CN114196844B - 一种高强度活塞销孔衬套的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强度活塞销孔衬套的制备方法，步骤：按重量百分比28.5～33.5％Zn，1.5～2.5％Mn，0.8～1.5％Al，0.6～1.2％Ni，0.7～1.3％Si，其余为Cu，进行配料。铜、锌、铝、硅以纯铜、纯锌、纯铝和纯硅形式加入，锰和镍以CuMn30铜锰中间合金和CuNi15铜镍中间合金形式加入；将纯铜、纯锌、纯铝、纯硅、铜锰合金和铜镍合金加入熔炼炉中熔化，充分搅拌；将熔炼后的铜液进行水平连铸，得到粗锭坯；将水平连铸后得到的铜管锭坯作为旋压毛坯，采用反旋方式进行旋压，旋轮采用一对双锥面式旋轮错距安装，芯模与旋轮间隙为4～8mm，进给比为0.5～1mm/r，温度为150～250℃；机械加工。本发明的制备方法工序简单、易操作，制备的活塞销孔衬套强度高、成本低，可满足活塞销座部位的使用要求，提高其抗疲劳性能，有效避免销座失效现象。

Description

一种高强度活塞销孔衬套的制备方法
技术领域
本发明涉及一种活塞销孔衬套的制备方法，尤其涉及一种高强度活塞销孔衬套的制备方法。
背景技术
活塞销孔衬套是发动机的关键零部件之一，以过盈配合方式镶于活塞销孔，与活塞销为间隙配合，用于降低活塞销孔表面接触应力，提高销孔工作的可靠性。由于在高温运行过程中还要不断承受高频交变应力，衬套的工作条件极为恶劣。因此，衬套材料需要有良好硬度、强度及抗疲劳性能。
目前，国内发动机活塞销孔衬套主要采用锡青铜、磷青铜等铜合金，价格较为昂贵，成形方式多为实心棒料机加或锻压后机加，材料利用率低，能耗大，生产成本较高。且所制备的活塞衬套性能常温抗拉强度在540MPa，布氏硬度在170HB左右，与国外进口活塞衬套存在较大差距。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度活塞销孔衬套的制备方法，具有工艺简单、易操作、成本低、材料利用率高的特点，制备的活塞销孔衬套强度高、不易开裂。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高强度活塞销孔衬套的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)配料：选择硅黄铜作为衬套材料，按重量百分比28.5～33.5％Zn，1.5～2.5％Mn，0.8～1.5％Al，0.6～1.2％Ni，0.7～1.3％Si，其余为Cu，进行配料；
2)熔炼：将各种配料加入熔炼炉中熔化，并充分搅拌均匀；
3)水平连铸：将熔炼后的铜液进行水平连铸，得到外径50～60mm，内径30～50mm，长度1000～1100mm铜管锭坯；
4)旋压：将水平连铸后得到的铜管锭坯作为旋压毛坯，采用旋轮反旋方式进行旋压，芯模与旋轮间隙为4～8mm，进给比为0.5～1mm/r，温度为150～250℃；
5)机械加工：将旋压好的铜衬套进行机械加工。
作为优选，所述铜、锌、铝、硅以纯铜、纯锌、纯铝和纯硅形式加入，锰和镍以CuMn30铜锰中间合金和CuNi15铜镍中间合金形式加入。
优选，所述步骤2)熔炼是将纯铜、纯锌、纯铝、纯硅、铜锰合金和铜镍合金加入熔炼炉中熔化，并充分搅拌均匀。
进一步，所述步骤4)旋压是采用一对双锥面式旋轮错距安装进行旋压。
再优选，所述步骤5)的旋压采用2道次，一次旋压的减薄率不超过40％。
最后，所述步骤5)机械加工的单次旋压生产的销孔衬套数量4～7件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、选择硅黄铜作为衬套的原材料。硅黄铜因含有硅元素，减少了收缩率，故不易发生热裂，具有良好的延展性，而抗磨损能力也比锡青铜好得多，且具有较好的抗腐蚀能力。此外，硅黄铜价格较锡青铜、磷青铜等常规衬套材料便宜，极大降低了材料成本。
2、采用水平连铸+旋压的方法制备活塞销孔衬套。水平连铸可得到空心管坯，旋压可通过晶粒的细化达到加工硬化的效果，二者结合，不仅操作简便，材料利用率高，更可有效提高筒形类零件的硬度、强度等性能，并且材料利用率高，操作简便。
本发明的制备方法工序简单、易操作，制备的活塞销孔衬套的常温抗拉强度≥600MPa，布氏硬度≥180HB，强度高、成本低，可满足活塞销座衬套部位的使用要求，提高其抗疲劳性能，有效避免销座失效现象。
附图说明
图1是采用旋轮进行旋压加工示意图。
其中1芯模，2衬套，3预制坯，4旋轮，5卸料环。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
①配料：选择硅黄铜作为衬套材料；按重量百分比33％Zn，2.5％Mn，1.5％Al，1.2％Ni，1.3％Si，其余为Cu，进行配料。铜、锌、铝、硅以纯铜、纯锌、纯铝和纯硅形式加入，锰和镍以CuMn30铜锰中间合金和CuNi15铜镍中间合金形式加入。
②熔炼：将纯铜、纯锌、纯铝、纯硅、铜锰合金和铜镍合金加入熔炼炉中熔化，并充分搅拌均匀，防止铜液温度不均，局部过热氧化。
③水平连铸：将熔炼后的铜液进行水平连铸，得到外径60mm，内径50mm，长度1000mm铜管锭坯。
④旋压：将水平连铸后得到的铜管锭坯作为旋压毛坯，采用反旋方式进行旋压。旋轮采用一对双锥面式旋轮错距安装，芯模与旋轮间隙为7mm，进给比为0.8mm/r，温度为250℃。旋压2道次，一次旋压的减薄率20％。
⑤机械加工：将旋压好的铜衬套进行机械加工。根据所需活塞销孔衬套尺寸，单次旋压生产的销孔衬套数量5件。
本实施例所得到的活塞销孔衬套制造工序简单、易操作，制备的活塞销孔衬套强度高、成本低，可满足活塞销座部位的使用要求，提高其抗疲劳性能，有效避免销座失效现象。
实施例2：
①配料：按重量百分比29％Zn，1.5％Mn，0.8％Al，0.6％Ni，0.8％Si，其余为Cu，进行配料。铜、锌、铝、硅以纯铜、纯锌、纯铝和纯硅形式加入，锰和镍以CuMn30铜锰中间合金和CuNi15铜镍中间合金形式加入。
②熔炼：将纯铜、纯锌、纯铝、纯硅、铜锰合金和铜镍合金加入熔炼炉中熔化，充分搅拌均匀，防止铜液温度不均，局部过热氧化。
③水平连铸：将熔炼后的铜液进行水平连铸，得到外径50mm，内径40mm，长度1000mm铜管锭坯。
④旋压：将水平连铸后得到的铜管锭坯作为旋压毛坯，采用反旋方式进行旋压。旋轮采用一对双锥面式旋轮错距安装，芯模与旋轮间隙为5.3mm，进给比为1.0mm/r，温度为200℃。旋压2道次，第一道减薄率25％，第二道减薄率20％。
⑤机械加工：将旋压好的铜衬套进行机械加工。根据所需活塞销孔衬套尺寸，单次旋压生产的销孔衬套数量6件。
本实施例所得到的活塞销孔衬套制造工序简单、易操作，制备的活塞销孔衬套强度高、成本低，可满足活塞销座部位的使用要求，提高其抗疲劳性能，有效避免销座失效现象。

Claims (6)

1.一种高强度活塞销孔衬套的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)配料：选择硅黄铜作为衬套材料，按重量百分比28.5～33.5％Zn，1.5～2.5％Mn，0.8～1.5％Al，0.6～1.2％Ni，0.7～1.3％Si，其余为Cu，进行配料；
2)熔炼：将各种配料加入熔炼炉中熔化，并充分搅拌均匀；
3)水平连铸：将熔炼后的铜液进行水平连铸，得到外径50～60mm，内径30～50mm，长度1000～1100mm铜管锭坯；
4)旋压：将水平连铸后得到的铜管锭坯作为旋压毛坯，采用旋轮反旋方式进行旋压，芯模与旋轮间隙为4～8mm，进给比为0.5～1mm/r，温度为150～250℃；
5)机械加工：将旋压好的铜衬套进行机械加工。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铜、锌、铝、硅以纯铜、纯锌、纯铝和纯硅形式加入，锰和镍以CuMn30铜锰中间合金和CuNi15铜镍中间合金形式加入。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)熔炼是将纯铜、纯锌、纯铝、纯硅、铜锰合金和铜镍合金加入熔炼炉中熔化，并充分搅拌均匀。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)旋压是采用一对双锥面式旋轮错距安装进行旋压。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的旋压采用2道次，一次旋压的减薄率不超过40％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)机械加工的单次旋压生产的销孔衬套数量4～7件。
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