用於棘爪的粉末冶金方法與流程
2023-06-01 22:51:56
本發明涉及一種汽車用棘爪的製造方法，具體涉及一種用於棘爪的粉末冶金方法。
背景技術：
棘爪產品結構十分複雜，還要考慮壓制設備即壓機的局限性的問題，即一般的壓機結構為「上二下三」較多，壓機結構為「上三下五」的太少。所以，要將「上三下五」結構的棘爪產品，應用到「上二下三」結構的壓機上壓製成形，解決好「上二下三」結構的壓機功能不足的問題，是需要巧妙的安排和設計的；由於棘爪在使用過程中，受力較大，反覆的進入和脫開工作區，要求具有足夠強度的同時，還要求具有足夠的耐磨性。所以，對於棘爪的粉末冶金材料的要求，是材料要有較高的強度性能，還要有良好的熱處理性能。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提出一種使製造出來的棘爪，具有較好的高強度性能和高耐磨性能的用於棘爪的粉末冶金方法，具體技術方案如下：
一種用於棘爪的粉末冶金方法，其關鍵在於：包括如下步驟：
步驟1：將各粉末成分按如下重量比例稱量後，加入混料機中混合40～50min，出料後，作各粉末成分的均勻性檢測，要求各粉末成分的誤差值小於0.03％；所述各種粉末及其重量比例分別為：Fe＝94.0～97.5％，Ni＝1.7～3.0％，Mo＝0.4～0.8％，Cu＝1.0～2.0％，C＝0.4～0.7％；
步驟2：將步驟1中混合後的金屬粉末充填裝入壓制模具中，用壓機將粉末壓製成預成型坯，所述成型坯的密度為7～7.3g/cm3；
步驟3：將所述成型坯放入高溫燒結爐進行高溫燒結；所述燒結的工藝依次為低溫脫蠟和高溫燒結，所述低溫脫蠟的溫度為550～880℃，該低溫脫蠟的時間為1～2h；所述高溫燒結的溫度為1000～1250℃，該高溫燒結時間為1.5～3h；燒結氣氛為氮氫混合氣體；
步驟4：對步驟3中高溫燒結的所述成型坯依次經淬火和回火，使淬火組織形成細針狀馬氏體家少量殘餘奧氏體，表觀硬度為65～80HRA，抗彎強度為1200～1300MPa；
上述用於棘爪的粉末冶金方法，在高溫燒結下，金屬元素產生固熔擴散，形成晶粒間合金化結合，成為燒結合金鋼材料狀態。
為更好的實現本發明，可進一步為：
上述用於棘爪的粉末冶金方法，所述壓制模具包括上一模衝(2)、上二模衝(1)、中模(3)、下一模衝(4)、下二模衝(7)、下三模衝(5)、下四模衝(6)、芯棒(8)，所述上一模衝(2)由上一模頭(2-1)和固設在該上一模頭(2-1)一端的上一模杆(2-2)組成，所述上一模頭(2-1)上開設有上一第一模孔(2-11)和上一第二模孔(2-12)，所述上一模杆(2-2)位於所述上一第一模孔(2-11)和上一第二模孔(2-12)之間；
所述上二模衝(1)包括上二模頭(1-1)，在該上二模頭(1-1)一端設有上二第一模杆(1-2)和上二第二模杆(1-3)，所述上二模頭(1-2)上開設有上二模孔(1-11)，該上二模孔(1-11)貫穿所述上二模頭(1-1)和上二第一模杆(1-2)；
所述中模(3)由中模頭(3-1)和設置在該中模頭(3-1)中部的壓制室(3-11)組成；
所述下一模衝(4)包括下一模頭(4-1)，該下一模頭(4-1)一端設有下一模杆(4-2)，所述下一模頭(4-1)上設有下一第一模孔(4-11)、下一第二模孔(4-12)和下一第三模孔(4-13)，所述下一第三模孔(4-13)貫穿所述下一模頭(4-1)和下一模杆(4-2)；
所述下二模衝(7)由下二模頭(7-1)和固設在該下二模頭(7-1)前端的下二模杆(7-2)組成，在所述下二模頭(7-1)上設有下二模孔(7-11)，該下二模孔(7-11)貫穿所述下二模頭(7-1)和下二模杆(7-2)；
所述下三模衝(5)由下三模頭(5-1)、下三第一模杆(5-11)和下三第二模杆(5-111)依次固接組成；
所述下四模衝(6)由下四模頭(6-1)和固設在該下四模頭(6-1)一端的下四模杆(6-2)組成，在所述下四模頭(6-1)上設有下四第一模孔(6-11)和下四第二模孔(6-12)，所述下四模杆(6-2)位於所述下四第一模孔(6-11)和下四第二模孔(6-12)之間；
所示芯棒(8)有芯棒頭(8-1)、第一芯棒杆(8-11)和第二芯棒杆(8-111)依次固接組成；
所述上二第一模杆(1-2)和上二第二模杆(1-3)分別穿設在所述上一第一模孔(2-11)和上一第二模孔(2-12)內，所述上二第一模杆(1-2)、上二第二模杆(1-3)和上一模杆(2-2)的端面位於所述壓制室(3-11)的上端面內，並將該壓制室(3-11)的上端面密封；
所述下一模杆(4-2)、下二模杆(7-2)和下三第二模杆(5-111)分別穿設在所述下一第一模孔(4-11)、下一第二模孔(4-12)和下一第三模孔(4-13)內，所述第二芯棒杆(8-111)穿設在所述下二模孔(7-1)內，所述下一模杆(4-2)、下二模杆(7-2)、下三第二模杆(5-111)和第二芯棒杆(8-111)的端面位於所述壓制室(3-11)的下端面內，並將該壓制室(3-11)的下端面密封；所述第一芯棒杆(8-11)和下三第一模杆(5-11)分別穿設在所述下四第一模孔(6-11)和下四第二模孔(6-12)內；
上述用於棘爪的粉末冶金方法，所述步驟2中所述壓製成預成型坯的具體步驟為：
步驟2.1：將步驟1中混合後的金屬粉末充填裝入由所述中模(3)的壓制室(3-11)內壁、下一模衝(4)的下一模杆(4-2)端面、下二模衝(7)的下二模杆(7-2)端面、下三模衝(5)的下三第二模杆(5-111)端面、下四模衝(6)的下四模杆(6-2)端面、芯棒(8)的第二芯棒杆(8-111)外圓面所圍成的容積空間內；
步驟2.2：所述上一模衝(2)和上二模衝(1)均壓入中模，所述中模(3)向下浮動，同時，所述下一模衝(4)、下二模衝(7)、下三模衝(5)、下四模衝(6)、芯棒(8)均隨所述中模(3)向下浮動；當所述中模(3)、下一模衝(4)、下二模衝(7)、下三模衝(5)、下四模衝(6)、芯棒(8)向下浮動停止後，所述上一模衝(2)和上二模衝(1)繼續從上往下壓制，最終將金屬粉末壓製成為成型坯；
步驟2.3：上一模衝(2)和上二模衝(1)從下往上回程，中模(3)、芯棒(8)、下一模衝(4)、下二模衝(7)、下三模衝(5)從上往下脫模，使壓制的所述成型坯脫出模具。
本發明的有益效果為：本發明有較好的熱處理特性，預成形坯經過熱處理淬火回火後，可得到較高的強度和耐磨性能，表觀硬度可達65～80HRA，抗彎強度可達1200～1300Mpa，能較好滿足使用的性能；將「上三下五」結構的棘爪產品，應用到「上二下三」結構的壓機上壓製成形，實現複雜棘爪結構的壓制，而且設計的各模衝結構簡單易加工。
附圖說明
圖1為本發明中模具裝配的結構示意圖：
圖2為上一模衝的截面結構示意圖；
圖3為上二模衝的截面結構示意圖；
圖4為中模的截面結構示意圖；
圖5為下一模衝的截面結構示意圖；
圖6為下二模衝的截面結構示意圖；
圖7為下三模衝的截面結構示意圖；
圖8為下四模衝的截面結構示意圖；
圖9為芯棒的截面結構示意圖；
圖10為棘爪結構的左視圖；
圖11為棘爪結構的右視圖；
圖12為棘爪結構的切面圖；
圖13為棘爪上棘齒的A-A剖視圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護範圍做出更為清楚明確的界定。
實施例1：如圖1至圖13所示，一種用於棘爪的粉末冶金方法，其特徵在於：包括如下步驟：
步驟1：將各粉末成分按如下重量比例稱量後，加入混料機中混合42min，出料後，作各粉末成分的均勻性檢測，要求各粉末成分的誤差值小於0.03％；各種粉末及其重量比例分別為：Fe＝95.4％，Ni＝2.2％，Mo＝0.4％，Cu＝1.5％，C＝0.5％，潤滑劑＝0.5％；
步驟2：將步驟1中混合後的金屬粉末充填裝入壓制模具中，用壓機將粉末壓製成預成型坯，使成型坯的密度達到為7.0g/cm3；其中，壓製成預成型坯的具體步驟為：
步驟2.1：將步驟1中混合後的金屬粉末充填裝入由中模3的壓制室3-11內壁、下一模衝4的下一模杆4-2端面、下二模衝7的下二模杆7-2端面、下三模衝5的下三第二模杆5-111端面、下四模衝6的下四模杆6-2端面、芯棒8的第二芯棒杆8-111外圓面所圍成的容積空間內；
步驟2.2：上一模衝2和上二模衝1均壓入中模，中模3向下浮動，同時，下一模衝4、下二模衝7、下三模衝5、下四模衝6、芯棒8均隨中模3向下浮動；當中模3、下一模衝4、下二模衝7、下三模衝5、下四模衝6、芯棒8向下浮動停止後，上一模衝2和上二模衝1繼續從上往下壓制，最終將金屬粉末壓製成為成型坯；
步驟2.3：上一模衝2和上二模衝1從下往上回程，中模3、芯棒8、下一模衝4、下二模衝7、下三模衝5從上往下脫模，使壓制的成型坯脫出模具；
步驟3：將成型坯放入高溫燒結爐進行高溫燒結；燒結的工藝依次為低溫脫蠟和高溫燒結，低溫脫蠟的溫度為550～880℃，該低溫脫蠟的時間為1.2h；高溫燒結的溫度為1000～1250℃，該高溫燒結時間為1.9h；將燒結後的成型坯經過用水套進行冷卻的冷卻段冷卻，冷卻時間為2h，冷卻後成型坯的溫度為40～80℃；其中，成型坯在高溫燒結爐中，在從低溫到高溫、再從高溫到冷卻的過程中，實現低溫脫蠟和高溫燒結再逐步冷卻的過程，燒結氣氛為氮氫混合氣體；潤滑劑為有機合成蠟，在燒結爐的低溫脫蠟階段能夠充分揮發；
步驟4：對步驟3中高溫燒結的成型坯依次經淬火和回火，使淬火組織形成細針狀馬氏體家少量殘餘奧氏體，表觀硬度為70.5HRA，抗彎強度為1200MPa；
其中，壓制模具包括上一模衝2、上二模衝1、中模3、下一模衝4、下二模衝7、下三模衝5、下四模衝6、芯棒8，上一模衝2由上一模頭2-1和固設在上一模頭2-1一端的上一模杆2-2組成，上一模頭2-1上開設有上一第一模孔2-11和上一第二模孔2-12，上一模杆2-2位於上一第一模孔2-11和上一第二模孔2-12之間；
上二模衝1包括上二模頭1-1，在上二模頭1-1一端設有上二第一模杆1-2和上二第二模杆1-3，上二模頭1-2上開設有上二模孔1-11，該上二模孔1-11貫穿上二模頭1-1和上二第一模杆1-2；
中模3由中模頭3-1和設置在該中模頭3-1中部的壓制室3-11組成；
下一模衝4包括下一模頭4-1，該下一模頭4-1一端設有下一模杆4-2，下一模頭4-1上設有下一第一模孔4-11、下一第二模孔4-12和下一第三模孔4-13，下一第三模孔4-13貫穿所述下一模頭4-1和下一模杆4-2；
下二模衝7由下二模頭7-1和固設在該下二模頭7-1前端的下二模杆7-2組成，在所述下二模頭7-1上設有下二模孔7-11，該下二模孔7-11貫穿所述下二模頭7-1和下二模杆7-2；
下三模衝5由下三模頭5-1、下三第一模杆5-11和下三第二模杆5-111依次固接組成；
下四模衝6由下四模頭6-1和固設在該下四模頭6-1一端的下四模杆6-2組成，在下四模頭6-1上設有下四第一模孔6-11和下四第二模孔6-12，下四模杆6-2位於所述下四第一模孔6-11和下四第二模孔6-12之間；
芯棒8有芯棒頭8-1、第一芯棒杆8-11和第二芯棒杆8-111依次固接組成；
上二第一模杆1-2和上二第二模杆1-3分別穿設在上一第一模孔2-11和上一第二模孔2-12內，上二第一模杆1-2、上二第二模杆1-3和上一模杆2-2的端面位於壓制室3-11的上端面內，並將壓制室3-11的上端面密封；
下一模杆4-2、下二模杆7-2和下三第二模杆5-111分別穿設在下一第一模孔4-11、下一第二模孔4-12和下一第三模孔4-13內，第二芯棒杆8-111穿設在下二模孔7-1內，下一模杆4-2、下二模杆7-2、下三第二模杆5-111和第二芯棒杆8-111的端面位於壓制室3-11的下端面內，並將壓制室3-11的下端面密封；所述第一芯棒杆8-11和下三第一模杆5-11分別穿設在所述下四第一模孔6-11和下四第二模孔6-12內；
其中，下一模杆4-2的端面用於完成棘爪的中部筋板的壓製成形，上二第一模杆1-2的端部完成棘爪上端面中靠近銷孔1-3a邊緣部分的壓製成形，上二第二模杆1-3的端部完成棘爪上端面的靠近棘齒1-2a部分的壓製成形，壓制室3-11用於完成棘爪外形輪廓的壓製成形，在壓制室3-11內設有臺階部3-111，該臺階部3-111用於完成棘爪的擋板1-21a的壓製成形；
下一模杆4-2的端面用於完成棘爪下端面上靠近棘齒1-2a部分的壓製成形，下二模杆7-2的端面用於完成棘爪下端面中靠近銷孔1-3a邊緣部分的壓製成形，下三模杆6-2端面用於完成棘爪的扇形滑槽1-4a的壓製成形，下四模杆5-111的端面和下一第三模孔4-13配合用於完成棘爪的滑柱1-1a的壓製成形，第二芯棒杆8-111用於完成棘爪的銷孔1-3a的壓製成形。
如圖10至圖13所示：為使用本發明製造的一種汽車用棘爪，包括棘爪1a，在棘爪1a前端一側設有棘齒1-2a，在棘爪1a前端的另一側設有滑柱1-1a，滑柱1-1a一端固套在棘爪1a上開設的安裝孔內；棘爪1a前端由傾斜的第一側邊和第二側邊相交形成，所述棘齒1-2a和滑柱1-1a分別位於所述第一側邊和第二側邊邊緣；在棘齒1-2a一側設有擋板1-21a，擋板1-21a的內側設有傾斜面，傾斜面和擋板1-21a側面的夾角為120°；棘爪1a的尾端設有銷孔1-3a，在棘爪1a的中部以該銷孔1-3a為圓心設有扇形滑槽1-4a，滑柱1-1a和滑槽1-4a分別位於棘爪1a的兩個側面。
實施例2：在其他技術方案與實施例1相同的情況下，步驟1：將各粉末成分按如下重量比例稱量後，加入混料機中混合50min，出料後，作各粉末成分的均勻性檢測，要求各粉末成分的誤差值小於0.03％；各種粉末及其重量比例分別為：Fe＝94.4％，Ni＝2.7％，Mo＝0.6％，Cu＝1.7％，C＝0.6％，潤滑劑＝0.6％；
步驟2：將步驟1中混合後的金屬粉末充填裝入壓制模具中，用壓機將粉末壓製成預成型坯，使成型坯的密度達到為7.2g/cm3；
步驟3：將成型坯放入高溫燒結爐進行高溫燒結，燒結的工藝依次為低溫脫蠟和高溫燒結，低溫脫蠟的溫度為550～880℃，該低溫脫蠟的時間為1.6h；所述高溫燒結的溫度為1000～1250℃，該高溫燒結時間為2.5h；將燒結後的成型坯經過用水套進行冷卻的冷卻段冷卻，冷卻時間為2.4h，冷卻後成型坯的溫度為40～80℃；
步驟4：對步驟3中高溫燒結的成型坯依次經淬火和回火，使淬火組織形成細針狀馬氏體家少量殘餘奧氏體，表觀硬度為72.5HRA，抗彎強度為1250MPa。