CN110039046A - 一种粉末冶金零件生产用压制模具及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末冶金零件生产用压制模具，所述压制模具用于压制零件坯体工作面的压制面为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的3％～4％；一种粉末冶金零件的生产方法，包括如下步骤：(1)通过上述的压制模具将粉末冶金原料压制成型；(2)将压制成型的坯体进行烧结；(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形，所述整形模具的整形面为平面；(4)整形后的坯体进行热处理，制得成品。本发明实现了产品热处理后的硬度均匀，解决热处理硬度外高内低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种粉末冶金零件生产用压制模具及其应用。
背景技术
粉末冶金是一种以金属粉末为原料，经压制和烧结制成各种制品的加工方法。粉末冶金零件的生产工艺具有复杂零件的快速成形能力和材料高利用率的优势，因此被广泛应用。
有些粉末冶金零件在烧结后需要进行淬火热处理，淬火热处理是将零件在800～900℃加热一段时间后，再在介质中急速冷却，来提高零件的硬度及物理性能，但在零件冷却的过程中，产品的外部先冷却，其冷却速度比内部的冷却速度快，造成了产品的硬度从外部到内部硬度逐渐降低；根据粉末冶金产品的成型原理，产品的密度分布是由外部至内部逐渐降低，密度越高热处理后的产品硬度越高。因此产品密度分布和冷却速度这两种因素造成了零件在整体淬火后硬度内部比外部低，有些零件的工作部位在内部，内部的硬度低，造成产品的耐磨性差，降低产品使用寿命，因此提高零件的内部硬度是非常有必要的。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种粉末冶金零件生产用压制模具及其应用。
正如背景技术所述，根据粉末冶金产品的成型原理，产品的密度分布是由外部至内部逐渐降低，密度越高热处理后的产品硬度越高，但在零件热处理冷却的过程中，产品的外部先冷却，其冷却速度比内部的冷却速度快，造成了产品的硬度从外部到内部硬度逐渐降低，因此产品密度分布和冷却速度这两种因素造成了零件在整体淬火后硬度内部比外部低。为此通过本发明的压制模具，在成型的坯体形成半球状凸面，将压制成型的坯体进行烧结，烧结后通过整形模具进行整形，将坯体上的半球状凸面压至为平面，因此使坯体的密度由外至内逐步提升，从而使其在后期的热处理过程中，实现产品热处理后的硬度均匀。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种粉末冶金零件生产用压制模具：所述压制模具用于压制零件坯体工作面的压制面为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的3％～4％。
优选的，压制模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，所述凹面在电火花过程中加工形成。
本发明的第二方面，提供上述压制模具在制备工作面位于内部且需要热处理的粉末冶金零件中的用途。
本发明的第三方面，提供一种粉末冶金零件的生产方法，包括如下步骤：
(1)通过上述的压制模具将粉末冶金原料压制成型；
(2)将压制成型的坯体进行烧结；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形，所述整形模具的整形面为平面；
(4)整形后的坯体进行热处理，制得成品。
优选的，步骤(1)中的粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.6％-0.9％，铜粉1％-3％，润滑剂0.6％，铁粉余量。
优选的，步骤(2)中的烧结条件为：温度1120℃保温35min～40min，烧结全程通氮气保护。
优选的，所述整形模具的生产依次通过车、铣、热处理、线切割和电火花。
优选的，步骤(4)中的热处理具体是在温度为850℃～880℃的条件下，保温20min～60min后，取出放入介质中冷却，所述介质为油。
优选的，所述压制模具和整形模具在生产过程中的热处理包括淬火处理和回火处理，其中淬火处理的温度800-900℃，保温时间为1-2h，回火处理的温度为200-300℃，保温时间为2-3h。
本发明的第四方面，利用上述方法制备的粉末冶金零件，其工作部分位于内部。
优选的，通过整形模具整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为4％-5％。
本发明的有益效果：
(1)通过本发明的压制模具，在成型的坯体形成半球状凸面，将压制成型的坯体进行烧结，烧结后通过整形模具进行整形，将坯体上的半球状凸面压至为平面，因此使坯体的密度由外至内逐步提升，从而使其在后期的热处理过程中，实现产品热处理后的硬度均匀，解决热处理硬度外高内低的情况；
(2)提高了产品内部的硬度，针对于工作面为内部的零件来说，提高了其工作面的耐磨性，延长了其使用寿命；
(3)本发明在模具结构上做改进，不增加任何工序，即可实现产品热处理后的硬度均匀，便于推广和应用；减少了生产过程因热处理硬度不均匀造成的报废，提高了产品的合格率。
附图说明
图1为钢珠导轨的实物图；
图2为制备钢珠导轨的压制模具上模结构示意图；
图3为制备钢珠导轨的整形模具上模结构示意图。
图中：1、零件坯体工作面，2、压制面，3、整形面。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
实施例1：
一种粉末冶金零件的生产方法，包括如下步骤：
(1)通过压制模具将粉末冶金原料压制成型；所述压制模具用于压制零件坯体工作面的压制面为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的3％；
粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.6％，铜粉3％，润滑剂0.6％，铁粉余量；
(2)将压制成型的坯体进行烧结，烧结温度1120℃保温35min，烧结全程通氮气保护；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形；所述整形模具的整形面为平面，整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为4％；
所述压制模具和整形模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，其中压制模具压制面的凹面在电火花过程中加工形成；压制模具和整形模具的热处理包括淬火处理和回火处理，其中淬火处理的温度800℃，保温时间为2h，回火处理的温度为200℃，保温时间为3h；
(4)整形后的坯体进行热处理，热处理具体是在温度为850℃的条件下，保温60min后取出放入油中冷却，制得成品。
实施例2：
一种粉末冶金零件的生产方法，包括如下步骤：
(1)通过压制模具将粉末冶金原料压制成型；所述压制模具用于压制零件坯体工作面的压制面为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的4％；
粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.9％，铜粉1％，润滑剂0.6％，铁粉余量；
(2)将压制成型的坯体进行烧结，烧结温度1120℃保温40min，烧结全程通氮气保护；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形；所述整形模具的整形面为平面，整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为5％；
所述压制模具和整形模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，其中压制模具压制面的凹面在电火花过程中加工形成；压制模具和整形模具的热处理包括淬火处理和回火处理，其中淬火处理的温度900℃，保温时间为1h，回火处理的温度为300℃，保温时间为2h；
(4)整形后的坯体进行热处理，热处理具体是在温度为880℃的条件下，保温20min后取出放入油中冷却，制得成品。
实施例3：
一种粉末冶金零件的生产方法，包括如下步骤：
(1)通过压制模具将粉末冶金原料压制成型；所述压制模具用于压制零件坯体工作面的压制面为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的3.5％；
粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.8％，铜粉2％，润滑剂0.6％，铁粉余量；
(2)将压制成型的坯体进行烧结，烧结温度1120℃保温40min，烧结全程通氮气保护；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形；所述整形模具的整形面为平面，整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为4.5％；
所述压制模具和整形模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，其中压制模具压制面的凹面在电火花过程中加工形成；压制模具和整形模具的热处理包括淬火处理和回火处理，其中淬火处理的温度850℃，保温时间为1.5h，回火处理的温度为260℃，保温时间为2.5h；
(4)整形后的坯体进行热处理，热处理具体是在温度为860℃的条件下，保温40min后取出放入油中冷却，制得成品。
应用例1：采用实施例1的方法制备钢珠导轨
如图1、2、3所示，一种钢珠导轨的生产方法，包括如下步骤：
(1)通过压制模具将粉末冶金原料压制成型；所述压制模具用于压制零件坯体工作面1的压制面2为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的3％；
粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.6％，铜粉3％，润滑剂0.6％，铁粉余量；
在本产品的生产中，用于压制零件坯体工作面1的压制面2位于压制模具的上模上；
(2)将压制成型的坯体进行烧结，烧结温度1120℃保温35min，烧结全程通氮气保护；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形；所述整形模具的整形面3为平面，整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为4％；
所述压制模具和整形模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，其中压制模具压制面的凹面在电火花过程中加工形成；压制模具和整形模具的热处理包括淬火处理和回火处理，其中淬火处理的温度800℃，保温时间为2h，回火处理的温度为200℃，保温时间为3h；
所述整形模具与压制模具的不同之处在于，如图2、3所示，压制模具用于压制零件坯体工作面1的压制面2为半球状的凹面，整形模具用于整形零件坯体工作面1的整形面3为平面。
(4)整形后的坯体进行热处理，热处理具体是在温度为850℃的条件下，保温60min后取出放入油中冷却，制得成品。
应用例2：采用实施例2的方法制备钢珠导轨
如图1、2、3所示，一种钢珠导轨的生产方法，包括如下步骤：
(1)通过压制模具将粉末冶金原料压制成型；所述压制模具用于压制零件坯体工作面1的压制面2为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的4％；
粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.9％，铜粉1％，润滑剂0.6％，铁粉余量；
在本产品的生产中，用于压制零件坯体工作面1的压制面2位于压制模具的上模上；
(2)将压制成型的坯体进行烧结，烧结温度1120℃保温40min，烧结全程通氮气保护；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形；所述整形模具的整形面3为平面，整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为5％；
所述压制模具和整形模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，其中压制模具压制面的凹面在电火花过程中加工形成；压制模具和整形模具的热处理包括淬火处理和回火处理，其中淬火处理的温度900℃，保温时间为1h，回火处理的温度为300℃，保温时间为2h；
所述整形模具与压制模具的不同之处在于，如图2、3所示，压制模具用于压制零件坯体工作面1的压制面2为半球状的凹面，整形模具用于整形零件坯体工作面1的整形面3为平面。
(4)整形后的坯体进行热处理，热处理具体是在温度为880℃的条件下，保温20min后取出放入油中冷却，制得成品。
应用例3：采用实施例3的方法制备钢珠导轨
如图1、2、3所示，一种钢珠导轨的生产方法，包括如下步骤：
(1)通过压制模具将粉末冶金原料压制成型；所述压制模具用于压制零件坯体工作面1的压制面2为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的3.5％；
粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.8％，铜粉2％，润滑剂0.6％，铁粉余量；
在本产品的生产中，用于压制零件坯体工作面1的压制面2位于压制模具的上模上；
(2)将压制成型的坯体进行烧结，烧结温度1120℃保温40min，烧结全程通氮气保护；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形；所述整形模具的整形面3为平面，整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为4.5％；
所述压制模具和整形模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，其中压制模具压制面的凹面在电火花过程中加工形成；压制模具和整形模具的热处理包括淬火处理和回火处理，其中淬火处理的温度850℃，保温时间为1.5h，回火处理的温度为260℃，保温时间为2.5h；
所述整形模具与压制模具的不同之处在于，如图2、3所示，压制模具用于压制零件坯体工作面1的压制面2为半球状的凹面，整形模具用于整形零件坯体工作面1的整形面3为平面。
(4)整形后的坯体进行热处理，热处理具体是在温度为860℃的条件下，保温40min后取出放入油中冷却，制得成品。
对本发明应用例1-3所制得的成品进行内外硬度的检测
将本发明各应用例分别对应一个批次的零件生产，每个批次600件产品，通过洛氏硬度计对产品的内部和外部进行硬度检测，硬度检测数值如下：
应用例1：外部HRC 52～54，芯部HRC 49～52；
应用例2：外部HRC 52～54，芯部HRC 50.5～53；
应用例3：外部HRC 52～54，芯部HRC 51～53。
测量产品芯部硬度和外部硬度的相差最大值，以及芯部硬度和外部硬度相差＞2HRC的比例，通过全数检测统计数据如下：
由上表可知，本发明实施例1、实施例2和实施例3生产粉末冶金零件，在热处理之后，其内外硬度基本均匀，其中实施例2所得产品内外硬度均匀性更好。
综上所述，通过本发明的压制模具，在成型时在坯体上形成半球状凸面，在整形时将坯体上的半球状凸面压至为平面，使坯体的密度由外至内逐步提升，能够实现产品热处理后产品内外硬度的均匀。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粉末冶金零件生产用压制模具，其特征在于：所述压制模具用于压制零件坯体工作面的压制面为半球状的凹面，所述凹面在压制成型的坯体上形成半球状凸面，所述半球状凸面最高位置的高度占成型坯体高度的3％～4％。
2.根据权利要求1所述的压制模具，其特征在于：压制模具的生产依次经过车、铣、热处理、线切割和电火花，所述凹面在电火花过程中加工形成。
3.权利要求1或2所述的压制模具在制备工作面位于内部且需要热处理的粉末冶金零件中的用途。
4.一种粉末冶金零件的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过权利要求1或2所述的压制模具将粉末冶金原料压制成型；
(2)将压制成型的坯体进行烧结；
(3)烧结后的坯体放入整形模具压制整形，所述整形模具的整形面为平面。
(4)整形后的坯体进行热处理，制得成品。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中的粉末冶金原料由如下重量百分比的组分组成：石墨粉0.6％-0.9％，铜粉1％-3％，润滑剂0.6％，铁粉余量。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中的烧结条件为：温度1120℃保温35min～40min，烧结全程通氮气保护。
7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述整形模具的生产依次通过车、铣、热处理、线切割和电火花。
8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中的热处理具体是在温度为850℃～880℃的条件下，保温20min～60min后，取出放入介质中冷却。
9.利用权利要求5-8任一项所述的方法制备的粉末冶金零件，其特征在于：所述粉末冶金零件的工作部分位于内部。
10.根据权利要求9所述的粉末冶金零件，其特征在于：通过整形模具整形后的零件由外至内其密度逐步提升，密度提升率最大为4％-5％。
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Denomination of invention: A Pressing Mold for Powder Metallurgical Parts Production and Its Application Effective date of registration: 20231226 Granted publication date: 20210709 Pledgee: Laishang Bank Co.,Ltd. Xinxing Branch Pledgor: Jinan Xinyi Powder Metallurgy Co.,Ltd. Registration number: Y2023980074519 |