铁基粉末冶金阀板制备过程中的变形规律.pdf

铁 基 粉 末 冶 金 阀板 制备 过 程 中 的变 形 规 律 口梁翠 口王贤瑞 口游航 口丁小芹 口韩小云 口徐金富 1．2口徐胜华 1 ． 华东理工大学 材料科学与工程学院上海2 0 0 2 3 7 2 ． 宁波工程学 院 材料工艺研究所浙江宁波3 1 5 0 1 6 3 ．宁波 宁 江粉 末 冶 金 有 限公 司 浙 江 宁 波31 51 9 2 摘 要 采 用粉末 冶金法批量 生产 了用 于制冷压缩机的铁基粉末 阀板 ． 研究 了阀板在预成型 、 烧结 、 整形等工序 中的 几何尺寸和平 面度 变化 情况。结果表 明 在整个生产 工序 中阀板 尺寸最大 变化量 为长度 O ． 1 8 mm． 宽度 O ． 1 2 5 mm． 厚度 一 0 ． 0 4 m m；从预成 型到烧结 阀板 的平 面度 最大变形量为 0 ． 0 9 mm，从 烧结到整形后 阀板的平 面度最 大变形量 为 一 O ． 1 0 mm； 烧 结工序是 阀板 生产过程 中产 生变形的主要 因素 关键词 粉末冶金 阀板变形规律 中图分类号 T H1 4 2 ； T F 1 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 1 0 9 0 0 4 8 0 3 阀 板 是 制 冷 压 缩 机 的 核 心 部 件 ， 一 般 采 用 Q2 3 5 钢 板 冲 裁 及 后 续 加 工 的 方 法 生 产 ’2 ] 。 由 于 阀 板 采 用 钢 板 冲 裁 时 边 角 料 较 多 ， 原 材 料 消 耗 大 ， 生 产 成 本 高 ， 因 而 限 制 了 其 使 用 。 粉 末 冶 金 成 形 技 术 是 一 种 节 材 、 省 能 、 投 资 少 、 见 效 快 ， 而 且 适 合 大 批 量 生 产 的 少 无 切 削 、 高 效 金 属 成 形 工 艺 [ 。 ] 。 采 用 铁 基 粉 末 冶 金 制 备 制 冷 压 缩 机 阀 板 已成 为 一 种 趋 势 ，但 是 采 用 粉 末 冶 金 方 法 制 备 阀 板 烧 结 变 形 大 ， 烧 结 后 需 要 整 形 和 后 续 磨 削 加 工 ， 延 长 了 阀 板 的 生 产 周 期 ， 增 加 了 生 产 成 本 。 因 此 ， 控 制 烧 结 时 变 形 以 达 到 净 成 型 是 粉 末 冶 金 的 发 展 方 向 。 本 文 试 图 通 过 研 究 粉 末 冶 金 法 生 产 铁 基 阀 板 的 变 形 情 况 找 出 变 形 规 律 为 净 成 型 做 准 备 。 1 试验材料及方 法 1 ． 1 试 验 材 料 试 验 所 用 的 原 材 料 为 铁 粉 牌 号 3 0 0 W 、 铜 粉 、 硫 化 锰 、 石 墨 粉 和 硬 脂 酸 锌 。铁 粉 主 要 性 能 参 数 见 表 1 。试 验 原 始 粉 料 配 比 为 铜 粉 1 ． 8 ％ 、 硫 化 锰 0 ． 3 ％ 、 石 墨 粉 0 ． 7 ％ 、 硬 脂 酸 锌 0 ． 6 ％ 、 其 余 为 铁 粉 。 1 ． 2试 验 方 法 阀板 的 生 产 工 艺 流 程 为 混 粉一压 制 成 型一烧 结 一整 形一蒸 汽 处 理 。 首 先 在 2 5 0 k g双 锥 形 混 料 机 中 进 行 混 料 ． 混 合 后 的 粉 末 采 用 专 用 粉 末 成 型 机 在 6 0 MP a的 压 力 下 压 制 成 型 ． 密 度 控 制 收稿 日期 2 0 1 1年 2月 2 0 1 1 ／ 9 在 6 ． 9 0 -- - 0 ． 0 2 g ／ e ra 然 后 在 可 控 氨 气 的 刚 带 式 烧 结 炉 中 进 行 烧 结 ， 采 用 氮 气 保 护 ， 烧 结 丁 艺 为 l l 2 0 c lC 下 保 温 1 h， 采 用 专 用 整 形 冲 床 进 行 整 形 ， 然 后 通 过 蒸 汽 炉 进 行 蒸 汽 处 理 。 随 机 选 取 2 0块 阀 板 。 用 游 标 卡 尺 测 量 板 的 长 度 ； 用 千 分 尺 测 量 阀 板 的 宽 度 与 厚 度 ； 用 平 面 度 测 试 仪 测 量 阀 板 的 平 面 度 阀 板 上 固 定 一 点 取 为 零 点 ， 指 针 向 左 取 负 ， 向 右 取 正 ． 分 别 读 取 最 大 值 与 最 小 值 ， 同 一 编 号 阀 板 的 绝 对 值 为 此 块 阀 板 的 平 面 度 。 每 个 数 据 测 量 5次 取 其 平 均 值 。 2 试 验结果与分析 2 ． 1 阀 板 的 技 术 要 求 阀 板 零 件 如 图 1所 示 。 阀 板 零 件 图 要 求 长 度 和 宽 度 公 差 0 ． 3 l lq t m； 厚 度 公 差 0 ． 0 7 F r l m 平 面 度 0 ． 0 5 n l m 2 ． 2 阀 板 变 形 规 律 表 l 铁粉 的主要性能参数 松 装密 度 流 动 性 J 粒 度 分布 m l ， ， g c n r 3 ／ [ s 5 0 g 。 ] l 2 5 0 ～ 1 8 0 l 1 8 0 ～ 1 5 0 l 1 5 0 ～ 1 0 6 l 1 0 6 ～ 7 5 l 7 5 ～ 6 3 l 6 3 l 0 4 5 I ． ～” 2 ．8 5 ～ 3 ．0 5 3 0 i 1 ％ l 9 8 ．5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 ． 2 ． 1 阀板 长 度 变 化 图 2为 阀 板 在 各 个 工 序 中 的 长 度 尺 寸 变 化 。 从 图 中 可 以 看 出 ， 预 成 型 时 阀 板 长 度 尺 寸 在 基 准 尺 寸 以 下 ； 预 成 型 时 第 9 和 1 9块 阀 板 长 度 尺 寸 最 大 ， 其 值 为 4 9 ． 9 2 mm烧结 后 阀板 最 大 长度 尺 寸值 为 5 0 ． O 0 mm， 见 第 4 、 1 1 、 1 8 、 2 0块 阀 板 ； 整 形 后 阀 板 最 大 长 度 尺 寸 值 为 5 0 ． 0 6 mm， 见 第 4、 l l 、 1 5、 l 6 、 1 8块 阀 板 。 从 预 成 型 到 烧 结 过 程 中 第 3块 阀 板 长 度 尺 寸 增 加 量 最 大 ，增 加 值 为 0 ． 1 2 mm从 烧 结 到 整 形 过 程 中 阀 板 长 度 尺 寸 最 大 增 加 值 为 0 ． 0 8 mn l ， 见 第 8、 l 3 、 1 5、 1 6块 阀 板 。 在 整 个 生 产 工 序 中第 3 、 1 5、 1 6块 阀 板 长 度 尺 寸 最 大 增 加 量 为 0 ． 1 8 mm。 阀 板 的 长 度 尺 寸 符 合 零 件 要 求 。 在 各 个 工 序 中 阀 板 的 长 度 是 逐 渐 增 大 的 ，其 中 烧 结 时 长 度 尺 寸 变 化 最 大 ， 其 原 因 可 能 是 烧 结 时 阀 板 体 积 膨 胀 所 致 ] 整 形 时 长 度 尺 寸 增 大 的 原 因 是 ， 整 形 时 阀 板 受 到 轴 向压 力 产 生 塑 性 变 形 ； 因 此 ， 阀板 的 预 成 型 尺 寸 是 由模 具 本 身 精 度 和 长 度 预 留 来 确 定 的 。 2 ． 2 ． 2阀 板 宽 度 变 化 图 3为 阀 板 在 各 个 工 序 中 的 宽 度 尺 寸 变 化 。 从 图 中 可 以 看 出 ， 预 成 型 时 阀 板 宽 度 尺 寸 在 基 准 尺 寸 以 下 预 成 型 时 第1和 1 0 块 阀 板 宽 度 尺 寸 最 大 ， 其 值 为 41 ． 9 2 mm 烧 结 后 阀 板 最 大 宽 度 尺 寸 为 4 1 ． 9 8 mi l l ， 见 第 3、 4、 6、 1 0、 1 3 、 1 8块 阀 板 ；整 形 后 第 8和 1 1块 阀 板 宽 度 尺 寸 最 大 ， 其 值 为 4 2 ． 0 3 mm。从 预 成 型 到 烧 结 过 程 中 第 1 8块 阀 板 宽 度 尺 寸 增 加 量 最 大 ， 增 加 值 为 0 ． 0 8 l r 1．m；从 烧 结 到 整 形 过 程 中第 2、 8 、 l l块 阀 板 宽 度 尺 寸 增 加 量 均 达 到 最 大 。 增 加 值 为 0 ． 0 5 5 mm。 在 整 个 生 产 工 序 中 第l l块 阀 板 宽 度 尺 寸 最 大 增 加 值 为 0 ． 1 2 5 mm。 阀 板 宽 度 尺 寸 同 样 满 足 零 件 要 求 。 在 各 个 工 序 中 阀 板 的 宽 度 尺 寸 也 是 逐 渐 增 大 的 ． 其 变 化 规 律 与 长 度 变 化 一 致 。 由 分 析 可 知 ， 阀 板 的 宽 度 尺 寸 可 以通 过 预 成 型 时 尺 寸 预 留来 控 制 ，使 整 形 后 阀 板 尺 寸 在 4 2 - 4 - 0 ． 3 mm。 2 ． 2 ． 3 阀 板 厚 度 变 化 图 4为 阀 板 在 各 个 工 序 中 的厚 度 尺 寸 变 化 。从 图 中 可 以 看 出 ， 预 成 型 时 阀 板 厚 度 尺 寸 在 基 准 尺 寸 以 上 ； 预 成 型 时 第 1块 阀 板 厚 度 尺 寸 最 大 ， 其 值 为 3 ． 5 8 mm ； 烧 结 后 第 9块 阀 板 厚 度 尺 寸 最 小 ， 其 值 为 3 ． 5 4 mm； 整 形 后 阀 板 厚 度 尺 寸 最 小 值 为 3 ． 5 3 mm，见 第 9、 1 l 、 1 2 、 1 5、 1 7 、 1 8块 阀 板 。从 预 成 型 到 烧 结 过 程 中 第 1和 5块 阀 板 厚 度 尺 寸 减 少 量 最 大 ， 减 小 值 为 0 ． 0 2 mm 从 烧 结 到 整 形 过 程 中第 l 0块 阀板 厚 度 尺 寸 减 少 量 达 到 最 大 ． 减 小 值 为 0 ． 0 2 5 mm。在 整 个 生 产 工 序 中 第 1块 阀 板 厚 度 尺 寸 最 大 减 小 值 为 0 ． 0 4 mm。 阀 板 厚 度 尺 寸 同 样 满 足 零 件 要 求 。 在 各 个 工 序 中 阀 板 的 厚 度 是 逐 渐 减 少 的 ，原 因 可 能 是 烧 结 时 阀板 在 特 定 烧 结 舟 中烧 结 ， 阀 板 体 积 变 化 ，烧 结 舟 中 阀 板 的 烧 结 内 应 力 小 于 阀 板 之 间 的 挤 压 力 ， 使 阀 板 厚 度 反 而 减 小 ； 整 形 时 阀 板 在 特 定 的 整 形 机 上 整 形 时 受 到 轴 向 压 力 产 生 塑 性 变 形 因 此 预 成 型 时 阀 板 厚 度 尺 寸 在 基 准 尺 寸 以 上 。 由 分 析 可 知 ， 阀 板 的厚 度 尺 寸 同样 可 以 通 过 预 成 型 时 尺 寸 预 留 来 控 制 ． 使 整 形 后 阀 板 尺 寸 在 3 ． 5 0 ． 0 7 mm。 2 ． 2 ． 4阀 板 平 面 度 变 化 2 ． 2 ． 4 ． 1 阀 板 面 平 面 度 阀 板 A、 B 面 如 图 1所 示 。图 5为 阀 板 在 各 个 工 序 中 A 面 平 面 度 变 化 规 律 ， 从 图 中 可 以 看 出 ， 阀 板 A 面 在 预 成 型 后 的 平 面 度 为 0 ． 0 8 mm烧 结 后 的 平 面 度 为 O ． 1 7 mm ； 整 形 后 平 面 度 为 0 ． 0 7 mm。 从 预 成 型 到 烧 结 阀 板 平 面 度 最 大 增 加 量 为 0 ．0 9 rol l 3 ． 整 形 后 阀 板 平 面 度 减 小 了 0 ． 1 0 mm。 阀 板 在 预 成 型 时 平 面 度 为 0 ． 1 0 mm， 主 要 是 由 模 具 本 身 精 度 与 装 模 精 度 ， 以 及 装 粉 不 均 匀 造 成 的 。 2 ． 2 ． 4 ． 2 阀 板 曰 面 平 面 度 图 6为 阀 板 在 各 个 工 序 中 曰 面 平 面 度 变 化 规 律 。 由 图 可 知 ，预 成 型 后 阀板 曰 面 的平 面 度 为 O ． 1 0 mm； 烧 结 后 阀 板 口 面 的平 面 度 为 0 ． 1 6 mm； 阀 板 整 形 后 平 面 度 为 0 ． 0 8 mm。从 预 成 型 到 烧 结 阀 板 平 面 度 最 大 增 加 量 为 童 b 业 ▲图 2阀板 的长 度尺寸变化 憾 样 品编号 ▲图 3 阀板 的宽度尺寸变化 昌 鲁 魁 蹬 样品编号 ▲图 4阀板 的厚度 尺寸变化 机械制造4 9卷 第5 6 5 期 2 0 1 1 ／ 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 墨 著 基 g 2 ； 晦 样 品编号 a 1预成型后 样品编号 a 预成 型后 暑 宝 二 ； 旧 g 芦 宝 b 样品编号 b 1 烧结后 样品编号 f b 烧结后 ▲图 6阀板板 B面平面度变化规律 昌 宝 ； {控l 暄 1 暑 乒 2 幄 样 品 编 号 f c 1 整形后 样品编号 f c 整形后 0 ． 0 6 mm； 从 烧 结 到 整 形 阀板 平 面 度 减 小 了 0 ． 0 8 n l l lfl 。 由 于 阀板 的 形 状 较 为 复 杂 ，烧 结 时 阀 板 内 部 封 闭 气 孔 数 量 不 同 。气 体 在 烧 结 过 程 中 的 膨 胀 对 材 料 体 积 变 化 影 响 较 大 ， 因 此 烧 结 后 阀 板 平 面 度 变 化 较 大 7 ] 。整 形 后 阀 板 曰 面 平 面 度 大 于 面 ． 其 原 因 可 能 是 。 阀 板 A 面 有 凹 槽 ， B 面 没 有 。 阀 板 厚 薄 不 均 匀 ， 烧 结 时 组 织 应 力 和 热 应 力 不 均 导 致 的 。 由 上 面 分 析 可 知 ， 整 形 后 、B 两 面 的 平 面 度 均 达 不 到 阀 板 零 件 平 面 度 0 ． 0 5 mm 的 要 求 ， 需 要 通 过 磨 削 加 工 ， 因此 阀 板 的 平 面 度 主 要 通 过 净 成 型 来 控 制 。 2． 3 - ．- j - 论 通 过 研 究 粉 末 冶 金 法 生 产 铁 基 阀 板 的 变 形 规 律 ， 可 知 阀 板 几 何 尺 寸 完 全 能 通 过 控 制 预 成 型 时 尺 寸 来 满 足 要 求 ， 而 阀 板 平 面 度 则 不 能 满 足 要 求 。 因 此 为 达 到 净 成 型 ． 主 要 问 题 就 集 中 在 如 何 控 制 阀 板 平 面 度 上 。 经 过 查 阅 大 量 的 文 献 可 知 ，要 控 制 阀 板 平 面 度 要 做 以 下 准 备 工 作 1 原 材 料 成 分 对 阀 板 平 面 度 的 影 响 ； 2 混 料 对 阀 板 平 面 度 的 影 响 ； 3 最 佳 装 炉 量 以 及 最 佳 摆 放 方 式 对 阀 板 平 面 度 的 影 响 ； 4 烧 结 压 力 对 阀 板 平 面 度 的 影 响 S 烧 结 工 艺 对 阀板 平 面 度 的 影 响 。 几 何 尺 寸 可 以 通 过 控 制 预 成 型 时 尺 寸 预 留 和 整 形 来 达 到 净 成 型 。 2从 预 成 型 到 烧 结 阀 板 的 平 面 度 最 大 变 形 量 为 0 ． 0 9 mm 从 烧 结 到 整 形 后 阀 板 的 平 面 度 最 大 变 形 量 为 一 O ． 1 0 mm； 阀 板 的 平 面 度 不 能 达 到 阀 板 零 件 要 求 ， 需 要 磨 削 加 工 ． 因 此 不 能 满 足 净 成 型 。 3 烧 结 工 序是 阀板 生产 过 程 中 产生 变 形 的 主要 因 素 。 参 考 文 献 3结论 l j 1 在 整 个 生 产 3 -_ 序 中 阀 板 尺 寸 最 大 变 化 量 为 长 度 0 ． 1 8 mm ； 宽 度 0 ． 1 2 5 mm； 厚 度 一 0 ． 0 4 mm； 阀 板 的 2 0 1 1 ／ 9 申小平． 空气 压缩机用粉末 冶金 阀板模具设计及 应用 [ J ] ． 粉末冶金工业 ， 1 9 9 8 ， 8 3 3 3 3 6 ． 杜 贵江 赵彦启， 李荣洪． 压缩 机阀板精 冲复合成 形 工艺的 研究 [ J ] ． 压力加工 ， 2 0 0 3 3 5 4 5 5 ． 韩 风麟， 马福康， 曹勇 家． 中国材料 T程大 典 [ M] ． 北 京l 化 学 工 业 出 版 社 ． 2 0 0 6 ． 徐 胜华 ， 王 贤瑞 ， 梁翠． 铁基 粉末 冶金 连杆 的研 制及应 用 [ J ] ． 热处理技术 与装备 ， 2 0 1 0 ， 3 1 3 5 3 5 5 ． 赵振营． 粉末材料 的分类及应用 [ J ] ． 河北 交通科技， 2 0 0 6 ， 3 3 6 1 6 3 ． 隋永江， 王兴庆， 何 宝 山． F e C u及 F e C u C合金 的烧 结特 性 [ J ] ． 粉末冶金技 术 ， 1 9 9 8 ， 6 3 1 3 5 1 4 0 ． 林 文松， 李元元 ， 陈 维平． 镍元 素对 铁基合金 烧结收 缩的影 响 [ J ] ． 机械工程材料 ， 2 0 0 3 ， 2 7 1 0 1 1 1 3 ． 编 辑 小 前 机械制造4 9 卷 第5 6 5 期 m 8 6 4 2 O m 1 ]{ _n l寸_ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m