CN109434080A - 一种基于覆膜砂模套的tc轴承组件烧结方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，该方法通过利用易溃散类覆膜砂制作TC轴承内，外模套与合金钢模套配合使用，发气量小，烧结后清砂方便；内，外模套与硬质合金保径条通过棉纸双面胶带粘结，粘结强度高，在高温下变形小，硬质合金保径条不会脱落。本发明制备的TC轴承成品率高，残余应力小，使用寿命长；覆膜砂能重复利用，能降低企业的生产成本，提高经济效益。

Description

一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法
技术领域
本发明涉及螺杆钻具技术领域，更具体地，涉及一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法。
背景技术
轴承（径向轴承）是钻具的重要部件，其在螺杆钻具中承受钻头及传动轴转动所产生的侧向力，TC径向轴承是影响钻杆钻具的使用寿命的关键部件。
轴承的生产厂家均采用35CrMo,42CrMo合金钢加工内外模套，TC轴承表面需要设有硬质合金保径条以提高TC轴承的耐磨性。此工艺带来的问题是，烧结后钢材与硬质合金的热涨系数不一，制品具有较强的残余应力，使得硬质合金保径条发生裂纹与掉块，造成制品废品增加。只能选择中颗粒，粗颗粒，高钴硬质合金牌号，制品的耐磨性下降，使用寿命降低。
目前使用覆膜砂模套代替合金钢模套的工艺还不成熟，由于覆膜砂表面多孔，在覆膜砂模套表面人工一个一个粘结硬质合金保径条时，胶水会被马上吸干，保径条粘结不牢，经常脱落，还要反复补贴。在组装TC轴承烧结组件的过程中，保径条也会经常脱落，粘结保径条费时费力，极大地影响了工作效率。另一方面，覆膜砂的品种很多，普通类覆膜砂使用温度高达1600℃，发气量大，粉尘大，酚醛树脂加入量高，粘结强度也高，烧结后砂模的清理很麻烦。上述问题限制了覆膜砂模套的推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中TC轴承生产工艺的不足，提供一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法。通过选用耐温适中，含有溃散剂，圆度好，清砂容易的覆膜砂，和粘结强度高的，在烧结过程中硬质合金保径条不会发生位移和错位的棉纸双面胶带，实现了用覆膜砂模套代替合金钢模套烧结TC轴承。制备过程中，覆膜砂模套与硬质合金保径条粘结强度高，不易脱落，覆膜砂模套清砂容易，制备的TC轴承耐磨性和硬度都有所提高。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，括以下步骤：
S1.制备覆膜砂内模套或外模套；
S2.在步骤S1中制备的覆膜砂内模套表面，或外模套内表面贴上双面胶带，双面胶带另一面粘有硬质合金保径条；
S3.将步骤S2中处理好的覆膜砂内模套或外模套与对应的合金钢模套组成烧结组件，所述烧结组件中保径条之间的间隙及保径条与外模套之间的间隙中，填满铸造WC颗粒，在内模套和外模套的上部，装有钎焊料与助焊剂；将烧结组件烧结后冷却，冷却后进行清砂处理，得TC轴承。
进一步地，步骤S1中覆膜砂模套制备采用自动覆膜砂成型机加工而成，所用覆膜砂为易溃散类覆膜砂，细度为70~140目。
优选的，覆膜砂选用激冷易溃散类覆膜砂。
又进一步地，自动覆膜砂成型机喷射过程的工艺参数如下：射砂压力为0.3MPA；射砂时间为10s；加热温度为250℃；覆膜砂厚度为6~10mm；结壳时间为30~50S;硬化时间为80S。
本发明加工覆膜砂模套时，采用加入了溃散剂的易溃散类覆膜砂，具有优异的低温溃散性，其中的溃散剂能与酚醛树脂相互作用，导致酚醛树脂分解，使烧结后的覆膜砂粘结强度下降，便于后续清砂。
进一步地，步骤S2中双面胶带为棉纸双面胶带，厚度为0.12~0.16mm，棉纸双面胶带上胶系材料为弹性体压敏胶液或丙烯酸压敏胶液。
本发明以棉纸双面胶带作为基质材料，以弹性体压敏胶液或丙烯酸压敏胶液作为胶系材料，一面粘结覆膜砂模套，另一面粘结硬质合金保径条。棉纸双面胶带松软、耐高温，不易变形，适合粘结覆膜砂多孔材料；弹性体压敏胶液或丙烯酸压敏胶液在覆膜砂表面粘结强度高，在烧结过程中，硬质合金保径条不会发生错位与位移。
进一步地，步骤S3中内模套为覆膜砂模套，外模套为合金钢模套。
进一步地，步骤S3中内模套为合金钢模套，外模套为覆膜砂模套，外模套外部设有合金钢密封套。
本发明中，内模套为覆膜砂模套时，对应的外模套必须是合金钢模套；内模套为合金钢模套时，外模套必须是覆膜砂模套，还要在覆膜砂模套的外部加上一个合金钢密封套，防止烧结过程中融化的钎焊料渗透，和炉内空气的浸蚀，合金钢密封套可以反复利用。
进一步地，步骤S3中外模套与覆膜砂内模套上的保径条间隔1.5mm，铸造WC颗粒牌号为YG7或YG8，晶粒度为0.8~1.0μm。
采用覆膜砂内模套，能有效较低TC轴承制品的残余应力，覆膜砂表面与硬质合金保径条的接触表面，其残余应力要远远小于保径条表面与合金钢接触表面的残余应力。在本发明中，保径条和外模套之间的间隙可以采用铸造WC颗粒填充，硬质合金保径条不与合金钢模套直接接触，硬质合金保径条的残余应力也会大大减少，因此无需担心保径条出现裂纹和掉块的情况，制品的硬度和耐磨性均有所提高。
进一步地，步骤S3中烧结过程条件如下：将烧结组件放入800~900℃的台车炉，然后120min内升温至1080℃，保温60min，然后降温至800~900℃烧结90min，将烧结组件取出，冷却至室温。台车炉是连续烧结，送料底盘自动进出炉，而目前用的马弗炉只能周期烧结，本发明所用的烧结工艺效率是马弗炉的3倍。
进一步地，步骤S3冷却过程采用强制冷却设备，由轴流风机设备，进行空气强制降温步骤，降温速率为20℃/min，步骤S3中清砂处理采用振动清砂，手工敲击清砂或高压气体清砂。覆膜砂内模套具有较好的低温溃散性，无需加热清砂，只需冷却24小时后，便可进行清砂。
一种上述基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法得到的TC轴承。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过用覆膜砂模套代替合金钢模套，解决了由于合金钢与硬质合金的热涨系数不一，所得制品具有较强残余应力，使硬质合金保径条发生裂纹与掉块的技术问题。本发明在制备过程中，杜绝了硬质合金保径条出现开裂、脱落的情况，成品率高，且制备的TC轴承硬度高，耐磨性好，硬质合金保径条可选用低钴、细颗粒硬质合金，提高TC轴承的使用寿命。同时降低了合金钢材料费用和加工费用，降低TC轴承的制造成本。
本发明通过采用添加溃散剂的易溃散类覆膜砂作为原材料，砂粒圆整，强度高，还具有优异的低温溃散性，烧结完成后不需加热清砂，只需冷却24小时即可振动清砂，手工敲击或高压气体清砂，清砂后TC轴承表面干净平整，覆膜砂还可以再次加工利用。
通过采用棉纸双面胶带和高粘性的感压胶液粘结覆膜砂模套和硬质合金保径条，棉纸双面胶带基质松软，随形，耐高温，配合高粘性的感压胶液增加粘结强度，在升温过程中收缩变形小，硬质合金保径条不会发生位移与错位。本发明使用棉纸双面胶带粘结硬质合金条，通过提高棉纸双面胶带的厚度，使其具有合适的强度和韧性，与硬质合金保径条的重量具有很好的适配性，粘结后能合理承受硬质合金保径条的重量以及粘贴工艺所需的强度，粘结硬质合金保径条后的胶带不变形，有利于后续加工程序的进展，最终保障粘结质量。与此同时，胶带具有较高的耐热性，能胜任加工工艺的整体要求。
本发明在烧结过程中采用生产效率高的台车炉，在高温时将烧结组件放入炉内，缩短了烧结组件在炉内的时间，烧结制品质量提高，硬质合金保径条的烧损现象减轻，氧化现象基本消失，微裂纹消失，各元素扩散合理，冶金化结合完整、充分，满足工艺要求。
本发明提供的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法工艺简单，易于推广，各环节工艺参数设计科学合理，成品率高，制品耐磨性好，硬度高，使用寿命长。同时节省了合金钢的材料费用和机械加工的费用，主要材料覆膜砂可回收，经加工可再利用，大大降低了企业的生产成本，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为覆膜砂内模套与棉纸双面胶带示意图。
图2为覆膜砂外模套与棉纸双面胶带示意图。
图3为覆膜砂外模套与密封套示意图。
图4为覆膜砂内模套与合金钢外模套烧结组件示意图。
图5为覆膜砂外模套与合金钢内膜套烧结组件示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本发明实施例附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，具体步骤如下：
S1.制备覆膜砂内模套
将70~140目的激冷易溃散类覆膜砂放入自动覆膜砂成型机中，制备覆膜砂内模套，制备过程工艺参数如下：射砂压力为0.3MPA;射砂时间为10s; 加热温度为250℃;覆膜砂厚度为6mm；结壳时间为30s;硬化时间为80s。
在步骤S1制备的覆膜砂内模套表面贴上棉纸双面胶带，双面胶带的另一面粘结硬质合金保径条；
本实施例中采用的棉纸双面胶带厚度为0.12mm，胶带上胶系材料为弹性体压敏胶液。硬质合金保径条可以为长条形，正六边形，圆片形或其他孔型，本实施例优选长条形。
将步骤S2中固化处理好的覆膜砂内模套与对应的合金钢外模套组成烧结组件，内模套上的保径条与合金钢外模套的间隙为1.5mm，间隙内有铸造WC颗粒填充，在内模套和外模套上部装有镍铜钎焊料。将烧结组件放入800~900℃的台车炉中烧结，120min内升温至1080℃，保温60min，然后降温至800~900℃烧结90min，随后将烧结组件取出，放入强制冷却设备冷却处理，冷却24小时后振动烧结组件，使覆膜砂自由落下，得TC轴承；
本实施例所用的外模套为合金钢外模套，铸造WC颗粒牌号为YG7，晶粒度为0.8μm，烧结气氛可以为氮气烧结、氩气烧结、真空烧结或空气烧结，本实施例优选空气烧结。
实施例2
本实施例提供一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，具体步骤如下：
S1.制备覆膜砂内模套
将70~140目的激冷易溃散类覆膜砂放入自动覆膜砂成型机中，制备覆膜砂外模套，覆膜砂外模套是一个覆膜砂圆管形，制备过程工艺参数如下：射砂压力为0.3MPA;射砂时间为10s; 加热温度为250℃;覆膜砂厚度为10mm；结壳时间为50s;硬化时间为80s。
在步骤S1制备的覆膜砂外模套表面贴上棉纸双面胶带，双面胶带的另一面年幼硬质合金保径条；
本实施例中采用的棉纸双面胶带厚度为0.16mm，胶带上胶系材料为丙烯酸压敏胶液。硬质合金保径条可以为长条形，正六边形或其他孔型，本实施例优选正六边形。
将步骤S2中处理好的覆膜砂外模套与合金钢内模套组成烧结组件，及在覆膜砂外模套的外部加上合金钢密封套，共同组成烧结组件。覆膜砂外模套上的保径条与合金钢内模套的间隙为1.5mm，间隙内有铸造WC颗粒填充，在内模套和外模套上部装有镍铜钎焊料。将烧结组件放入800~900℃的台车炉中烧结，120min内升温至1080℃，保温60min，然后降温至800~900℃烧结90min，随后将烧结组件取出，放入强制冷却设备冷却处理，冷却24小时后用空气压缩机压缩的高压气体清砂，吹去覆膜砂，得TC轴承；
本实施例所用的外模套为覆膜砂外模套，铸造WC颗粒牌号为YG8，晶粒度为1.0μm，烧结气氛可以为氮气烧结、氩气烧结或真空烧结，本实施例优选氮气烧结。
对比例1
本对比例提供一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，具体步骤参照实施例1，与实施例1不同之处在于，步骤S1中所用覆膜砂为普通类覆膜砂。
在步骤S3中对冷却后的烧结组件进行清砂处理时，覆膜砂结块严重，清理难度大，需要将坚硬的结块覆膜砂慢慢剥离，所需时间长，且清砂后TC轴承表面不平整。
对比例2
本对比例提供一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，具体步骤参照实施例1，与实施例1不同之处在于，步骤S2中所用双面胶带为PET双面胶带。
本对比例采用PET双面胶带粘结覆膜砂内模套和硬质合金保径条，在烧结时，胶带受炉内高温影响，收缩变形严重，硬质合金保径条发生位移和错位，甚至出现脱落，导致TC轴承报废。
对比例3
本对比例提供一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，具体步骤参照实施例1，与实施例1不同之处在于，步骤S3中烧结过程采用现有烧结工艺，即在室温下将TC轴承烧结组件放入马弗炉内，升温过程如下：90min内升温至300℃，随后120min内升温至600℃，随后120min内升温至800℃，随后120min内升温至1000℃，随后60min升温至1080℃，保温60min，随后240min内降温至200~300℃后出炉。
本对比例中TC轴承在炉内时间过长，硬质合金保径条表面有过烧现象，表面有微裂纹，还有微量氧化现象，烧结质量差。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备覆膜砂内模套或外模套；
S2.在步骤S1中制备的覆膜砂内模套表面，或外模套内表面贴上双面胶带，双面胶带另一面粘有硬质合金保径条；
S3.将步骤S2中处理好的覆膜砂内模套或外模套与对应的合金钢模套组成烧结组件，所述烧结组件中保径条之间的间隙及保径条与外模套之间的间隙中，填满铸造WC颗粒，在内模套和外模套的上部，装有钎焊料与助焊剂；将烧结组件烧结后冷却，冷却后进行清砂处理，得TC轴承。
2.根据权利要求1所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，步骤S1中所述覆膜砂模套制备采用自动覆膜砂成型机喷射而成，所用覆膜砂为易溃散类覆膜砂，细度为70~140目。
3.根据权利要求2所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，所述自动覆膜砂成型机喷射过程的工艺参数如下：射砂压力为0.3MPA；射砂时间为10s； 加热温度为250℃；覆膜砂厚度为6~10mm；结壳时间为30s~50s；硬化时间为80s。
4.根据权利要求1所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，步骤S2中所述双面胶带为棉纸双面胶带，厚度为0.12~0.16mm，所述棉纸双面胶带上胶系材料为弹性体压敏胶液或丙烯酸压敏胶液。
5.根据权利要求1所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，步骤S3中所述内模套为覆膜砂模套，外模套为合金钢模套。
6.根据权利要求1所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，步骤S3中所述内模套为合金钢模套，外模套为覆膜砂模套，外模套外部设有合金钢密封套。
7.根据权利要求1所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，步骤S3中所述内模套上的保径条与外模套间隔1.5mm，所述铸造WC颗粒牌号为YG7或YG8，晶粒度为0.8~1.0μm。
8.根据权利要求1所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，步骤S3中所述烧结过程气氛为空气，烧结条件如下：将烧结组件放入800~900℃的台车炉，然后120min内升温至1080℃，保温60min，然后断电降温至800~900℃烧结90min，将烧结组件取出。
9.根据权利要求1所述的基于覆膜砂模套的TC轴承组件烧结方法，其特征在于，步骤S3所述冷却过程采用强制冷却设备，步骤S3中所述清砂处理采用振动清砂或高压气体清砂。
10.根据权利要求1~9任一项权利要求所述的烧结方法得到的TC轴承。
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