CN109702207A - 发动机叶片式变排量机油泵转子及其粉末冶金制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机叶片式变排量机油泵转子及其粉末冶金制备方法，所述制备方法包括:混料步骤；成形步骤，包括将配制完成的合金粉末原料放入成形机的模具中压制成形，得到成形生坯；预烧结、精整及表面处理步骤，包括将成形生坯放入烧结炉中进行预烧结然后进行精整处理，再进行表面处理；烧结硬化步骤，将制品放置在无氧化烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，然后进行冷却；回火步骤。该制备方法具有成本低、生产效率高、产品精度高、性能较好的特点。所述发动机叶片式变排量机油泵转子包括圆形转子基体、轴孔、叶片槽、用于减重的基体两端盘面上的环形凹槽、与叶片槽连通的轴向通孔等部分。

Description

发动机叶片式变排量机油泵转子及其粉末冶金制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金汽车零部件技术领域，具体特别涉及一种发动机叶片式变排量机油泵转子及其粉末冶金制备方法。

背景技术

变排量叶片式机油泵可根据发动机的实际需求来调节机油泵的供油能力，从而减少机油泵不必要的能量消耗。根据相关的研究报告：采用可变排量叶片式机油泵的车用发动机平均能降低0.5％-2％的燃油消耗，针对长期处于高转速工况下运行的商用车发动机，使用可变排量叶片式机油泵能够降低大约3％的燃油消耗。因此变排量叶片式机油泵的应用是一种发展趋势。

叶片泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖等部件组成，定子的内表面是圆柱形孔，转子和定子之间存在着偏心，系统通过定子的移动改变转子的偏心距，从而改变叶片式泵的排量。叶片是镶嵌在转子槽里，在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。当转子按逆时针方向旋转时，右侧的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，于是通过吸油口和配油盘上窗口将油吸入。而在左侧，叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液经配油盘另一窗口和压油口被压出而输出到系统中去。转子是叶片泵的核心部件，精度要求高、性能要求高。

现有技术中发动机叶片式变排量机油泵转子的生产工艺为：采用D32原材料，混料→成形→烧结→渗碳→回火→机加工双面磨转子上下端面、槽磨7个叶片槽宽度、精车轴孔满足图面精度标准→检验包装。现有技术通过渗碳热处理满足制品的强度要求、通过热处理后机加工满足制品精度要求。由于渗碳热处理后叶片槽宽度变形不利于槽磨后制品精度保证，同时热处理制品硬度高，机加工效率慢、砂轮和刀具的损耗大、能耗高、加工成本高。

因此，如何提高发动机叶片式变排量机油泵转子的生产工艺效率，降低综合成本和提高最终产品的精度和性能，成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种发动机叶片式变排量机油泵转子及其粉末冶金制备方法，包括以下步骤：

a)混料步骤，包括配制合金粉末原料；

b)成形步骤，包括将配制完成的合金粉末原料放入成形机的模具中压制成形，得到成形生坯；

c)预烧结、精整及表面处理步骤，包括将成形生坯放入烧结炉中进行预烧结然后进行精整处理，再进行表面处理；

d)烧结硬化步骤，将制品放置在无氧化烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，然后进行冷却；

e)回火步骤，将制品进行回火处理，得到发动机叶片式变排量机油泵转子。

可选的，步骤a)中所述合金粉末原料包括0.4-0.8wt％的C，1-3wt％的Cu，1-2wt％的Mo，余量为Fe。

可选的，步骤b)中所述成形机为160T成型机，成形密度≥7.00g/cm3，各成形段分割密度≤0.2g/cm3。

可选的，步骤c)中所述烧结炉为连续网带炉，预烧结工艺的温度为850℃；所述精整处理的步骤包括将完成预烧结的转子放在整形机上精整，满足图面技术要求；所述后处理步骤包括对转子进行双面磨和去毛刺；双面磨包括对转子上、下端面进行少量双面磨削至厚度在公差范围，去毛刺包括用全自动刷毛边机去除转子的叶片槽、轴孔及上下端面的毛刺。

可选的，步骤d)中所述烧结硬化炉为网带式烧结硬化炉，所述无氧化烧结气氛为N₂/H₂＝9的烧结气氛，无氧环境采用氢气作为保护气体，烧结硬化的温度在1110-1130℃范围内，烧结硬化的时间在30-45min范围内；

可选的，步骤d)中所述冷却工艺的介质采用氮气，冷却速率在2.5-5℃/S范围内。

可选的，步骤e)中所述回火工艺的温度在180-200℃范围内，回火时间为80min。

可选的，所述发动机叶片式变排量机油泵转子包括圆形转子基体、轴孔、叶片槽、用于减重的基体两端盘面上的环形凹槽、与叶片槽连通的轴向通孔。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：

本发明采用预烧结和烧结硬化工艺相结合，通过成形、预烧结、精整、双面磨、去毛刺、烧结硬化、回火、等工艺制作而成。预烧结后精整、双面磨和去毛刺，使制品便于加工，大大提高了生产效率和产品合格率，减少能耗，降低了成本。本发明工艺过程合理，能提高效率，减少能耗，降低成本，适宜作为发动机叶片式可变排量机油泵转子生产工艺应用。

附图说明

图1是本发明一实施例发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例发动机叶片式变排量机油泵转子的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，发动机叶片式变排量机油泵转子制备方法有待简化，成本有待降低，生产效率和制品性能有待提高。

分析存在上述问题的原因包括：

现有技术通过渗碳热处理满足制品的强度要求、通过热处理和机加工满足制品精度要求。由于渗碳热处理后叶片槽宽度变形不利于槽磨后制品精度保证，同时热处理制品硬度高，机加工效率慢、砂轮和刀具的损耗大、能耗高、加工成本高。

为了解决上述问题，本发明提供一种发动机叶片式变排量机油泵转子及其粉末冶金制备方法，能够提高生产效率，降低成本提高制品性能。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，图1示出了本发明一实施例发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法的流程示意图。具体地，包括以下基本步骤：

a)混料步骤，包括配制合金粉末原料；

b)成形步骤，包括将配制完成的合金粉末原料放入成形机的模具中压制成形，得到成形生坯；

c)预烧结、精整及表面处理步骤，包括将成形生坯放入烧结炉中进行预烧结然后进行精整处理，再进行表面处理；

d)烧结硬化步骤，将制品放置在无氧化烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，然后进行冷却；

e)回火步骤，将制品进行回火处理，得到发动机叶片式变排量机油泵转子。

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

参考图1，执行步骤a)，配制合金粉末原料；。

本发明中，所述合金粉末原料包括0.4-0.8wt％的C，1-3wt％的Cu，1-2wt％的Mo，其它为Fe和不可避免的杂质。

参考图1，执行步骤b)，将配制完成的合金粉末原料放入成形机的模具中压制成形，得到成形生坯。所述成形机为160T成型机，成形密度≥7.00g/cm³，各成形段分割密度≤0.2g/cm³。

参考图1，执行步骤c)，将成形生坯放入烧结炉中进行预烧结然后进行精整处理，再进行表面处理。所述烧结炉为连续网带炉，预烧结工艺的温度为850℃，预烧结工艺便于后期精整和双面磨，能提高效率、减少能耗；步骤c)中所述精整处理的步骤包括将完成预烧结的转子放在整形机上精整，满足图面技术要求，精整工艺可以确保叶片槽宽度和轴孔内径精度，避免后续精车和槽磨，降低成本、提高效率、减少能耗；所述后处理步骤包括对转子进行双面磨和去毛刺；双面磨包括对转子上、下端面进行少量双面磨削至厚度在公差范围，双面磨可以确保转子厚度公差要求，预烧结后产品硬度较低，能提高磨削效率、减少砂轮消耗；去毛刺包括用全自动刷毛边机去除转子的叶片槽、轴孔及上下端面的毛刺。

参考图1，执行步骤d)，将制品放置在无氧化烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，然后进行冷却。所述烧结硬化炉为网带式烧结硬化炉，所述无氧化烧结气氛为N₂/H₂＝9的烧结气氛，无氧环境采用氢气作为保护气体，烧结硬化的温度在1110-1130℃范围内，烧结硬化的时间在30-45min范围内；所述冷却工艺的介质采用氮气，冷却速率在2.5-5℃/S范围内。本发明采用烧结硬化工艺可以获得较好的力学性能，同时产品一致性好，免除后续热处理及其变形和增加成本。

参考图1，执行步骤e)，将制品进行回火处理，得到发动机叶片式变排量机油泵转子。所述回火工艺的温度在180-200℃范围内，回火时间为80min。回火工艺可以有效回复应力。

参考图2，图2示出了本发明一实施例发动机叶片式变排量机油泵转子的结构示意图。本发明所述发动机叶片式变排量机油泵转子包括圆形转子基体1、轴孔2、七个对称的叶片槽3；所述圆形转子基体1的两侧盘面上沿轴孔2的一周设有环形凹槽4，用于减轻圆形转子基体1的重量；所述的叶片槽3等距离的、沿圆形转子基体1的径向设有7个，叶片槽宽度为2mm；所述的每个叶片槽3的内端均与对应的一个对称的轴向通孔5连通，所述7个轴向通孔5的最大宽度4.4mm、通孔5底边距轴孔2的中心距为8.5mm。

所述圆形转子精度要求包括：叶片槽3的宽度为2mm，公差区间为0.06mm；轴孔2的内径￠10mm，公差区间0.02mm；所述圆形转子基体1的厚度为32mm,公差区间0.02mm。所述圆形转子性能要求包括：密度≥7.0g/cm³,硬度≥350HV5。

实施例1

1.混料：按质量百分比将下述原料混合均匀：0.6wt％的C，2wt％的Cu，1.5wt％的Mo，其它为Fe和不可避免的杂质；

2.成形：选择160T成形压机，将配制完毕的粉末冶金原料放入成形机的模具中压制成形，成形密度7.1g/cm³，生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺；

3.预烧结、精整及表面处理步骤：烧结温度850℃；然后将转子放在整形机上精整，确保叶片槽宽度、轴孔内径满足图面技术要求。再对转子上、下端面进行少量双面磨削至厚度公差范围内，最后用全自动刷毛边机去除转子的叶片槽、轴孔及上下端面的毛刺；

4.烧结硬化：将制品放在具备N₂/H₂＝9的烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，采用氢气作为保护气体，烧结温度1120℃；烧结完成后采用氮气冷却，冷却速度为4℃/S。

5.回火步骤：回火温度190℃，时间80分钟。洗净干燥包装得到最终制品。

对得到的转子进行质量检测，结果如下：

实施例2

1.混料：按质量百分比将下述原料混合均匀：0.8wt％的C，1wt％的Cu，2wt％的Mo，其它为Fe和不可避免的杂质；

2.成形：选择160T成形压机，将配制完毕的粉末冶金原料放入成形机的模具中压制成形，成形密度7.05g/cm³，生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺；

3.预烧结、精整及表面处理步骤：烧结温度850℃；然后将转子放在整形机上精整，确保叶片槽宽度、轴孔内径满足图面技术要求。再对转子上、下端面进行少量双面磨削至厚度公差范围内，最后用全自动刷毛边机去除转子的叶片槽、轴孔及上下端面的毛刺；

4.烧结硬化：将制品放在具备N₂/H₂＝9的烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，采用氢气作为保护气体，烧结温度1130℃；烧结完成后采用氮气冷却，冷却速度为5℃/S。

5.回火步骤：回火温度200℃，时间80分钟。洗净干燥包装得到最终制品。

对得到的转子进行质量检测，结果如下：

实施例3

1.混料：按质量百分比将下述原料混合均匀：0.4wt％的C，3wt％的Cu，1wt％的Mo，其它为Fe和不可避免的杂质；

2.成形：选择160T成形压机，将配制完毕的粉末冶金原料放入成形机的模具中压制成形，成形密度7.2g/cm³，生坯各部位连接处无裂纹，生坯脱模后自动刷毛刺；

3.预烧结、精整及表面处理步骤：烧结温度850℃；然后将转子放在整形机上精整，确保叶片槽宽度、轴孔内径满足图面技术要求。再对转子上、下端面进行少量双面磨削至厚度公差范围内，最后用全自动刷毛边机去除转子的叶片槽、轴孔及上下端面的毛刺；

4.烧结硬化：将制品放在具备N₂/H₂＝9的烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，采用氢气作为保护气体，烧结温度1110℃；烧结完成后采用氮气冷却，冷却速度为2.5℃/S。

5.回火步骤：回火温度180℃，时间80分钟。洗净干燥包装得到最终制品。

对得到的转子进行质量检测，结果如下：

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)混料步骤，包括配制合金粉末原料；

b)成形步骤，包括将配制完成的合金粉末原料放入成形机的模具中压制成形，得到成形生坯；

c)预烧结、精整及表面处理步骤，包括将成形生坯放入烧结炉中进行预烧结然后进行精整处理，再进行表面处理；

d)烧结硬化步骤，将制品放置在无氧化烧结气氛的烧结硬化炉中进行烧结硬化，然后进行冷却；

e)回火步骤，将制品进行回火处理，得到发动机叶片式变排量机油泵转子。

2.根据权利要求1所述的发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤a)中所述合金粉末原料包括0.4-0.8wt％的C，1-3wt％的Cu，1-2wt％的Mo，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤b)中所述成形机为160T成型机，成形密度≥7.00g/cm³，各成形段分割密度≤0.2g/cm³。

4.根据权利要求1所述的发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤c)中所述烧结炉为连续网带炉，预烧结工艺的温度为850℃；所述精整处理的步骤包括将完成预烧结的转子放在整形机上精整，满足图面技术要求；所述后处理步骤包括对转子进行双面磨和去毛刺；双面磨包括对转子上、下端面进行少量双面磨削至厚度在公差范围，去毛刺包括用全自动刷毛边机去除转子的叶片槽、轴孔及上下端面的毛刺。

5.根据权利要求1所述的发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤d)中所述烧结硬化炉为网带式烧结硬化炉，所述无氧化烧结气氛为N₂/H₂＝9的烧结气氛，无氧环境采用氢气作为保护气体，烧结硬化的温度在1110-1130℃范围内，烧结硬化的时间在30-45min范围内。

6.根据权利要求1所述的发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤d)中所述冷却工艺的介质采用氮气，冷却速率在2.5-5℃/S范围内。

7.根据权利要求1所述的发动机叶片式变排量机油泵转子粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤e)中所述回火工艺的温度在180-200℃范围内，回火时间为80min。

8.根据权利要求1所述的粉末冶金制备方法制备的发动机叶片式变排量机油泵转子，其特征在于，所述发动机叶片式变排量机油泵转子包括圆形转子基体、轴孔、叶片槽、用于减重的基体两端盘面上的环形凹槽、与叶片槽连通的轴向通孔。