轴对称体以及轴对称产品的制造方法与流程

本发明涉及具有突缘（flange）部的轴对称体的制造方法、以及由该制造方法所获得的轴对称体形成的轴对称产品的制造方法。

背景技术：

具有突缘部的轴对称体，例如可通过铸造，或者从圆柱状或壁较厚的圆筒状的原材料削出而制得。然而，在铸造中，金属模具的制作需要一大笔费用。又，在削出中，会浪费许多材料。

技术实现要素：

发明要解决的问题：

因此，理想的是相对母材之后形成突缘部。例如，可以通过完全焊透焊接使环状的板材与管状的母材接合。但是，由于焊接中向母材输入的热输入量非常之大，因此母材中的热影响区（HAZ）较大。

在这点上，例如使用专利文献1公开的激光金属堆焊（LMD: Laser Metal Deposition）的话，则能够使母材中的热影响区变得非常小。另外，专利文献1公开的技术以母材为平坦的板材、并且形成宽度在激光金属堆焊所产生的焊道两倍以下这样较窄的突起为前提，并非旨在形成用作结构元件的环状的突缘部。何况，凭借专利文献1公开的技术，无法形成宽度较宽的突缘部。

因此，本发明的目的在于提供利用激光金属堆焊制造具有宽度较宽的突缘部的轴对称体的方法、以及由该轴对称体制造轴对称产品的方法。

解决问题的手段：

为解决上述问题，本发明的轴对称体的制造方法，是制造具有突缘部的轴对称体的方法，包括以下工序：通过激光金属堆焊，在母材的朝向径向外侧或径向内侧的周面上形成由多条焊道形成的环状的初层的工序，且所述初层的宽度为所述焊道的宽度的两倍以上；以及，通过激光金属堆焊，在所述初层上层叠分别由多条焊道形成的多层环状的堆积层的工序。

根据上述结构，能够将母材中的热影响区抑制为非常小，并且能够制造具有宽度较宽的突缘部的轴对称体。

可以使在所述母材的周方向上延伸的焊道排列在所述母材的轴向上，以此形成所述初层；使在所述母材的周方向上延伸的焊道排列在所述母材的轴向上，以此形成所述多层堆积层的各层。亦可使发射激光的喷嘴相对母材的周面以之字形移动，从而使在母材的轴向上延伸的短焊道排列在母材的周方向上，以此形成初层和堆积层的各层。然而，在该情况下，从形成一条焊道后到在该焊道旁形成新的焊道为止的时间非常之短，因此存在母材的储热量变多、母材的变形增加的担忧。又，在作为轴对称体的基础并在周方向上连续的母材中，母材的储热量变多，母材的变形变得显著。对此，如上述结构那样使在母材的周方向上延伸的焊道排列在母材的轴向上时，从形成一条焊道后到在该焊道旁形成新的焊道为止的时间变得非常长。因此，能够使母材的储热量变小，将母材的变形抑制为较小。

可以在冷却所述母材的同时形成所述初层；在冷却所述母材的同时形成所述多层堆积层的各层。根据该结构，能够抑制母材以及供给金属（金属丝或金属粉体）的熔融部内发生的元素的氧化。尤其，在母材由钛合金形成的情况下，如果熔融部的温度高则钛容易发生氧化而在熔融部产生空孔（porosity），因此，本结构在母材由钛合金形成的情况下尤其有用。

可以在与所述初层的形成不同的条件下形成所述多层堆积层的各层。由于形成堆积层的各层时前一形成层（初层或者之前形成的堆积层）的状态（例如，凹凸和温度），与其上形成有初层的母材的周面不同，因此，如果使形成初层与堆积层的各层时的条件不同，则能够在所有初层和堆积层中获得均匀的品质。

例如，所述母材可以由钛合金形成。

所述激光金属堆焊可以使用金属粉体。在LMD中可以使用金属丝作为供给金属，使用本结构的金属粉体时，具有容易控制焊道的生成速度和焊道形状等优点。

所述母材可以具有锥状的主体部、以及从所述主体部的直径较大侧的端部朝内突出的环状壁，所述初层可以形成于所述主体部的中间位置且所述母材的内周面上。根据该结构，能够在使用金属模具的铸造中实现难以制造的形状。

又，本发明的轴对称产品的制造方法的特征在于，对上述制造方法所获得的轴对称体实施机械加工，并从所述轴对称体中削出轴对称产品。根据该结构，能够廉价地制造出高精度的轴对称产品。

发明效果：

根据本发明，能够利用激光金属堆焊制造具有宽度较宽的突缘部的轴对称体。

专利文献：

专利文献1：日本特开2007-301980号公报。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施形态的轴对称体的制造方法所获得的轴对称体的剖视图；

图2是轴对称体的制造方法的说明图；

图3A是使在母材的周方向上延伸的焊道排列并形成初层时从母材的内侧观察的图，图3B是初层和堆积层的剖视图；

图4是初层和堆积层的剖视图，示出了形成初层时以及形成堆积层时的焊道的生成顺序的变形例；

图5A是使在母材的轴向上延伸的焊道排列并形成初层时从母材的内侧观察的图，图5B是初层和堆积层的剖视图；

图6是LMD装置的喷嘴的放大剖视图；

图7是示出母材的特定位置处的温度随时间的变化的图表；

图8是示出轴对称体与轴对称产品的关系的剖视图；

图9是使用风扇作为冷却母材的装置时的轴对称体的制造方法的说明图；

图10是使用外罩作为冷却母材的装置时的轴对称体的制造方法的说明图。

具体实施方式

根据本发明的一种实施形态的轴对称体的制造方法，用于制造图1所示那样的具有绕中心轴10对称的形状的轴对称体1。在本实施形态中，轴对称体1形成为在轴向（图1中为向下）上开口的中空。具体地，轴对称体1包括：顶壁11、从顶壁11的周缘部延展的锥状的周壁12、从周壁12的中间部分朝径向内突出的两个第一突缘部14（相当于本发明的突缘部）、以及从周壁12的梢端朝径向内突出的第二突缘部13。

但是，轴对称体1的形状不限于图1所示的形状。例如，轴对称体1的周壁12也可以是笔直的。又，第一突缘部14的数量可以是一个，也可以是三个以上。此外，第一突缘部14亦可朝径向外突出。第一突缘部14的突出方向无需一定与母材2的径向平行，亦可相对于母材2的径向倾斜。又，可以不设置第二突缘部13，代替地，使第一突缘部14从周壁12的梢端朝径向内或朝径向外突出。此外，轴对称体1无需一定为中空，也可以为实心。

在本实施形态的制造方法中，通过LMD，相对于母材2后来形成第一突缘部14。在本实施形态中，使用金属粉体作为LMD用的供给金属。但是，亦可代替金属粉体而使用金属丝（wire）。具体地，如图2和图6所示，在使母材2绕其中心轴20旋转的同时，从LMD装置的喷嘴4朝母材2的内周面2a（朝向径向内侧的周面）发射激光41并喷射金属粉体42。另外，在形成上述那样朝径向外突出的第一突缘部14时，从喷嘴4朝母材2的外周面2b（朝向径向外侧的周面）发射激光41并喷射金属粉体42既可。

母材2具有从轴对称体1去掉第一突缘部14后得到的形状。更详细地，母材2具有：对轴对称体1的顶壁11进行限制的圆盘壁23；对轴对称体1的周壁12进行限制的锥状的主体部21；以及，对轴对称体1的第二突缘部13进行限制且从主体部21其直径较大侧的端部朝内突出的环状壁22。例如，可以通过旋压成型将圆盘状的板材成型为锥状，然后将锥状的梢端部分朝径向内按压，以此制作母材2。

构成母材2的材料没有特别限定，例如，母材2由钛合金形成。金属粉体可以与母材具有相同的组成，也可以具有不同的组成。例如，当母材2由钛合金形成时，金属粉体可以是与母材2不同的钛合金，也可以是钛合金以外的合金。

如图3A和图3B所示，在本实施形态的制造方法中，首先，通过LMD，在主体部21的中间位置且母材2的内周面2a上形成在母材2的周方向上连续的环状的初层31。接着，通过LMD，在初层31上层叠在母材2的周方向上连续的多层环状的堆积层32。

初层31由多条焊道35形成，具有焊道35的宽度的两倍以上的宽度W（母材2轴向上的宽度）。在本实施形态中，通过使在母材2的周方向上延伸的焊道35排列在轴向上，以此形成初层31。例如，可以按照图3A和图3B中记载的焊层顺序（即从主体部21的直径较小侧朝向直径较大侧）形成焊道35。或者，亦可基于经验法则等确定像图4中记载的那样的不规则的焊层顺序，以获得稳定的形状。

回到图3A和图3B，各堆积层32也由多条焊道36形成。在本实施形态中，使在母材2的周方向上延伸的焊道36排列在母材2的轴向上，以此形成各堆积层32。例如，可以按照图3A和图3B中记载的焊层顺序（即从主体部21的直径较小侧朝向直径较大侧）形成焊道36。或者，亦可基于经验法则等确定像图4中记载的那样的不规则的焊道顺序，以获得稳定的形状。

但是，亦可如图5A和图5B所示，使喷嘴4相对母材2的内周面2a以之字形移动，从而使在母材2的轴向上延伸的焊道35排列在母材2的周方向上，以此形成初层31。同样地，亦可使在母材2的轴向上延伸的焊道36排列在母材2的周方向上，以此形成各堆积层32。

初层31的形成以及堆积层32的形成，理想的是在冷却母材2的同时进行。如图7所示，目的在于使母材2的温度保持在一定范围R以内。作为冷却母材2的装置，可以使用图9所示的风扇6，亦可使用图10所示的装在母材2上的外罩7。

例如，如图9所示那样使用风扇6时，对母材2的任意位置的温度进行监控，以其温度保持在一定范围R内的形式控制风扇6的风量即可。或者，如图10所示那样使用外罩7时，对母材2的任意位置的温度进行监控，以其温度保持在一定范围R内的形式，对在外罩7 内流动的冷却液的流量进行控制即可。

如果在冷却母材2的同时进行初层31的形成以及各堆积层32的形成，则能够抑制母材2以及金属粉体的熔融部内发生的元素的氧化。尤其，在母材2由钛合金形成的情况下，如果熔融部的温度高则钛容易发生氧化而在熔融部产生空孔（porosity），因此，在母材2由钛合金形成的情况下母材2的冷却尤其有用。

又，理想的是在与初层31的形成不同的条件下进行各堆积层32的形成。由于形成各堆积层32时前一形成层（初层31或者之前形成的堆积层32）的状态（例如，凹凸和温度）与其上形成有初层31的母材2的内周面2a不同，因此，如果使形成初层31与各堆积层32时的条件不同，则能够在所有初层31和堆积层32中获得均匀的品质。

例如，在初层31的凹凸较大的情况下，在各堆积层32的形成中，增大能源向前一形成层输入的热输入（例如，增加激光的输出），增加焊透量。又，例如，在母材2的储热量较大的情况下，在各堆积层32的形成中，减少能源向前一形成层输入的热输入（例如，减少激光的输出），减少焊透量。

在层叠堆积层32时，理想的是通过摄像机等对成型过程中第一突缘部14的形状进行监控，当第一突缘部14的形状偏离理想形状时修正喷嘴4的位置。

根据以上说明的本实施形态的制造方法，能够将母材2中的热影响区抑制为非常小，并且能够制造具有宽度较宽的第一突缘部14的轴对称体1。

如参照图5A和图5B所说明的那样，可以使在母材2的轴向上延伸的短焊道（35或36）排列在母材2的周方向上，以此形成初层31和各堆积层32。然而，在该情况下，从形成一条焊道后到在该焊道旁形成新的焊道为止的时间非常之短，因此存在母材2的储热量变多、母材2的变形增加的担忧。又，在作为轴对称体1的基础且在周方向上连续的母材2中，母材2的储热量变多，母材2的变形变得显著。对此，如本实施形态那样使在母材2的周方向上延伸的焊道排列在母材2的轴向上时，从形成一条焊道后到在该焊道旁形成新的焊道为止的时间变得非常长。因此，能够使母材2的储热量变小，将母材2的变形抑制为较小。

此外，在本实施形态中，使用金属粉体作为LMD用供给金属，因此与使用金属丝的情况相比，具有容易控制焊道35、36的生成速度和焊道形状等优点。

又，使用具有由主体部21和环状壁22覆盖轴向两侧的径向后退部的母材2时，能够在使用金属模具的铸造中实现难以制造的形状。

可以将通过本实施形态的制造方法得到的轴对称体1直接用作产品。但是，如图8所示，如果对该轴对称体1实施机械加工，并从轴对称体1中削出轴对称产品5，则能够廉价地制造出高精度的轴对称产品5。

本发明并非限定于上述实施形态，在不脱离本发明的精神的范围内，可以进行各种变形。

工业应用性：

本发明能够广泛应用于各种用途中所使用的轴对称体的制造。

符号说明：

1 轴对称体；

14 第一突缘部；

2 母材；

2a 内周面；

2b 外周面；

21 主体部；

22 环状壁；

31 初层；

32 堆积层；

35、36 焊道；

42 金属粉体；

5 轴对称产品。