精密喷射成形金属管及其制造方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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、乳制或锻造等工艺来 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。
[0005] 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乳辊的制造方法》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。
[0006] 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。
[0007] 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】
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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； c) 、通过惰性气体雾化喷射装置形成射向沉积托盘和/或芯管壁上的金属射流，该金 属射流喷射沉积至所述沉积托盘及芯管的壁上，同时令沉积托盘及芯管旋转及逐渐下降， 从而成形出具有精密内孔和均匀壁厚的金属管。
[0015] 作为上述技术方案的进一步改进，在步骤c)之后，还包括步骤d):直接在沉积托 盘上取下成形出来的金属管。
[0016] 另外，所述步骤c)中，金属射流呈往复式摆动，摆动方向沿沉积托盘和/或芯管的 径向方向。
[0017] 作为上述技术方案的进一步改进，所述金属射流的喷射方向，与芯管的轴线形成 一夹角a，夹角a的角度为15°至60°之间。
[0018] 根据本发明提供的制造工艺，可制得多种精密喷射成形金属管。例如当金属液材 料和芯管不相同时，制得的金属管包括材质相异的内外两层，内层为所述芯管，外层为由材 质与芯管相异的金属射流喷射沉积成形，亦即此时制得的成品为双金属管材。更有甚者，所 述芯管可以是实心管材，此时制得的成品为双金属棒材。
[0019] 本发明的有益效果是：本发明将传统的卧式精密喷射成形工艺，改变为立式精密 喷射成形，这使得本发明不存在卧式工艺中容易出现的制作细长管时横向红热管坯易弯曲 的情况，并且由于喷射接受面并非弧面，故不会出现溅射导致金属液浪费。本发明提供的 精密喷射成形金属管制造设备正是为完成所述立式精密喷射成形工艺而设计的，其结构巧 妙，制造精度高，制造金属管件或管坯时省去实心坯料打孔工序，节约金属等自然资源、节 能、环保，并提高金属喷射沉积的金属收得率，大大降低制造成本、提高生产效率。本发明的 金属管成品显微组织细小均匀、机械性能和耐磨性能优异。本发明适用于精密喷射成形制 备管件或管还。
【附图说明】
[0020] 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。
[0021] 图1是传统的立式喷射金属成形工艺原理示意图； 图2是现有的卧式喷射成形工艺原理示意图； 图3是采用现有的卧式喷射成形工艺时，金属射流发生溅射情况的说明图； 图4是本发明的精密喷射成形金属管制造设备结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 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。
[0023] 参照图4,精密喷射成形金属管的制造设备，包括：喷射室11 ;立式旋转升降机构， 其上端设有位于喷射室11内的沉积托盘81，立式旋转升降机构可带动沉积托盘81旋转和 升降；立于沉积托盘81上的、与沉积托盘81随动的芯管6 ;用于对所述芯管6加热的加热 装置9 ;惰性气体雾化喷射装置，其包括设在喷射室11靠上部的雾化喷嘴4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81及芯管6的壁上。