專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法。
背景技術(shù)：
挺柱是凸輪的從動(dòng)件，其功用是將來自凸輪的運(yùn)動(dòng)和作用力傳給推桿或氣門，同時(shí)還承受凸輪所施加的側(cè)向力，并將其傳給機(jī)體或氣缸蓋。挺柱可分為機(jī)械挺柱和液壓挺柱兩大類，每一類中又有平面挺柱和滾子挺柱等多種結(jié)構(gòu)形式。挺柱和凸輪是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中一對重要的摩擦副，挺柱工作時(shí)，其底面與凸輪接觸，由于接觸面積小，接觸應(yīng)力較大，因此摩擦和磨損都相當(dāng)嚴(yán)重。一般在挺柱與凸輪接觸的部分采用陶瓷材料或者硬質(zhì)合金等耐磨材料，而基體采用碳鋼、合金鋼、鎳鉻合金鑄鐵和冷激合金鑄鐵等。耐磨部分與基體之間的連接有機(jī)械式(高溫膠結(jié)或機(jī)械擠壓包邊) 和釬焊式等類型(復(fù)合陶瓷挺柱釬焊變形的研究及其控制，機(jī)械工程材料，Vol. 25，No. 10， 2001，16-18，以及陶瓷-金屬復(fù)合挺柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用效果，汽車技術(shù)，No. 9，1998， 12-14)。對于機(jī)械式連接，由于加工工序較多，粘膠和包邊均需要依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)和水平，因而質(zhì)量分散度較大，不宜批量生產(chǎn)。而對于釬焊式連接，由于硬質(zhì)合金和陶瓷材料的膨脹系數(shù)僅為基體鋼材的一半或更低，存在較大的釬焊殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的存在會(huì)使陶瓷或硬質(zhì)合金表面龜裂，參見圖1， 需要焊接時(shí)增加中間緩沖層等措施。此外，與凸輪接觸部分一般為球面，需要進(jìn)行加工，而硬質(zhì)合金和陶瓷材料本身硬度很高，很難使用常規(guī)的磨料或根據(jù)加工，參見圖2，使得加工成本較高，加工效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法，加工方便，耐磨性能好，可以低成本并且高效率的實(shí)現(xiàn)，從而便于進(jìn)行批量生產(chǎn)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的一個(gè)技術(shù)方案為一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)設(shè)計(jì)材料組成基體采用的材料為燒結(jié)鋼，耐磨的材料為粉末高速鋼；2)設(shè)計(jì)耐磨組元高度；3)按照步驟2、中的組元，分別混合基體部分粉末和耐磨部分粉末，混合時(shí)添加不超過的粉末成型潤滑劑；4)設(shè)計(jì)粉末冶金成型模具，并將模具裝配在具有送粉靴的粉末成型壓機(jī)上。5)將混合好的所述基體部分粉末和所述耐磨部分粉末分別裝于與所述送粉靴相連的料筒中；6)將所述模具和所述壓機(jī)調(diào)到充填狀態(tài)，根據(jù)要求充填所述基體部分粉末；充填所述基體部分粉末后所述模具的陰模浮動(dòng)，繼續(xù)充填所述耐磨部分粉末；
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7)成型將上述分層充填的粉末進(jìn)行壓制；8)燒結(jié)將步驟7)壓制后得到的生坯進(jìn)行燒結(jié)得到包括基體部分和耐磨部分的所述挺柱；燒結(jié)后冷卻速度小于等于1. 5°C ；9)加工根據(jù)圖紙要求將燒結(jié)后的所述挺柱加工到規(guī)定的尺寸；10)淬火將所述基體部分和所述耐磨部分的硬度淬火到設(shè)計(jì)要求；11)回火將淬火后的所述挺柱進(jìn)行回火；12)將步驟11)中已回火的所述挺柱進(jìn)行表面氮化或氮碳共滲處理；步驟9)加工在步驟8)燒結(jié)之前或之后，或在步驟11)回火后進(jìn)行。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的另一個(gè)技術(shù)方案為一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)設(shè)計(jì)材料組成基體采用的材料為燒結(jié)鋼，耐磨的材料為粉末高速鋼；2)設(shè)計(jì)耐磨組元高度；3)按照步驟2、中的組元，分別混合基體部分粉末和耐磨部分粉末，混合時(shí)添加不超過的粉末成型潤滑劑；4)設(shè)計(jì)粉末冶金成型模具，并將模具裝配在具有送粉靴的粉末成型壓機(jī)上。5)將混合好的所述基體部分粉末和所述耐磨部分粉末分別裝于與所述送粉靴相連的料筒中；6)將所述模具和所述壓機(jī)調(diào)到充填狀態(tài)，根據(jù)要求充填所述基體部分粉末；充填所述基體部分粉末后所述模具的陰模浮動(dòng)，繼續(xù)充填所述耐磨部分粉末；7)成型將上述分層充填的粉末進(jìn)行壓制；8)燒結(jié)將步驟7)壓制后得到的生坯進(jìn)行燒結(jié)得到包括基體部分和耐磨部分的所述挺柱；燒結(jié)后冷卻速度大于1. 5°C ；9)加工根據(jù)圖紙要求將燒結(jié)后的所述挺柱加工到規(guī)定的尺寸；10)回火步驟9)得到的所述挺柱進(jìn)行回火；11)將步驟11)中已回火的所述挺柱進(jìn)行表面氮化或氮碳共滲處理；步驟9)加工在步驟8)燒結(jié)之前或之后，或在步驟10)回火后進(jìn)行。優(yōu)選的，步驟1)中所述基體成分為碳0. 2 1%，銅0 4%，鎳0 3%，鉬 0 2%，鉻0. 1 3%，錳0.05 2%，不超過2%的不可避免的雜質(zhì)，鐵余量；所述耐磨的材料成分為碳0. 7 2. 3%，鉻3 6%，鉬0 11%，鎢0 13%，釩1 10%， 鈷0 12%，不超過2%的不可避免的雜質(zhì)，鐵余量。優(yōu)選的，步驟2)中所述耐磨組元高度為0. 3 15mm。優(yōu)選的，步驟幻中所述基體部分粉末的混合時(shí)組元為96. 55%的霧化鐵粉， 0. 65 %的石墨粉，2 %的電解銅粉，混合時(shí)添加0. 8 %的粉末成型潤滑劑；所述耐磨部分組元為98. 2%的合金鋼粉，的石墨粉，0. 8%的粉末成型潤滑劑，所述合金剛粉的成分為鉬為5%，鎢為6%，鉻為4%，釩為2%。優(yōu)選的，步驟6)中所述基體部分粉末和所述耐磨部分粉末的充填高度為0. 5 35mm0優(yōu)選的，步驟7)中壓制后得到的生坯密度為6. 5 7. 3g/cm3。優(yōu)選的，步驟8)中燒結(jié)溫度為1000 1350°C，燒結(jié)時(shí)間不少于20分鐘。
優(yōu)選的，步驟11)中回火溫度為500 600°C，回火時(shí)間1 4小時(shí)，回火次數(shù)為
1 3次。優(yōu)選的，步驟12)中所述氮化采用等離子氮化處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用粉末冶金燒結(jié)組合燒結(jié)方法將需要耐磨的部分使用性能較好、熱處理后耐磨性高的原材料，基體部分使用性能較差，價(jià)格較低的原材料，可以節(jié)省生產(chǎn)成本；同時(shí)由于在粉末壓制過程中粉末顆粒會(huì)發(fā)生移動(dòng)，使得耐磨層與基體之間相互交錯(cuò)，燒結(jié)時(shí)相互擴(kuò)散，耐磨層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度非常高，達(dá)到冶金結(jié)合的水平；同時(shí)，使用粉末高速鋼替代硬質(zhì)合金或陶瓷材料，將大大降低原材料成本；此外，粉末冶金屬于凈盡成形工藝，耐磨部分可以直接成型為球面，減少加工量，降低加工成本；經(jīng)過氮化處理后，將減小挺柱與凸輪之間的摩擦力，提高挺柱的耐磨性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)加工挺柱的硬質(zhì)合金與基體的焊接裂紋；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)加工挺柱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的燒結(jié)挺柱的示意圖；圖4為本發(fā)明的耐磨部分與基體之間的結(jié)合情況；圖5為本發(fā)明的耐磨部分的孔隙情況；圖6為本發(fā)明的耐磨部分的金相組織；圖7為本發(fā)明的基體部分的金相組織；圖8為本發(fā)明的中等離子氮化后氮化層的金相組織。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法，包括以下步驟1)設(shè)計(jì)材料組成基體部分采用的材料為燒結(jié)鋼，耐磨部分的材料為粉末高速鋼，優(yōu)選的，基體部分成分為碳0. 2 1%，銅0 4%，鎳0 3%，鉬0 2%，鉻 0. 1 3%，錳0. 05 2%，不超過2%的不可避免的雜質(zhì)，鐵余量；耐磨部分成分為碳 0. 7 2. 3%，鉻3 6%，鉬0 11%，鎢0 13%，釩1 10%，鈷0 12%，不超過 2%的不可避免的雜質(zhì)，鐵余量；更優(yōu)選的，基體的成分碳為0. 6%，銅為2. 0%，2%以下的不可避免的其他雜質(zhì)，余量為鐵；耐磨部分的成分鉬為5%，鎢為6%，鉻為4%，釩為2%，碳為0. 9%，以及2%以下的其他雜質(zhì)，余量為鐵；2)設(shè)計(jì)耐磨組元高度；優(yōu)選的耐磨組元高度為0. 3 15mm ；更優(yōu)選的，耐磨組元高度為3mm ；3)按照步驟2、中的組元，分別混合基體部分粉末和耐磨部分粉末，混合時(shí)添加不超過的粉末成型潤滑劑；優(yōu)選的，基體部分粉末的混合時(shí)組元為96. 55%的霧化鐵粉， 0. 65%的石墨粉，2%的電解銅粉，混合時(shí)添加0.8%的粉末成型潤滑劑；對于耐磨部分的組元，98. 2%的合金鋼粉(鉬為5%，鎢為6%，鉻為4%，釩為2% )，1%的石墨粉，0.8%的粉末成型潤滑劑；4)設(shè)計(jì)粉末冶金成型模具，并將模具裝配在具有送粉靴的粉末成型壓機(jī)上；
5)將混合好的基體部分粉末和耐磨部分粉末分別裝于與送粉靴相連的料筒中；6)將模具和壓機(jī)調(diào)到充填狀態(tài)，根據(jù)要求充填基體部分粉末；充填基體部分粉末后模具的陰模浮動(dòng)，繼續(xù)充填耐磨部分粉末；優(yōu)選的，此部分粉末的充填高度為0. 5 35mm ；更優(yōu)選的，耐磨部分粉末的充填高度為IOmm ；7)成型將上述分層充填的粉末進(jìn)行壓制；優(yōu)選的，生坯密度6. 5 7. 3g/cm3 ；更優(yōu)選的，生坯密度7. Og/cm3 ；8)燒結(jié)將步驟7)壓制后得到的生坯進(jìn)行燒結(jié)；優(yōu)選的，燒結(jié)溫度為1000 1350°C，時(shí)間不少于20分鐘；更優(yōu)選的，燒結(jié)溫度為1250°C，時(shí)間30分鐘；燒結(jié)爐可以采用推桿式燒結(jié)爐、步進(jìn)梁式燒結(jié)爐或真空燒結(jié)爐，推桿式燒結(jié)爐或步進(jìn)梁式燒結(jié)爐的燒結(jié)氣氛為氮?dú)浠旌蠚怏w，真空燒結(jié)的冷卻氣體為氮?dú)?；參見圖3，燒結(jié)后的挺柱包括基體部分1 和耐磨部分2 ；參見圖4，由于基體部分粉末和耐磨部分粉末在燒結(jié)時(shí)相互擴(kuò)散，耐磨部分2 與基體部分1之間的結(jié)合強(qiáng)度非常高；9)加工根據(jù)圖紙要求將燒結(jié)后的挺柱加工到規(guī)定的尺寸；10)淬火將基體部分1和耐磨部分2的硬度淬火到設(shè)計(jì)要求；11)回火將淬火后的挺柱進(jìn)行回火，優(yōu)選的，回火溫度為500 600°C，時(shí)間1 4小時(shí)，回火次數(shù)為1 3次；更優(yōu)選的，回火溫度為560°C，時(shí)間2小時(shí)；回火次數(shù)為3次。 參見圖5-7，分別顯示了耐磨部分2的空隙情況、金相組織以及基體部分1的金相組織；12)將已回火的挺柱進(jìn)行表面氮化或氮碳共滲處理；優(yōu)選的，氮化采用等離子氮化處理；參見圖8，顯示了氮化處理后氮化層的金相組織。如燒結(jié)后冷卻速度大于1. 5°C，則挺柱可以不經(jīng)過步驟10)而直接進(jìn)行回火。可替代地，步驟9)可以移到步驟11)回火之后進(jìn)行初加工?？商娲?，步驟9)也可以提前到步驟8)之前進(jìn)行初加工。燒結(jié)后耐磨部分2的宏觀硬度為HRC64，顯微硬度為HVa #90-1070 ；基體部分1的硬度為HRB73，顯微硬度為HVai280-300 ；氮化處理后顯微硬度為HVa J059-1203。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理前提下，還可以做出多種變形和改進(jìn)，這也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)設(shè)計(jì)材料組成基體采用的材料為燒結(jié)鋼，耐磨的材料為粉末高速鋼；2)設(shè)計(jì)耐磨組元高度；3)按照步驟幻中的組元，分別混合基體部分粉末和耐磨部分粉末，混合時(shí)添加不超過的粉末成型潤滑劑；4)設(shè)計(jì)粉末冶金成型模具，并將模具裝配在具有送粉靴的粉末成型壓機(jī)上。5)將混合好的所述基體部分粉末和所述耐磨部分粉末分別裝于與所述送粉靴相連的料筒中；6)將所述模具和所述壓機(jī)調(diào)到充填狀態(tài)，根據(jù)要求充填所述基體部分粉末；充填所述基體部分粉末后所述模具的陰模浮動(dòng)，繼續(xù)充填所述耐磨部分粉末；7)成型將步驟6)分層充填的粉末進(jìn)行壓制；8)燒結(jié)將步驟7)壓制后得到的生坯進(jìn)行燒結(jié)得到包括基體部分(1)和耐磨部分(2) 的所述挺柱；燒結(jié)后冷卻速度小于等于1. 5°C ；9)加工根據(jù)圖紙要求將燒結(jié)后的所述挺柱加工到規(guī)定的尺寸；10)淬火將所述基體部分(1)和所述耐磨部分O)的硬度淬火到設(shè)計(jì)要求；11)回火將淬火后的所述挺柱進(jìn)行回火；12)將步驟11)中已回火的所述挺柱進(jìn)行表面氮化或氮碳共滲處理；步驟9)加工在步驟8)燒結(jié)之前或之后，或在步驟11)回火后進(jìn)行。
2.一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)設(shè)計(jì)材料組成基體采用的材料為燒結(jié)鋼，耐磨的材料為粉末高速鋼；2)設(shè)計(jì)耐磨組元高度；3)按照步驟幻中的組元，分別混合基體部分粉末和耐磨部分粉末，混合時(shí)添加不超過的粉末成型潤滑劑；4)設(shè)計(jì)粉末冶金成型模具，并將模具裝配在具有送粉靴的粉末成型壓機(jī)上。5)將混合好的所述基體部分粉末和所述耐磨部分粉末分別裝于與所述送粉靴相連的料筒中；6)將所述模具和所述壓機(jī)調(diào)到充填狀態(tài)，根據(jù)要求充填所述基體部分粉末；充填所述基體部分粉末后所述模具的陰模浮動(dòng)，繼續(xù)充填所述耐磨部分粉末；7)成型將步驟6)分層充填的粉末進(jìn)行壓制；8)燒結(jié)將步驟7)壓制后得到的生坯進(jìn)行燒結(jié)得到包括基體部分(1)和耐磨部分(2) 的所述挺柱；燒結(jié)后冷卻速度大于1. 5°C ；9)加工根據(jù)圖紙要求將燒結(jié)后的所述挺柱加工到規(guī)定的尺寸；10)回火步驟9)得到的所述挺柱進(jìn)行回火；11)將步驟11)中已回火的所述挺柱進(jìn)行表面氮化或氮碳共滲處理；步驟9)加工在步驟8)燒結(jié)之前或之后，或在步驟10)回火后進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟1)中所述基體成分為碳 0. 2 1%，銅0 4%，鎳0 3%，鉬0 2%，鉻0. 1 3%，錳0. 05 2%，不超過 2%的不可避免的雜質(zhì)，鐵余量；所述耐磨的材料成分為碳0. 7 2.3%，鉻3 6%，鉬 0 11%，鎢0 13%，釩1 10%，鈷0 12%，不超過2%的不可避免的雜質(zhì)，鐵余量。
4.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述耐磨組元高度為 0. 3 15mm0
5.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟；3)中所述基體部分粉末的混合時(shí)組元為96. 55%的霧化鐵粉，0. 65%的石墨粉，2%的電解銅粉，混合時(shí)添加0. 8%的粉末成型潤滑劑；所述耐磨部分組元為98. 2 %的合金鋼粉，1 %的石墨粉，0. 8 %的粉末成型潤滑劑，所述合金剛粉的成分為鉬為5%，鎢為6%，鉻為4%，釩為2%。
6.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟6)中所述基體部分粉末和所述耐磨部分粉末的充填高度為0. 5 35mm。
7.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟7)中壓制后得到的生坯密度為 6. 5 7. 3g/cm3。
8.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟8)中燒結(jié)溫度為1000 1350°C，燒結(jié)時(shí)間不少于20分鐘。
9.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟11)中回火溫度為500 6000C，回火時(shí)間1 4小時(shí)，回火次數(shù)為1 3次。
10.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，步驟12)中所述氮化采用等離子氮化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)動(dòng)機(jī)挺柱的制造方法，經(jīng)過設(shè)計(jì)材料組成、設(shè)計(jì)耐磨組元高度、混合粉末、設(shè)計(jì)模具、裝粉末、充填粉末、成型、燒結(jié)、加工、淬火、回火和氮化處理這些步驟得到燒結(jié)挺柱，加工方便，可以低成本并且高效率的實(shí)現(xiàn)，從而便于進(jìn)行批量生產(chǎn)，并且制得的挺柱耐磨性能良好。
文檔編號(hào)C22C38/36GK102205416SQ201110132840
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者包崇璽 申請人:東睦新材料集團(tuán)股份有限公司