[发明专利]精密喷射成形金属管及其制造方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及喷射成形领域，特别是精密喷射成形金属件领域。

背景技术

喷射成形近40年来逐渐发展成熟的金属制备和成形新工艺，其基本原理如图1所示。参照图1，在喷射室11中充入高压惰性气体，喷射室11内设有竖直的旋转升降机构，旋转升降机构上端设有水平沉积托盘8，在喷射室11的上部设有金属雾化装置，该金属雾化装置包括用来接收从熔炼炉1倒出的金属熔融液的中间包3，和与中间包3连通且出口对着所述水平沉积托盘8的雾化喷嘴4。金属液从雾化喷嘴4喷出并被惰性气体雾化成颗粒度极小的金属高速射流，喷射沉积至水平沉积托盘8上，水平沉积托盘8上按照设定而一边旋转一边下降，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。

现有的精密喷射成型工艺，一般用于制作形状简单的实心工件，例如在文献CN102294478A、《精密喷射成形装置及用该装置实现模具快速制造的方法》中所记载的工艺，即属于传统的单材料喷射沉积制作实心件。

喷射成形的高合金钢，例如M2高速钢，其冲击韧性比传统电渣制钢工艺的M2提高一倍以上，其制造的切削刀具和其它工、模具的寿命也相应大幅提高，在各工业领域迅速扩大应用和技术经济效益。但是喷射成形的高合金钢在管形工件上的应用受到制约，因高合金钢的加工性能差，很难像低合金钢那样在钢锭上穿孔，再通过挤压、轧制或锻造等工艺来生产管件。很多高合金钢管形工件不得不通过对实心棒材机械加工掏孔的办法来生产，有诸多困难，例如高合金钢的内孔，特别是长孔，加工困难且耗时，使得加工成本提高，由此甚至限制了高品位钢种的应用，且材料收得率大幅降低也增加制造成本。

故如果采用金属精密喷射成形工艺来制作管材，是应当会获得比现有实心件掏空的工艺更好的技术效果。但现有技术中制作管材件时，是采用如图2所示的卧式喷射成形工艺。参照图2，传统的竖直的旋转升降机构改造成横向的旋转平移机构，旋转平移机构带动一水平设置的薄壁金属管边旋转边后退，金属高速射流从雾化喷嘴4喷出后，垂直喷射到所述薄壁金属管上，然后成形出具有指定厚度的管坯。该工艺的具体手法，在CN102319897A、《一种喷射成形高钒高速钢复合轧辊的制造方法》及CN103962558A、《一种喷射成形连续制备复合管坯的方法》上有详细记载。

这种卧式喷射成形工艺具有以下缺陷：

1、如图3所示，金属射流5偏离金属管7中心部分的沉积效率较低，与沉积面较小夹角使得射流较多溅射。特别是当金属管直径较小时，相当一部分射流根本接触不到沉积面，致使很多金属射流的浪费。

2、制作细长管时，横向红热管坯很易弯曲而使操作失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服上述卧式喷射成形工艺的不足，提供一种新的精密喷射成形金属管工艺方法。

本发明还提供一种能实现所述新的精密喷射成形金属管工艺方法的配套设备。

本发明还提供一种根据该工艺方法直接生产出来的管材件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

先介绍需要用到的设备，即精密喷射成形金属管的制造设备，包括：喷射室；立式旋转升降机构，其上端设有位于喷射室内的沉积托盘，立式旋转升降机构可带动沉积托盘旋转和升降；立于沉积托盘上的、与沉积托盘随动的芯管；用于对所述芯管加热的加热装置；惰性气体雾化喷射装置，其包括设在喷射室靠上部的雾化喷嘴及金属液导流管，金属液导流管的角度使得从金属液导流管出口喷射出的金属射流可喷射沉积至所述沉积托盘及芯管的壁上。

当然，设备应当具有惰性气体产生装置，令喷射室在工作时预先充满惰性气体以保护金属射流、芯管和成形出来的管件不被氧化。还有为了产生金属射流，本设备自然也包括有金属液熔炼制备设备，即熔融金属产生金属液的熔炼炉、用于接收金属液并导流至金属液导流管的中间包等，但由于都可采用常规的部件装配，就本技术而言，可外设也可集成至本设备中，故此处不多作描述。

对所述精密喷射成形金属管的制造设备，还可以对所述雾化喷嘴、加热装置、喷射室等进行进一步改进，这在后续实施例中可举出例子。

接着，介绍本精密喷射成形金属管的制造工艺，包括以下步骤：

a）、准备本发明所提供的精密喷射成形金属管制造设备；

b）、在喷射室内充入惰性气体及利用加热装置对芯管进行预热；