CN109277574A - 一种空调压缩机摇块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空调压缩机摇块的制备方法，将440C不锈钢粉末基体材料与粘结剂通过混炼，制粒获得均匀喂料；然后利用注射成形技术将喂料注入到模腔中得到产品生坯；再将生坯中的粘结剂经溶剂脱脂、热脱脂工艺脱除，并烧结致密化，最后进行热处理强化得到空调压缩机摇块产品。与现有技术相比，本发明采用金属注射成形技术生产的空调压缩机摇块，具有加工效率高、尺寸精度高、生产成本低、易于实现生产自动化的特点，且能制备出性能优异、品质稳定的产品，抗拉强度超过850MPa，优于同类产品60％，达到国际先进水平，能很好的满足客户的需求。

Description

一种空调压缩机摇块的制备方法
技术领域
本发明涉及一种摇块的制备方法，尤其涉及一种空调压缩机摇块的制备方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，能源紧张的问题日益突出，发展节能环保的绿色经济是当前各国经济发展的重点。压缩机是空调的关键零部件，它是起压缩驱动制冷剂的作用，它不断地把低压区一端的热量吸收到制冷剂中，再送到高压区散发到空气中，达到调节气温的效果。研制小型化、低能耗、绿色环保的压缩机是相关企业的重点研发方向，目前可通过改进压缩机内部机构，增加连接零件——摇块来实现提高工作效率、降低能耗的目的。为到达此目的，摇块所用材料必须满足高硬度高强度、高耐磨性、尺寸精度高等要求，进而获得压缩机内部结构的稳定性和可靠性。
目前制备这种摇块的方法有很多，如机加工、精密铸造、锻造等，但是这些工艺都在不同程度上存在各种缺点：如传统机加工受摇块所需材料硬度高导致加工困难，后续的处理繁琐，从而其制备成本高、效率低；精密铸造的零件存在尺寸精度较差，表面粗糙，形状设计上受到一定限制，易产生元素偏析，有缩孔、沙眼缺陷等不足；而锻造的性能优越，但是其成本高，并受制于零件现状。因而，现有的摇块制备方法亟需改进，以提升零件品质和使用寿命，同时降低生产成本。
金属注射成形是一种能够以较低的生产成本，大批量制备具有复杂形状的高性能异形金属零部件的加工方法，但在现有制备摇块的技术中还未见采用金属注射成形的报道。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的不足，采用金属注射成形技术，是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术，能够克服上述工艺的缺点。
本发明一种空调压缩机摇块的制备方法，包括以下步骤：
步骤一
以440C不锈钢粉末作为基体材料；将基体材料和粘结剂进行混炼、制粒；得到喂料；
步骤二
利用注射成形机将喂料注入到模腔中得到产品生坯；注射时，控制注射温度为130～170℃、注射压力为60～120MPa、注射速度为30～90g/s、模具温度为40～60℃；
步骤三
将产品生坯先通过溶剂脱脂工艺脱除部分粘结剂，然后经过热脱脂工艺脱除剩余粘结剂；得到脱脂后的产品坯体；
步骤四
在真空环境下，对脱脂后的产品坯体进行烧结；所述烧结工艺为：先以3～8℃/min、优选为4～7℃/min、进一步优选为5℃/min的升温速度加热至600～800℃保温1～4h；然后以3～8℃/min、优选为4～7℃/min、进一步优选为5℃/min的升温速度加热至1250～1350℃保温2～6h后随炉冷。
步骤五
在真空环境下，将烧结坯件先加热到1010～1070℃保温0.5～1小时后油淬，然后加热到120～180℃保温1～3小时后空冷，即可获得成品。
本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤一中，所述基体材料440C不锈钢粉末的粒度为2～20um、优选为4～15um、作为进一步的优选方案，所述基体材料440C不锈钢粉的平均粒度为4～8um。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤一中，所述基体材料440C不锈钢粉为雾化粉。作为进一步的优选方案，所述基体材料440C不锈钢粉为英国Osprey公司提供的440C不锈钢气雾化粉。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤一中，所述粘结剂按质量百分比计由下述组分组成；
石蜡(PW)60～75％；
聚乙烯(PE)15～30％；
巴西棕榈蜡(CW)5～20％；
硬脂酸(SA)1～10％。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤一中，混炼的温度为120～160℃，时间为1～4h。混炼时，混炼机转速为80～120r/min。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤一中，控制粘结剂和440C不锈钢粉末配得的喂料中粘结剂所占的体积比范围为40％～60％。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤三中，溶剂脱脂时，采用的溶剂为二氯甲烷；溶剂脱脂的时间为2～4h；温度为30～50℃。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤三中，所述热脱脂为；在保护气氛下中，先以3～8℃/min的速度加热至150～250℃保温0.5～2h，然后以3～8℃/min的速度加热至300～400℃保温1～4h，再以5～15℃/min的速度加热至800～1000℃保温1～4h后随炉冷却至室温。
在应用时，步骤三中所述保护气氛选自氩气、氮气气氛中的一种。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤四、五中，所述保护气氛优选为真空气氛；所述真空气氛下的真空度≤5*10-3Pa。
作为优选方案，本发明一种空调压缩机摇块的制备方法；步骤五中，在保护气氛下，将烧结坯件先加热到1030～1050℃保温0.5～1小时后油淬，然后加热到150～180℃保温1～3小时后空冷，即可获得成品。
本发明所得产品的成本大幅度低于现有同类产品。其生产效率是现有生产技术的2～3倍。
本发明所得产品中，抗拉强度≥850MPa，硬度≥HRC57.5，优于同类产品60％。经优化后抗拉强度和硬度分别可以达到906MPa和HRC63及以上。
本发明采用上述技术方案，基于金属注射成形技术，制备出空调压缩机摇块产品。首先将基体材料440C不锈钢粉与粘结剂混炼，制粒获得喂料，然后利用注射成形技术将喂料注入到模具型腔中得到产品生坯；再将生坯中的粘结剂经溶剂脱脂、热脱脂工艺脱除，最后烧结致密化得到空调压缩机摇块产品。
本发明中合金成分的选择主要考虑需满足材料性能的要求，即高硬度高强度、高耐磨性、尺寸精度高。440C不锈钢是一种高C高Cr的马氏体不锈钢，含C量和含Cr量分别在1％和17％左右，它具有良好的综合机械性能(抗拉强度≥560Mpa、伸长率≥18％)。而440C有着所有不锈钢、耐热钢中最高的硬度，HRC为57～59，同时由于含17％Cr，铬的碳化物多，故耐腐蚀性能突出。综上，选择440C不锈钢作为基体材料，可以满足空调压缩机摇块对材料成分的要求。
在上述工艺过程中，各个环节的工艺参数都将对最终产品的变形产生影响。为了保证空调压缩机摇块的高精度，需要优化各个工艺参数。在混料工序中，本发明采用超细粉末(优化后，平均粒度6um)和粘结剂充分混炼获得均匀喂料，防止喂料成分偏析，以保证烧结后收缩均匀，保型性良好。在注射成形工序中，本发明通过调节注射温度、注射压力、注射速度以及模具温度等重要注射参数以得到良好的注射坯，防止因注射而造成成形坯密度不均。在脱脂工序中，本发明利用溶剂脱脂和热脱脂相结合的脱脂方式，用二氯甲烷溶剂来溶解粘接剂中的石蜡和棕榈蜡组分，再通过两段式升温程序达到目标脱脂温度的热脱脂工艺脱除剩余粘结剂，并控制相应的升温速率以及保温时间，有效控制脱脂速率，使粘结剂尽量脱除干净，避免坯体在脱脂过程出现碳含量分布不均、变形、裂纹等缺陷。在烧结工序中，本发明通过两段式升温程序达到目标烧结温度，并控制升温速率以及保温时间，同时采用合理的装舟方式，使各部位得到合理的支撑，受热均匀，保证烧结密度和表面光洁度，可有效避免坯体在升温及烧结过程中出现变形，开裂等缺陷。分段烧结后，本发明首次尝试高温淬火+回火的工序，实现了产品性能的显著提升。本发明采用一整套优化的工艺参数，能确保产品变形量在±0.03mm以内，以满足空调压缩机摇块的高精度要求。
与现有技术相比，本发明采用金属注射成形技术制备出空调压缩机摇块，其特点如下：
1)具有一次成形复杂形状制品，产品尺寸精度高；
2)具有组织均匀，产品性能优异，使用寿命长(为现有产品的2～3倍)；
3)具有成形效率高，自动化程度高，易于实现大批量生产；
4)具有材料利用率几乎可以达到100％，加工成本大大降低。
综上所述，本发明采用金属注射成形技术，制备出性能优异、品质稳定的产品，通过一次成形复杂形状制品，易于实现生产自动化，加工效率高，生产成本低，解决了现有技术中尺寸精度差、生产效率低、成本高昂等问题，具备其它成形工艺所不可比拟的优势，能很好的满足客户需求，很适合于制备空调压缩机摇块。
附图说明
图1是440C不锈钢粉的SEM形貌
图2是空调压缩机摇块实物图
具体实施方式
以下结合三个实例对本发明方法作进一步说明。
实例1：
一种空调压缩机摇块的制备工艺，其过程如下：
A、原料准备：基体材料使用英国Osprey公司提供的平均粒度6um的440C不锈钢气雾化粉，粉末的化学成分如表1所示，图1为440C不锈钢粉末SEM形貌图；
表1 440C不锈钢粉末的化学成分
B、制备粘结剂：按质量百分比，取石蜡(PW)62％、聚乙烯(PE)17％、巴西棕榈蜡(CW)18％、硬脂酸(SA)3％，在120℃温度下于混料机中混合4h制得粘结剂；
C、制备喂料：将粘结剂与基体材料440C不锈钢粉末按照体积比43％:57％进行混炼、制粒制成喂料，混炼温度为120℃，混炼机转速为85r/min，混炼时间为4h；
D、注射成形：利用注射成形机将喂料注入到模腔中得到产品生坯；注射温度为150℃，注射压力为90MPa，注射速度为60g/s，模具温度为60℃；
E、脱脂：将产品生坯先通过二氯甲烷溶剂脱除其中的石蜡和棕榈蜡组分，然后在真空脱脂炉中进行热脱脂，在氩气气氛保护中，先以5℃/min的速度加热至180℃保温1h，然后以5℃/min的速度加热至350℃保温2h，再以10℃/min的速度加热至900℃保温2h后随炉冷却至室温；
F、烧结：将脱脂后的产品坯体在真空烧结炉内进行烧结；炉内真空度为5*10-3Pa，先以5℃/min的速度加热至600℃保温4h，然后以5℃/min的速度加热至1250℃保温5h后随炉冷却至室温。
G、热处理：将烧结坯件在真空烧结炉内先加热到1030℃保温1小时后油淬，然后加热到150℃保温2小时后空冷，即可获得成品。检测其力学性能，抗拉强度为880MPa，硬度为HRC58。
实例2：
一种空调压缩机摇块的制备工艺，其过程如下：
A、原料准备：基体材料使用英国Osprey公司提供的平均粒度6um的440C不锈钢气雾化粉，粉末的化学成分如表1所示，图1为440C不锈钢粉末SEM形貌图；
B、制备粘结剂：按质量百分比，取石蜡(PW)65％、聚乙烯(PE)19％、巴西棕榈蜡(CW)15％、硬脂酸(SA)1％，在130℃温度下于混料机中混合3h制得粘结剂；
C、制备喂料：将粘结剂与基体材料440C不锈钢粉末按照体积比45％:55％进行混炼、制粒制成喂料，混炼温度为130℃，混炼机转速为90r/min，混炼时间为3h；
D、注射成形：利用注射成形机将喂料注入到模腔中得到产品生坯；注射温度为160℃，注射压力为80MPa，注射速度为60g/s，模具温度为60℃；
E、脱脂：将产品生坯先通过二氯甲烷溶剂脱除其中的石蜡和棕榈蜡组分，然后在真空脱脂炉中进行热脱脂，在氩气气氛保护中，先以5℃/min的速度加热至180℃保温1h，然后以5℃/min的速度加热至350℃保温2h，再以10℃/min的速度加热至900℃保温2h后随炉冷却至室温；
F、烧结：将脱脂后的产品坯体在真空烧结炉内进行烧结；炉内真空度为5*10-3Pa，先以5℃/min的速度加热至650℃保温3.5h，然后以5℃/min的速度加热至1280℃保温4.5h后随炉冷却至室温。
G、热处理：将烧结坯件在真空烧结炉内先加热到1030℃保温1小时后油淬，然后加热到150℃保温2小时后空冷，即可获得成品。检测其力学性能，抗拉强度为878MPa，硬度为HRC58.2。
实例3：
一种空调压缩机摇块的制备工艺，其过程如下：
A、原料准备：基体材料使用英国Osprey公司提供的平均粒度6um的440C不锈钢气雾化粉，粉末的化学成分如表1所示，图1为440C不锈钢粉末SEM形貌图；
B、制备粘结剂：按质量百分比，取石蜡(PW)70％、聚乙烯(PE)20％、巴西棕榈蜡(CW)9％、硬脂酸(SA)1％，在140℃温度下于混料机中混合2h制得粘结剂；
C、制备喂料：将粘结剂与基体材料440C不锈钢粉末按照体积比48％:52％进行混炼、制粒制成喂料，混炼温度为140℃，混炼机转速为100r/min，混炼时间为2h；
D、注射成形：利用注射成形机将喂料注入到模腔中得到产品生坯；注射温度为165℃，注射压力为70MPa，注射速度为60g/s，模具温度为50℃；
E、脱脂：将产品生坯先通过二氯甲烷溶剂脱除其中的石蜡和棕榈蜡组分，然后在真空脱脂炉中进行热脱脂，在氩气气氛保护中，先以5℃/min的速度加热至180℃保温1h，然后以5℃/min的速度加热至350℃保温2h，再以10℃/min的速度加热至900℃保温2h后随炉冷却至室温；
F、烧结：将脱脂后的产品坯体在真空烧结炉内进行烧结；炉内真空度为5*10-3Pa，先以5℃/min的速度加热至700℃保温3h，然后以5℃/min的速度加热至1300℃保温4h后随炉冷却至室温。
G、热处理：将烧结坯件在真空烧结炉内先加热到1050℃保温0.5小时后油淬，然后加热到180℃保温1小时后空冷，即可获得成品。检测其力学性能，抗拉强度为895MPa，硬度为HRC61.2。
实例4：
一种空调压缩机摇块的制备工艺，其过程如下：
A、原料准备：基体材料使用英国Osprey公司提供的平均粒度6um的440C不锈钢气雾化粉，粉末的化学成分如表1所示，图1为440C不锈钢粉末SEM形貌图；
B、制备粘结剂：按质量百分比，取石蜡(PW)72％、聚乙烯(PE)17％、巴西棕榈蜡(CW)9％、硬脂酸(SA)2％，在150℃温度下于混料机中混合1.5h制得粘结剂；
C、制备喂料：将粘结剂与基体材料440C不锈钢粉末按照体积比50％:50％进行混炼、制粒制成喂料，混炼温度为150℃，混炼机转速为105r/min，混炼时间为1.5h；
D、注射成形：利用注射成形机将喂料注入到模腔中得到产品生坯；注射温度为140℃，注射压力为110MPa，注射速度为70g/s，模具温度为50℃；
E、脱脂：将产品生坯先通过二氯甲烷溶剂脱除其中的石蜡和棕榈蜡组分，然后在真空脱脂炉中进行热脱脂，在氩气气氛保护中，先以5℃/min的速度加热至180℃保温1h，然后以5℃/min的速度加热至350℃保温2h，再以10℃/min的速度加热至900℃保温2h后随炉冷却至室温；
F、烧结：将脱脂后的产品坯体在真空烧结炉内进行烧结；炉内真空度为5*10-3Pa，先以5℃/min的速度加热至750℃保温2h，然后以5℃/min的速度加热至1320℃保温3h后随炉冷却至室温。
G、热处理：将烧结坯件在真空烧结炉内先加热到1050℃保温0.5小时后油淬，然后加热到180℃保温1小时后空冷，即可获得成品。检测其力学性能，抗拉强度为906MPa，硬度为HRC63。
实例5：
一种空调压缩机摇块的制备工艺，其过程如下：
A、原料准备：基体材料使用英国Osprey公司提供的平均粒度6um的440C不锈钢气雾化粉，粉末的化学成分如表1所示，图1为440C不锈钢粉末SEM形貌图；
B、制备粘结剂：按质量百分比，取石蜡(PW)75％、聚乙烯(PE)19％、巴西棕榈蜡(CW)5％、硬脂酸(SA)1％，在160℃温度下于混料机中混合1h制得粘结剂；
C、制备喂料：将粘结剂与基体材料440C不锈钢粉末按照体积比52％:48％进行混炼、制粒制成喂料，混炼温度为160℃，混炼机转速为110r/min，混炼时间为1h；
D、注射成形：利用注射成形机将喂料注入到模腔中得到产品生坯；注射温度为155℃，注射压力为100MPa，注射速度为80g/s，模具温度为50℃；
E、脱脂：将产品生坯先通过二氯甲烷溶剂脱除其中的石蜡和棕榈蜡组分，然后在真空脱脂炉中进行热脱脂，在氩气气氛保护中，先以5℃/min的速度加热至180℃保温1h，然后以5℃/min的速度加热至350℃保温2h，再以10℃/min的速度加热至900℃保温2h后随炉冷却至室温；
F、烧结：将脱脂后的产品坯体在真空烧结炉内进行烧结；炉内真空度为5*10-3Pa，先以5℃/min的速度加热至800℃保温1.5h，然后以5℃/min的速度加热至1340℃保温2h后随炉冷却至室温。
G、热处理：将烧结坯件在真空烧结炉内先加热到1070℃保温0.5小时后油淬，然后加热到160℃保温1小时后空冷，即可获得成品。检测其力学性能，抗拉强度为850MPa，硬度为HRC57.5。
对比例1：
对比例2：
对比例1、2中除了上述表明的条件，其他条件均和实施例4一致。
对比例3：
本对比例采用与实施例4基本相同的方法，不同的是，本对比例中省去高温淬火+回火热处理。检测其力学性能，抗拉强度为702MPa，硬度为HRC38，相比实例4的性能低20％。
上述对比可以看出，过高或者过低的注射温度、注射压力等注射参数，过高或者过低的烧结温度、升温速率以及缺少后续热处理工艺都会导致产品出现缺陷，进而影响性能。
以上所述实例仅是本发明较优的实施方法，故不能以此限定本发明的实施范围，其他按照本发明的原理和内容所做的等效改变、修饰、替代和组合，都仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空调压缩机摇块的制备方法，其特征在于；包括以下步骤：
步骤一
以440C不锈钢粉末作为基体材料；将基体材料和粘结剂进行混炼、制粒；得到喂料；
步骤二
利用注射成形机将喂料注入到模腔中得到产品生坯；注射时，控制注射温度为130～170℃、注射压力为60～120MPa、注射速度为30～90g/s、模具温度为40～60℃；
步骤三
将产品生坯先通过溶剂脱脂工艺脱除部分粘结剂，然后经过热脱脂工艺脱除剩余粘结剂；得到脱脂后的产品坯体；
步骤四
在保护气氛下，对脱脂后的产品坯体进行烧结；所述烧结工艺为：先以3～8℃/min的升温速度加热至600～800℃保温1～4h；然后以3～8℃/min的升温速度加热至1250～1350℃保温2～6h后随炉冷；
步骤五
在保护气氛下，将烧结坯件先加热到1010～1070℃保温0.5～1小时后油淬，然后加热到120～180℃保温1～3小时后空冷，即可获得成品。
2.根据权利要求1所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：步骤一中，所述440C不锈钢粉末的粒度为2～20um；所述440C不锈钢粉为雾化粉。
3.根据权利要求2所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：步骤一中，所述基体材料440C不锈钢粉末的粒度为4～15um。
4.根据权利要求3所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：步骤一中，所述基体材料440C不锈钢粉末的粒度为4～8um。
5.根据权利要求1所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：步骤一中，所述粘结剂按质量百分比计由下述组分组成；
石蜡60～75％；
聚乙烯15～30％；
巴西棕榈蜡5～20％；
硬脂酸1～10％。
6.根据权利要求1所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：步骤一中，混炼的温度为120～160℃，时间为1～4h；混炼时，混炼机转速为80～120r/min。
7.根据权利要求1所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：步骤一中，控制粘结剂和440C不锈钢粉末配得的喂料中粘结剂所占的体积比范围为40％～60％。
8.根据权利要求1所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：
步骤三中，溶剂脱脂时，采用的溶剂为二氯甲烷；溶剂脱脂的时间为2～4h；温度为30～50℃；
步骤三中，所述热脱脂为；在保护气氛下中，先以3～8℃/min的速度加热至150～250℃保温0.5～2h，然后以3～8℃/min的速度加热至300～400℃保温1～4h，再以5～15℃/min的速度加热至800～1000℃保温1～4h后随炉冷却至室温。
9.根据权利要求1所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：
步骤五中，在保护气氛下，将烧结坯件先加热到1030～1050℃保温0.5～1小时后油淬，然后加热到150～180℃保温1～3小时后空冷，即可获得成品。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种空调压缩机摇块的制备方法；其特征在于：所得空调压缩机摇块的抗拉强度≥850MPa、硬度≥HRC57.5。
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