用于制造具有金屬包層的燃料噴嘴坯體的方法
【專利摘要】一種通過(guò)熱等靜壓制造具有芯體(5)和金屬包層(60)的金屬形體(50)的方法，該方法包括下列步驟：?提供中空形體(2)，所述中空形體(2)包括底壁(3)、芯體(5)和側(cè)壁(4)，其中以包層材料(8)填充所述中空形體；?在HIP步驟之前，向所述中空形體(2)的所述底壁(3)和所述頂壁(9)提供至少一個(gè)定中心裝置(11、12)，以使在步驟HIP中獲得的最終形體(20)在金屬加工設(shè)備(30)中居中。
【專利說(shuō)明】
用于制造具有金屬包層的燃料噴嘴坯體的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分制造具有包層的金屬形體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱等靜壓(HIP)是一種傳統(tǒng)的制造金屬材料的組件的方法。該方法允許制造近凈 成形的復(fù)雜組件，并且允許在同一產(chǎn)品中集成不同的材料。在HIP中，限定組件的最終形狀 的鋼制封殼被填充以金屬粉末，并且之后經(jīng)受高溫和高壓，以便金屬粉末的顆粒結(jié)合為固 體組件。
[0003] 熱等靜壓可以被用于向預(yù)制的芯體上施加金屬材料包層。WO 2004/030850A1描述 了一種制造燃料閥噴嘴的方法。根據(jù)該方法，金屬管段被布置成繞預(yù)鍛造的噴嘴芯體形成 空間。該空間被填充以金屬粉末，并且該布置被封入封殼內(nèi)并且經(jīng)受HIP，以便金屬粉末、芯 體和管段結(jié)合成固體組件。
[0004] 在
【申請(qǐng)人】的歐洲專利申請(qǐng)EP12173411中描述了一種用于制造閥噴嘴的類似方法。 該方法包括以金屬加工操作將固體坯料形成中空形體的步驟，該中空形體包括芯體從其中 延伸的底壁以及封入繞芯體的空間的側(cè)壁。該空間被填充以金屬包層材料，并且被上壁封 閉，之后經(jīng)受HIP。
[0005] 在HIP之后，固體組件通常經(jīng)受加工，以便暴露芯體上的包層。通常，通過(guò)車削或者 銑削執(zhí)行加工。
[0006] 然而，最終固結(jié)的組件通常在HIP過(guò)程期間變形。這導(dǎo)致組件加工中存在問(wèn)題，因 為變得難以在加工設(shè)備中精確地夾緊并且使組件居中。結(jié)果，包層可能未被加工至精確厚 度。現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步缺點(diǎn)在于，由于麻煩的手工勞動(dòng)以及合格組件的產(chǎn)量低，組件的加工 耗時(shí)并且成本高。
[0007] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于提出一種允許通過(guò)HIP制造具有包層的金屬組件的改進(jìn) 方法，由此最終組件上的包層具有非常低的厚度變化。本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)一種 制造具有包層的金屬組件的成本有效的方法。本發(fā)明的又進(jìn)一步目標(biāo)在于提出一種制造具 有包層的金屬組件的方法，由此能夠在短時(shí)間內(nèi)并且以少量努力執(zhí)行該方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)一種制造具有芯體5和金屬包層60的金屬形體50的 方法實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)上述目標(biāo)，該方法包括下列步驟：
[0009] -提供至少一個(gè)中空形體2,該中空形體2包括底壁3、從底壁3延伸的芯體5以及從 所述底壁3延伸并且封入芯體5的側(cè)壁4,以便繞芯體5形成內(nèi)部空間6;
[0010] -以金屬包層材料8填充內(nèi)部空間6;
[0011]-通過(guò)在側(cè)壁4上布置頂壁9而封閉內(nèi)部空間6;
[0012]-將所填充的中空形體2置于封殼10內(nèi)，并且從封殼（10)抽空空氣并且密封封殼 10;
[0013]-使封殼10在預(yù)定溫度、預(yù)定壓力下經(jīng)受熱等靜壓(HIP)持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以便包層 材料8與中空形體2結(jié)合并且形成固體形體20;
[0014]-在金屬加工設(shè)備30中加工固體形體20，其中移除至少一部分側(cè)壁4，并且所暴露 的包層材料8被加工成預(yù)定厚度的包層60;其特征在于中空形體2的底壁3和頂壁9在熱等靜 壓步驟之前每個(gè)都設(shè)有至少一個(gè)定中心裝置11、12,以使在熱等靜壓步驟中獲得的最終形 體20在金屬加工設(shè)備30中居中。
[0015]通過(guò)在熱等靜壓步驟之前在中空形體中提供定中心裝置，即使固體形體在HIP期 間變形，也能夠使經(jīng)HIP的固體形體在金屬加工設(shè)備中相對(duì)于固體形體的芯體中心精確居 中。通過(guò)之后將包層加工成被確定為距離芯體的中心一定距離的預(yù)定厚度，繞芯體的包層 的厚度可以保持在非常窄的公差范圍內(nèi)。
[0016] 參考圖8進(jìn)一步解釋本發(fā)明的原理。圖8示意性地示出固體的經(jīng)HIP的組件20的縱 向橫截面，組件20包括具有底壁3、上壁9和芯體5的中空形體2。芯體5被嵌入包層材料8中。 封殼10圍繞固體形體。以突出的截頂錐體和截頂錐體凹進(jìn)形式的定中心裝置11、12被設(shè)置 在底壁3和上壁9內(nèi)。
[0017] 圖8示意性地指示已經(jīng)在HIP過(guò)程期間發(fā)生的變形。這種變形在一定程度上通常是 各向異性的，并且特別是在伸長(zhǎng)圓柱形組件的情況下，經(jīng)HIP的形體的周界可能不均勻地變 形。
[0018] 然而，應(yīng)明白，圖8是示意性的，并且為了例示而極大地夸大了變形的各向異性性 質(zhì)。實(shí)際上，變形也更復(fù)雜得多。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，定中心裝置11和12在HIP之前被施加在中空形體的底壁3和上壁9的 中心(位置X1)。在壓實(shí)期間，封殼10和固體形體20的周界在圖8中所示的徑向方向中各向異 性地變形。然而，定中心裝置11、12的位置不受變形的影響。當(dāng)固體形體之后在車床內(nèi)受到 車削形式的加工操作時(shí)，固體形體2可以通過(guò)金屬加工設(shè)備中的相應(yīng)頂尖而沿線XI居中。然 后，固體形體2將相對(duì)于芯體5的真正中心居中，并且加工操作將產(chǎn)生繞芯體具有非常小的 厚度變化的包層。
[0020] 在包層的組件(不包括定中心裝置)的傳統(tǒng)制造的情況下，固體形體20的端部通常 被卡盤(pán)抓握，并且因此固體形體相對(duì)于卡盤(pán)的中心居中。然而，由于固體形體的周圍各向異 性地變形，所以卡盤(pán)的中心將相對(duì)于預(yù)先制造的形體的芯體的中心不對(duì)齊。而是，固體形體 將沿偏離芯體中心的線X2居中。當(dāng)加工固體形體時(shí)，偏離居中將引起固體形體偏心地旋轉(zhuǎn)， 并且引起芯體上的厚度變化。
[0021] 在從屬權(quán)利要求和下文詳細(xì)說(shuō)明中公開(kāi)了本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1-7示出發(fā)明方法的步驟。
[0023] 圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造的中空形體。
[0024]圖9示出已經(jīng)通過(guò)發(fā)明方法獲得的燃料閥噴嘴坯體。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下文將參考用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是雙沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射閥坯體的制造 詳細(xì)地描述發(fā)明方法。對(duì)于進(jìn)一步細(xì)節(jié)，參考
【申請(qǐng)人】的未公開(kāi)歐洲專利申請(qǐng)EP12173411，其 內(nèi)容通過(guò)引用并入。
[0026] 在方法的第一步驟中，提供中空形體2。圖1示意性地示出為圓柱形并且具有旋轉(zhuǎn) 對(duì)稱形狀的中空形體2的側(cè)視圖。中空形體2可以由工具鋼，例如AISI H13/SS2242制造。中 空形體2具有芯體5和側(cè)壁4從其中延伸的底壁3。芯體5從底壁3的中心延伸，并且側(cè)壁4從底 壁的周界延伸。側(cè)壁4圍繞芯體5,即與芯體5同軸，以便在側(cè)壁4的內(nèi)部周界和芯體5的外部 周界之間限定空間6。在縱向方向中，側(cè)壁4延伸超過(guò)芯體5。由此，側(cè)壁4的內(nèi)部周界確定了 空間6在徑向方向的界限，并且側(cè)壁4在縱向方向的延伸確定了空間6的上部延伸。底壁3具 有基本為平面的端部表面3a，以便中空形體2被豎直地置于HIP封殼的底部上。在制造包層 的組件時(shí)使用中空形體的優(yōu)點(diǎn)在于，提供側(cè)壁4在HIP期間在中空形體的徑向方向中產(chǎn)生更 均勻的變形。這繼而引起包層的低厚度變化。進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于，可以提前準(zhǔn)備經(jīng)填充的中空 形體，這有利于同時(shí)地高效制造數(shù)個(gè)噴嘴坯體。
[0027] 根據(jù)發(fā)明方法的第一替選，通過(guò)加工固體金屬坯料，即單件金屬，例如固體圓柱形 鋼桿而制造中空形體2。固體鋼坯經(jīng)受金屬加工操作，例如銑削，其中從坯料移除金屬，以便 芯體5、空間6和側(cè)壁4在坯1的一端中形成，并且在坯的另一端留有底壁3。其優(yōu)點(diǎn)在于，中空 形體的不同部分，即芯體和底壁與上壁能夠關(guān)于彼此非常精確地制成。不存在對(duì)輔助操作， 諸如將中空形體的部分彼此附接的焊接的進(jìn)一步需求。
[0028] 根據(jù)發(fā)明方法的第二替選，參見(jiàn)圖3,中空形體2通過(guò)將管段19附接在預(yù)先形成的 噴嘴預(yù)制形體1上而成型。噴嘴預(yù)制形體1例如可以通過(guò)鍛造或者鑄造，可能結(jié)合加工而制 造出來(lái)。噴嘴預(yù)制形體包括芯體5和底壁3。底壁3的上部包括肩臺(tái)3b，肩臺(tái)3b圍繞芯體5的底 座并且由此向管段19提供支撐表面。管段19被布置成其一個(gè)端部表面被支撐在肩臺(tái)3a上， 并且以便管段圍繞芯體5,并且在縱向方向中延伸超過(guò)芯體。由此，管段19成為側(cè)壁4,并且 形成繞芯體5的空間6。優(yōu)選地，管段的端部被焊接至底壁3,以便在HIP期間保持其處于穩(wěn)定 位置。這種制造預(yù)制形體的方式快速并且廉價(jià)。管段19可以由結(jié)構(gòu)鋼，諸如1312(E235)制 造。
[0029] 在第二步驟中，參見(jiàn)圖3,空間6被金屬包層材料8填充，以便芯體5嵌入金屬包層材 料內(nèi)。優(yōu)選地，金屬包層材料為金屬粉末。使用粉末的優(yōu)點(diǎn)在于，由此能夠易于填充空間6， 即使芯體具有復(fù)雜形狀。金屬包層材料8具有與芯體5不同的化學(xué)組分。本實(shí)施例涉及一種 燃料噴射噴嘴，并且金屬包層材料的目的在于在噴嘴的芯體部分上提供抗腐蝕層。因此，優(yōu) 選地，金屬包層材料由鎳合金組成，例如NiCr49Nbl或者NiCr22W6A15或者NiCr22MoNbTi。在 填充后，可以通過(guò)沖壓或者搖動(dòng)而壓實(shí)金屬包層材料8,以確保填充中空形體中的所有空隙 (未示出）。
[0030] 在第三步驟中，封閉經(jīng)填充的中空形體2。由此，在側(cè)壁4的上端的頂部上布置頂壁 9。參見(jiàn)圖3,頂壁9包括被支撐在側(cè)壁4的上端上的下側(cè)％，以及方向?yàn)檫h(yuǎn)離中空形體2的上 側(cè)9a。上壁9被設(shè)計(jì)成其完全覆蓋中空形體2的上端，并且由此形成封閉中空形體的蓋子。為 了允許在隨后的空氣抽空步驟中從中空形體抽出空氣，上壁9不應(yīng)被密封至側(cè)壁4的上端。 頂壁9可以由結(jié)構(gòu)鋼，諸如1312(E235)制造。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)填充的中空形體2的底壁3和頂壁9具有用于使最終經(jīng)HIP的形體在 金屬加工設(shè)備中居中的定中心裝置11和12。圖4示意性地示出定中心裝置在經(jīng)填充的中空 形體2中的位置。第一定中心裝置11被設(shè)置在底壁3的端部表面3b中，第二定中心裝置12被 設(shè)置在頂壁9的上側(cè)9a中。
[0032]明顯地，定中心裝置應(yīng)被設(shè)置在未被包層材料覆蓋，因而不存在包層材料的中空 形體位置中。
[0033] 優(yōu)選地，定中心裝置11和12位于底壁和頂壁的中心，以便它們沿縱向穿過(guò)芯體5的 中心并且穿過(guò)兩個(gè)定中心裝置11、12延伸的直線13對(duì)齊。
[0034] 優(yōu)選地，中空形體的底壁和頂壁兩者中的定中心裝置都被設(shè)計(jì)成由傳統(tǒng)金屬加工 設(shè)備中的相應(yīng)的頂尖(center)接合。根據(jù)本發(fā)明，"金屬加工設(shè)備"也被稱為"金屬機(jī)床"，或 者"機(jī)床"可以為金屬切割機(jī)，諸如車床或者銑刀。金屬加工設(shè)備也可以為放電加工裝置。
[0035] 優(yōu)選地，金屬加工設(shè)備為車床，即用于通過(guò)車削而對(duì)鋼進(jìn)行加工的設(shè)備。如下文進(jìn) 一步所述的，車床的頂尖是所謂的呈錐體或者截頂錐體的形式的"陽(yáng)型頂尖"?？商孢x地，車 床中的頂尖是呈具有圓錐形開(kāi)口的套管的形式的"陰型頂尖"，又稱"漸縮套管"。例如由德 國(guó)R5hm公司（德國(guó)郵編為89567的Sontheim/Brenz市的Heinrich-Rdhm大街50號(hào)的 R0H Μ股份有限公司）市售這些頂尖。
[0036] 因此，中空形體中的定中心裝置為"陽(yáng)型定中心裝置"或者"陰型定中心裝置"的形 式。陽(yáng)型定中心裝置為突出元件，例如錐體或者截頂錐體的形式。陰型定中心裝置為凹進(jìn)， 即孔。例如，陰型定中心裝置為具有錐體或者截頂錐體形狀的凹進(jìn)或者孔的形式。優(yōu)選地， 中空形體內(nèi)的定中心裝置與車床中的市售頂尖互補(bǔ)。然而，陽(yáng)型定中心裝置能夠?yàn)槿魏涡?狀的突出元件，并且陰型定中心裝置能夠?yàn)槿魏涡螤畹陌歼M(jìn)。
[0037] 在圖4中，呈截頂錐體形狀凹進(jìn)形式的陰型定中心裝置11被設(shè)置在底壁3的端部表 面3a中。優(yōu)選地在中空形體2的下端表面中提供陰型定中心裝置，因?yàn)橹锌招误w2然后可以 被穩(wěn)定地置于直立位置。呈突出的截頂錐體形式的陽(yáng)型定中心裝置12被設(shè)置在上壁9的上 表面9a中。
[0038]明顯地，陽(yáng)型定中心裝置或者陰型定中心裝置能夠被設(shè)置在中空形體2的上壁中 或者底壁中。例如，陽(yáng)型定中心裝置能夠被設(shè)置在底壁3中，并且陰型定中心裝置能夠被設(shè) 置在上壁9中，反之亦然。也可能在底壁3和上壁9兩者中都設(shè)置陽(yáng)型定中心裝置?；蛘咴谥?空形體2的底壁3和上壁9兩者中都設(shè)置陰型定中心裝置。
[0039] 可以通過(guò)鉆孔或者銑削實(shí)現(xiàn)陰型定中心裝置，例如凹進(jìn)或者孔?？梢酝ㄟ^(guò)加工中 空形體的底壁或者頂壁的端部表面實(shí)現(xiàn)陽(yáng)型定中心裝置，例如錐體或者截頂錐體。也可以 通過(guò)加工并且之后通過(guò)焊接至中空形體的頂壁或者底壁而附接錐體來(lái)預(yù)制錐體或者截頂 錐體。
[0040] 參見(jiàn)圖5,然后中空形體被置于封殼10內(nèi)。優(yōu)選地，封殼為具有封閉的底端的鋼管。 優(yōu)選地，鋼管由低碳鋼制造。封殼的長(zhǎng)度大于至少一個(gè)中空形體的長(zhǎng)度。然而，如圖5中所 示，多個(gè)中空形體通常在一個(gè)封殼內(nèi)同時(shí)經(jīng)HIP。多個(gè)中空形體能夠?yàn)槿魏螖?shù)目，諸如2個(gè)或 者更多，5個(gè)或者更多，或者10個(gè)或者更多。例如，多個(gè)中空形體能夠?yàn)?-10或者2-20。因此， 封殼的長(zhǎng)度大于將經(jīng)受HIP的多個(gè)中空形體的總長(zhǎng)度，即各個(gè)中空形體的長(zhǎng)度之和。管狀封 殼的壁厚足夠大(正常為至少1mm)，以確保封殼的內(nèi)部在HIP期間被密封。封殼的內(nèi)徑稍微 大于中空形體的外徑。例如，定義淋的封殼的內(nèi)徑和中空形體的外徑之間的比例 在1-1.10的范圍內(nèi)。
[0041]參考圖5,多個(gè)中空形體2在封殼10內(nèi)被釘固在彼此的頂部之上。為了避免相鄰的 中空形體彼此結(jié)合，中空形體的頂表面3a和底表面9a具有防止冶金結(jié)合的涂層。例如，該涂 層為氮化硼。
[0042]存在中空形體內(nèi)的陰型定中心裝置在HIP期間變形或者甚至是封閉的可能性。為 了避免這種可能性，可以在將中空形體插入封殼中之前，將覆蓋件40置于封殼的底部?jī)?nèi)。覆 蓋件40包括被支撐在封殼的底部上的一個(gè)表面40a，以及包括適合配合到陰型定中心裝置 內(nèi)的突出元件40c的一個(gè)表面40b。在這種情況下，突出元件40c為截頂錐體。覆蓋件40的突 出元件40c填滿封殼10中的第一中空形體2的陰型定中心裝置11，并且防止定中心裝置11在 HIP期間變形。顯然，覆蓋件也可以具有氮化硼涂層，以防止結(jié)合。之后，進(jìn)一步填充和封閉 的中空形體被插入封殼內(nèi)，并且被釘固在彼此的頂部上。由此，一個(gè)中空形體2的陽(yáng)型定中 心裝置12被接納在下一中空形體2的陰型定中心裝置11中。第二覆蓋件40位于最上部中空 形體2的頂部上。第二覆蓋件包括一個(gè)表面40b，表面40b包括適合接納最上部中空形體的陽(yáng) 型定中心裝置12的凹進(jìn)40d。相對(duì)的表面40a為平面的，并且朝向封殼的開(kāi)口。第二覆蓋件40 的布置防止了最上部中空形體的陽(yáng)型定中心裝置在HIP期間損傷該封殼。顯然，覆蓋件的設(shè) 計(jì)可以適合中空形體內(nèi)的定中心裝置。
[0043]所述的將多個(gè)中空形體置于封殼內(nèi)的布置當(dāng)然是一種制造大量噴射噴嘴的成本 有效方法。然而，所述的在底部中具有陰型定中心裝置并且在頂部中具有陽(yáng)型定中心裝置 的中空形體的布置提供了另外的優(yōu)點(diǎn)。首先，這種布置將釘固的各個(gè)中空形體彼此鎖定，并 且使得中空形體的釘固在HIP期間保持相對(duì)穩(wěn)定。其次，通過(guò)所述布置，由另一中空形體中 的陽(yáng)型定中心裝置保護(hù)一個(gè)中空形體中的陰型定中心裝置在HIP期間不變形。因此，僅需要 一個(gè)覆蓋件以保護(hù)最下部中空形體內(nèi)的陰型定中心裝置。這進(jìn)一步降低了成本。
[0044]優(yōu)選地，陽(yáng)型定中心裝置具有包括最大60°，優(yōu)選40-60°的傾斜角的截頂錐體形 式。優(yōu)選地，陰型定中心裝置為具有相同截頂錐體形狀，即最大60°，優(yōu)選40-60°的傾斜角的 孔。測(cè)試已經(jīng)顯示，具有這些尺寸的匹配的定中心裝置在HIP期間使陰型定中心裝置變形很 小或者無(wú)變形。測(cè)試也已經(jīng)顯示，這些尺寸防止陽(yáng)型定中心裝置在HIP期間卡在陰型定中心 裝置內(nèi)。由此允許在HIP后，中空形體可以易于彼此分離。
[0045] 當(dāng)所有的中空形體都已經(jīng)位于封殼內(nèi)時(shí)，則具有開(kāi)口 10c的蓋子10b被焊接在封殼 的上端上。封殼可能包括在將包層結(jié)合至芯體時(shí)具有負(fù)面作用的空氣。因此，通過(guò)對(duì)封殼抽 真空而從封殼10抽空空氣。通過(guò)蓋子上的開(kāi)口抽真空，并且之后蓋子中的開(kāi)口被焊接閉合， 以便密封該封殼。
[0046] 之后，參見(jiàn)圖6,中空形體2經(jīng)受熱等靜壓(HIP)。由此，具有中空形體的封殼被置于 HIP爐100內(nèi)，并且經(jīng)受預(yù)定溫度、預(yù)定壓力，持續(xù)預(yù)定時(shí)間段，以便金屬包層材料、芯體、側(cè) 壁以及頂壁和底壁彼此結(jié)合為緊密并且固體的最終形體。通常，爐內(nèi)的壓力在700-1100巴 的范圍內(nèi)，優(yōu)選為900-1100巴，并且最優(yōu)選約1000巴。溫度被選為低于具有最低熔點(diǎn)的材料 的熔點(diǎn)。溫度越接近熔點(diǎn)，其中能夠形成脆弱條紋的熔融相的形成風(fēng)險(xiǎn)越高。然而，在低溫 下，擴(kuò)散過(guò)程減慢，并且經(jīng)HIP的材料將含有殘余孔隙，并且材料之間的材料結(jié)合變?nèi)?。?此，溫度在900-1200°C的范圍內(nèi)，優(yōu)選1100-1200°C，并且最優(yōu)選約1150°(^ΗΙΡ過(guò)程的持續(xù) 時(shí)間取決于組件的大小，然而，為了高效生產(chǎn)，優(yōu)選的是短時(shí)間。因此，一旦已經(jīng)達(dá)到所述壓 力和溫度的HIP步驟的持續(xù)時(shí)間在1-4小時(shí)的范圍內(nèi)。在已經(jīng)完成HIP過(guò)程后，優(yōu)選地，所述 固體形體可以經(jīng)受任何適當(dāng)?shù)臒崽幚恚T如退火。在HIP后，通過(guò)切割封殼而分離固體形體。 例如可以通過(guò)酸洗而從各個(gè)固體形體移除封殼。封殼也可以保留在各個(gè)固體形體上，并且 作為代替，在加工期間移除。圖8示出HIP后的固體形體。
[0047]在最終方法步驟中，HIP過(guò)程產(chǎn)生的固體形體經(jīng)受金屬加工操作，其中至少一部分 側(cè)壁4被移除，并且所暴露的包層材料8被加工成預(yù)定厚度的包層60。通常，通過(guò)在車床中車 削而執(zhí)行加工操作。
[0048]圖7示意性地示出車床30形式的金屬加工設(shè)備30。該車床包括面驅(qū)動(dòng)器32與其連 接的床頭箱31。面驅(qū)動(dòng)器32被車床的驅(qū)動(dòng)單元(未示出)旋轉(zhuǎn)，并且接合固體形體20，以在銑 削期間使其旋轉(zhuǎn)。為了接合固體形體，面驅(qū)動(dòng)器32具有卡入固體形體20的端部表面3a內(nèi)的 加硬驅(qū)動(dòng)銷33,以便面驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被傳遞給固體形體20。呈截頂錐體形式的陽(yáng)型頂 尖34位于面驅(qū)動(dòng)器的中心。車床的陽(yáng)型頂尖適合接合固體形體的陰型定中心裝置11。因此， 金屬加工設(shè)備中的頂尖被設(shè)計(jì)成其可以接合固體形體內(nèi)的定中心裝置，反之亦然。
[0049] 車床的尾架35包括由具有截頂錐體形式的內(nèi)部形狀的漸縮套管37組成的陰型頂 尖36。漸縮套管適合接納固體形體20的頂壁9內(nèi)的陽(yáng)型定中心裝置12。頂尖包括軸（未示 出），其中頂尖通過(guò)該軸附接至車床的尾架。在這種情況下，頂尖為繞尾架可旋轉(zhuǎn)地布置的 活動(dòng)頂尖。然而，頂尖也能夠?yàn)樗^的死頂尖。設(shè)置金屬切削刀具38,即車床刀具或者車床 鋼，以從固體形體移除金屬。
[0050] 在操作中，面驅(qū)動(dòng)器的陽(yáng)型頂尖34被插入固體形體的第一端部表面3a中的陰型定 中心裝置11內(nèi)，并且車床的尾架的陰型頂尖37接納固體形體20的第二端部表面4a內(nèi)的陽(yáng)型 定中心裝置12。面驅(qū)動(dòng)器將固體形體朝著車床的尾架中的陰型頂尖壓緊，并且同時(shí)迫使驅(qū) 動(dòng)銷33進(jìn)入固體形體的端部表面3a內(nèi)。當(dāng)車床的陽(yáng)型和陰型頂尖兩者都接合固體形體的陽(yáng) 型和陰型定中心裝置時(shí)，固體形體在車床內(nèi)居中。
[0051] 視需要，固體形體20內(nèi)的定中心裝置11、12可以在使固體形體在車床內(nèi)居中之前 暴露。例如，通過(guò)以手持工具磨削而移除一部分封殼。
[0052] 在使固體形體居中之后執(zhí)行車削，直到實(shí)現(xiàn)期望厚度的包層。這被實(shí)現(xiàn)是因?yàn)橐?預(yù)制形體的中心和車床刀具之間的預(yù)定距離對(duì)車床的控制系統(tǒng)編程。在車削期間，至少一 部分側(cè)壁4被車床切削刀具38移除。通常，整個(gè)側(cè)壁都被移除。然后，所暴露的包層材料也被 車床刀具移除，直到達(dá)到預(yù)定的距離，并且獲得預(yù)定厚度的包層。
[0053] 之后，噴射噴嘴坯體可以經(jīng)受進(jìn)一步加工而成為最終噴射噴嘴，例如鉆孔，以及對(duì) 包層的進(jìn)一步加工。
[0054] 示例
[0055] 下文將參考比較示例描述本發(fā)明。
[0056] 根據(jù)發(fā)明方法制造了六個(gè)噴射噴嘴坯體。噴射噴嘴坯體包括由粉末形式的 NiCr22MoNbTi包層材料填充的鋼制AISI H13/SS2242的中空形體。噴嘴坯體具有下列尺寸， 參見(jiàn)圖19:高度(H)62.7mm，底座直徑(BD) :32.5mm，上部直徑(UD) :21.5mm。
[0057] 被用于制造噴嘴坯體的預(yù)先制造的形體設(shè)有位于頂部中的呈截頂錐體形式的陽(yáng) 型定中心裝置，以及位于底部中的也呈截頂錐體形式的陰型定中心裝置。陽(yáng)型定中心裝置 具有11mm的底座直徑、5.5_高度以及60°傾斜角。
[0058]六個(gè)預(yù)先制造的噴嘴坯體被置于封殼內(nèi)，并且以970巴的壓力和1150°C的溫度經(jīng) HIP 1小時(shí)。之后，在日本大隈Space Turn LB3000EX型車床中加工固體形體。車床在面驅(qū)動(dòng) 器和尾架中設(shè)有與固體形體的頂壁和底壁中的定中心裝置對(duì)應(yīng)的頂尖。
[0059]在車削后，在離頂部14-16mm的位置處切削噴嘴，并且在光學(xué)顯微鏡下檢查切削表 面，以確定包層的厚度。圖9中的虛線示出切削的位置。繞切削表面做出四次測(cè)量，并且記錄 最大和最小讀數(shù)。
[0060] 作為比較，制造另外六個(gè)噴嘴并且使其經(jīng)受上述測(cè)量。然而，這些噴嘴的預(yù)先制造 的噴嘴坯體不設(shè)有定中心裝置。比較噴嘴也在上述車床內(nèi)車削，并且由固體形體的一端內(nèi) 的卡盤(pán)夾緊。
[0061] 在表1中示出測(cè)量結(jié)果：
[0062]
[0063]表:測(cè)試噴嘴的包層厚度
[0064]結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)制造的噴嘴相比，在通過(guò)發(fā)明方法制造的噴嘴中實(shí)現(xiàn)了包層厚 度的窄得多的公差。發(fā)明噴嘴的目標(biāo)包層厚度為3mm，并且繞芯體的厚度測(cè)量變化在0.03-0.12_的范圍內(nèi)。相比之下，比較噴嘴具有繞芯體在0.16-0.95_范圍內(nèi)變化的包層厚度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制造具有芯體(5)和金屬包層(60)的金屬形體(50)的方法，包括下列步驟： -提供至少一個(gè)中空形體(2)，所述中空形體(2)包括底壁(3)、從所述底壁(3)延伸的芯 體(5)以及從所述底壁(3)延伸并且包圍所述芯體(5)的側(cè)壁(4)，以便繞所述芯體(5)形成 內(nèi)部空間(6); -以金屬包層材料(8)填充所述內(nèi)部空間(6); -通過(guò)在所述側(cè)壁(4)上布置頂壁(9)而封閉所述內(nèi)部空間(6); -將所填充的中空形體(2)置于封殼（10)內(nèi)，并且從所述封殼（10)抽空空氣并且密封所 述封殼(10); -使所述封殼（10)在預(yù)定溫度、預(yù)定壓力下經(jīng)受熱等靜壓(HIP)持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以便所 述包層材料(8)與所述中空形體(2)結(jié)合并且形成固體形體(20); -在金屬加工設(shè)備（30)中加工所述固體形體(20)，其中移除至少一部分所述側(cè)壁(4)， 并且所暴露的包層材料(8)被加工成預(yù)定厚度的包層(60); 其特征在于 -所述中空形體(2)的所述底壁(3)和所述頂壁(9)在熱等靜壓步驟之前每個(gè)都設(shè)有至 少一個(gè)定中心裝置（11、12)，以使在所述熱等靜壓步驟中獲得的最終形體(20)在所述金屬 加工設(shè)備(30)中居中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述最終形體(20)通過(guò)所述最終形體(20)內(nèi)的所 述定中心裝置（11、12)和所述金屬加工設(shè)備(30)內(nèi)的相應(yīng)的頂尖(34、37)之間的接合而在 所述金屬加工設(shè)備(30)內(nèi)居中。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述定中心裝置（11、12)為陽(yáng)型定中心裝置 (12) 或者陰型定中心裝置(11)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陽(yáng)型定中心裝置（12)為錐體或 者截頂錐體。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陰型定中心裝置（11)為具有錐 體形狀的凹進(jìn)或者具有截頂錐體形狀的凹進(jìn)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在熱等靜壓之前，所述定中心裝置 (11、12)被設(shè)置在所述中空形體(2)的所述底壁(3)的中心以及所述頂壁(9)的中心，并且沿 穿過(guò)所述中空形體(2)的所述芯體(5)的中心以及兩個(gè)定中心裝置（11、12)延伸的垂直軸線 (13) 對(duì)齊。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的方法，包括至少將第一覆蓋件(40)布置在所述 封殼（10)內(nèi)的步驟，其中所述覆蓋件(40)包括適合被完全地接納在陰型定中心裝置（11)內(nèi) 的突起(40c)，或者其中所述覆蓋件(40)包括適合完全地接納陽(yáng)型定中心裝置（12)的凹進(jìn) (40d)〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述中空形體(2)由金屬加工操作形 成，其中從固體坯體(1)移除金屬。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)將管段（19)附接至包括底壁(3) 的預(yù)制形體（1)而制造所述中空形體(2)，其中芯體(5)從所述底壁延伸，以便所述管段（19) 繞所述芯體(5)形成所述側(cè)壁(4)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的方法，包括制造多個(gè)中空形體(2)以及將所述 中空形體(2)在所述封殼(10)內(nèi)置于彼此的頂部上的步驟。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中每個(gè)中空形體(2)的所述底壁(3)都包括陰型定 中心裝置（11)，并且其中每個(gè)中空形體(2)的所述頂壁(9)都包括陽(yáng)型定中心裝置（12)，其 中所述陰型定中心裝置和所述陽(yáng)型定中心裝置適合于使得陽(yáng)型定中心裝置能夠被完全地 接納在陰型定中心裝置內(nèi)。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個(gè)中空形體(2)的所述底壁(3)和/或所述 頂壁(9)具有防止相鄰中空形體(2)結(jié)合的涂層(21)。13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，包括將第一覆蓋件(40)置于所述封殼（10)內(nèi)并 且然后將所述中空形體(2)在所述封殼內(nèi)定位在彼此的頂部上的步驟，其中所述覆蓋元件 (40)包括第一表面(40a)和第二表面(40b )，所述第一表面(40a)朝向所述封殼（10)的底部， 并且所述第二表面(40b)包括適合被完全接納在陰型定中心裝置(11)內(nèi)的突起(40c)。14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬加工設(shè)備(30)為車床。
【文檔編號(hào)】B22F3/15GK105828987SQ201480069922
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年11月20日
【發(fā)明人】托馬斯·貝格隆德, 馬丁·奧斯特倫德, 湯米·林格倫, 弗雷德里克·約翰松
【申請(qǐng)人】山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司