CN113996789A - 一种金属注射成型钢活塞的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属注射成型钢活塞的制造方法，包括以下步骤：S1、制备粘接剂；S2、按比例称取金属原料粉末并将其熔化制成合金块；S3、将合金块粉碎后进行研磨操作，得到合金粉末；S4、将粘接剂、合金粉末按比例加入到容器中，得到注射料；S5、将注射料置于注射机进行注射成型操作，得到活塞坯件；S6、将活塞坯件置于压力容器中进行加热操作；S7、压力容器进行增压操作，得到活塞萃取件；S8、将活塞萃取件放入加热容器中，接着以每小时升温100～150℃的升温速率进行升温操作，直至加热容器达到1200～1300℃后恒温保持3～5小时；将活塞萃取件从加热容器中取出后迅速冷却至常温，即得到所制备钢活塞。
Description
技术领域
本发明涉及活塞生产领域，尤其涉及一种金属注射成型钢活塞的制造方法。
背景技术
当前欧美绝大部分重型柴油机都已经使用钢活塞。2016年欧盟开始实施苛刻低碳排放标准，发动机行业汽油机活塞小型化趋势明显，柴油机活塞则向钢质化发展。在我国，钢质活塞用于内燃机行业才刚开始。根据发动机发展趋势，在国Ⅴ、国Ⅵ排放标准实施时，钢质活塞将会得到极大的应用。
为加强活塞头部的冷却效果，钢质活塞一般都设计有复杂的内冷油道，为保证钢质活塞的高可靠性，钢质活塞主流制造工艺采用活塞头部与裙部分别锻造加工，然后再将两者焊接形成内冷油道；该生产方式在焊接时容易存在痕接缺陷或焊接颗粒，降低了钢活塞的生产质量；同时整个工艺操作工序较多、生产耗时较久，严重影响了钢活塞的生产效率，从而制约了钢质活塞的高速发展。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单、提高生产效率的金属注射成型钢活塞的制造方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种金属注射成型钢活塞的制造方法，包括以下步骤：
S1、制备粘接剂；
S2、按比例称取金属原料粉末并将其熔化制成合金块；
S3、将合金块粉碎后进行研磨操作，得到合金粉末；
S4、将粘接剂、合金粉末按比例加入到容器中，将容器加热到50～80℃后保持恒温，然后以300～500r/min的转速搅拌30～60分钟，得到注射料；
S5、将注射料置于注射机的料筒内，通过注射机的出料口向预先设置的模具进行注射成型操作，注射完成后，静置10～24小时，得到活塞坯件；
S6、将活塞坯件置于压力容器中，以每分钟升高5℃的加热速率对压力容器进行加热操作，直至加热温度至200～300℃后进行恒温保持；
S7、压力容器以每分钟增加0.1MPa的加压速率进行增压操作，直至增压至500MPa，恒压保持2～3小时，得到活塞萃取件；
S8、将加热容器加热至500～800℃，然后将活塞萃取件放入加热容器中，接着以每小时升温100～150℃的升温速率进行升温操作，直至加热容器达到1200～1300℃后恒温保持3～5小时；将活塞萃取件从加热容器中取出后迅速冷却至常温，即得到所制备钢活塞。
进一步的，所述步骤S1中，粘接剂由正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水混合制成；所述正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水的体积比为：2～3:5～8:2～3:1～2:3～4:1:18～22。
进一步的，所述步骤S1中，粘接剂的制备包括以下步骤：
S11、按比例称取正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯并将其置于加热容器中加热至50～60℃后恒温搅拌15～30分钟，冷却后得到初步混合物；
S12、按比例称取聚烯烃酸酐、脂肪酰胺并将其置于加热容器中加热至35～45℃后以200～300r/min的转速搅拌5～10分钟；冷却后得到初步乳化物；
S13、将初步混合物、初步乳化物混合并按比例加入蒸馏水，以500～600r/min的转速搅拌10～20分钟，得到中间产物；
S14、将中间产物在室温下静置3～4小时即得到粘接剂。
进一步的，所述步骤S2中，金属原料粉末包括碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末；所述碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末的体积比为：1～2:2～3:1～2:1:1～2:28～30:2～3:1～2:1。
进一步的，所述步骤S2中，将金属原料粉末熔化制成合金块包括以下步骤：
S21、将各种金属原料粉末按比例置于熔炉中，对熔炉进行加热至800～1000℃，恒温保持1～2小时；
S22、继续对熔炉进行加热至1600～1800℃，恒温保持3～5小时，冷却后即得到合金块。
进一步的，所述步骤S3中，合金粉末的粒径为0.5～25μm。
进一步的，所述步骤S4中，粘接剂与合金粉末的体积比为：2～3:1。
进一步的，所述步骤S5中，注射机的加热温度为500～600℃，注射机的注射压力为14～16MPa。
进一步的，所述步骤S8中，将活塞萃取件从加热容器中取出后将其浸泡在25～35℃的常温水中进行冷却。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过采用将合金粉末与粘接剂混合构成注射料的设计，使得人们可以通过注射机进行注射成型操作来生产钢活塞，其在生产时一次成型，不需要活塞头部与裙部进行焊接的工序，避免了钢活塞内出现焊接缺陷、焊接颗粒的状况，有效提高了钢活塞的生产质量以及生产效率；并且本发明通过将金属粉末进行熔化制备成合金粉末后进行注射成型操作，有效提高了钢活塞的结构强度，避免了直接使用金属颗粒进行注射成型导致钢活塞结构强度低、无法满足钢活塞强度要求的状况发生，提高了钢活塞的生产质量。
另一方面，本发明在粘接剂中加入了乳化成分聚烯烃酸酐、脂肪酰胺，在金属原料粉末中加入了镍粉末、钼粉末成分，其可以有效降低钢活塞的表面粗糙度，从而进一步提高了钢活塞的生产质量，给钢活塞的发展做出了一定的贡献。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1、本实施例公开了一种金属注射成型钢活塞的制造方法，包括以下步骤：
S1、制备粘接剂；
粘接剂由正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水混合制成；所述正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水的体积比为：2:5:2:1:3:1:18；
粘接剂的制备包括以下步骤：
S11、按比例称取正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯并将其置于加热容器中加热至50℃后恒温搅拌15分钟，冷却后得到初步混合物；
S12、按比例称取聚烯烃酸酐、脂肪酰胺并将其置于加热容器中加热至35℃后以200r/min的转速搅拌5分钟；冷却后得到初步乳化物；
S13、将初步混合物、初步乳化物混合并按比例加入蒸馏水，以500r/min的转速搅拌10分钟，得到中间产物；
S14、将中间产物在室温下静置3小时即得到粘接剂；
S2、按比例称取金属原料粉末并将其熔化制成合金块；
金属原料粉末包括碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末；所述碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末的体积比为：1:2:1:1:1:28:2:1:1。
制备合金块包括以下步骤：
S21、将各种金属原料粉末按比例置于熔炉中，对熔炉进行加热至800℃，恒温保持1小时；
S22、继续对熔炉进行加热至1600℃，恒温保持3小时，冷却后即得到合金块；
S3、将合金块粉碎后进行研磨操作，得到合金粉末；合金粉末的粒径为0.5μm；
S4、将粘接剂、合金粉末按比例加入到容器中，粘接剂与合金粉末的体积比为：2:1；将容器加热到50℃后保持恒温，然后以300r/min的转速搅拌30分钟，得到注射料；
S5、将注射料置于注射机的料筒内，通过注射机的出料口向预先设置的模具进行注射成型操作，注射完成后，静置10小时，得到活塞坯件；
注射机的加热温度为500℃，注射机的注射压力为14MPa；
S6、将活塞坯件置于压力容器中，以每分钟升高5℃的加热速率对压力容器进行加热操作，直至加热温度至200℃后进行恒温保持；
S7、压力容器以每分钟增加0.1MPa的加压速率进行增压操作，直至增压至500MPa，恒压保持2小时，将活塞坯件中的粘接剂排出后得到活塞萃取件；
S8、将加热容器加热至500℃，然后将活塞萃取件放入加热容器中，接着以每小时升温100℃的升温速率进行升温操作，直至加热容器达到1200℃后恒温保持3小时；将活塞萃取件从加热容器中取出后将其浸泡在25℃的常温水中冷却至常温，即得到所制备钢活塞。
实施例2、本实施例公开了一种金属注射成型钢活塞的制造方法，包括以下步骤：
S1、制备粘接剂；
粘接剂由正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水混合制成；所述正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水的体积比为：3:6:2:1:4:1:20。
粘接剂的制备包括以下步骤：
S11、按比例称取正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯并将其置于加热容器中加热至55℃后恒温搅拌20分钟，冷却后得到初步混合物；
S12、按比例称取聚烯烃酸酐、脂肪酰胺并将其置于加热容器中加热至40℃后以250r/min的转速搅拌8分钟；冷却后得到初步乳化物；
S13、将初步混合物、初步乳化物混合并按比例加入蒸馏水，以550r/min的转速搅拌15分钟，得到中间产物；
S14、将中间产物在室温下静置3小时即得到粘接剂；
S2、按比例称取金属原料粉末并将其熔化制成合金块；
金属原料粉末包括碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末；所述碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末的体积比为：2:2:2:1:1:29:2:2:1。
制备合金块包括以下步骤：
S21、将各种金属原料粉末按比例置于熔炉中，对熔炉进行加热至900℃，恒温保持1小时；
S22、继续对熔炉进行加热至1700℃，恒温保持4小时，冷却后即得到合金块；
S3、将合金块粉碎后进行研磨操作，得到合金粉末；合金粉末的粒径为10μm；
S4、将粘接剂、合金粉末按比例加入到容器中，粘接剂与合金粉末的体积比为：2:1；将容器加热到60℃后保持恒温，然后以400r/min的转速搅拌40分钟，得到注射料；
S5、将注射料置于注射机的料筒内，通过注射机的出料口向预先设置的模具进行注射成型操作，注射完成后，静置16小时，得到活塞坯件；
注射机的加热温度为550℃，注射机的注射压力为15MPa；
S6、将活塞坯件置于压力容器中，以每分钟升高5℃的加热速率对压力容器进行加热操作，直至加热温度至250℃后进行恒温保持；
S7、压力容器以每分钟增加0.1MPa的加压速率进行增压操作，直至增压至500MPa，恒压保持2小时，将活塞坯件中的粘接剂排出后得到活塞萃取件；
S8、将加热容器加热至600℃，然后将活塞萃取件放入加热容器中，接着以每小时升温120℃的升温速率进行升温操作，直至加热容器达到1250℃后恒温保持4小时；将活塞萃取件从加热容器中取出后将其浸泡在30℃的常温水中冷却至常温，即得到所制备钢活塞。
实施例3、本实施例公开了一种金属注射成型钢活塞的制造方法，包括以下步骤：
S1、制备粘接剂；
粘接剂由正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水混合制成；所述正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水的体积比为：3:8:3:2:4:1:22。
粘接剂的制备包括以下步骤：
S11、按比例称取正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯并将其置于加热容器中加热至60℃后恒温搅拌30分钟，冷却后得到初步混合物；
S12、按比例称取聚烯烃酸酐、脂肪酰胺并将其置于加热容器中加热至45℃后以300r/min的转速搅拌10分钟；冷却后得到初步乳化物；
S13、将初步混合物、初步乳化物混合并按比例加入蒸馏水，以600r/min的转速搅拌20分钟，得到中间产物；
S14、将中间产物在室温下静置4小时即得到粘接剂；
S2、按比例称取金属原料粉末并将其熔化制成合金块；
金属原料粉末包括碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末；所述碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末的体积比为：2:3:2:1:2:30:3:2:1。
制备合金块包括以下步骤：
S21、将各种金属原料粉末按比例置于熔炉中，对熔炉进行加热至1000℃，恒温保持2小时；
S22、继续对熔炉进行加热至1800℃，恒温保持5小时，冷却后即得到合金块；
S3、将合金块粉碎后进行研磨操作，得到合金粉末；合金粉末的粒径为25μm；
S4、将粘接剂、合金粉末按比例加入到容器中，粘接剂与合金粉末的体积比为：3:1；将容器加热到80℃后保持恒温，然后以500r/min的转速搅拌60分钟，得到注射料；
S5、将注射料置于注射机的料筒内，通过注射机的出料口向预先设置的模具进行注射成型操作，注射完成后，静置24小时，得到活塞坯件；
注射机的加热温度为600℃，注射机的注射压力为16MPa；
S6、将活塞坯件置于压力容器中，以每分钟升高5℃的加热速率对压力容器进行加热操作，直至加热温度至300℃后进行恒温保持；
S7、压力容器以每分钟增加0.1MPa的加压速率进行增压操作，直至增压至500MPa，恒压保持3小时，将活塞坯件中的粘接剂排出后得到活塞萃取件；
S8、将加热容器加热至800℃，然后将活塞萃取件放入加热容器中，接着以每小时升温150℃的升温速率进行升温操作，直至加热容器达到1300℃后恒温保持5小时；将活塞萃取件从加热容器中取出后将其浸泡在35℃的常温水中冷却至常温，即得到所制备钢活塞。
通过对上述实施例中制备得到的钢活塞进行检测，其密度≥7.5 g/cm3，抗拉强度σb≥550MPa，延伸率≥2.5％，完全可以达到钢活塞的铸造标准；同时其粗糙度Ra＜1um，而现有钢活塞的粗糙度为1.5um＜Ra＜2.5um；因此，通过本发明中的制备方法制备得到的钢活塞粗糙度明显降低，从而有效提高了钢活塞的生产质量，进一步提高了本发明的使用效果。
本发明通过采用将合金粉末与粘接剂混合构成注射料的设计，使得人们可以通过注射机进行注射成型操作来生产钢活塞，其在生产时一次成型，不需要活塞头部与裙部进行焊接的工序，避免了钢活塞内出现焊接缺陷、焊接颗粒的状况，有效提高了钢活塞的生产质量以及生产效率；并且本发明通过将金属粉末进行熔化制备成合金粉末后进行注射成型操作，有效提高了钢活塞的结构强度，避免了直接使用金属颗粒进行注射成型导致钢活塞结构强度低，无法满足钢活塞强度要求的状况发生，提高了钢活塞的生产质量。
另一方面，本发明在粘接剂中加入了乳化成分聚烯烃酸酐、脂肪酰胺，在金属原料粉末中加入了镍粉末、钼粉末成分，其可以有效降低钢活塞的表面粗糙度，从而进一步提高了钢活塞的生产质量，给钢活塞的发展做出了一定的贡献。
Claims (9)
1.一种金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备粘接剂；
S2、按比例称取金属原料粉末并将其熔化制成合金块；
S3、将合金块粉碎后进行研磨操作，得到合金粉末；
S4、将粘接剂、合金粉末按比例加入到容器中，将容器加热到50～80℃后保持恒温，然后以300～500r/min的转速搅拌30～60分钟，得到注射料；
S5、将注射料置于注射机的料筒内，通过注射机的出料口向预先设置的模具进行注射成型操作，注射完成后，静置10～24小时，得到活塞坯件；
S6、将活塞坯件置于压力容器中，以每分钟升高5℃的加热速率对压力容器进行加热操作，直至加热温度至200～300℃后进行恒温保持；
S7、压力容器以每分钟增加0.1MPa的加压速率进行增压操作，直至增压至500MPa，恒压保持2～3小时，得到活塞萃取件；
S8、将加热容器加热至500～800℃，然后将活塞萃取件放入加热容器中，接着以每小时升温100～150℃的升温速率进行升温操作，直至加热容器达到1200～1300℃后恒温保持3～5小时；将活塞萃取件从加热容器中取出后迅速冷却至常温，即得到所制备钢活塞。
2.如权利要求1所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，粘接剂由正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水混合制成；所述正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚烯烃酸酐、脂肪酰胺、蒸馏水的体积比为：2～3:5～8:2～3:1～2:3～4:1:18～22。
3.如权利要求2所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，粘接剂的制备包括以下步骤：
S11、按比例称取正丁醇、聚乙烯醇磷酸酯化树脂、丙烯酸丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯并将其置于加热容器中加热至50～60℃后恒温搅拌15～30分钟，冷却后得到初步混合物；
S12、按比例称取聚烯烃酸酐、脂肪酰胺并将其置于加热容器中加热至35～45℃后以200～300r/min的转速搅拌5～10分钟；冷却后得到初步乳化物；
S13、将初步混合物、初步乳化物混合并按比例加入蒸馏水，以500～600r/min的转速搅拌10～20分钟，得到中间产物；
S14、将中间产物在室温下静置3～4小时即得到粘接剂。
4.如权利要求3所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，金属原料粉末包括碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末；所述碳粉末、锌粉末、硅粉末、钼粉末、镁粉末、铁粉末、铬粉末、锰粉末、镍粉末的体积比为：1～2:2～3:1～2:1:1～2:28～30:2～3:1～2:1。
5.如权利要求4所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，将金属原料粉末熔化制成合金块包括以下步骤：
S21、将各种金属原料粉末按比例置于熔炉中，对熔炉进行加热至800～1000℃，恒温保持1～2小时；
S22、继续对熔炉进行加热至1600～1800℃，恒温保持3～5小时，冷却后即得到合金块。
6.如权利要求5所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，合金粉末的粒径为0.5～25μm。
7.如权利要求6所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S4中，粘接剂与合金粉末的体积比为：2～3:1。
8.如权利要求7所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S5中，注射机的加热温度为500～600℃，注射机的注射压力为14～16MPa。
9.如权利要求8所述的金属注射成型钢活塞的制造方法，其特征在于：所述步骤S8中，将活塞萃取件从加热容器中取出后将其浸泡在25～35℃的常温水中进行冷却。
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