精密噴射成形金屬管及其制造方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及噴射成形領域，特別是精密噴射成形金屬件領域。
【背景技術】
[0002] 噴射成形近40年來逐漸發展成熟的金屬制備和成形新工藝，其基本原理如圖1所 示。參照圖1，在噴射室11中充入高壓惰性氣體，噴射室11內設有豎直的旋轉升降機構，旋 轉升降機構上端設有水平沉積托盤8,在噴射室11的上部設有金屬霧化裝置，該金屬霧化 裝置包括用來接收從熔煉爐1倒出的金屬熔融液的中間包3，和與中間包3連通且出口對著 所述水平沉積托盤8的霧化噴嘴4。金屬液從霧化噴嘴4噴出并被惰性氣體霧化成顆粒度 極小的金屬高速射流，噴射沉積至水平沉積托盤8上，水平沉積托盤8上按照設定而一邊旋 轉一邊下降，細小金屬液質點在惰性氣體中的超高速冷凝，得到顯微組織細小均勻，機械性 能也大幅度提高的金屬材料。
[0003] 現有的精密噴射成型工藝，一般用于制作形狀簡單的實心工件，例如在文獻 CN102294478A、《精密噴射成形裝置及用該裝置實現模具快速制造的方法》中所記載的工 藝，即屬于傳統的單材料噴射沉積制作實心件。
[0004] 噴射成形的高合金鋼，例如M2高速鋼，其沖擊韌性比傳統電渣制鋼工藝的M2提高 一倍以上，其制造的切削刀具和其它工、模具的壽命也相應大幅提高，在各工業領域迅速擴 大應用和技術經濟效益。但是噴射成形的高合金鋼在管形工件上的應用受到制約，因高合 金鋼的加工性能差，很難像低合金鋼那樣在鋼錠上穿孔，再通過擠壓、乳制或鍛造等工藝來 生產管件。很多高合金鋼管形工件不得不通過對實心棒材機械加工掏孔的辦法來生產，有 諸多困難，例如高合金鋼的內孔，特別是長孔，加工困難且耗時，使得加工成本提高，由此甚 至限制了高品位鋼種的應用，且材料收得率大幅降低也增加制造成本。
[0005] 故如果采用金屬精密噴射成形工藝來制作管材，是應當會獲得比現有實心件掏 空的工藝更好的技術效果。但現有技術中制作管材件時，是采用如圖2所示的臥式噴射 成形工藝。參照圖2,傳統的豎直的旋轉升降機構改造成橫向的旋轉平移機構，旋轉平移 機構帶動一水平設置的薄壁金屬管邊旋轉邊后退，金屬高速射流從霧化噴嘴4噴出后，垂 直噴射到所述薄壁金屬管上，然后成形出具有指定厚度的管坯。該工藝的具體手法，在 CN102319897A、《一種噴射成形高釩高速鋼復合乳輥的制造方法》及CN103962558A、《一種噴 射成形連續制備復合管坯的方法》上有詳細記載。
[0006] 這種臥式噴射成形工藝具有以下缺陷： 1、如圖3所示，金屬射流5偏離金屬管7中心部分的沉積效率較低，與沉積面較小夾角 使得射流較多濺射。特別是當金屬管直徑較小時，相當一部分射流根本接觸不到沉積面，致 使很多金屬射流的浪費。
[0007] 2、制作細長管時，橫向紅熱管坯很易彎曲而使操作失敗。

【發明內容】

[0008] 本發明要解決的技術問題是：克服上述臥式噴射成形工藝的不足，提供一種新的 精密噴射成形金屬管工藝方法。
[0009] 本發明還提供一種能實現所述新的精密噴射成形金屬管工藝方法的配套設備。
[0010] 本發明還提供一種根據該工藝方法直接生產出來的管材件。
[0011] 本發明解決其技術問題的解決方案是： 先介紹需要用到的設備，即精密噴射成形金屬管的制造設備，包括：噴射室；立式旋轉 升降機構，其上端設有位于噴射室內的沉積托盤，立式旋轉升降機構可帶動沉積托盤旋轉 和升降；立于沉積托盤上的、與沉積托盤隨動的芯管；用于對所述芯管加熱的加熱裝置；惰 性氣體霧化噴射裝置，其包括設在噴射室靠上部的霧化噴嘴及金屬液導流管，金屬液導流 管的角度使得從金屬液導流管出口噴射出的金屬射流可噴射沉積至所述沉積托盤及芯管 的壁上。
[0012] 當然，設備應當具有惰性氣體產生裝置，令噴射室在工作時預先充滿惰性氣體以 保護金屬射流、芯管和成形出來的管件不被氧化。還有為了產生金屬射流，本設備自然也包 括有金屬液熔煉制備設備，即熔融金屬產生金屬液的熔煉爐、用于接收金屬液并導流至金 屬液導流管的中間包等，但由于都可采用常規的部件裝配，就本技術而言，可外設也可集成 至本設備中，故此處不多作描述。
[0013] 對所述精密噴射成形金屬管的制造設備，還可以對所述霧化噴嘴、加熱裝置、噴射 室等進行進一步改進，這在后續實施例中可舉出例子。
[0014] 接著，介紹本精密噴射成形金屬管的制造工藝，包括以下步驟： a) 、準備本發明所提供的精密噴射成形金屬管制造設備； b) 、在噴射室內充入惰性氣體及利用加熱裝置對芯管進行預熱； c) 、通過惰性氣體霧化噴射裝置形成射向沉積托盤和/或芯管壁上的金屬射流，該金 屬射流噴射沉積至所述沉積托盤及芯管的壁上，同時令沉積托盤及芯管旋轉及逐漸下降， 從而成形出具有精密內孔和均勻壁厚的金屬管。
[0015] 作為上述技術方案的進一步改進，在步驟c)之后，還包括步驟d):直接在沉積托 盤上取下成形出來的金屬管。
[0016] 另外，所述步驟c)中，金屬射流呈往復式擺動，擺動方向沿沉積托盤和/或芯管的 徑向方向。
[0017] 作為上述技術方案的進一步改進，所述金屬射流的噴射方向，與芯管的軸線形成 一夾角a，夾角a的角度為15°至60°之間。
[0018] 根據本發明提供的制造工藝，可制得多種精密噴射成形金屬管。例如當金屬液材 料和芯管不相同時，制得的金屬管包括材質相異的內外兩層，內層為所述芯管，外層為由材 質與芯管相異的金屬射流噴射沉積成形，亦即此時制得的成品為雙金屬管材。更有甚者，所 述芯管可以是實心管材，此時制得的成品為雙金屬棒材。
[0019] 本發明的有益效果是：本發明將傳統的臥式精密噴射成形工藝，改變為立式精密 噴射成形，這使得本發明不存在臥式工藝中容易出現的制作細長管時橫向紅熱管坯易彎曲 的情況，并且由于噴射接受面并非弧面，故不會出現濺射導致金屬液浪費。本發明提供的 精密噴射成形金屬管制造設備正是為完成所述立式精密噴射成形工藝而設計的，其結構巧 妙，制造精度高，制造金屬管件或管坯時省去實心坯料打孔工序，節約金屬等自然資源、節 能、環保，并提高金屬噴射沉積的金屬收得率，大大降低制造成本、提高生產效率。本發明的 金屬管成品顯微組織細小均勻、機械性能和耐磨性能優異。本發明適用于精密噴射成形制 備管件或管還。
【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單說明。顯然，所描述的附圖只是本發明的一部分實施例，而不是全部實施 例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他設計 方案和附圖。
[0021] 圖1是傳統的立式噴射金屬成形工藝原理示意圖； 圖2是現有的臥式噴射成形工藝原理示意圖； 圖3是采用現有的臥式噴射成形工藝時，金屬射流發生濺射情況的說明圖； 圖4是本發明的精密噴射成形金屬管制造設備結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下將結合實施例和附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果進行清 楚、完整的描述，以充分地理解本發明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本發 明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發明的實施例，本領域的技術人員在不付出 創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本發明保護的范圍。另外，文中所提到的 所有聯接/連接關系，并非單指構件直接相接，而是指可根據具體實施情況，通過添加或減 少聯接輔件，來組成更優的聯接結構。本發明創造中的各個技術特征，在不互相矛盾沖突的 前提下可以交互組合。
[0023] 參照圖4,精密噴射成形金屬管的制造設備，包括：噴射室11 ;立式旋轉升降機構， 其上端設有位于噴射室11內的沉積托盤81，立式旋轉升降機構可帶動沉積托盤81旋轉和 升降；立于沉積托盤81上的、與沉積托盤81隨動的芯管6 ;用于對所述芯管6加熱的加熱 裝置9 ;惰性氣體霧化噴射裝置，其包括設在噴射室11靠上部的霧化噴嘴4及金屬液導流 管，金屬液導流管的角度使得從金屬液導流管出口噴射出的金屬射流可噴射沉積至所述沉 積托盤81及芯管6的壁上。