CN1130714A - 滑动零件以及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了凸轮推杆、气门等发动机阀系零件、燃料喷射泵零件及轴承等具有滑动面的滑动零件。滑动零件本体与陶瓷滑动构件A及经硬化处理的金属滑动构件B构成滑动零件，其制造方法为本体与滑动构件A以650℃以上的温度接合，而金属滑动构件B在650℃以下温度中以不损害硬化处理效果的方法安装。由于在安装时不损害硬化处理的效果，因此对本体的硬化处理性等无需限定，能够采用加工性能好的材料，可以降低金属材料的成本。

Description

滑动零件以及其制造方法
本发明提供了凸轮推杆、阀门等发动机阀类零件、燃料喷射泵零件及轴承等具有多个滑动面的滑动零件。
在工业机械中存在着许多滑动零件，由于其滑动部分会发生能量消耗及磨耗，造成能量效率及机械寿命低下。因此，以降低滑动阻力、提高滑动部位的耐久性为目的的提高滑动精度的滑动材料正在被开发。
特别是进行了大量在滑动部位使用耐耗性高的陶瓷材料的尝试。例如在作为汽车发动机滑动零件的凸轮推杆上使用陶瓷材料(特开平5—65809号公报)、以及使用在金属为底材的滑动部分上接合陶瓷材料的零件(特开昭63—225728号公报)、但是，在使用金属底材与陶瓷滑动材料接合的场合，为确保接合的可靠性必须进行650℃以上的加热接合。一般滑动零件的滑动部位不止一个，在无需使用陶瓷的滑动条件不严酷的情况下，有的滑动部位有硬化处理必要。但是由于加热接合时的加热影响，会使陶瓷滑动材料加热接合前滑动零件本体硬化处理的效果消失。例如、在利用淬火硬化的金属底材的场合，由于加热的原因硬度会降低。又如使用特开平2—55809号公报公布的利用加热时的热量进行硬化处理的技术，不仅硬化处理部分的硬度无法保证，而且由于滑动部分难以维持必要的硬度、金属本体的材料种类受到限制、加工性能劣化等原因造成了成本增加的问题。
本发明解决了现有的技术问题，以具有优良滑动特性的2种以上材料构成的滑动构件在2处以上与本体组合，以产生价格便宜而性能优良的滑动零件。于是，在滑动特性要求高、使用陶瓷材料令人满意的滑动部位用陶瓷材料与低价金属构成的本体相结合，在其滑动特性无须使用陶瓷材料的部分，以能够维持硬化处理效果的方法装入经硬化处理的低价的金属零件，提供价格便宜而性能优良的滑动零件。
本发明的特征是由滑动零件本体同与该本体相连接形成滑动面一个或两个以上的陶瓷材料构件A以及装入同一本体、形成滑动面的一个或两个金属材料构件B所构成滑动零件。与本体的硬度相比构件B的硬度较高，对构件B应施行HRC45以上的硬化处理。
滑动构件A与滑动构件B分别可为1个或2个以上，其数量没有限制，但由于本体上安装的滑动构件过多会造成设计复杂、制造成本提高，所以通常分别在2处以下使用。滑动零件本体与滑动构件相比要使用滑动性能差但成形性、韧性、成本方面有利的材料。其代表材料除强度等性能满足要求的铁合金外还可以利用铝、钛等。
滑动构件A使用加热接合性好、特别是滑动特性、耐热性好的陶瓷材料。作为陶瓷材料Al2O3、ZrO2、Si3N4等强度高的材料是令人满意的。特别是Si3N4显示出优良的性能。滑动构件B采用金属材料并进行硬化处理。金属材料与陶瓷相比成本较低并用于滑动面形状复杂场合效果很好。其种类与上述本体材料有关，例如在铁合金上使用经过渗氮、渗炭表面处理作为硬化处理的高炭钢、合金钢。滑动构件B与本体相比硬度高。在硬度与本体相同或低于本体的情况下滑动特性差，就没有在本体上安装的价值。其理想的硬度应在HRC45以上。HRC45以下滑动性能不足。为了得到HRC45以上的硬度可使用公知的热处理、表面处理方法。例如使用高炭钢可利用淬火、渗氮渗炭处理来得到HRC45以上的滑动构件。在向本体安装时应采用不损害硬化处理有效性的加热方法以外的方法。即是在有加热必要的场合其温度也不应超过700℃。
本发明涉及滑动零件的制造方法，其特征是：采取滑动零件本体与1个或2个形成陶瓷滑动面的构件A以650℃以上的温度结合，而与1个或2个形成金属滑动面的构件B在650℃以下以不损害硬化处理手段而安装。
在以上方面，作为不损害构件B的硬化处理效果的手段可为热压、铆接、焊接、压入、压焊其中之一。在伴有热加工的场合应使温度在650℃以下，以使构件B安装后的硬度在HRC45以上。
作为构件A的接合方法，可利用公知的钎焊扩散结合等方法。结合的加热温度要在650℃以上的原因是能够保证接合的可靠性，650℃以下会降低结合的可靠性。接合温度的上限没有特别的限定，如滑动零件本体具有金属材料以在1200℃的温度以下结合为佳。
对构件A的加热可同时对多个加热接合的构件进行同时接合或改变接合温度进行多次接合。在构件A与本体加热接合后进行构件B的本体安装。构件B在进行了热处理等硬化处理，由于超过650℃的加热接合会使这种硬化处理变为无效，应尽量避免构件B在安装时的加热。但是可以进行无损于硬化处理的有效性的加热，但在加热时有必要不使温度超过650℃。
作为构件B对于本体的安装方法是将本体加热，在已膨胀的部位以热压、铆接以及压入的方法安装构件B。特别是使用焊接及压焊的方法。但无论使用哪一种方法都要维持构件BHRC45的硬度。如不足HRC45会产生滑动特性不足、磨耗加大、耐久性差的问题。
附图说明：
图1为使用本发明的推杆实施例的说明图
图2为作为图1的比较例的推杆的说明图
图3为使用本发明的尾部支点式摇杆的说明图
以下用实施例加以说明。
图1示出了作为基于本发明而制造的滑动零件之一例的推杆。推杆本体1具有滑动条件苛刻的滑动面2及滑动面3，为形成基于本发明的滑动面2，在推杆本体上钎焊滑动构件A，并为形成滑动面3而压入滑动构件B。作为滑动构件A使用了弯曲强度1500MPar的Si3N4陶瓷圆板(直径30mm、厚度1.0mm、平面部平面度10微米、表面粗糙度Ra0.03微米)、钎焊在推杆1本体(SCr42材料)上。滑动构件B使用经淬火及回火处理的SKD11(HRC59)、压入推杆1本体预留的部组装而成。
作为比较例不使用滑动构件B、制造了用与滑动面3与推杆本体相同的推杆(图2)。此外作为比较还使用了只由冷铸铁制造的推杆。各个推杆分别装入卡车用发动机中、使用劣质汽油进行实际走行实验，使用本发明的推杆经过5万公里滑动面的磨耗都在20微米以下，在耐久性方面没有问题。另一比较例的推杆滑动面10磨耗量为20微米以下，在耐久性方面虽不存在问题，但由于滑动面11的磨耗超过了50微米，证明其耐久性不足，不适于实际应用。此外单一冷铸铁制造的推杆滑动面10发生了超过20微米的磨耗，在耐久性方面存在问题。实施例2、
改变实施例1所示按本发明设计的滑动构件A、滑动构件B采用的各种材料及与推杆的接合方法，做成表1所示的推杆。将各推杆组装进排气量4000cc的柴油发动机中进行发动机转数为1000的200小时耐久性试验。耐久试验后的滑动面2及滑动面3的磨耗状态如表1所示。表1
No.         滑动构件A        滑动构件B         磨耗量
   材料  加热接合条件  材料硬度   安装方法   滑动面2  滑动面3
   1    Si3N4    800℃钎焊   SCM55     压入   磨耗小  磨耗小
   2    Si3N4    800℃钎焊   SCM55   800℃钎焊   磨耗小  磨耗大
   3  超硬合金 800℃扩散焊接   SCM55  电子束焊接   磨耗小  磨耗小
   4    SiC    800℃钎焊   SCM55     铆接   磨耗小  磨耗小
   6    Si3N4    950℃钎焊   SCr47     压入   磨耗小  磨耗小
   7    Si3N4    800℃钎焊   SKD60  电子束焊接   磨耗小  磨耗小
注：No.2未采用本发明；磨耗小指小于20微米、磨耗大指大于20微米。实施例3
图3示出了基于本发明的尾部支点式摇杆。摇杆本体4具有滑动条件苛刻的滑动面5及滑动面6、为形成基于本发明的滑动面5，在摇杆本体4上钎焊滑动构件A，并为形成滑动面6而压入滑动构件B。作为滑动构件A使用了弯曲强度1500MPar的Si3N4陶瓷板(10mm方形、厚度1.0mm、滑动面的表面粗糙度Ra0.03微米)、钎焊在摇杆4本体(SCr42材料)上。滑动构件B使用经淬火及回火处理的SKD11(HRC59)、压入摇杆本体4预留的部组装而成。滑动面5及6都具有优良的耐磨性，与以往的冷铸铁制造的摇杆相比寿命及车辆走行距离均延长2倍以上。
根据本发明，在滑动零件必要部位使用陶瓷及经过硬化处理的金属构件以提供低成本的滑动零件。由于金属构件的硬化处理在安装入本体前进行，能够使其在硬度处理时得到较高的硬度和稳定性。而且由于在安装时不损害硬化处理的效果，因此对本体的硬化处理性等无需限定，能够采用加工性能好的材料，可以降低金属材料的成本。

Claims (6)

1、一种滑动零件，其特征在于由滑动零件本体及与该本体相连接、形成滑动面的一个或两个以上陶瓷材料构件A以及装入同一本体、形成滑动面的一个或两个以上金属材料构件B所构成。
2、按照权利要求1所述滑的动零件，其特征在于，构件B的硬度高于滑动零件本体的硬度。
3、按照权利要求1或2所述的滑动零件，其特征在于，对构件B进行HRC45以上的硬化处理。
4、一种滑动零件的制造方法，其特征在于，采取滑动零件本体与1个或2个形成陶瓷滑动面的构件A以650℃以上的温度结合，而与1个或2个形成金属滑动面的构件B在650℃以下以不损害其硬化处理的手段结合。
5、按照权利要求4所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，不损害构件B硬化处理效果的手段为热压、铆接、焊接、压入、压焊的任一种。
6、按照权利要求4或5所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，构件B在安装后的硬度在HRC45以上。
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