专利名称：粉末冶金射孔弹壳体材料的组成、专业模具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种石油射孔弹制造领域中所用的射孔弹壳体，特别是一种粉末冶金 射孔弹壳体材料的组成。本发明还涉及用于制造粉末冶金射孔弹壳体的专业模具及其制造 方法。
背景技术：
目前，在射孔弹壳体制造领域，广泛使用的射孔弹壳体主要是采用优质碳素钢(例 如20号钢)进行机械加工制造的。其加工工序繁杂，加工速度慢，加工周期长，并且需要预 留较大的加工余量，造成了原材料的浪费，制造成本较高。壳体材料的内部组织结构影响射 孔弹的穿深性能，而石油行业要求射孔弹的穿深越高越好。石油行业的全通径射孔等一些 特种射孔作业中，需要射孔弹在爆炸后全部形成小碎屑的粉末冶金壳体，优质碳素钢特别 是20号钢制壳体在爆炸后不能形成小碎屑，无法满足特种射孔作业需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉末冶金射孔弹壳体材料的组成及其制造方法，该粉 末冶金射孔弹壳体采用了粉末压制成型的方法，减少了繁杂的机械加工工序，提高了射孔 弹的加工效率，实现了无铁屑加工，降低了射孔弹壳体的加工成本；同时使用本方法制造的 射孔弹其穿深性能超过了传统的钢壳的穿深指标，提高了石油行业用射孔弹的性能指标。 此外本发明的另一个目的是提供一种制造该粉末冶金射孔弹壳体的专业模具。本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到该粉末冶金射孔弹壳体材料的组 成，各原料按重量百分比配比为碳粉0.8%，铜粉1-3%，镍粉Ni 1-3%，钼粉Mo 0. 1-1%,铁 粉 Fe 91. 2-97%，粘结剂 0. 1_1%。一种用于压制粉末冶金射孔弹壳体的专业模具，包括两部分，第一部分为为粉末 压制成型模具，第二部分为弹壳精整模具；其中粉末压制成型模具包括上模冲，下模冲，阴 模a，上模冲由内上浮动模和外上浮动模组成，外上浮动模底部开口为倒锥形，内上浮动模 置于外上浮动模的内腔且能够上下移动，下模冲由内下浮动模及外下固定模组成，内下浮 动模的上端为正圆锥形，内下浮动模置于外下固定模内腔且能够上下移动；外下固定模置 于阴模a内腔且能够上下移动。外上浮动模能够在阴模a内腔上下移动；
其中弹壳精整模具包括上模冲b、下模冲b、阴模b，所述的下模冲b在阴模b内腔下部 可上下移动，上模冲b在阴模b内腔的上部分可上下移动。一种利用专业模具制造粉末冶金射孔弹壳体的方法，包括下列步骤
(1)配料混合将权利要求1所述的原料混合均勻，得到混合金属粉末料；
(2)压制成型将(1)中的混合好的金属粉末料置于粉末压制成型模具的阴模a中并与 阴模a上端齐平处，首先外上浮动模和内上浮动模具以l-5mm/s的速度向下移动，进入阴模 a，在阴模a中移动I-Smm距离后，完成粉末移送，然后外上浮动模开始减速0. 1-1 mm/s，置 于阴模a内腔中的内下浮动模开始以0. 2-5 mm/s的速度向下移动，开始压制，并最终压制为成型，最终压制压力为1200-1300KN，保压时间为2-10S ；
(3)烧结将上述压制成型的压坯在N2和H2还原气氛烧结炉中，预烧结加热升温到预 烧结温度500-950°C，然后升温到正热烧结温度1100-1130°C，保温30-50min，然后降温冷 却至常温，烧结成合金烧结体弹壳；
(4)精整将烧结完成的弹壳放入弹壳精整模具的阴模b内腔下模冲b的上部分，对上 模冲b使用800KN的压力对弹壳进行一次压制，保压时间为1_2S，然后向上推动下模冲b 将精整完成的弹壳推出阴模b内腔；
(5)防腐处理将精整完成的弹壳放入蒸汽炉中，分两个阶段进行蒸汽处理第一段 温度控制在380-450°C，处理1-2小时，第二阶段温度控制在450_550°C，处理2_3小时。本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果该粉末冶金射孔弹壳体实现 了无铁屑加工，由于采用了粉末压制成型的方法，减少了繁杂的机械加工工序，提高了射孔 弹的加工效率，降低了射孔弹壳体的加工成本；通过活化烧结技术控制粉末冶金弹壳体的 内部组织结构，使粉末壳体制造的射孔弹其穿深性能超过了传统的钢壳的穿深指标，粉末 壳体的射孔弹在爆炸后全形成小的碎屑，可满足石油行业全通径射孔作业的需要。
附图1是本发明的粉末压制成型模具的结构示意图； 附图2是本发明的弹壳压制模具的结构示意图。图中1-内下浮动模，2-外下固定模，3-阴模a，4_外上浮动模，5-内上浮动模， 6-上模冲b，7-阴模b，8-下模冲b。
具体实施例方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明
一种用于压制粉末冶金射孔弹壳体的专业模具，包括两部分，第一部分为粉末压制成 型模具，第二部分为弹壳精整模具；如图1所示，其中粉末压制成型模具包括上模冲，下模 冲，阴模a3，上模冲由中空的内上浮动模5和外上浮动模4组成，外上浮动模4底部开口为 倒锥形，内上浮动模5置于外上浮动模4的内腔且可上下移动，下模冲由内下浮动模1及外 下固定模2组成，内下浮动模1的上端为正圆锥形，内下浮动模1置于外下固定模2内腔且 能够上下移动；外下固定模2置于阴模a3内腔且能够上下移动。外上浮动模4能够在阴模 a3内腔上下移动；如图2所示，其中弹壳精整模具包括上模冲MK下模冲b8、阴模b7，所述 的下模冲b8在阴模b7内腔下部能够上下移动，上模冲M在阴模b7内腔的上部分能够上 下移动。实施例1
(1)配料混合将配方中原料按重量百分比计，将0. 8份碳粉、1份铜粉、1份镍粉、0. 1 份钼粉、97份铁粉及0. 1份粘结剂硬脂酸锌混合均勻，得到混合金属粉末料，粘结剂起到暂 时的润滑及粘结的作用，其挥发点较低，在烧结工序将会被挥发掉。(2)压制成型将粉末压制成型模具安装在液压机上，将(1)中的混合好的金属粉 末料置于粉末压制成型模具的阴模a3中并与阴模a3上端齐平处，如图1所示，首先外上浮 动模5和内上浮动模4以lmm/s的速度向下移动，进入阴模a3，在阴模a3中移动Imm距离 后，外上浮动模开始以0. 1 mm/s向下移动，置于阴模a3内腔中的内下浮动模1开始以0. 2 mm/s的速度向下移动，最终压制为成型的压坯，最终压制压力为1200KN，保压时间为2S。
(3)烧结将上述压制成型的压坯烧结炉中，烧结炉内充有氮和氢气还原气，被烧 结的压坯在炉内预烧结加热升温到500°C，在预烧结过程中，粘结剂将逐渐挥发；然后升温 到正热烧结温度1100°C，保温30min，然后降温冷却至常温，烧结成合金烧结体弹壳；
(4)精整将弹壳精整模具安装在液压机上，将烧结完成的弹壳放入弹壳精整模具的阴 模b7内腔下模冲b8的上部分，如图2所示，对上模冲M使用800KN的压力对弹壳进行一 次压制，保压时间为1S，然后向上推动下模冲b8将精整完成的弹壳推出阴模b7内腔；
(5)防腐处理将精整完成的弹壳放入蒸汽炉中，分两个阶段进行蒸汽处理第一段温 度控制在380°C，处理1小时。第二阶段温度控制在450°C，处理2小时，最后蒸汽处理生产 出最终的产品。实施例2
(1)配料混合将配方中原料按重量百分比计，将0.8份碳粉、3份铜粉、3份镍粉、1份 钼粉、91. 2份铁粉及1份粘结剂混合均勻，得到混合金属粉末料；
(2)压制成型将粉末压制成型模具安装在液压机上，将(1)中的混合好的金属粉末料 置于粉末压制成型模具的阴模a3中并与阴模a3上端齐平处，如图1所示，首先外上浮动模 5和内上浮动模4以5mm/s的速度向下移动，进入阴模a3，在阴模a3中移动8mm距离后，外 上浮动模开始以1 mm/s向下移动，置于阴模a3内腔中的内下浮动模1开始以5 mm/s的速 度向下移动，最终压制为成型的压坯。最终压制压力为1300KN，保压时间为IOS ；
(3)烧结将上述压制成型的压坯送入网带式连续烧结炉，烧结炉内充有氮气和氢气还 原气，被烧结的压坯在炉内的网带上移动，预烧结加热升温到预烧结温度950°C，60min，在 预烧结过程中，粘结剂将逐渐挥发；然后升温到正热烧结温度1130°C后，保温50min，然后 再降温冷却至常温，烧结成合金烧结体弹壳；
(4)精整将弹壳精整模具安装在液压机上，将烧结完成的弹壳放入弹壳精整模具的阴 模b7内腔下模冲b8的上部分，如图2所示，对上模冲M使用800KN的压力对弹壳进行一 次压制，保压时间为2S，然后向上推动下模冲b8将精整完成的弹壳推出阴模b7内腔；
(5)防腐处理将精整完成的弹壳放入蒸汽炉中，分两个阶段进行蒸汽处理第一段温 度控制在450°C，处理2小时，第二阶段温度控制在550°C，处理3小时，最后蒸汽处理生产 出最终的产品。实施例3
(1)配料混合将配方中原料按重量百分比计，将将0.8份碳粉、0. 8份铜粉、2份镍粉、 0. 5份钼粉、95. 4份铁粉及0. 5份粘结剂混合均勻，得到混合金属粉末料；
(2)压制成型将粉末压制成型模具安装在液压机上，将(1)中的混合好的金属粉末料 置于粉末压制成型模具的阴模a3中并与中模a3上端齐平处，如图1所示，首先外上浮动模 5和内上浮动模4以3mm/s的速度向下移动，进入阴模a3，在阴模a3中移动5mm距离后，外 上浮动模开始以0. 5 mm/s向下移动，置于阴模a3内腔中的内下浮动模1开始以3 mm/s的 速度向下移动，最终压制为成型的压坯。最终压制压力为1300KN，保压时间为10S。(3)烧结将上述压制成型的压坯送入网带式连续烧结炉，烧结炉内充有N2和H2 还原气氛，被烧结的压坯在炉内的网带上移动，预烧结加热升温到预烧结温度750°C，在预 烧结过程中，粘结剂将逐渐挥发；然后升温到正热烧结温度1120°C，保温40min，然后降温 冷却至常温，烧结成合金烧结体弹壳；
5(4)精整将弹壳精整模具安装在液压机上，将烧结完成的弹壳放入弹壳精整模具的阴 模b7内腔下模冲b8的上部分，如图2所示，对上模冲M使用800KN的压力对弹壳进行一 次压制，保压时间为2S，然后向上推动下模冲b8将精整完成的弹壳推出阴模b7内腔；
(5)防腐处理将精整完成的弹壳放入蒸汽炉中，分两个阶段进行蒸汽处理第一段温 度控制在400°C，处理1小时，第二阶段温度控制在500°C，处理3小时，最后蒸汽处理生产 出最终的产品。本发明实施例所用的化学物质均为市售商品。该粉末冶金射孔弹壳体实现了无铁屑加工，由于采用了粉末压制成型的方法，通 过活化烧结技术控制粉末冶金弹壳体的内部组织结构，使粉末壳体制造的射孔弹其穿深性 能超过了传统的钢壳的穿深指标，可满足石油行业射孔作业的需要。同时粉末壳体的射孔 弹在爆炸后全形成小的碎屑，也可满足石油行业全通径射孔作业的需要。
权利要求
1.一种粉末冶金射孔弹壳体材料的组成，各原料按重量百分比配比为碳粉0.8%，铜 粉 1-3%，镍粉 Ni 1-3%，钼粉 Mo 0.1-1%，铁粉 Fe 91. 2_97%，粘结剂 0. 1_1%。
2.一种用于压制权利要求1所述的粉末冶金射孔弹壳体材料的专业模具，包括两部 分，第一部分为粉末压制成型模具，第二部分为弹壳精整模具，其特征在于其中粉末压制 成型模具包括上模冲，下模冲，阴模a (3)，上模冲由内上浮动模(5)和外上浮动模(4)组 成，外上浮动模(4)底部开口为倒锥形，内上浮动模(5)置于外上浮动模(4)的内腔且能够 上下移动，下模冲由内下浮动模(1)及外下固定模(2)组成，内下浮动模(1)的上端为正圆 锥形，内下浮动模(1)置于外下固定模(2)内腔且能够上下移动；外下固定模(2)置于阴模 a (3)内腔且能够上下移动，外上浮动模(4)能够在阴模a (3)内腔上下移动；其中弹壳精整模具包括上模冲b (6)、下模冲b (8)、阴模b (7)，所述的下模冲b (8) 在阴模b (7)内腔下部能够上下移动，上模冲b (6)在阴模b (7)内腔的上部分能够上下 移动。
3.一种利用权利要求2所述的专业模具制造粉末冶金射孔弹壳体的方法，包括下列步骤(1)配料混合将权利要求1所述的原料混合均勻，得到混合金属粉末料；(2)压制成型将(1)中的混合好的金属粉末料置于粉末压制成型模具的阴模a(3)中 并与阴模a (3)上端齐平处，首先外上浮动模(4)和内上浮动模具(5)以l-5mm/s的速度向 下移动，进入阴模a (3)，在阴模a (3)中移动l-8mm距离后，完成粉末移送，然后外上浮动 模(4)开始减速到0. 1-1 mm/s，置于阴模a (3)内腔中的内下浮动模(1)开始以0. 2_5 mm/ s的速度向下移动，开始压制，并最终压制为成型，最终压制压力为1200-1300KN，保压时间 为 2-10S ；(3)烧结将上述压制成型的压坯在N2和H2还原气氛烧结炉中，预烧结加热升温到预 烧结温度500-950°C，然后升温到正热烧结温度1100-1130°C，保温30-50min，然后降温冷 却至常温，烧结成合金烧结体弹壳；(4)精整将烧结完成的弹壳放入弹壳精整模具的阴模b(7)内腔下模冲b (8)的上 部分，对上模冲b (6)使用800KN的压力对弹壳进行一次压制，保压时间为1_2S，然后向上 推动下模冲b (8)将精整完成的弹壳推出阴模b (7)内腔；(5)防腐处理将精整完成的弹壳放入蒸汽炉中，分两个阶段进行蒸汽处理第一阶 段温度控制在380-450°C，处理1-2小时，第二阶段温度控制在450_550°C，处理2_3小时。
全文摘要
本发明涉及一种粉末冶金射孔弹壳体材料的组成、专业模具及其制造方法。主要解决了传统的射孔弹壳体机械加工工序繁杂、加工效率低、成本高的问题。该粉末冶金射孔弹壳体材料的组成，各原料按重量百分比配比为碳粉0.8%，铜粉1-3%，镍粉Ni1-3%，钼粉Mo0.1-1%，铁粉Fe91.2-97%，粘结剂0.1-1%；其配料混合后经过压制成型、烧结、精整、防腐处理，生产出最终的产品。该粉末冶金射孔弹壳体采用了粉末压制成型的方法，实现了无铁屑加工，加工效率高，降低了加工成本；用粉末壳体制造的射孔弹其穿深性能超过了传统的钢壳的穿深指标，同时具备低碎屑特点，适用于石油行业全通径射孔等特殊作业需要。
文档编号B22F3/03GK102091780SQ20111002185
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者崔佳丽, 廉宏峰, 徐志国, 李晓峰, 汤占军, 潘永新, 熊健, 王伟, 郭忠万, 顾军 申请人:大庆石油管理局