鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明所公開的是一種鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，它是在具有電感應(yīng)加熱裝置和冷卻裝置的立式離心熔鑄機(jī)上進(jìn)行生產(chǎn)的，其制備步驟依次包括，所述軸承座的鋼殼預(yù)處理；將經(jīng)預(yù)處理的鋼殼置于立式離心熔鑄機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上；給鋼殼內(nèi)加入工藝量銅合金顆粒并啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)；啟動(dòng)加熱裝置加熱，使銅合金顆粒熔化；對(duì)鋼殼實(shí)施冷卻使銅合金熔液凝固且冶金結(jié)合在鋼殼內(nèi)球面表面而得制品所述雙金屬球面軸承座毛坯。具有工藝流程短，設(shè)備投資少，制造成本低，勞動(dòng)強(qiáng)度小，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好等特點(diǎn)。
【專利說明】鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，屬于特種鑄造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明所涉及的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座，是一種主要用于與連桿配置的軸承座，諸如大型船用組合活塞的活塞桿軸承座。這種軸承座應(yīng)當(dāng)具備高耐磨性能和高承壓能力。而所述鋼基銅合金雙金屬球面軸承，是所述此類組合活塞桿理想的軸承座。
[0003]所述鋼基銅合金雙金屬球面軸承，是在按照球面軸承結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)制造的鋼殼內(nèi)球面表面，通過熔鑄銅合金熔液冶金結(jié)合工藝厚度的銅合金層，再通過機(jī)械加工而制備的。
[0004]然而，已有的所述此類雙金屬構(gòu)件毛坯的制備方法，一般都是采取離心澆鑄技術(shù)。它的制備方法的簡(jiǎn)要過程是，將經(jīng)預(yù)處理(含預(yù)加熱和浸掛液態(tài)硼砂)的鋼殼，置于立式離心澆鑄機(jī)上，再將由熔爐熔化的熔融狀態(tài)的銅合金液注入鋼殼內(nèi)腔，再通過一定速度的旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，使銅合金熔液基本均勻地鋪滿鋼殼內(nèi)球面的表面，再通過鋼殼的冷卻，直至銅合金熔液隨著鋼殼的冷卻，經(jīng)凝固而結(jié)合在鋼殼內(nèi)球面的表面上，即制成鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯。
[0005]由以上簡(jiǎn)要描述的所述毛坯的制備過程可以明了，已有技術(shù)的工藝流程相對(duì)較長(zhǎng)，生產(chǎn)設(shè)備至少應(yīng)當(dāng)包括銅合金熔爐，鋼殼預(yù)加熱爐，硼砂(鹽)熔爐和立式離心澆鑄機(jī)等。由于所述4種設(shè)備形成了 4個(gè)高溫作業(yè)區(qū)，且每個(gè)高溫作業(yè)區(qū)之間的被加工件和高溫物料的流轉(zhuǎn)，所造成的勞動(dòng)強(qiáng)度和高溫作業(yè)環(huán)境無疑是很差的。由以上描述可以明了，已有技術(shù)制備方法的主要不足是生產(chǎn)成本高，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。
[0006]為此，業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期以來一直期待著一種能夠克服已有技術(shù)不足的所述球面軸承座毛坯制備方法的呈現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在提供一種生產(chǎn)成本較低，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較好，勞動(dòng)強(qiáng)度較小和生產(chǎn)效率較高的一種鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，以克服已有技術(shù)的不足。
[0008]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)構(gòu)想是，將銅金合熔融和澆鑄整合在一臺(tái)立式離心熔鑄機(jī)上完成。用產(chǎn)品所需的鋼基材料，通過其必要的結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)制造成鋼殼；在立式離心熔鑄機(jī)上設(shè)計(jì)安裝一個(gè)電感應(yīng)加熱裝置和一個(gè)具有冷卻水箱的且與電感應(yīng)加熱裝置相適配的水冷卻裝置；通過給置于立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)上的鋼殼內(nèi)腔加入工藝量的銅合金顆粒，啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，電感應(yīng)加熱器加熱，令銅合金熔液基本均勻地布滿鋼殼內(nèi)球面的表面，啟動(dòng)水冷卻裝置冷卻，令銅合金熔液凝固而與鋼殼內(nèi)球面部位冶金結(jié)合，完成本發(fā)明制備過程，制得鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0009]基于上述技術(shù)構(gòu)想，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的技術(shù)方案是:
一種鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，以立式離心熔鑄機(jī)為制備設(shè)備，以按球面軸承座結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)制造的鋼殼為所述毛坯制備的出發(fā)件，而其:
a、所述立式離心熔鑄機(jī)還具有能夠包容立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的電感應(yīng)加熱裝置和水冷卻裝置，因而所述制備設(shè)備，是集銅合金熔化和離心熔鑄為一體的立式離心熔鑄機(jī)；
b、其制備方法依次包括:
對(duì)所述鋼殼實(shí)施預(yù)處理；
將經(jīng)預(yù)處理的鋼殼固定在所述立式離心熔鑄機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，且鋼殼的敞口端朝上，并校正鋼殼與轉(zhuǎn)臺(tái)的同心度；
給鋼殼內(nèi)腔加入工藝量的經(jīng)烘干且自然冷卻至常溫的銅合金顆粒以及銅氣焊劑；啟動(dòng)立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)，令銅合金顆粒和銅氣焊劑布滿鋼殼內(nèi)球面表面；
啟動(dòng)所述電感應(yīng)加熱裝置，令鋼殼升溫，直至附著在鋼殼內(nèi)球面表面的銅合金顆粒全部熔化為液體時(shí)，關(guān)停并移走所述電感應(yīng)加熱裝置；
對(duì)鋼殼實(shí)施冷卻；在關(guān)停并移走所述電感應(yīng)加熱裝置的同時(shí)，啟動(dòng)水冷卻裝置，并向水冷卻裝置的冷卻水箱內(nèi)導(dǎo)入冷卻水，對(duì)鋼殼實(shí)施冷卻，直至附著在鋼殼內(nèi)球面表面的銅合金熔液凝固在鋼殼的內(nèi)球面表面上，關(guān)停立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)，即制得鋼殼銅合金雙金屬球面軸承座毛坯。
[0010]由以上所給出的技術(shù)方案可以明了，本發(fā)明由于其銅合金顆粒的熔融和離心澆鑄是在一臺(tái)立式離心熔鑄設(shè)備(即所述立式離心熔鑄機(jī))上分別完成的，因而其設(shè)備投資少，工藝流程短，生產(chǎn)成本低，勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)效率高，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
[0011]為了進(jìn)一步提高銅合金層與鋼殼內(nèi)球面冶金結(jié)合的強(qiáng)度，有效避免銅合金層與鋼殼內(nèi)球面表面的剝離和裂開，本發(fā)明主張所述鋼殼預(yù)處理包括鋼殼表面潔凈處理，浸潰硼砂熔液和烘干；所述烘干是至鋼殼`表面的鹽潰呈白色時(shí)為止。其中所述表面潔凈處理是進(jìn)行常規(guī)的除污、除油、除銹處理。
[0012]由于本發(fā)明采用離心熔鑄法，為了避免產(chǎn)生布設(shè)在鋼殼內(nèi)球面表面的銅合金厚度的不均勻，某些部位的銅合金層厚度小于工藝要求，以致在后精加工過程中無法保證成品質(zhì)量，因此必須保證鋼殼與轉(zhuǎn)臺(tái)的同心度。在鋼殼與轉(zhuǎn)臺(tái)配裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行同心度校整，保證所述冶金結(jié)合在鋼殼內(nèi)球面表面銅合層的加工余量。所述鋼殼與轉(zhuǎn)臺(tái)的同心度最好^ 0.2mm。
[0013]本發(fā)明所述銅合金顆粒在離心力的作用下，能否均勻布滿鋼殼內(nèi)球面表面上，除與鋼殼內(nèi)球面的球半徑有關(guān)外，還和所選用的銅合金顆粒的粒徑大小(銅合金顆粒的質(zhì)量)和所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速相關(guān)。本發(fā)明經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)踐，遴選的銅合金顆粒的粒徑在0.5^1.6mm范圍內(nèi)，所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速在15(T200r/min范圍內(nèi)。當(dāng)然并不局限于此。當(dāng)所述鋼殼內(nèi)球面半徑，或顆粒銅合金的粒徑或所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時(shí)，其銅合金顆粒的粒徑和所述轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。
[0014]考慮到冶金結(jié)合在鋼殼內(nèi)球面表面的銅合金層的冷卻工況，對(duì)于所述銅合金層冷卻凝固的質(zhì)量有著直接的影響，尤其是本發(fā)明所采用的是由鋼殼冷卻導(dǎo)致所述銅合金層的冷卻。也就是說，所述銅合金層冷卻是由內(nèi)層至外層的漸冷。這無疑對(duì)于所述銅合金層的補(bǔ)縮而避免銅合金層產(chǎn)生疏松是有利的。但是，由于這種銅合金層是急冷卻，會(huì)造成相當(dāng)大的冷卻應(yīng)力，而冷卻應(yīng)力的存在，會(huì)對(duì)在后的機(jī)械加工和應(yīng)用造成不利影響，有可能會(huì)產(chǎn)生爆裂和裂紋。為了更好地保證本發(fā)明毛坯的質(zhì)量，本發(fā)明在對(duì)鋼殼實(shí)施水冷卻前，還包括空氣冷卻(空冷);所述對(duì)鋼殼實(shí)施冷卻，是在所述鋼殼先經(jīng)空冷2?4min，使工件內(nèi)部溫度趨于一致后，再由所述冷卻裝置水冷卻l(Tl5min。這種空冷對(duì)于銅合金層的致密金相組織的形成是非常有利的。
[0015]與此同時(shí)，本發(fā)明還主張，在鋼殼空冷后，再實(shí)施的水冷卻是分段水冷卻；所述分段水冷卻，是通過控制冷卻水箱所進(jìn)入冷卻水的液面高度，先實(shí)施鋼殼底部銅合金層的冷卻，然后再提高冷卻水箱內(nèi)冷卻水的液面高度，實(shí)施鋼殼內(nèi)球面部位銅合金層的冷卻。這種分段冷卻也是一種避免產(chǎn)生鋼殼底部銅合金層產(chǎn)生所述鑄造缺陷的方法。按由內(nèi)層向外層順序凝固，可以獲得更致密的金相組織，減輕裂紋傾向，減少縮松現(xiàn)象。
[0016]由于所述軸承座毛坯是由上蓋和下座哈夫?qū)辖M成的，而本發(fā)明所述軸承座毛坯是其上蓋或下座中的一種，因而所述鋼殼的一側(cè)是敞口的。在所述鋼殼置于轉(zhuǎn)臺(tái)上時(shí)，鋼殼的敞口端是朝上的(這是立式離心熔鑄的工藝要求)。為了完全防止或避免所述鋼殼隨著轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，存在于鋼殼內(nèi)的銅合金顆粒可能產(chǎn)生的向外飛濺現(xiàn)象，在所述鋼殼的敞口端，還設(shè)有一塊蓋板，最好是中央具有通孔的蓋板。所述蓋板與鋼殼可拆式連接，例如蓋板外圓與鋼殼沉孔相嵌合配裝，或者通過粘結(jié)劑配裝。蓋板中央所設(shè)的通孔是用來向鋼殼內(nèi)腔供給銅合金顆粒和排氣的，也是鋼殼內(nèi)腔空冷的空氣通道。當(dāng)然，如果不設(shè)蓋板，同樣是可以進(jìn)行尚心熔鑄的。
[0017]為了有效避免銅合金顆粒在電感應(yīng)加熱器加熱熔化工況下產(chǎn)生氧化。為此，本發(fā)明還包括在鋼殼內(nèi)腔布滿所述銅合金顆粒和銅氣焊劑后，給鋼殼內(nèi)腔加入工藝量碳粉，且令碳粉在鋼殼旋轉(zhuǎn)的條件下，覆蓋在銅合金顆粒和銅氣焊劑的表面。由于碳粉的質(zhì)量比銅合金顆粒的質(zhì)量小，因此在轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用下，碳粉也就只能覆蓋在銅金合顆粒和銅氣焊劑的表面，從而阻斷了銅合金層與空氣中氧氣的接觸。當(dāng)然阻斷氧化的措施并不局限于此。例如在所述銅合金顆粒層較薄的條件下，由于銅合金顆粒加熱熔融的時(shí)間很短，因而不加碳粉也是可以的。另外，若對(duì)所述鋼殼內(nèi)腔注入氬氣等惰性氣體，則不論銅合金顆粒層是厚還是薄，不加碳粉也都是可以的。
[0018]所述銅合金顆粒和碳粉中所存在的水份，對(duì)毛坯的銅合金層的質(zhì)量有著直接的影響，會(huì)導(dǎo)致銅金合層產(chǎn)生氣孔、質(zhì)地疏松和耐磨性能下降等技術(shù)質(zhì)量問題。為了有效保證毛坯的質(zhì)量，本發(fā)明主張，所述銅合金顆粒和碳粉，是經(jīng)烘干且自然冷卻至常溫的銅合金顆粒和碳粉。優(yōu)選的是所述烘干是在105?12(TC條件下烘干20?30min脫去水分。
[0019]由于所述鋼殼的封口端(底部)壁厚較厚，且又與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，而在實(shí)施水冷卻過程中，冷卻水很少與鋼殼底部相接觸，因而鋼殼底部的冷卻要比鋼殼內(nèi)球面部位的冷卻慢得多，以致鋼殼底部表面的銅合金層，由于冷卻慢而會(huì)造成銅合金層縮孔等鑄造缺陷。為此，本發(fā)明主張，在所述鋼殼底平面與轉(zhuǎn)臺(tái)之間還設(shè)有令鋼殼底平面與轉(zhuǎn)臺(tái)上平面之間保持一定距離的墊塊，使鋼殼底部與水充分接觸，以提高所述鋼殼底部的冷卻速度。由于所述墊塊的存在，可以令鋼殼底部與冷卻水有效接觸，以解決鋼殼內(nèi)底部銅合金層所產(chǎn)生的鑄造缺陷。所述墊塊優(yōu)選為圓環(huán)形的墊塊。
[0020]而通過控制冷卻水箱所進(jìn)入冷卻水的液面高度，先實(shí)施鋼殼底部銅合金層的冷卻，然后再提高水箱內(nèi)冷卻水的液面高度，實(shí)施鋼殼內(nèi)球面部位銅合金層的冷卻，這種分段冷卻也是一種避免產(chǎn)生鋼殼底部銅合金層產(chǎn)生所述鑄造缺陷的方法，按由下向上順序凝固，可以獲得更致密的金相組織，減輕裂紋傾向，減少縮松現(xiàn)象。
[0021]為了進(jìn)一步提高鋼殼內(nèi)球面與銅合金層結(jié)合強(qiáng)度，以避免銅合金層從鋼殼內(nèi)球面上的剝落，本發(fā)明還主張，所述鋼殼內(nèi)球面部位表面設(shè)有凹槽或凹坑。且所述凹槽是燕尾形楔槽或所述凹坑為出口小底部大的錐臺(tái)狀凹坑，而所述凹槽或凹坑的深度在2?5mm范圍內(nèi)。當(dāng)然，非燕尾形楔槽或非錐臺(tái)狀凹坑，同樣對(duì)于防止銅合金層的剝落也是很有作用的，但不如燕尾形楔槽或錐臺(tái)狀凹坑好，因?yàn)檫@兩種結(jié)構(gòu)形式，對(duì)預(yù)防銅合金屬的徑向松動(dòng)、剝落有著明顯的功效。
[0022]而本發(fā)明所述電感應(yīng)加熱器和水冷卻裝置，分別包容所述立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，可以有好多種。然而從高性價(jià)比的要求衡量，本發(fā)明主張，所述電感應(yīng)加熱裝置和水冷卻裝置，分別包容立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式有二種:一種是所述電感應(yīng)加熱裝置的環(huán)狀電加熱器，通過其所設(shè)的第一升降裝置，由上而下套裝在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍，而所述冷卻裝置的冷卻水箱，通過其所設(shè)的第二升降裝置，由下而上套裝在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍；另一種是所述冷卻裝置的冷卻水箱固定布置在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍，而所述電感應(yīng)加熱裝置的環(huán)狀電加熱器，通過其所設(shè)的第一升降裝置，由上而下套裝在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍與所述冷卻裝置的冷卻水箱周邊箱壁之間，且靠近所述立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)。而所述冷卻裝置的冷卻水箱與所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸之間的配裝，均為軸孔配合，為了防止冷卻水箱的滲漏水，本發(fā)明還主張?jiān)诶鋮s水箱與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸的軸孔配合部位，設(shè)置機(jī)械式密封件。實(shí)踐結(jié)果證明，所述兩種結(jié)構(gòu)形式都是同樣可以的。但是所述第一種結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)要相對(duì)復(fù)雜一些，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作也可能會(huì)麻煩一些。
[0023]上述技術(shù)方案得以實(shí)施后，本發(fā)明所具有的工藝流程短，設(shè)備投資少，制造成本低，勞動(dòng)強(qiáng)度小，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好等特點(diǎn)，是顯而易見的，與已有技術(shù)相比較，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所采用的一種制備設(shè)備立式離心熔鑄機(jī)的示意圖；
圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所采用的第二種制備設(shè)備立式離心熔鑄機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)與電感應(yīng)加熱裝置相配置狀態(tài)的示意圖；
圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所采用的如圖2所示的第二種制備設(shè)備立式離心熔鑄機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)與水冷卻裝置的冷卻水箱相配置狀態(tài)的示意圖；
圖4是本發(fā)明工藝實(shí)施例所制毛坯的外形及尺寸圖；
圖5是本發(fā)明另一工藝實(shí)施例所制毛坯的外形及尺寸圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例所制毛坯的周向金相組織(100X )；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例所制毛坯的弧向金相組織(100 X )。
[0025]附圖1、2、3圖中各標(biāo)號(hào)所示為:1為蓋板，2為鋼殼,3為銅合金層,4為立式離心熔鑄機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)，5為電感應(yīng)加熱裝置,6為水冷卻裝置的冷卻水箱,7為進(jìn)水管,8為出水管,且出水管8位于鋼殼2上平面以下部位，以避免冷卻水進(jìn)入鋼殼2的內(nèi)腔，9為墊塊，10為轉(zhuǎn)軸，11為機(jī)械式密封件；12為冷卻水箱6的支承點(diǎn)；由附圖1、2、3可見，轉(zhuǎn)臺(tái)4與轉(zhuǎn)軸10呈正相交連接，轉(zhuǎn)臺(tái)4與鋼殼2 —起可被包容設(shè)置在感應(yīng)加熱裝置內(nèi)或水冷卻裝置的冷卻水箱6的內(nèi)腔內(nèi)。[0026]
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖，通過【具體實(shí)施方式】的描述，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028]【具體實(shí)施方式】之一，請(qǐng)參讀附圖2、3。 [0029]一種鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，以立式離心熔鑄機(jī)為制備設(shè)備，以按球面軸承座結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)制造的鋼殼2為所述毛坯制備的出發(fā)件，而其: 所述立式離心熔鑄機(jī)還包括具有可包容立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)4的水冷卻裝置6和電感應(yīng)加熱裝置5，電感應(yīng)加熱裝置5和水冷卻裝置6依次上下疊放，電感應(yīng)加熱裝置5在關(guān)停后上升退出工作位置，水冷卻裝置的冷卻水箱6上升進(jìn)入工作位置后導(dǎo)入冷卻水，實(shí)施鋼殼2和銅合金屬層3的冷卻過程；由此可見，本發(fā)明所述制備設(shè)備，是集銅合金熔化和離心熔鑄為一體的立式離心熔鑄機(jī)；
其制備方法依次包括:
對(duì)所述鋼殼2實(shí)施工藝性預(yù)處理；
將經(jīng)預(yù)處理的鋼殼2固定在所述立式離心熔鑄機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)4上，且鋼殼2的敞口端朝上，并校正鋼殼2與轉(zhuǎn)臺(tái)4的同心度；
給鋼殼2內(nèi)腔加入工藝量的銅合金顆粒和銅氣焊劑；啟動(dòng)立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)4，令銅合金顆粒和銅氣焊劑布滿鋼殼內(nèi)球面的表面；
啟動(dòng)所述電感應(yīng)加熱置5，令鋼殼2升溫，直至附著在鋼殼2內(nèi)球面表面的銅合金顆粒全部熔化為液體時(shí)，關(guān)停所述電感應(yīng)加熱裝置5并上升退出工作位置；
對(duì)鋼殼2實(shí)施冷卻；在關(guān)停所述電感應(yīng)加熱裝置5的同時(shí)，將水冷卻裝置的冷卻水箱6上升移入工作位置，給內(nèi)包容所述鋼殼2和轉(zhuǎn)臺(tái)4的冷卻裝置的冷卻水箱6內(nèi)導(dǎo)入冷卻水，對(duì)鋼殼2實(shí)施冷卻，直至附著在鋼殼2內(nèi)球面表面的銅合金熔液凝固在鋼殼2的內(nèi)球面表面上，關(guān)停立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)4，即制得成品鋼殼銅合金雙金屬球面軸承座毛坯。
[0030]所述鋼殼2預(yù)處理，包括鋼殼2表面潔凈處理，浸潰硼砂熔液和烘干；所述烘干是至鋼殼表面的鹽潰呈白色時(shí)為止。
[0031]優(yōu)選地，所述鋼殼2與轉(zhuǎn)臺(tái)4的同心度0.2mm。
[0032]優(yōu)選地,所述銅合金顆粒的粒徑在0.5"?.6mm范圍內(nèi)。
[0033]優(yōu)選地,所述轉(zhuǎn)臺(tái)4的轉(zhuǎn)速在150~200r/min范圍內(nèi)。
[0034]優(yōu)選地，在對(duì)鋼殼2實(shí)施水冷卻前，還包括空氣冷卻；所述鋼殼2先經(jīng)空冷2~4min后，再由所述冷卻裝置進(jìn)行水冷卻l(Tl5min。
[0035]優(yōu)選地，在所述鋼殼2的敞口端，還設(shè)有中央具有通孔的蓋板I。
[0036]優(yōu)選地，還包括在所述鋼殼2內(nèi)球面表面布滿銅合金顆粒和銅氣焊劑后，給鋼殼2內(nèi)腔加入工藝量碳粉，且令碳粉在鋼殼2旋轉(zhuǎn)的條件下，覆蓋在銅合金顆粒和銅氣焊劑的表面。
[0037]優(yōu)選地，所述銅合金顆粒和碳粉，是經(jīng)烘干且自然冷卻至常溫的銅合金顆粒和碳粉。
[0038]優(yōu)選地，在所述鋼殼2底平面與轉(zhuǎn)臺(tái)4之間還設(shè)有令鋼殼2底平面與轉(zhuǎn)臺(tái)4上平面之間保持距離的墊塊9，使鋼殼底部與水充分接觸，以提高所述鋼殼2底部的冷卻速度。[0039]在上述【具體實(shí)施方式】中所提到的“工藝量”，是根據(jù)所述銅合金層3的工藝體積乘上銅的比重所得出的銅合金顆粒的工藝重量。所述工藝量碳粉采取同樣方法求得。
[0040]【具體實(shí)施方式】之二，請(qǐng)參讀附圖1.一種鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，除了其所采用的電感應(yīng)加熱裝置5和水冷卻裝置的冷卻水箱6，與所述轉(zhuǎn)臺(tái)4的配置如附圖1所示外，即冷卻水箱6固定在轉(zhuǎn)臺(tái)4的外圍，而電感應(yīng)加熱裝置5由上而下套裝在轉(zhuǎn)臺(tái)4的外圍，且位于冷卻水箱6箱邊與轉(zhuǎn)臺(tái)4之間。其它均如同【具體實(shí)施方式】之一。
[0041]以下給出具體毛坯制品的3個(gè)制備工藝實(shí)例。
[0042]工藝實(shí)例1:
請(qǐng)參讀附圖1。大型船用組合活塞的球面軸承座上蓋的制備。
[0043]球面軸承座上蓋的輪廓尺寸:如圖4所示。根據(jù)所述輪廓尺寸，制作相應(yīng)大小和形狀的鋼殼；
a)配料:6Kg銅合金顆粒(粒徑在0.5^1.0mm的混合物)和400g銅氣焊劑混勻，并在上述混合料表面覆蓋30 g木碳粉。
[0044]b)熔鑄工藝:1)由上而下移入電感應(yīng)加熱裝置5，2)在160r/min的轉(zhuǎn)速下采用60Kw功率加熱2.5min ;3)將功率調(diào)至80Kw加熱44min ；4)將功率調(diào)至50Kw加熱5min ；5)將功率調(diào)至OKw，向上移開電感應(yīng)加熱裝置5空冷3min，6)給冷卻水箱6導(dǎo)入冷卻水，水冷12min。蓋板I中心有Φ 90mm通氣孔、校正鋼殼2的同心度< 0.2mm。
[0045]工藝實(shí)例2:
請(qǐng)參讀附圖2和圖3。球面軸承座下蓋的輪廓尺寸:如圖5所示。根據(jù)所述輪廓尺寸，制作相應(yīng)大小和形狀的鋼殼；
a)配料:6Kg銅合金顆粒(粒徑在1.(Tl.6mm的混合物)和400g銅氣焊劑混勻，并在上述混合料表面覆蓋30g木碳粉。
[0046]b )熔鑄工藝:I)下降移入電感應(yīng)加熱器5 ; 2 )在200r/min的轉(zhuǎn)速下采用60Kw功率加熱2min ;3)將功率調(diào)至80Kw加熱46min ；4)將功率調(diào)至50Kw加熱4.5min ;5)將功率調(diào)至OKw，移開電感應(yīng)加熱裝置5空冷3min ；6)上升水冷卻裝置的冷卻水箱6水冷14min。蓋板I中心有Φ 90mm通氣孔、校正鋼殼2的同心度< 0.2mm。
[0047]若在所述鋼殼2內(nèi)球面部位表面加設(shè)凹槽或凹坑(尤其是燕尾形楔槽或出口小底部大的錐臺(tái)狀凹坑)，則鋼殼2與銅合金層的結(jié)合將會(huì)更加牢靠。
[0048]上述2個(gè)工藝實(shí)例的工藝過程和工藝方法均如同【具體實(shí)施方式】。
[0049]上述2個(gè)工藝實(shí)例的成品初樣，經(jīng)JB/T 9749-1999《內(nèi)燃機(jī)鑄造銅鉛合金軸瓦金相檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，銅合金層3與鋼殼2的結(jié)合情況達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其金相組織均勻，如圖6和圖7所示。
[0050]由以上所描述的工藝實(shí)施2、3可以明了，本發(fā)明在鋼殼2內(nèi)加入銅合金顆粒等物料后，所述轉(zhuǎn)臺(tái)4與電感應(yīng)加熱裝置5，兩者可以同步啟動(dòng)工作。
[0051]工藝實(shí)例3
除冷卻方式不同于工藝實(shí)例2以外，其它步驟均與工藝實(shí)例2相同。
[0052]所述冷卻方式為:空冷3min后，再實(shí)施分段冷卻，先實(shí)施鋼殼2底部銅合金液層3的冷卻，約6min，然后再提高水箱內(nèi)冷卻水的液面高度，實(shí)施鋼殼2內(nèi)球面部位銅合金液層3的冷卻,約8 mirio
[0053]這種分段冷卻方法，是銅合金液層由下向上的順序凝固，可以獲得更致密的金相組織，減輕裂紋傾向，減少縮松現(xiàn)象。能夠避免鋼殼2底部銅合金層3產(chǎn)生前述鑄造缺陷。
[0054]另外要說明的的是，上述所有實(shí)施例中所采用的銅合金顆粒在使用前均進(jìn)行烘干，所述的銅合金顆粒的烘干是在105?120°C條件下烘干20?30min，以脫去水分。
[0055]本發(fā)明所述工藝步驟，在所述第一、第二升降裝置，均為氣/液動(dòng)升降裝置的條件下，若采用PLC可編程控制器控制，則本發(fā)明所述制備方法，將實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化。
[0056]本發(fā)明的應(yīng)用范圍，不受本說明書描述的限制。它同樣適用于鋼基鋁合金或鋼基其它有色金屬合金的雙金屬球面軸承座毛坯的制備。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，以立式離心熔鑄機(jī)為制造設(shè)備，以按球面軸承座結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)制造的鋼殼為所述毛坯制備的出發(fā)件，其特征在于: a、所述立式離心熔鑄機(jī)還具有能夠包容立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的電感應(yīng)加熱裝置和水冷卻裝置，因而所述制造設(shè)備，是集銅合金熔化和離心澆鑄為一體的立式離心熔鑄機(jī)； b、其制備方法依次包括: 對(duì)所述鋼殼實(shí)施預(yù)處理； 將經(jīng)預(yù)處理的鋼殼固定在所述立式離心熔鑄機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，且鋼殼的敞口端朝上，并校正鋼殼與轉(zhuǎn)臺(tái)的同心度； 給鋼殼內(nèi)腔加入工藝量的經(jīng)烘干且自然冷卻至常溫的銅合金顆粒以及銅氣焊劑；啟動(dòng)立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)，令銅合金顆粒和銅氣焊劑布滿鋼殼內(nèi)球面表面； 啟動(dòng)所述電感應(yīng)加熱裝置，令鋼殼升溫，直至附著在鋼殼內(nèi)球面表面的銅合金顆粒全部熔化為液體時(shí)，關(guān)停并移走所述電感應(yīng)加熱裝置； 對(duì)鋼殼實(shí)施冷卻；在關(guān)停并移走所述電感應(yīng)加熱裝置的同時(shí)，啟動(dòng)水冷卻裝置，并向水冷卻裝置的冷卻水箱內(nèi)導(dǎo)入冷卻水，對(duì)鋼殼實(shí)施冷卻，直至附著在鋼殼內(nèi)球面表面的銅合金熔液凝固在鋼殼的內(nèi)球面表面上，關(guān)停立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)，即制得鋼殼銅合金雙金屬球面軸承座毛坯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述鋼殼預(yù)處理包括鋼殼表面潔凈處理，浸潰硼砂熔液和烘干；所述烘干是至鋼殼表面的鹽潰呈白色時(shí)為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述鋼殼與轉(zhuǎn)臺(tái)的同心度< 0.2_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述銅合金顆粒的粒徑在0.5"?.6mm范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速在15(T200r/min范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，在對(duì)鋼殼實(shí)施水冷卻前，還包括空氣冷卻；所述對(duì)鋼殼實(shí)施冷卻，是在所述鋼殼先經(jīng)空冷2~4min后，再由所述冷卻裝置實(shí)施水冷卻l(Tl5min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，在鋼殼空冷后所實(shí)施的水冷卻，是分段水冷卻；所述分段水冷卻，是通過控制冷卻水箱所導(dǎo)入冷卻水的液面高度，先實(shí)施鋼殼底部銅合金層的冷卻，然后再提高冷卻水箱內(nèi)冷卻水的液面高度，實(shí)施鋼殼內(nèi)球面部位銅合金層的冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，在所述鋼殼的敞口端，還設(shè)有中央具有通孔的蓋板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述蓋板與鋼殼可拆式連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述蓋板是由蓋板外圓與鋼殼沉孔相嵌合配裝，或者通過粘結(jié)劑配裝而成可拆式連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，還包括在所述鋼殼內(nèi)球面表面布滿銅合金顆粒和銅氣焊劑后，給鋼殼內(nèi)腔加入工藝量碳粉，且令碳粉在鋼殼隨所述轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的條件下，覆蓋在銅合金顆粒和銅氣焊劑的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述銅合金顆粒和碳粉是在105~12(TC條件下烘干20~30min，脫去水分，且自然冷卻至常溫。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，在所述鋼殼底平面與轉(zhuǎn)臺(tái)之間還設(shè)有令鋼殼底平面與轉(zhuǎn)臺(tái)之間保持距離的墊塊，使鋼殼底部與水充分接觸，以提高所述鋼殼底部的冷卻速度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述墊塊為圓環(huán)形墊塊。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述鋼殼內(nèi)球面部位表面設(shè)有凹槽或凹坑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鋼基銅合金雙金屬球面軸承座毛坯的制備方法，其特征在于，所述鋼殼內(nèi)球面部位表面的凹槽為燕尾形楔槽或凹坑為出口小底部大的錐臺(tái)狀凹坑。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼基銅合金屬球面軸承座毛坯的制備方法，所述電感應(yīng)加熱裝置和水冷卻裝置，分別包容立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式有二種:一種是所述電感應(yīng)加熱裝置的環(huán)狀電加熱器，通過其所設(shè)的第一升降裝置，由上而下套裝在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍，而所述冷卻裝置的冷卻水箱，通過其所設(shè)的第二升降裝置，由下而上套裝在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍 ；另一種是所述冷卻裝置的冷卻水箱固定布置在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍，而所述電感應(yīng)加熱裝置的環(huán)狀電加熱器，通過其所設(shè)的第一升降裝置，由上而下套裝在立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)外圍與所述冷卻裝置的冷卻水箱周邊箱壁之間，且靠近所述立式離心熔鑄機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)。
【文檔編號(hào)】B22D19/16GK103722144SQ201210386569
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月13日
【發(fā)明者】唐建達(dá), 馬良, 支建方, 李?yuàn)涿? 申請(qǐng)人:南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司