CN114453580A - 一种万向球笼保持架的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的万向球笼保持架的制造方法，包括以下步骤：A将合金粉末与包含聚甲醛的黏结剂按比例混合，得到喂料；B将喂料经密炼、造粒制成φ3*5mm的柱状颗粒；C将柱状颗粒经注塑成型工艺制成生胚；D通过催化脱脂工艺去除生胚中的聚甲醛，再经高温烧结得到万向球笼保持架；其中，合金粉末包括ASTM 86系列低合金钢粉末、ASTM 51系列低合金钢粉末及20CrMnTi合金钢粉末，合金粉末与黏结剂的质量比为(87.7~91.2)%∶(8.8~12.3)%，黏结剂中聚甲醛的质量占比为80~95%，生胚包括成型体，成型体的尺寸根据万向球笼保持架的尺寸进行比例放大，该制造方法对金属材料浪费趋近于零、工序简单步骤少、生产效率高、良品率高、无应力残留、成本低、适用于大批量生产万向球笼保持架。
Description
技术领域
本发明涉及汽车万向节零部件制造技术领域，特别涉及一种万向球笼保持架的制造方法。
背景技术
汽车制造业作为国民经济的支柱产业之一，其技术水平决定了国家制造业的水平，近年来，为实现“绿色发展”的基本国策，汽车产品不断升级换代，新能源汽车将逐步取代现有的石化能源汽车，而新能源汽车对于汽车轻量化提出了更高的要求，这对汽车零部件的品质及设计提出了更高的要求，所以在设计汽车上重要的功能性零部件时，必须综合考虑其安全性、功能性、经济性和排放性等重要指标。
汽车上常用的等速万向节是球笼（cage）式万向节，球笼式万向节的作用是将发动机的动力从变速器传递到两个前车轮或两个后车轮或四个车轮，来驱动轿车使其能高速行驶及转向，它主要包括球形壳、星形套、球笼保持架、钢珠等零部件，在工作时，球笼保持架需要承受很大的离心力、冲击力、振动力和摩擦力，属于关键零部件，球笼保持架常见的制造方法包括：(1)热锻成形；(2)冷碾成形；(3)CNC加工。
热锻成形是指在金属再结晶温度以上进行锻造的工艺，锻造时金属流动剧烈，锻件与模具接触时间长，工序复杂，步骤多，生产效率低，对模具热稳定性、高温强度、硬度、冲击韧性、耐热疲劳性、耐磨性、加工性能的要求高，普通锻造的材料利用率低，一般只有50%左右，即使采用粉末热锻的方式，材料的利用率也大多在80%左右，难以实现材料的充分利用。
冷碾成形是指通过外力改变物体形态的加工工艺，通常采用模具在工件上连续不断的滚动、旋压，局部地、按顺序地对工件施加压力，从而达到整体成型的效果，工序复杂，步骤多，生产效率低，毛坯的尺寸大，存在一定的材料浪费现象，产品内有应力残留。
无论热锻成型还是冷碾成型，均难以一次成型出万向球笼保持架的球笼状本体以及开设在本体上的窗口、油槽、倒钩槽等特征，需要后期进行冲压、铣削、车削等工序配合加工，工艺流程多，需要多次装夹，各个特征位置度难以保持一致，大批量生产时，不良品比例较高。
CNC加工是指计算机数字化控制的精密机械加工，通常利用CNC加工中心进行加工，能够一次成型，加工精度和产品良品率能够保证，但生产效率低、设备成本高、产品内有应力残留。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种金属材料浪费趋近于零、工序简单步骤少、生产效率高、良品率高、无应力残留、成本低、适用于大批量生产的万向球笼保持架的制造方法。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是，万向球笼保持架的制造方法，包括以下步骤：
A将合金粉末与包含聚甲醛的黏结剂按比例混合，得到喂料；
B将所述喂料经密炼、造粒制成φ3*5mm的柱状颗粒；
C将所述柱状颗粒经注塑成型工艺制成生胚；
D通过催化脱脂工艺去除所述生胚中的聚甲醛，再经高温烧结得到万向球笼保持架；
所述合金粉末包括ASTM 86系列低合金钢粉末、ASTM 51系列低合金钢粉末及20CrMnTi合金钢粉末，所述合金粉末与所述黏结剂的质量比为(87.7~91.2)%∶(8.8~12.3)%，所述黏结剂中所述聚甲醛的质量占比为80~95%，所述生胚包括成型体，所述成型体的尺寸根据所述万向球笼保持架的尺寸进行比例放大。
优选地，所述成型体的放大比例根据所述黏结剂在所述喂料中的质量占比确定。
优选地，所述成型体的尺寸根据所述万向球笼保持架按轴向或径向对半剖分后剖分体的尺寸进行比例放大，在所述步骤D之前，将两个所述成型体进行组合。
进一步优选地，这两个所述成型体相贴合的表面设有便于组合的凹凸扣合结构。
优选地，所述生胚还包括位于所述成型体内的模芯，所述模芯随所述步骤D中的催化脱脂工艺一同去除。
进一步优选地，所述模芯由聚甲醛材料经注塑成型工艺制成。
优选地，在所述步骤B中密炼时，对所述喂料加温加压，使所述喂料密炼后呈团状。
优选地，所述催化脱脂的温度为110~145℃，所述高温烧结的温度为1280~1380℃。
优选地，所述黏结剂还包括润滑剂、表面活性剂、抗氧化剂、增塑剂、兼容剂、高温保型剂。
优选地，所述步骤D中所述催化脱脂和所述高温烧结后还包括对所述胚体进行滚筒研磨的步骤。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.通过采用混合、密炼、造粒、注塑成型、催化脱脂、高温烧结的制造方法，能够使每一粒合金粉末均构成万向球笼保持架的一部分，合金粉末的浪费率几乎为零，在铁矿石大部分需要进口的背景下，能够充分利用每一克金属材料，虽然聚甲醛存在损耗，但聚甲醛的占比低，而且，来源广泛、易购买、价格稳定，制备聚甲醛的原材料为国内产能过剩的大众化工产品，消耗聚甲醛还能在一定程度上消除过剩产能。
2.相比现有技术动辄十步以上的加工步骤，本发明的步骤少，工序简单，生产效率高，材料成本以及加工成本均较低，用于注塑成型的模具无需承受高强度、高频次的冲击力，对模具的要求低，模具的材料选择更加广泛，模具的加工难度及加工成本均较低。
3.利用黏结剂中的聚甲醛作为载体承载合金粉末进行流动，较熔融态金属的流动性好，且能耗低，合金粉末分布的均匀性好，高温烧结后产品外观的光洁度高，无需复杂的后续加工，良品率高，流动过程中，合金粉末不存在相互挤压的现象，不会有应力残留，即使高温烧结时生胚存在收缩，由于生胚四周无阻挡，加之合金粉末在产品内部均匀分布，产品各个部位的收缩率基本相同，收缩时也不会导致应力残留。
4.通过使合金粉末包括ASTM 86系列低合金钢粉末、ASTM 51系列低合金钢粉末及20CrMnTi合金钢粉末，并限定合金粉末与黏结剂的比例以及黏结剂中聚甲醛的占比，既能够利用ASTM 86系列低合金钢粉末、ASTM 51系列低合金钢粉末及20CrMnTi合金钢粉末的特性，确保最终制成的万向球笼保持架能够满足汽车零部件的性能要求，又能够确保黏合效果，还能够在确保合金粉末具有足够的聚甲醛载体的前提下，尽可能地减小生胚中成型体的放大比例，避免高温烧结时，因收缩比例过大造成的坍塌或开裂现象。
该制造方法综合成本低、性价比高、适于大批量生产作业，制成品的性能稳定、产量大、交期短，市场前景广阔，适于推广使用，经济价值及社会价值高。
附图说明
图1是本发明实施例一的工艺流程图。
图2是本发明实施例一中万向球笼保持架的立体示意图。
图3、图4是本发明实施例一中成型体的立体示意图。
图5、图6是本发明实施例二中成型体的立体示意图。
图7是本发明实施例三中模芯的立体示意图。
图8是本发明实施例三中生胚的立体示意图。
其中：10.成型体；20.凹凸扣合结构；30.模芯；40.生胚。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
如图1至图4所示，本发明提供的万向球笼保持架的制造方法，包括以下步骤：
A将ASTM 86系列低合金粉末与黏结剂按重量比(87.7~91.2)%∶(8.8~12.3)%进行混合，得到低合金钢喂料；其中，ASTM 86系列低合金粉末的D90尺寸为10~55μm，黏结剂的主要成分为聚甲醛(POM)，黏结剂中聚甲醛的质量占比为80~95%，黏结剂还包含润滑剂、表面活性剂、抗氧化剂、增塑剂、兼容剂、高温保型剂等助剂，这些助剂由高分子材料制成，混合时间为0.5~2h。
B将喂料经密炼、造粒制成φ3*5mm的柱状颗粒；密炼时，采用密炼机混炼，并对喂料加温加压，密炼温度为170~180℃，密炼压力为0.35~0.5Mpa，使得喂料密炼后呈团状，再经造粒机切成φ3*5mm的柱状颗粒。
C将柱状颗粒经注塑成型工艺制成生胚；注塑成型时，射嘴溫度185~200℃，注塑压力为2.2~2.4Mpa，注塑时间为10~20s，保压压力为1.8~2.0Mpa，保压时间为3~15s，制成的生胚包括成型体，成型体的尺寸根据万向球笼保持架的尺寸进行比例放大，具体放大比例根据黏结剂在喂料中的质量占比确定。
D通过催化脱脂工艺去除生胚中的聚甲醛，再经高温烧结得到万向球笼保持架；催化脱脂时，将生胚置于高浓度为硝酸或草酸蒸气中，在110~145℃温度下注酸脱脂4~15h，待聚甲醛至少移出90%后，再置于1280~1380℃的真空或保护气氛环境下高温烧结2~6h，得到体积收缩并致密化的万向球笼保持架。
这样设置的好处在于：
1.通过采用混合、密炼、造粒、注塑成型、催化脱脂、高温烧结的制造方法，能够使每一粒合金粉末均构成万向球笼保持架的一部分，合金粉末的浪费率几乎为零，在铁矿石大部分需要进口的背景下，能够充分利用每一克金属材料，虽然聚甲醛存在损耗，但聚甲醛的占比低，来源广泛、易购买、价格稳定，制备聚甲醛的原材料为国内产能过剩的大众化工产品，消耗聚甲醛还能在一定程度上消除过剩产能。
2.相比现有技术动辄十步以上的加工步骤，本发明的步骤少，工序简单，生产效率高，材料成本以及加工成本均较低，用于注塑成型的模具无需承受高强度、高频次的冲击力，对模具的要求低，模具的材料选择更加广泛，模具的加工难度及加工成本均较低。
3.利用黏结剂中的聚甲醛作为载体承载合金粉末进行流动，较熔融态金属的流动性好，且能耗低，合金粉末分布的均匀性好，高温烧结后产品外观的光洁度高，无需复杂的后续加工，良品率高，流动过程中，合金粉末不存在相互挤压的现象，不会有应力残留，即使高温烧结时生胚存在收缩，由于生胚四周无阻挡，加之合金粉末在产品内部均匀分布，产品各个部位的收缩率基本相同，收缩时也不会导致应力残留。
4.通过使合金粉末包括ASTM 86系列低合金钢粉末、ASTM 51系列低合金钢粉末及20CrMnTi合金钢粉末，并限定合金粉末与黏结剂的比例以及黏结剂中聚甲醛的占比，既能够利用ASTM 86系列低合金钢粉末、ASTM 51系列低合金钢粉末及20CrMnTi合金钢粉末的特性，确保最终制成的万向球笼保持架能够满足汽车零部件的性能要求，又能够确保黏合效果，还能够在确保合金粉末具有足够的聚甲醛载体的前提下，尽可能地减小生胚中成型体的放大比例，避免高温烧结时，因收缩比例过大造成的坍塌或开裂现象。
该制造方法综合成本低、性价比高、适于大批量生产作业，制成品的性能稳定、产量大、交期短，市场前景广阔，适于推广使用，经济价值及社会价值高。
为进一步提升万向球笼保持架的表面光洁度、表面硬度及耐磨性，本实施例步骤D之后增设有滚筒研磨及热处理的步骤，这两种方式均可以实现对产品的批量化处理，速度快、效率高。
由于本发明中的万向球笼保持架为肚大口小的球笼式部件，为方便步骤C中模具的抽离，在本实施例中，成型体的尺寸根据万向球笼保持架按轴向对半剖分后剖分体的尺寸进行比例放大，在步骤D之前，将两个成型体进行组合。
实施例二
实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于，如图5和图6所示，实施例二中成型体的尺寸根据万向球笼保持架按径向对半剖分后剖分体的尺寸进行比例放大，且用于组合的两个成型体相向侧的表面设有凹凸扣合结构。
实施例三
实施例三与实施例一基本相同，不同之处在于，如图7和图8所示，实施例三中生胚包括成型体和模芯，成型体的尺寸是根据整个万向球笼保持架的尺寸进行比例放大，模芯由聚甲醛材料经注塑成型工艺制成，模芯经步骤D中催化脱脂完全去除，无需抽离。
采用聚甲醛材料制作模芯既能够一次成型出完整的万向球笼保持架成型体，使得最终制成的万向球笼保持架精度高、无工艺隐患，又能够利用催化脱脂同步去除，规避模具的抽离动作，操作简单方便，相比传统模具，该模芯与成型体均含有聚甲醛成分，在注塑成型时，成型体内壁与模芯的贴合度更好，使得高温烧结后万向球笼保持架内壁的表面光洁度更佳。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种万向球笼保持架的制造方法，包括以下步骤：
A将合金粉末与包含聚甲醛的黏结剂按比例混合，得到喂料；
B将所述喂料经密炼、造粒制成φ3*5mm的柱状颗粒；
C将所述柱状颗粒经注塑成型工艺制成生胚；
D通过催化脱脂工艺去除所述生胚中的聚甲醛，再经高温烧结得到万向球笼保持架；
其特征在于：
所述合金粉末包括ASTM 86系列低合金钢粉末、ASTM 51系列低合金钢粉末及20CrMnTi合金钢粉末，所述合金粉末与所述黏结剂的质量比为(87.7~91.2)%∶(8.8~12.3)%，所述黏结剂中所述聚甲醛的质量占比为80~95%，所述生胚包括成型体，所述成型体的尺寸根据所述万向球笼保持架的尺寸进行比例放大。
2.根据权利要求1所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：所述成型体的放大比例根据所述黏结剂在所述喂料中的质量占比确定。
3.根据权利要求1所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：所述成型体的尺寸根据所述万向球笼保持架按轴向或径向对半剖分后剖分体的尺寸进行比例放大，在所述步骤D之前，将两个所述成型体进行组合。
4.根据权利要求3所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：这两个所述成型体相贴合的表面设有便于组合的凹凸扣合结构。
5.根据权利要求1所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：所述生胚还包括位于所述成型体内的模芯，所述模芯随所述步骤D中的催化脱脂工艺一同去除。
6.根据权利要求5所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：所述模芯由聚甲醛材料经注塑成型工艺制成。
7.根据权利要求1所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：在所述步骤B中密炼时，对所述喂料加温加压，使所述喂料密炼后呈团状。
8.根据权利要求1所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：所述催化脱脂的温度为110~145℃，所述高温烧结的温度为1280~1380℃。
9.根据权利要求1所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：所述黏结剂还包括润滑剂、表面活性剂、抗氧化剂、增塑剂、兼容剂、高温保型剂。
10.根据权利要求1所述的万向球笼保持架的制造方法，其特征在于：所述步骤D后还包括对所述万向球笼保持架进行滚筒研磨和/或热处理的步骤。
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