金属与橡胶的粘接问题，同时成本较低。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金包胶链轮的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
1)按照链轮合金成分进行配料：按质量百分比将下述原料在混料机中混合均匀：Cu：0～3.0％，Ni：0～3.0％，C：0.6～0.9％，粉末润滑剂：0.2～0.8％，Fe：余量，上述百分比为质量百分比；
2)成形：将上述混合粉进行模压成形得到粉末冶金链轮生坯，压制压强为500～800MPa，成形密度为6.8～7.2g/cm3；
3)烧结：将粉末冶金链轮生坯置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1100-1150℃，保温时间大于20分钟，保护气氛为氮氢混合气氛；
4)致密化处理：将链轮烧结件进行表面致密化处理，得到具有表面全致密层的粉末冶金链轮；
5)整形；
6)热处理：将整形件在高频设备上对齿部进行高频淬火，淬火介质为水基淬火液，随后在回火炉进行回火，回火温度160～200℃，回火时间1～4小时；
7)进行超声清洗；
8)喷砂：将链轮的包胶表面进行喷砂处理；
9)磷化：将喷砂件进行锌磷化处理，得到一层致密的磷酸盐膜；
10)涂胶：将磷化后的链轮包胶面采用专门的喷胶设备在包胶表面分别涂覆底胶和面胶，涂胶后的零件进行干燥处理；
11)包胶：将涂胶后干燥的链轮置于包胶模具中，在真空平板硫化机中进行橡胶注塑；
12)注塑后的链轮置于硫化箱中在进行二次硫化，二次硫化温度130～180℃，二次硫化时间为1～6小时；
13)包胶链轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。
作为改进，所述步骤2)的成形可以采用温模成形，阴模温度60～90℃。
作为改进，所述步骤4)的表面致密化处理为平喷处理，砂粒为40～80目的高碳铸钢砂，平喷处理过程为：将烧结的链轮一面平放在平喷设备中，用40～80目的砂粒喷砂10～60min，随后翻转零件将另一面朝上放置，再次喷砂10～60min，整个零件得到厚度约10～50μm的表面致密层。
作为改进，所述步骤5)的整形是指将浸渍润滑油后的链轮在300～500吨的整形压机上进行整形，对零件的尺寸公差进行修正。
作为改进，所述步骤6)的热处理不局限于对齿部进行高频淬火，还可对链轮进行整体热处理，采用油淬火。
再改进，所述步骤7)的超声清洗采用水基清洗剂或碳氢清洗剂。
再改进，所述步骤8)的喷砂是将链轮装夹在专门的夹具中对包胶表面进行旋转喷砂，砂粒只喷到需要的部位而保护其它部位。
再改进，所述步骤10)在满足金属与橡胶粘接强度的前提下作为选项。
进一步改进，所述步骤10)的干燥是在烘箱或连续炉中进行。
最后，所述步骤13)在满足产品尺寸精度的前提下作为选项。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将链轮生坯烧结后经过表面致密化处理，在链轮表面形成一层厚度约10～50μm的致密层，这样在加工过程中的各种油脂就不会渗入链轮深层孔隙，仅残留在链轮表面；链轮表面的油脂可通过超声清洗完全去除，因而包胶过程中无油烟冒出，将油脂对粉末冶金件与橡胶的粘接的影响降到最小，经二次硫化后包胶链轮的撕裂测试结果合格，粘接强度满足使用要求。本发明工艺简单、加工非常方便，较好地解决了链轮在包胶过程中金属与橡胶的粘接问题，避免了粉末冶金件渗入油脂再脱脂的繁杂工序，同时成本低，不降低产品的机械性能。
附图说明
图1是本发明实施例的链轮的结构示意图；
图2a～2b是链轮的致密层金相图；
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、混料：链轮的化学成分为：Fe-2.0Ni-1.0％Cu-0.8％C(质量分数)，配料为95.6％的100目水雾化铁粉、2％的羰基镍粉、1.0％的电解铜粉、0.8％的石墨粉，添加0.6％的粉末润滑剂。
2、成形：将混好的粉料在室温模压成形，压制压强700MPa，成形密度为7.0g/cm3。
3、烧结：烧结温度为1120℃，保温25min，保护气氛为氮氢混合气氛；
4、致密化：将烧结的链轮一面平放在平喷设备中，用40～80目的砂粒喷砂40min，随后翻转零件将另一面朝上放置，再次喷砂40min，整个零件得到厚度约20～30μm的表面致密层。
5、整形：经过致密化处理的链轮浸渍润滑油后在300～500吨的整形压机上进行整形以修正尺寸，由于表面致密层的存在，润滑油不能渗入链轮内部的孔隙中，润滑油只残留于链轮表面。
6、热处理：对链轮齿部高频淬火，淬火介质为水基淬火液，在180℃回火2小时，得到齿部硬度Hv0.1700-900。
7、清洗：将链轮在水基清洗剂中进行超声清洗，以除去链轮表面的残留油脂、铁屑等杂质。
8、喷砂：对要粘接橡胶的链轮表面用细砂进行喷砂，以得到粗糙度合适的表面。
9、磷化：喷砂后的链轮进行锌磷化处理，得到致密的磷酸盐膜。
10、涂胶：对链轮的粘接面分别喷涂一定厚度的底胶和面胶，涂胶后的零件在烘箱中进行干燥处理。
11、包胶：链轮装入模具中，在涂胶的表面注射符合要求的橡胶。
12、二次硫化：在硫化箱中150℃二次硫化4小时，增强金属与橡胶的粘接效果。
13、机加工：根据链轮图纸尺寸要求进行精加工，达到图纸要求。
实施例2
1、混料：链轮的化学成分为：Fe-2.0Ni-0.75％C(质量分数)，配料为96.85％的100目水雾化铁粉、2％的羰基镍粉、0.75％的石墨粉，添加0.4％的粉末润滑剂。
2、成形：混合粉在70℃温模中压制，压制压强800MPa，得到生坯密度为7.15g/cm3。
3、烧结：烧结温度为1150℃，保温25min，保护气氛为氮氢混合气氛；
4、致密化：将烧结的链轮一面平放在平喷设备中，用40～80目的砂粒喷砂30min，随后翻转零件将另一面朝上放置，再次喷砂30min，整个零件得到厚度约15～25μm的表面致密层。
5、整形：经过致密化处理的链轮浸渍润滑油后在300～500吨的整形压机上进行整形以修正尺寸，由于表面致密层的存在，润滑油不能渗入链轮内部的孔隙中，润滑油只残留于链轮表面。
6、热处理：对链轮进行整体热处理，淬火介质为油基淬火液，在180℃回火2小时，得到齿部硬度Hv0.1700-900。
7、清洗：将链轮进行碳氢超声清洗，以除去链轮表面的残留油脂、铁屑等杂质。
8、喷砂：对要粘接橡胶的链轮表面用细砂进行喷砂，以得到粗糙度合适的表面。
9、涂胶：对链轮的粘接面分别喷涂一定厚度的底胶和面胶，涂胶后的零件在连续网带炉中进行干燥处理。
11、包胶：链轮装入模具中，在涂胶的表面注射符合要求的橡胶。
12、二次硫化：在硫化箱中160℃二次硫化4小时，增强金属与橡胶的粘接效果。
实施例3
1、混料：链轮的化学成分为：Fe-2.0Cu-0.85％C(质量分数)，配料为96.4％的100目水雾化铁粉、2％的电解铜粉、0.85％的石墨粉，添加0.75％的粉末润滑剂。
2、成形：混合粉在室温压制，压制压强700MPa，生坯密度为7.05g/cm3。
3、烧结：烧结温度为1120℃，保温23min，保护气氛为氮氢混合气氛；
4、致密化：将烧结的链轮一面平放在平喷设备中，用40～80目的砂粒喷砂50min，随后翻转零件将另一面朝上放置，再次喷砂50min，整个零件得到厚度约30～40μm的表面致密层。
5、整形：经过致密化处理的链轮浸渍润滑油后在300～500吨的整形压机上进行整形以修正尺寸，由于表面致密层的存在，润滑油不能渗入链轮内部的孔隙中，润滑油只残留于链轮表面。
6、热处理：对链轮齿部进行高频热处理，淬火介质为油基淬火液，在175℃回火2小时，得到齿部硬度Hv0.1700-900。
7、清洗：将链轮进行碳氢超声清洗，以除去链轮表面的残留油脂、铁屑等杂质。
8、喷砂：对要粘接橡胶的链轮表面用细砂进行喷砂，以得到粗糙度合适的表面。
9、涂胶：对链轮的粘接面分别喷涂一定厚度的底胶和面胶，涂胶后的零件在连续网带炉中进行干燥处理。
10、包胶：链轮装入模具中，在涂胶的表面注射符合要求的橡胶。
11、二次硫化：在硫化箱中135℃二次硫化5小时，增强金属与橡胶的粘接效果。
12、机加工：对链轮进行精密加工，以符合图纸尺寸要求。
实施例4
1、混料：链轮的化学成分为：Fe-1.0Ni-2.0Cu-0.7％C(质量分数)，配料为95.7％的100目水雾化铁粉、1％的羰基镍粉、2％的电解铜粉、0.7％的石墨粉，添加0.6％的粉末润滑剂。
2、成形：混合粉在常温压制，压制压强600MPa，生坯密度为7.0g/cm3。
3、烧结：烧结温度为1120℃，保温30min，保护气氛为氮氢混合气氛；
4、致密化：将烧结的链轮一面平放在平喷设备中，用40～80目的砂粒喷砂45min，随后翻转零件将另一面朝上放置，再次喷砂45min，整个零件得到厚度约25～35μm的表面致密层。
5、整形：经过致密化处理的链轮浸渍润滑油后在300～500吨的整形压机上进行整形以修正尺寸，由于表面致密层的存在，润滑油不能渗入链轮内部的孔隙中，润滑油只残留于链轮表面。
6、热处理：对链轮齿部进行高频热处理，淬火介质为水基淬火液，在200℃回火2小时，得到齿部硬度Hv0.1700-900。
7、清洗：用水基清洗液对链轮进行超声清洗，以除去链轮表面的残留油脂、铁屑等杂质。
8、喷砂：对要粘接橡胶的链轮表面用细砂进行喷砂，以得到粗糙度合适的表面。
9、磷化：喷砂后的链轮进行锌磷化处理，得到致密的磷酸盐膜。
10、涂胶：对链轮的粘接面分别喷涂一定厚度的底胶和面胶，涂胶后的零件在连续网带炉中进行干燥处理。
11、包胶：链轮装入模具中，在涂胶的表面注射符合要求的橡胶。
12、二次硫化：在硫化箱中165℃二次硫化3小时，增强金属与橡胶的粘接效果。实施例5
1、混料：链轮的化学成分为：Fe-2.5Ni-2.0Cu-0.75％C(质量分数)，配料为94.15％的100目水雾化铁粉、2.5％的羰基镍粉、2％的电解铜粉、0.75％的石墨粉，添加0.6％的粉末润滑剂。
2、成形：混合粉在常温压制，压制压强800MPa，生坯密度为7.10g/cm3。
3、烧结：烧结温度为1120℃，保温25min，保护气氛为氮氢混合气氛；
4、致密化：将烧结的链轮一面平放在平喷设备中，用40～80目的砂粒喷砂30min，随后翻转零件将另一面朝上放置，再次喷砂30min，整个零件得到厚度约15～25μm的表面致密层。
5、整形：经过致密化处理的链轮浸渍润滑油后在300～500吨的整形压机上进行整形以修正尺寸，由于表面致密层的存在，润滑油不能渗入链轮内部的孔隙中，润滑油只残留于链轮表面。
6、热处理：对链轮齿部进行高频热处理，淬火介质为水基淬火液，在200℃回火1.5小时，得到齿部硬度Hv0.1700-900。
7、清洗：用水基清洗液对链轮进行超声清洗，以除去链轮表面的残留油脂、铁屑等杂质。
8、喷砂：对要粘接橡胶的链轮表面用细砂进行喷砂，以得到粗糙度合适的表面。
9、磷化：喷砂后的链轮进行锌磷化处理，得到致密的磷酸盐膜。
10、涂胶：对链轮的粘接面分别喷涂一定厚度的底胶和面胶，涂胶后的零件在连续网带炉中进行干燥处理。
11、包胶：链轮装入模具中，在涂胶的表面注射符合要求的橡胶。
12、二次硫化：在硫化箱中160℃二次硫化5小时，增强金属与橡胶的粘接效果。

Claims (10)

1.一种粉末冶金包胶链轮的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
1)按照链轮合金成分进行配料：按质量百分比将下述原料在混料机中混合均匀：Cu：0～3.0％，Ni：0～3.0％，C：0.6～0.9％，粉末润滑剂：0.2～0.8％，Fe：余量，上述百分比为质量百分比；
2)成形：将上述混合粉进行模压成形得到粉末冶金链轮生坯，压制压强为500～800MPa，成形密度为6.8～7.2g/cm3；
3)烧结：将粉末冶金链轮生坯置于连续烧结炉中进行烧结，烧结温度为1100-1150℃，保温时间大于20分钟，保护气氛为氮氢混合气氛；
4)致密化处理：将链轮烧结件进行表面致密化处理，得到具有表面全致密层的粉末冶金链轮；
5)整形；
6)热处理：将整形件在高频设备上对齿部进行高频淬火，淬火介质为水基淬火液，随后在回火炉进行回火，回火温度160～200℃，回火时间1～4小时；
7)进行超声清洗；
8)喷砂：将链轮的包胶表面进行喷砂处理；
9)磷化：将喷砂件进行锌磷化处理，得到一层致密的磷酸盐膜；
10)涂胶：将磷化后的链轮包胶面采用喷胶设备在包胶表面分别涂覆底胶和面胶，涂胶后的零件进行干燥处理；
11)包胶：将涂胶后干燥的链轮置于包胶模具中，在真空平板硫化机中进行橡胶注塑；
12)注塑后的链轮置于硫化箱中在进行二次硫化，二次硫化温度130～180℃，二次硫化时间为1～6小时；
13)包胶链轮进行精加工，以获得最终的尺寸精度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤2)的成形可以采用温模成形，阴模温度60～90℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)的表面致密化处理为平喷处理，砂粒为40～80目的高碳铸钢砂，平喷处理过程为：将烧结的链轮一面平放在平喷设备中，用40～80目的砂粒喷砂10～60min，随后翻转零件将另一面朝上放置，再次喷砂10～60min，整个零件得到厚度约10～50μm的表面致密层。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的整形是指将浸渍润滑油后的链轮在300～500吨的整形压机上进行整形，对零件的尺寸公差进行修正。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤6)的热处理不局限于对齿部进行高频淬火，还可对链轮进行整体热处理，采用油淬火。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤7)的超声清洗采用水基清洗剂或碳氢清洗剂。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤8)的喷砂是将链轮装夹在夹具中对包胶表面进行旋转喷砂，砂粒只喷到需要的部位而保护其它部位。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤10)在满足金属与橡胶粘接强度的前提下作为选项。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤10)的干燥是在烘箱或连续炉中进行。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤13)在满足产品尺寸精度的前提下作为选项。
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