粉末冶金雙速液壓閥盤的研制

李軍利，張小潔，林育陽，高原

（1.陜西工業職業技術學院，陜西咸陽712000;2.陜西省機械研究院，陜西咸陽 712000）

0 引言

雙速液壓閥盤是液壓馬達部件中技術含量較高的零部件，廣泛應用于工程機械、注塑機械、石油煤炭機械、漁業機械和農業機械等領域的液壓馬達中。由于雙速液壓馬達高速和低速的扭矩特性優于普通液壓馬達，所以它的應用前景非常好。

采用粉末冶金技術來替代傳統精密鑄造工藝，可以實現無切削加工、節能、節材、無環境污染、成本低、高效的先進生產制造工藝。粉末冶金技術是采用成形和燒結工藝將金屬粉末制成材料和制品的工藝技術，屬于綠色環保的高新技術。粉末冶金雙速液壓閥盤產品形狀復雜，在成型和后續加工中需要解決很多技術難題，因而，具有很高的開發和應用價值。

1 雙速液壓閥盤技術要求

1）測繪經過機械加工的精密鑄造件—雙速液壓閥盤（設計原型），按照粉末冶金機械零件的成型特點，設計和繪制出粉末冶金雙速液壓閥盤產品圖樣，如圖1所示。

圖1 粉末冶金雙速液壓盤產品圖樣

2）按照粉末冶金機械零件制造要求，采用鐵—銅—碳合金材料，經過熱處理，達到產品使用要求。其主要技術指標如下:毛坯密度大于6.80g/cm3;熱處理HRC30-46;產品形狀尺寸符合圖紙要求。

2 材料選擇及成分配比

1）原材料選擇

按照雙速液壓閥盤技術要求，主原材料可采用武鋼還原鐵粉或鞍鋼霧化鐵粉。作為還原鐵粉其顆粒形狀一般為不規則海綿狀、易成型，缺點是毛坯密度不易提高;霧化鐵粉顆粒形狀一般為球狀、成型性相對差，優點是毛坯密度可以提高。根據產品技術要求，成型性好，密度要求高。因此，采用-100目霧化鐵粉。輔原材料銅粉:采用-325目電解銅粉，其顆粒形狀為樹枝狀，有利于配料均勻和改善燒結性能。輔原材料石墨粉:采用膠體石墨，其基體顯微組織明顯優越天然磷片石墨。

成型劑采用粉末冶金制品生產過程中常用的-325目工業純硬脂酸鋅和工業用20#液壓機油。

2）成分配比如表1所示。

表1 粉末冶金各種成分配比表

3 工藝設計與試驗

3.1 壓制成型工藝

a）成型模的設計

壓坯的設計包括壓坯形狀設計、壓坯的精度設計和密度設計。

形狀設計必須考慮壓坯形狀是否適于壓制成形，毛坯形狀如圖1。

壓坯精度取決于制品的精度、硬度和制造工藝流程等因素。制品的精度要求越高，壓模精度也越高，雙速液壓閥盤壓模以陰模內孔為定位基準，上下模沖以陰模內孔定位;型芯以下模沖的內孔定位，陰模固定，其余零件可沿徑向自動調心。上模沖與陰模的配合間隙0.02mm，其余零件配合間隙一般小于0.01mm。

壓坯密度設計不僅影響產品物理機械性能，也影響壓坯的成品率和生產效率。考慮產品品質、性能及成本，雙速液壓閥盤密度設計為大于6.80g/cm3:密度差設定為0.05g/cm。

b）成形模具設計計算

1）壓模參數的選擇

壓縮比和裝料比:

壓縮比（K）是粉末松裝體積和它的壓坯體積之比，在數值上等于粉末的松裝高度和壓坯高度之比:

圖2所示閥盤制品是多臺壓坯，在壓制時為使各臺階部分的密度一致，同一壓坯的各臺階部分的壓縮比應相等，即:K=2.15

壓坯的彈性后效:

壓坯的彈性后效，分為徑向和軸向兩種，本制品實測計算彈性后效值為10%。

燒結收縮率:

燒結收縮率是壓坯燒結后的收縮量與壓坯燒結前尺寸之比。即:

本制品計算燒結收縮率為1.0%。

切削加工余量:

本制品上下端面的加工余量各為0.30～0.35mm，外圓的加工余量0.5mm。

2）壓模零件尺寸計算

壓坯高度計算如下:

總高度為:56mm;陰模裝粉高度為:70mm。

陰模內徑的計算:66.75×（1-10%+6%）=66.5

方形孔內、外徑的計算:

37.275×（1-1%+0.6%）=37.12 取37.1

60.075×（1-1%+0.6%）=59.83 取59.80

漸開線花鍵盲孔尺寸的計算:

19.19×（1-1%+0.6%）=19.11 取19.10

模沖內外徑的確定:內徑按基軸制選正公差，外徑按基孔制選負公差。

c）產品壓制壓力設計

壓坯的承壓面積:S=6.65×6.65×3.14/4=34.7CM2

壓制壓力計算:P=S×p=34.7×5=173.5t

d）壓制成型

本制品壓制工藝參數為:

工藝單重:492+0.5g;

壓制壓力:180～200t;

密度控制:6.75～6.85g/cm3;

高度控制:總高26.1±0.10;6個方孔深度:18.3±0.10;花鍵盲孔深:9.2±0.10。

e）毛坯、壓機、模具照片

毛坯、壓機、模具分別如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 毛坯

圖3 壓機

圖4 成型模具

3.2 燒結工藝

1）要保證產品技術要求和對應機械性能要求，燒結工藝:在保護氣氛為分解氨的網帶燒結連續爐中燒結。燒結工藝參數為:預燒區溫度900℃，燒結區溫度1150℃，預冷區溫度950℃，網帶速度85mm/min。

燒結檢測結果:①化學成分符合要求;②燒結硬度平均值HRB45-55;③燒結后密度平均值大于6.9g/cm3。

3.3 零件加工工裝（圖5，圖6）

圖5 機械加工工裝

圖6 成品圖

3.4 熱處理及精磨削工藝

1）經過進口奧地利廂式多用爐進行C-N共滲熱處理。工藝如下:

① 在900℃，C-N共滲6h，160℃回火2h;② 滲層深度:3mm;③表面硬度控制:HRC42～HRC48。

2）雙面精磨工藝:經過熱處理的零件，通過端面磨床對兩個需要精磨的端面進行粗磨。留得精磨余量0.03～0.05mm。采用雙面精磨磨床保證零件平行度和平面度。

3.5 產品生產工藝流程

原材料—配料—成型—燒結—整形—機加工—熱處理—檢驗—包裝。

4 技術創新及先進性

1）采用“成型—燒結—機械加工—熱處理—精磨削”粉末冶金制造工藝技術滿足了粉末冶金雙速液壓閥盤產品的尺寸、性能和品質要求。

2）成功設計和制造了結構穩定、合理、生產效率高的成型模具。

3）成功設計和制造了機械加工工裝和檢測工具，保證了最終產品要求。

5 結論

1）粉末冶金雙速液壓閥盤的研制過程是成功的。試制的產品性能完全滿足用戶要求。

2）粉末冶金雙速液壓閥盤生產過程是多技術工藝的有機結合。在粉末成型、燒結、機加工、熱處理和精密磨削等方面，使用的工裝和設備配置合理，產品性能穩定。

3）粉末冶金雙速液壓閥盤經過臺架試驗和裝機實際使用，表現出優良的性能:流量、壓力、轉速合格，內卸小、噪音小、扭矩大、耐磨損、性能穩定、使用壽命長。

4）粉末冶金雙速液壓閥盤具有廣闊的市場發展前景，該產品的研制成功和產業化必將帶來很好的經濟效益和社會效益。

5）在研制和試生產過程中，個別工序和環節仍存在人為操作和工裝設備不到位現象，技術需要繼續完善和改進。

［1］王望予主編.汽車設計［M］.北京:機械工業出版社，2004.

［2］徐潤澤主編.粉末冶金結構材料學［M］.長沙:中南工業大學出版社，1999.

［3］韓風麟主編.粉末冶金模具模架實用手冊［M］.北京:冶金工業出版社，1998.

［4］張華誠主編.粉末冶金實用工藝學［M］.北京:冶金工業出版社，2004.