CN115570130B - 复合材料衬套及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料衬套及其制备工艺，所述复合材料衬套包括衬套本体，所述衬套本体采用主料粉和辅料粉混合制成，所述主料粉为氟树脂，所述辅料粉包括铁粉，还包括镍粉、钴粉、锰粉以及硅粉中的一种或多种混合。所述复合材料衬套的制备工艺，用于制备上述复合材料衬套。本发明提供的复合材料衬套及其制备工艺采用了氟树脂和辅料粉混合制成，其中氟树脂的润滑效果相比于传统金属的导磁套润滑效果更好，有利于动铁芯的往复运动，防止动铁芯卡滞；衬套本体代替了传统的导磁套和薄壁套筒两个结构，相比于传统的薄壁套筒更加耐磨，延长了电磁阀的使用寿命。

Description

复合材料衬套及其制备工艺

技术领域

本发明属于电磁阀技术领域，具体涉及一种复合材料衬套及其制备工艺。

背景技术

电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。

其中变速电磁阀内固定铁芯与动铁芯之间使用的金属导磁套，金属导磁套的侧壁贴有特氟龙纤维布制成的薄壁套筒，导磁套在工作过程中对动铁芯起到导向作用，由于导向套通常采用金属制成，在工作的过程中容易卡滞，造成电磁阀的失效，且薄壁套筒的耐磨性差、寿命较短。

发明内容

本发明实施例提供一种复合材料衬套及其制备工艺，旨在解决现有金属导向套容易卡滞导致电磁阀失效的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种复合材料衬套，包括衬套本体，所述衬套本体采用主料粉和辅料粉混合制成，所述主料粉为氟树脂，所述辅料粉包括铁粉，还包括镍粉、钴粉、锰粉以及硅粉中的一种或多种混合。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，在使用的时候，将本实施例复合材料衬套安装在电磁阀内固定铁芯和动铁芯之间，电磁阀在工作的过程中，动铁芯与衬套本体滑动配合，衬套本体代替了传统的导磁套和薄壁套筒，实现对动铁芯的导向和润滑。本发明复合材料衬套采用了氟树脂和辅料粉混合制成，其中氟树脂润滑效果相比于传统金属的导磁套润滑效果更好，有利于动铁芯的往复运动，防止动铁芯卡滞；衬套本体代替了传统的导磁套和薄壁套筒两个结构，相比于传统的薄壁套筒更加耐磨，延长了电磁阀的使用寿命。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述主料粉和所述辅料粉的质量比值为0.4~1.5。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述主料粉和所述辅料粉的粒径为150~600目。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述衬套本体的两端部分别设有倒角。

第二方面，本发明实施例还提供了一种复合材料衬套的制备工艺，用于制备上述复合材料衬套，包括如下步骤：

S10：选取预设量的主料粉和辅料粉混合得到复合粉末；

S20：将所述复合粉末置于模具内压制形成棒状毛坯；

S30：将所述棒状毛坯烧结后加工成圆筒形预制品；

S40：对所述预制品进行整形得到所述衬套本体。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，在制造过程中，根据实际使用的需求，确定主料粉和辅料粉各自的质量，确定质量之后选取预设量的主料粉和辅料粉进行混合，混合后分别经过压制、烧结、加工以及整形后得到最终的衬套本体；在使用的时候，将本实施例复合材料衬套安装在电磁阀内固定铁芯和动铁芯之间，电磁阀在工作的过程中，动铁芯与衬套本体滑动配合，衬套本体代替了传统的导磁套和薄壁套筒，实现对动铁芯的导向和润滑。本发明复合材料衬套的制备工艺可以保证主料粉和辅料粉充分的结合形成衬套本体，保证衬套本体自身的润滑效果以及强度，有利于动铁芯的往复运动，防止动铁芯卡滞，延长了电磁阀的使用寿命。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述S10步骤包括：

S11：将所述主料粉和所述辅料粉分别过筛置于多个原料桶内，过筛采用的筛孔直径为150~600目；

S12：将所述S11步骤过筛后预设量的所述主料粉和所述辅料粉置于混料桶内，所述混料桶上下翻转多次后置于混料机内进行混合得到所述复合粉末。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述S20步骤包括：

S21：将所述复合粉末进行称重，分成多份质量相同的复合粉末堆；

S22：擦拭所述模具的型腔和上下压垫；

S23：将所述复合粉末堆倒入所述型腔内，并启动所述模具，所述上下压垫同步挤压所述复合粉末堆形成所述棒状毛坯。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述S30步骤包括：

S31：将多个所述棒状毛坯置于烧结托盘上并送入烧结炉内；

S32：调整所述烧结炉的温度为T1，恒温烧结时长h1；

S33：调整所述烧结炉的温度为T2，恒温烧结时长h2；

S34：调整所述烧结炉的温度为T3，恒温烧结时长h3，其中T3＞T2＞T1，h3＞h2＞h1；

S35：降温后取出烧结完成的所述棒状毛坯；

S36：将烧结后的所述棒状毛坯置于数控车床上加工形成所述预制品。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述S34和所述S35之间还包括：

降低所述烧结炉的温度为T2，恒温时长h2；

降低所述烧结炉的温度为T1，恒温时长h1。

附图说明

图1为本发明实施例提供的复合材料衬套的主视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的复合材料衬套的左视结构示意图。

附图标记说明：

10-衬套本体；

20-倒角。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图2，现对本发明提供的复合材料衬套进行说明。所述复合材料衬套，包括衬套本体10，所述衬套本体10采用主料粉和辅料粉混合制成，所述主料粉为氟树脂，所述辅料粉包括铁粉，还包括镍粉、钴粉、铅粉、锰粉以及硅粉中的多种混合。

需要理解的是，辅料粉包含铁粉和镍粉的时候，铁粉和镍粉的质量相等或不等；辅料粉包括铁粉、钴粉以及锰粉时，铁粉、钴粉以及锰粉的质量相等或不等，以此类推，不论辅料粉包括铁粉、镍粉、钴粉、锰粉以及硅粉中的几种，该几种的质量均可以相等或不等。

需要说明的是，主料粉可采用的具体类型有：四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(聚全氟乙丙烯，FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA和MFA等)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)及偏氟乙烯共聚物、聚氟乙烯(PVF)、可溶性透明氟加代聚合物(TeflonAF)、聚四氟乙烯等，主料粉可以是这些类型中的单独一种，也可以是多种混合。

本实施例提供的复合材料衬套，与现有技术相比，在使用的时候，将本实施例复合材料衬套安装在电磁阀内固定铁芯和动铁芯之间，电磁阀在工作的过程中，动铁芯与衬套本体10滑动配合，衬套本体10代替了传统的导磁套和薄壁套筒，实现对动铁芯的导向和润滑。本发明复合材料衬套采用了氟树脂和辅料粉混合制成，其中氟树脂的润滑效果相比于传统金属的导磁套润滑效果更好，有利于动铁芯的往复运动，防止动铁芯卡滞；衬套本体10代替了传统的导磁套和薄壁套筒两个结构，相比于传统的薄壁套筒更加耐磨，延长了电磁阀的使用寿命；辅料粉主要包括铁粉，以及其他一种或多种粉末，通过将多种粉末（可以是两种、三种等）混合形成辅料粉，辅料粉又和主料粉混合制成衬套本体10，衬套本体10可以具有多种粉末的特性，通过组合，在保证衬套本体10导磁率和强度等指标的同时，防止其生锈，也就防止了因生锈导致的动铁芯卡滞。

在一些实施例中，上述衬套本体10的一种具体实施方式可以采用如下所述结构。主料粉和辅料粉的质量比值为0.4~1.5。例如，当主料粉的质量为总量的30%时，辅料粉的质量为70%；当主料粉的质量为总量的45%时，辅料粉的质量为总量的55%；当主料粉的质量为总量的55%时，辅料粉的质量为总量的45%。通过限制主料粉和辅料粉的质量比系数，可保证衬套本体10自身的润滑效果，并且提高其自身的强度，增强耐磨性。

在一些实施例中，上述衬套本体10的一种具体实施方式可以采用如下所述结构。主料粉和辅料粉的粒径为150~600目。在对衬套本体10进行加工前，可通过筛网对主料粉和辅料粉分别过筛，过筛后的主料粉和辅料粉的粒径在150~600目范围内，可保证制成的衬套本体10的表面质量，进而在与动铁芯滑动配合的过程中，减少对动铁芯的磨损，优化润滑效果。

在一些实施例中，上述衬套本体10的一种改进实施方式可以采用如图1至图2所示结构。参见图1至图2，衬套本体10的两端部分别设有倒角20。在衬套本体10的两端分别设置倒角20，可以去除衬套本体10两端部的毛刺，提高衬套本体10的美观性，并且减少应力集中，加强衬套本体10的强度，方便装配。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种复合材料衬套的制备工艺，用于制备上述复合材料衬套，包括如下步骤：

S10：选取预设量的主料粉和辅料粉混合得到复合粉末；

S20：将复合粉末置于模具内压制形成棒状毛坯；

S30：将棒状毛坯烧结后加工成圆筒形预制品；

S40：对预制品进行整形得到衬套本体10。

本实施例提供的复合材料衬套的制备工艺，与现有技术相比，在制造过程中，根据实际使用的需求，确定主料粉和辅料粉各自的质量，确定质量之后选取预设量的主料粉和辅料粉进行混合，混合后分别经过压制、烧结、加工以及整形后得到最终的衬套本体10；在使用的时候，将本实施例复合材料衬套安装在电磁阀内固定铁芯和动铁芯之间，电磁阀在工作的过程中，动铁芯与衬套本体10滑动配合，衬套本体10代替了传统的导磁套和薄壁套筒，实现对动铁芯的导向和润滑。本发明复合材料衬套的制备工艺可以保证主料粉和辅料粉充分的结合形成衬套本体10，保证衬套本体10自身的润滑效果以及强度，有利于动铁芯的往复运动，防止动铁芯卡滞，延长了电磁阀的使用寿命。

在一些实施例中，上述S10步骤的一种具体实施方式可采用如下所述结构。S10步骤包括：

S11：将主料粉和辅料粉分别过筛置于多个原料桶内，过筛采用的筛孔直径为150~600目；

S12：将S11步骤过筛后预设量的主料粉和辅料粉置于混料桶内，混料桶上下翻转多次后置于混料机内进行混合得到复合粉末。

将主料粉和辅料粉分别过筛，过筛的筛孔直径为150~600目，过筛后的主料粉和辅料粉可以存放在原料桶内，原料桶所处的环境需要维持5~19℃，以防主料粉和辅料粉结团、结块等。

需要制备复合粉末的时候，在各自的原料桶内选取定量的主料粉和辅料粉，例如45wt%的主料粉，55wt%的辅料粉，然后置于混料桶内，可通过人工手摇2~3次后放入再混料机，从而提高复合粉末混合的均匀度。

混料机在混料过程中采取一开一停的模式，例如开启40s，停机10s；循环一开一停的模式7~8次，通过该混合方法，可在停机过程中使得主料粉和辅料粉由于自身重力下落，防止主料粉和辅料粉持续混合时惯性较大造成的混料不匀；在停机的过程中还可以将混料通过取出变换位置。

具体地，混料完成后的复合粉末可以在混料桶内进行存放，并在混料桶的外部安装标签，标签上写明主料粉和辅料粉的混合比例、重量、装入时间等内容；混料桶的存放环境需要维持5~19℃，以防复合粉末粉结团、结块等，环境的温度可采用空调、暖气等进行调节。

在一些实施例中，上述S20步骤的一种具体实施方式可采用如下所述结构。S20步骤包括：

S21：将复合粉末进行称重，分成多份质量相同的复合粉末堆；

S22：擦拭模具的型腔和上下压垫；

S23：将复合粉末堆倒入型腔内，并启动模具，上下压垫同步挤压复合粉末堆形成棒状毛坯。

提前计算一个衬套本体10所需的复合粉末质量，擦拭漏斗，并将漏斗安装在混料桶上，倾倒出一个复合粉末堆，并对复合粉末堆进行称重，称重后的复合粉末堆与计算的质量进行比较，误差在0.2~0.5g之间即可。通过对复合粉末堆质量的精确控制，保证每个棒状毛坯的规格一致，降低次品率。

将模具的型腔、上下压垫擦拭后将复合粉末堆倒入型腔内，启动压力机（例如200T液压机，1.5MPa，面压70MPa左右），压力机带动上下压垫同步挤压，挤压后保压一端时间（如30s）后取出棒状毛坯。通过压力机带动上下压垫同步挤压，可通过压力促进主料粉和辅料粉之间的初步结合，提高紧实度，防止后序加工的时候形成缺口。

在一些实施例中，上述S30步骤的一种具体实施方式可采用如下所述结构。S30步骤包括：

S31：将棒状毛坯置于烧结托盘上并送入烧结炉内；

S32：调整烧结炉的温度为T1，恒温烧结时长h1；

S33：调整烧结炉的温度为T2，恒温烧结时长h2；

S34：调整烧结炉的温度为T3，恒温烧结时长h3，其中T3＞T2＞T1，h3＞h2＞h1；

S35：降温后取出烧结完成的棒状毛坯；

S36：将烧结后的棒状毛坯置于数控车床上加工形成预制品。

将多个棒状毛坯置于烧结托盘上，然后将烧结托盘置于烧结炉内，可实现批量生产，提高生产效率。

设定烧结炉温度280℃，恒温0.5小时，330℃恒温1小时，357℃恒温4小时。通过逐步升温的方式进行烧结，并且每个温度恒温烧结，随着温度的升高，恒温烧结的时长也随之增长，有利于主料粉和辅料粉在高温环境下的结合，提高形成的衬套本体10的质量。

烧结后的棒状毛坯装配至数控车床上编订好加工程序，用专用的金刚石刀具按照产品的规格加工成圆筒形的预制品。通过数控车床进行加工，只需要在车床内编订好程序即可，不仅提高了加工效率，还提高了加工质量，降低劳动强度。

在一些实施例中，上述S30步骤的一种改进实施方式可采用如下所述结构。S34和S35之间还包括：

降低烧结炉的温度为T2，恒温时长h2；

降低烧结炉的温度为T1，恒温时长h1。

升温烧结后进行降温，降温设置的温度与与升温时设置的温度相同，降温至某一温度的时候，也需要恒温维持，降温的过程与升温的过程相对应，防止温差过大产生裂痕，提高衬套本体10的质量，延长使用寿命。

在一些实施例中，上述S40步骤的一种具体实施方式可采用如下所述结构。S40步骤包括：

将圆筒形的预制品用专用合金整形模具按图纸进行整形，保证产品的内外径尺寸、椭圆度等外形尺寸规格和光洁度得到衬套本体10。

本实施例采用的复合材料衬套的制备工艺具体举例如下：

（1）原料过筛。首先将预设量的原材料（主料粉和辅料粉各自的原材料）分别称重过筛后装入混料桶（过筛后的主料粉和辅料粉），所用筛孔范围是150~600目。静置于5℃~19℃环境下，避免原料出现结团、结块现象。

（2）混料。通过步骤（1）得到的主料粉和辅料粉按主料粉45wt%、辅料粉55wt%的质量比例添加入混料桶，拧紧桶盖，人工上下翻转手摇2~3次，然后倒入专用混料机内，一开一停混料7~8次（开机时长大概40秒左右），将复合粉末装入混料桶中密封、称重并在标签上填写规格、重量、成分比例、装入时间等内容，放到混料间指定位置，环境温度5℃~19℃(采用空调和暖气保证所需环境温度）。

（3）制坯。将从步骤（2）得到的复合粉末取出称重，看是否和桶上标签重量一致（误差0.2~0.5g）。擦拭料漏斗、模具内壁、上下压垫，确保里面清洁、无尘。将复合粉末倒入模子料缸。打开盖子，每个模具一次加料130g。启动压力机，调整200T液压机模压1.5Mpa(面压70Mpa左右）。必须使用双加压，保压30秒后方可取出棒材毛坯。

（4）烧结。将从步骤（3）得到的棒材毛坯放到棒材专用烧结托盘上，设定程控烧结炉温度280℃，恒温0.5小时，330℃恒温1小时，357℃恒温4小时，降温330℃恒温1小时，280℃恒温0.5小时，最后自然降温，常温取出。温度高于60℃时不能打开炉门，以免影响烧结质量。

（5）数控加工。将从步骤（4）得到的棒材毛坯装配至数控车床上编定好加工程序，用专用的金刚石刀具按照产品规格加工成圆筒形的预制品。

（6）整形。将从步骤（5）得到的圆筒形预制品用专用合金整形模具按图纸要求进行整形，保证产品的内外径、椭圆度等外形尺寸规格和光洁度得到衬套本体10。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合材料衬套，其特征在于，包括衬套本体，所述衬套本体采用主料粉和辅料粉混合制成，所述主料粉为氟树脂，所述辅料粉包括铁粉，还包括镍粉、钴粉、锰粉以及硅粉中的一种或多种混合；

所述复合材料衬套的制备工艺包括如下步骤：

S10：选取预设量的主料粉和辅料粉混合得到复合粉末；

S20：将所述复合粉末置于模具内压制形成棒状毛坯；

S30：将所述棒状毛坯烧结后加工成圆筒形预制品；

S40：对所述预制品进行整形得到所述衬套本体。

2.如权利要求1所述的复合材料衬套，其特征在于，所述主料粉和所述辅料粉的质量比值为0.4~1.5。

3.如权利要求1所述的复合材料衬套，其特征在于，所述主料粉和所述辅料粉的粒径为150~600目。

4.如权利要求1所述的复合材料衬套，其特征在于，所述衬套本体的两端部分别设有倒角。

5.如权利要求1所述的复合材料衬套，其特征在于，所述S10步骤包括：

S11：将所述主料粉和所述辅料粉分别过筛置于多个原料桶内，过筛采用的筛孔直径为150~600目；

S12：将所述S11步骤过筛后预设量的所述主料粉和所述辅料粉置于混料桶内，所述混料桶上下翻转多次后置于混料机内进行混合得到所述复合粉末。

6.如权利要求1所述的复合材料衬套，其特征在于，所述S20步骤包括：

S21：将所述复合粉末进行称重，分成多份质量相同的复合粉末堆；

S22：擦拭所述模具的型腔和上下压垫；

S23：将所述复合粉末堆倒入所述型腔内，并启动所述模具，所述上下压垫同步挤压所述复合粉末堆形成所述棒状毛坯。

7.如权利要求1所述的复合材料衬套，其特征在于，所述S30步骤包括：

S31：将多个所述棒状毛坯置于烧结托盘上并送入烧结炉内；

S32：调整所述烧结炉的温度为T1，恒温烧结时长h1；

S33：调整所述烧结炉的温度为T2，恒温烧结时长h2；

S34：调整所述烧结炉的温度为T3，恒温烧结时长h3，其中T3＞T2＞T1，h3＞h2＞h1；

S35：降温后取出烧结完成的所述棒状毛坯；

S36：将烧结后的所述棒状毛坯置于数控车床上加工形成所述圆筒形预制品。

8.如权利要求7所述的复合材料衬套，其特征在于，所述S34和所述S35之间还包括：

降低所述烧结炉的温度为T2，恒温时长h2；

降低所述烧结炉的温度为T1，恒温时长h1。

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