CN105328191B - 多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺，本发明的工作部和本体使用不同材料制成，在降低材料成本的同时令工作部和本体均获得它们各自需要的机械性能，避免本体与工作部同样的材料的情况。本发明可以让人们选择相对廉价的金属材料制作本体性能，而用高性能金属材料制作工作部，以提高工件使用性能和寿命、节省生产成本。工作部复合到本体后进行热等静压，使得工作部与本体冶金结合成一整体，令工作部和本体密不可分。同时工作部是通过金属精密喷射成形制作，其具有金属精密喷射成形工件所具备的各种优良性能，再经热等静压处理后，其材料致密度将极高，材料性能可得到进一步提升。本发明用于多金属复合结构构件的生产。

Description

多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺

技术领域

本发明涉及喷射成形领域，特别是生产多金属复合结构构件的精密喷射热压成形金属件领域。

背景技术

如刀具、轧辊、耐磨件等构件，其工作部的特定机械性能要求较高，需要用硬度、抗腐蚀、耐磨等机械性能良好的材料，而工作部所附着的本体往往只是起到支承、连接的作用，故本体只需要普通的材料便可达到使用要求。同时，多数情况下工作部的尺寸却较小，而本体则较大，故制作本体所需的材料较工作部的多。

所以为了应付一些要求较高的工作场合，对应的零部件的制作方法则包括这两种：

1、整体都采用具有特定性能特别高材料制作，即本体也沿用工作部的材料。但这会导致构件成本造价较高。况且有时候工作部和本体所需材料对机械性能的要求也可能不一样。比如轧辊，其工作部需要较硬的材料，其本体则需要具有一定的韧性，而较硬材料的韧性往往不足。

2、用相对廉价的材料制作本体并加工出装配部位，以及采用高性能材料单独制作工作部，再用嵌合、焊接、烧结等方式固定在所述装配部位上。这样一般能实现降低成本以及令本体和工作部均具有各自需要的机械性能。但由于分属两个不同材料的部位，本体和工作部的连接强度很难确认，品质难以管控。

而近10年来，金属精密喷射成形逐渐发展成熟的金属制备和成形新工艺，其原理为在喷射室中充入高压惰性气体，喷射室内设有竖直的可旋转升降机构，旋转升降机构上端设有工作台，在喷射室的上部设有金属雾化装置，金属雾化装置包括雾化喷嘴，金属溶液被雾化喷嘴喷出并被惰性气体雾化成颗粒度极小的金属高速射流，喷射沉积至工作台上，细小金属液质点在惰性气体中的超高速冷凝，得到显微组织细小均匀，机械性能也大幅度提高的金属材料。工作台通过旋转、升降可塑造出不同形状的金属件。如果采用该工艺，应当可解决现有技术中难以克服的既希望降低生产成本，而又希望材料结合紧密、生产精度高、生产出来的工件寿命长的矛盾。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺，包括以下步骤：

a）根据设计要求，选用金属材料A制作本体；

b）根据设计要求，利用金属精密喷射成形设备，以金属材料B作为喷射原料制成工作部；

c）将工作部复合到本体上，整体进行热等静压，使工作部与本体冶金结合成一整体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述工作部包括功能部及原坯，功能部的材质为金属材料B，步骤b）中的制作工作部包括以下步骤：

b1）事先制作好原坯，其为热膨胀系数介乎于功能部与本体之间的金属薄壁件，材质为金属材料C；

b2）在金属精密喷射成形设备的喷射室内装好原坯，通过金属精密喷射成形设备的金属雾化装置注入熔融的金属材料B使其雾化成微细金属液高速射流，在原坯上沉积，逐渐成形出功能部并最终成形出所述工作部；

将工作部复合到本体上后，原坯处于本体与功能部之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述本体为棒状或管状物，原坯为大小与本体外径适配的薄壁管状构件；步骤c）中的将工作部复合到本体上的动作，是指在制作出工作部之后，将原坯连同功能部整体紧密套在本体上，功能部在外层。

另外由于制作本体和工作部时没有规定孰先孰后，故所述步骤a）和步骤b）的顺序可以互换。

本发明的有益效果是：本发明的工作部和本体使用不同材料制成，在降低材料成本的同时令工作部和本体均获得它们各自需要的机械性能，避免出于对连接强度的考虑，而令本体使用与工作部同样的材料的情况。本发明可以让人们选择相对廉价的金属材料制作本体性能，而用高性能金属材料制作工作部，以达到提高工件使用性能和寿命、节省生产成本的目的。而工作部复合到本体后，整体进行热等静压，使得工作部与本体冶金结合成一整体，令工作部和本体密不可分，连接非常牢固。同时由于工作部是通过金属精密喷射成形制作而成，本身已经具有金属精密喷射成形工件所具备的各种优良性能，再经热等静压处理后，其材料致密度将极高，材料性能可得到进一步提升。本发明用于多金属复合结构构件的生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是步骤b）中原坯在设备上精密喷射成形功能部时的示意图；

图2是完成步骤b）时原坯与功能部连接的示意图；

图3是步骤c）中本体与原坯连接的示意图；

图4是完成步骤d）后功能部与本体利用原坯作为过渡连接在一起的多金属复合结构构件的剖视示意图；

图5是多金属复合齿轮切削刀具（齿轮滚刀）坯的结构示意图；

图6是多金属复合车床切削刀具的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1~图4，本实施例介绍了本发明制作轧辊的加工工艺：

先制成薄壁管状的原坯1和圆棒状的本体3，而本体3的外径略小于或等于原坯1的孔径。为了提高原坯1的内孔的精度，以及保证原坯1具有较高的材料致密度，原坯1由金属喷射成形设备加工而成。

为了避免原坯1因自重而发生一定的挠度，故将原坯1竖直放在金属喷射成形设备的工作台上，竖直放置的原坯1也能最大限度地减少在加工过程中金属质点的往原坯1的前后两侧飞溅。而通过工作台的旋转和升降，令功能部2均匀地沉积在原坯1的外表面上。

然后，将本体3***原坯1的孔中，接着将本体3和固化有功能部2的原坯1一起进行热等静压。为提高功能部2与本体3连接后的抗热冲击能力，原坯1所用材料的热膨胀系数的值介于本体3和功能部2所用材料的热膨胀系数的值之间。在热等静压后，原坯1与功能部2、原坯1与本体3的材料相互渗透，也即功能部2与本体3利用原坯1作为过渡，让功能部2与本体3能更加牢固地连接在一起。对于使用金属精密喷射的工艺成形管材这一类构件而言，原坯1本身即是喷射成形时所必需的起到骨架作用的芯材，故本发明创造是利用了原工艺中的这一固有特征，使原坯1不但起到成形时的骨架作用，也能作为功能部2与本体3之间的过渡，然后可通过选材赋予了利用本发明所生产的产品具有了如抗热冲击、过热保护、过载保护等功能。

再以使用本发明的工艺生产齿轮滚刀为例，进一步介绍本发明的工艺：

参照图5，本体3为芯轴，其采用的金属材料A为直径100毫米的H13电渣钢轧制棒材；在原坯1上用金属精密喷射成形工作部，工作部即为功能部2，功能部2用于进一步加工为切削刀具的刀齿，构成功能部2的金属材料B为高速钢T15M；原坯1设置在本体3和功能部2之间，原坯1所使用的金属材料C材料为低碳钢Q195，原坯1为孔径为直径100毫米薄壁管。H13、T15M、Q195的金属材料主要成分如表1所示。

生产工艺如下：先制成原坯1和本体3，然后利用金属精密喷射成形设备在原坯1的外壁上成形功能部2，再将本体3***原坯1的孔中，最后将原坯1、功能部2和本体3一起进行热等静压，使得它们冶金结合在一起。

如表2所示，在400℃时，本体3与功能部2有较大的热膨胀系数差异，如果没有原坯1，该复合结构刀具在热处理，特别是在淬火过程中，因本体3与功能部2的硬度分别达到HRC55和HRC67、脆性较大，而因热膨胀系数等物理性能的差异在两材料界面处产生很大应力而导致开裂。在本体3与功能部2之间设置0.5 - 5 mm厚的原坯1，使得原坯1有如下两个作用：

1．原坯1的材料热膨胀系数介于本体3与功能部2所使用的材料之间，将大大减少热应力和开裂倾向；

2．原坯1为塑型极高（延伸率不低于33%）的低碳钢，淬火不会明显增加其硬度，仍保持延伸率不低于33%。该原坯1的材料将以自身变形来吸收另两材料的应变、应力，从而避免刀具开裂。

表1：

表2：

然而，有些多金属复合构件所使用的多种材料之间的热膨胀系数差异不大，故可无需原坯1，参照图6所示的多金属复合车床切削刀具，先利用金属精密喷射成形设备制作工作部，也即功能部2；然后制作本体3，接着将功能部2复合到本体3上，最后将它们整体进行热等静压。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺，其特征在于：

包括以下步骤：

a）根据设计要求，选用金属材料A制作本体（3）；

b）根据设计要求，利用金属精密喷射成形设备，以金属材料B作为喷射原料制成工作部；

c）将工作部复合到本体（3）上，整体进行热等静压，使工作部与本体（3）冶金结合成一整体；

所述工作部包括功能部（2）及原坯（1），功能部（2）的材质为金属材料B，步骤b）中的制作工作部包括以下步骤：

b1）事先制作好原坯（1），其为热膨胀系数介乎于功能部（2）与本体（3）之间的金属薄壁件，材质为金属材料C；

b2）在金属精密喷射成形设备的喷射室内装好原坯（1），通过金属精密喷射成形设备的金属雾化装置注入熔融的金属材料B使其雾化成微细金属液高速射流，在原坯（1）上沉积，逐渐成形出功能部（2）并最终成形出所述工作部；

将工作部复合到本体（3）上后，原坯（1）处于本体（3）与功能部（2）之间。

2.根据权利要求1所述的多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺，其特征在于：所述本体（3）为棒状或管状物，原坯（1）为大小与本体（3）外径适配的薄壁管状构件；步骤c）中的将工作部复合到本体（3）上的动作，是指在制作出工作部之后，将原坯（1）连同功能部（2）整体紧密套在本体（3）上，功能部（2）在外层。

3.根据权利要求1或2所述的多金属复合结构的精密喷射热压成形工艺，其特征在于：所述步骤a）和步骤b）的顺序互换。