专利名称：复合钢工件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种复合钢工件或一种机器零件，它是一个至少有一个纵向孔的料筒，该料筒最好至少有一部分外表面形成柱形，沿一个或几个孔的周围至少有一个耐磨和/或耐腐蚀的衬套，经过例如压、锻、轧等工艺，它与料筒形成复合金属或金属的连接。此外，本发明还涉及此种复合钢工件的制造方法。
本发明的目的是提出一种制造复合钢工件的简易方法。这种工件的内侧是耐腐蚀和/或耐磨损的，并能满足工作中对它们所提出的全部要求。特别是这种复合钢工件应当满足实际工作中对它们所提出的形状和结构方面的要求，并仍应具有足够的强度，这种复合工件或机器零件在数量级为1000至2000巴的内压、往往为高的腐蚀应力、以及尤其是在塑料加工中常用的填料作用下，遭受很大的磨损。已经证实，某些填料如玻璃纤维可使这些零件的使用寿命降至原始值的1/10。尤其是在压铸机中，螺杆和料筒之间的最大允许间隙约为0.25毫米，因此可以推断磨损率在这里意味着什么。机器制造厂为了解决这一技术问题已经作出了巨大的努力。
对本文开始所述类型的复合工件通过以下所述达到上述目的，即尤其是为了构成塑料加工用的双螺杆或多螺杆输送器，在料筒内的孔具有与圆形不同的截面形状，例如至少由两个搭接的圆构成的形状;其剖面同样为非圆形的衬套，它与料筒之间的金属复合面沿其周长与料筒的外表面之间有不同的法向距离。还可以设计成另一种型式，即尤其是为了构成塑料加工用的双螺杆或多螺杆输送机，在料筒内的圆孔相对于料筒中心是偏心的，其剖面同样为圆形的衬套和料筒之间的金属复合面，沿其周长与料筒外表面之间有不同的法向距离。
按照本发明，本文开始所述类型的方法，其特征为，尤其是为了构成一个塑料加工用的由复合钢制成的双螺杆或多螺杆输送机，在所需要的一个或几个孔处，至少设一个芯体的料筒与此一个或几个芯体一起在加温下受到尤其是使横截面减小的变形，从而使芯体的横截面成为非圆形以及在一个或几个芯体内加工一个或几个孔。另一种方案可以是，尤其是为了构成塑料加工用的复合钢制双螺杆或多螺杆输送机，在所需一个或几个孔的地方至少设一个芯体的料筒，它与此一个或几个芯体一起受到尤其是使横截面减小的热变形，从而使圆形的芯体相对于料筒中心偏心，或使圆形芯体处于相对于料筒外表面距离不同的位置，并在此芯体中加工一个或几个孔。
有了按本发明的复合钢工件，可以基本上满足在实际工作中对它提出的所有形状和强度方面的要求。
本发明的最佳实施例可从以下的介绍、附图和从属权利要求加以了解。
下面借助于附图作为举例详细介绍本发明。
图1a、1b、1c和图2a和2b以及图3a和3c表示了制造方法的不同阶段和不同的复合钢工件剖面;图4和5表示工件不同的原始状态和最终成品的剖面，以及图6示意表示了实施本发明方法的一种设备。
按本发明的方法是从制造内设一个芯体的料筒出发，此带有芯体的料筒在加温情况下使横截面减小，以便达到芯体和料筒之间的金属复合。为此，在一根用作料筒的金属棒或金属型材中加工一个(或多个)孔，孔中置入一个或多个准确配合作为芯体的金属杆，置入前先要清洗料筒内表面和芯体外表面。料筒两端在抽真空后闭合成封气的，以避免在这以后进行的加热处理工序中被氧化，金属的复合是在此加工温度下进行的，此温度最好为约1000至1260℃。
图1a表示塑料加工用的复合钢柱体剖面，它有料筒1和装在料筒内分成两部分的芯体2′和3′。制成这一工件是通过在一个圆柱形金属棒内钻一个偏心孔，随后在此孔内装入一个芯体3′，接着加工另一个与此已有孔搭接的孔。在加工此另一个孔时被局部切除的芯体3′和另一个芯体2′，与孔的内表面一样经过清洗后重新装入孔中(例如用酒精、三氯乙烯等)。封闭两端(例如焊上一块板并抽真空)后，这一工件在1180℃下经受一次加热变形即横截面减小，也就是进行热锻。图1b中展开表示了所得之复合钢工件，其中芯体2′、3′和料筒1通过金属复合而连接在一起。通过在芯体2′、3′中加工另外两个互相搭接的孔形成一个孔3，它由芯体材料构成的衬套4所包围。
出人意料的是，这两个芯体的材料尽管有高的含碳量或有时含有高碳化物，也成为了一种复合金属。这两个互相重叠的圆构成的孔3被这两个芯体的材料所封闭，孔3被衬套4包围，衬套4与料筒1成复合金属;芯体之间制成一种复合金属，它成为一个整体衬套，而衬套本身又通过金属复合与料筒1连接起来。利用这种结构可以使在含高碳和/或含高碳化物的硬的衬套材料中出现的应力，被料筒1的韧性合金材料良好地吸收，从而避免在衬套4中产生裂纹和缺口。因为在锻、压或轧的过程中可以有效地控制横截面的减小，所以可以使在适当的温度下进行的装在料筒中芯体的变形比较均匀，并因而近似地或良好地保持芯体的横截面形状，所以原来例如为圆形的芯体中可以加工圆孔，它使衬套4的厚度基本上是均匀的。由于芯体部分2′、3′连在一起以及非圆衬套4在非圆孔3中的匹配，大大避免了由于衬套4厚度不均造成的应力，或使传递给衬套的应力均匀化。
图2a表示矩形料筒1的剖面，在它的中央置有一个圆形芯体2。通过料筒1的热变形，使表示在图2b中的约为正方形横截面的料筒具有一个变长的或椭圆形的芯体。接着加工两个互相搭接的孔，从而制成孔3，它如同例如安装塑料加工用的双螺杆时所要求的那样。
最好借助于下列公式来计算K=〔 V(4XD+D2ππ) 〕]]>H＝ (KS)/(D) B＝K+S-x-D其中K＝芯体φH＝毛坯高度x＝轴线距离B＝毛坯宽度D＝扩大了的孔的φV＝锻压度S＝锻压后四边的侧面长度。
图3a表示了一种圆柱形料筒1，其中置入一个基本上与之同心的芯体2。通过例如在加温情况下的压制，使料筒变形成为一个两侧压平的柱体。在椭圆的或长圆的芯体中钻出如图3b所示那样的搭接的孔3。之后，在图3b中所表示的复合钢工件便可车削成图3c所示的工件。
业已证明，按本发明的方法可以简单的方式方便和准确地制成非圆的或偏心的孔。
通常在加温下进行锻、压或轧来实现工件的变形或横截面减小。若工件如图1a所表示的那样，则应当采用锻造，故将它夹紧在一个锻造作机5中，如图6所示。操作机5将工件1送往纵向锻压机6，从那里出来后工件到达另一个操作机7中，操作机5、7用来在纵向锻压过程中导引和进一步移动或转动工件。为了避免用操作机在纵向锻压中锻压时引起工件或其非圆的芯体扭转，从而使这种芯体在这之后可能无法钻孔，故按本发明，此工件将其A和B两端交替地送往纵向锻压机6，也就是说，此工件在每锻压一次后转180°，并重新进行锻压，以此基本上避免不希望出现的芯体扭转。此外，每一次锻压均在相同条件下进行，特别是按同样的进给量或同样的转动量。当然，可以使横截面减小或变形率是变化的，以考虑前一次锻压中出现的变形或横截面变化，以便使彼此相继的锻压时实际上得到相同的变形或横截面改变。
最好使用具有上下锻模的锻压机，或用具有锥形锤的双锤或多锤锻，或用具有锥形模的压力机。通过轧制使横截面减小，特别适合于制造长的复合钢工件。
图4的上面一排表示了带有芯体2的料筒1不同的原始形状，下排表示经过横截面减小后得到的各种不同的均加工有孔3的复合钢工件，孔3以作为衬套4的芯体2的剩余部分为界。图4a所示的复合钢工件中装入两个芯体，它们在料筒1变形成为正方形的过程中变形为椭圆，在它们上面加工两个互不相关的或互相搭接的孔3。
按图4b的矩形料筒中有一个基本上为矩形的芯体2。横截面减小后，例如通过电火花加工在芯体材料上加工出一个基本上为矩形的孔3。
按图4c的复合钢工件表示了一个矩形料筒，它被置入一个椭圆形或长圆形的芯体;钻出三个彼此搭接的孔3后得到如图所示的工件。
由图4d和4e可看出，在料筒1中芯体的形状和横截面减小的类型，影响在成品复合钢工件中孔的衬套的形状。可以看出，图4d所表示的复合钢工件中衬套4的周围形状与芯体2的形状相似，在图4c和4e的复合钢工件中也表示了这种情形，而它们从矩形或正方形横截面减小成八角形。
锻造料筒时，最好设一对平面锻模和一对弯曲的锻模，其中，弯曲的锻模特别作用在与芯体纵向延伸平行的侧面上。
图5表示了复合钢工件的一个前视图，工件被制成具有圆形横截面的料筒1。图5a表示一种带矩形芯体的料筒，在变形或制成复合金属后，在它里面形成一个矩形孔3。按图5b的复合工件是由一个其中不对称地置有一个圆形芯体的料筒1所构成。在加温下横截面减小和钻孔后，得到一个处于不对称位置并基本上为圆形的孔3，此孔被衬套4所围绕。另外的没有衬套的孔8在事后再补充加工在料筒1中。图5c所示之复合钢工件从一个处于不对称位置的圆形芯体出发进行制造，不对称地减小料筒1的横截面，使芯体材料中制成的孔3的衬套4的形状不对称。
如图5d的复合钢工件所示，也还可以在圆形料筒1中置入多个芯体2，它们本身均又由多个零件构成，并在变形后在它上面设彼此搭接或彼此分开的孔3。图5e所示的复合钢工件包括一个具有已装入的三角形芯体2的料筒1，变形后在芯体中加工出孔3。
若要在欲装入芯体的料筒中或在欲设孔3的已变形的芯体中加工两个或多个互相搭接的孔，则最好这样来进行，首先加工出一个孔，然后在此孔中装入芯体，接着加工好第二个孔，并在此孔中置入一个补充此第一个局部被切去的芯体的另一个芯体。第一个芯体必须可靠地防止转动，例如用一个在芯体和料筒之间分界面上的配合孔和装入其中的配合螺栓，还必须可靠地防止移动，例如通过在分界面上构成的孔中拧入一个螺钉。当采用了一种或多种可淬火的钢时，则用焊接来制动芯体是不可能的。因为在使用乳化油钻孔时，芯体如料筒内表面那样，同样必须在构成金属复合前清洗。为了保护芯体在加热变形时不会氧化，复合钢工件的端面在变形工序前加以封闭。
热锻或压制或轧制以构成复合金属是在1000和1260℃之间的温度下尤其是在1170和1190℃之间进行的。
当成品复合钢工件应承受例如机械加工，以便例如能针对它可能的应用情况，在外面安装冷却、加热或固定装置时，能改变芯体相对于料筒中心或料筒外表面的位置有特别的重要性。使芯体相对于料筒中心或外表面处于任意位置以及因而使复合钢柱体具有有方向性的良好的强度特性的这种可能性，是迄今未知的，或由于在料筒和衬套中产生的应力而不能制造。按本发明可以制造不均匀的具有较薄衬套4的孔，特别是非圆形的孔3，因而在工作时因温度改变而挠曲以及由于衬套太厚而使之断裂的危险均得以避免，这些情况例如当在一个圆形芯体中加工了一个长圆孔时会出现的那样。
如果所涉及的可装在料筒的孔中的是非圆形芯体，那么可以在料筒中通过例如成形切削形成相应的正方形、矩形或其它形状的孔，在孔中可置入配合的例如通过模压等制成的同样为正方形、矩形或其它形状的芯体。
在复合钢工件中加工的孔3也可以例如具有一个沿纵向变细的锥形的截面，做到这一点是通过加工阶梯孔然后车削成锥形。
这样做是有优点的，即料筒座1由一种可锻造和可调质处理的高强度和高韧性合金制成，例如结构钢或渗碳钢;衬套4由一种可锻造和可调质处理的最好是耐磨和/或耐腐蚀的合金制成，例如莱氏体铬钢，最好含有不少于11%的铬，特别是至少含14%铬和至少1%碳，最好至少1.8或2.3%碳;以及为了在合金之间构成复合金属而使料筒1和衬套4通过横截面减小而变形。这些钢材各自具有适当的硬度和韧性，以便互相最适宜地支承，并尤其是可以使这些合金之间的金属复合具有良好的结构。这些金属还可以在某些温度下彼此一起良好地变形，所制成的复合工件随后可以良好淬火。还可以使用通过添加一种或多种其它合金元素构成上述合金类型的改型，其中对于莱氏体铬钢而言的添加元素特别可举出为钼、钒、钨和钴，总量不超过12%，对于不锈的铬钢则特别可举出钼、镍、钒、钨、钴、钛、铌，总量不超过约6%。
权利要求
1.复合钢工件或机器零件，它是一个至少设一个纵向孔的料筒，该料筒最好至少有一部分外表面形成柱形，沿一个或几个孔的周围至少有一个耐磨和/或耐腐蚀的衬套，经过例如压、锻、轧等工艺，它与料筒形成复合金属或金属的连接，其特征为尤其是为了构成塑料加工用的双螺杆或多螺杆输送机，在料筒(1)内的孔(3)具有与圆形不同的截面形状，例如至少由两个搭接的圆构成的形状，其剖面同样为非圆形的衬套(4)，它与料筒(1)之间的金属复合面(9)沿其周长与料筒(1)外表面之间有不同的法向距离。
2.复合钢工件或机器零件，它是一个至少设一个孔的料筒，该料筒最好至少有一部分外表面形成柱形，沿一个或几个孔的周围至少有一个耐磨和/或耐腐蚀的衬套，经过例如压、锻、轧等工艺，它在加温下与料筒形成复合金属，其特征为尤其是为了构成塑料加工用的双螺杆或多螺杆输送机，在料筒(1)内的圆孔(3)相对于料筒(1)中心是偏心的，而且剖面同样为圆形的衬套(4)料筒(1)之间的金属复合面(9)，沿其周长与料筒(1)外表面之间有不同的法向距离。
3.按照权利要求1或2所述之复合钢工件，其特征为孔(3)和/或衬套(4)相对于其中点同心对称，或具有偶数的对称轴，特别是双轴对称的。
4.按照权利要求1至3之一所述之复合钢工件，其特征为金属复合面(9)的剖面形状基本上与被包围的孔(3)的形状相同，或衬套(4)沿孔(3)周围的厚度尽可能保持相同。
5.按照权利要求1至4之一所述之复合钢工件，其特征为每个孔(3)由一个衬套(4)包围，或多个孔(3)共同由一个衬套(4)包围。
6.按照权利要求1至5之一所述之复合钢工件，其特征为衬套(4)由两个或多个为构成复合金属而组合在一起的工件部分组成或加工而成。
7.按照权利要求1至6之一所述之复合钢工件，其特征为孔(3)和/或衬套(4)相对于料筒(1)的中点中心对称。
8.按权利要求1至7之一所述之复合钢工件，其特征为料筒(1)由一种可锻造和可调质处理的合金制成，例如结构钢或渗碳钢;衬套(4)由一种可锻造和可调质处理的最好是耐磨和/或耐腐蚀的合金制成，例如莱氏体铬钢，最好含有不少于11%的铬，特别是至少含14%铬和至少1%碳，最好至少1.8或2.3%碳;以及为了在合金之间构成复合金属而使料筒(1)和衬套(4)通过横截面减小而变形。
9.制造尤其是按权利要求1至8之一所述之复合钢工件或机器零件的方法，在此方法中料筒至少设一个孔，孔中设有一个耐磨和/或耐腐蚀的衬套，它与料筒连接而构成一种复合金属，其特征为尤其是为了构成一种塑料加工用的双螺杆或多螺杆输送机，在所需要的一个或几个孔处，至少设一个芯体的料筒与此一个或几个芯体一起在加温下受到尤其是使横截面减小的热变形，从而使芯体横截面成为非圆形，并在一个或几个芯体内加工一个或几个孔。
10.制造尤其是按照权利要求1至8之一所述之复合钢工件或机器零件的方法，此方法中料筒至少设一个孔，该孔中设有一个耐磨和/或耐腐蚀的衬套，它与料筒连接而构成一种复合金属，其特征为尤其是为了构成塑料加工用的双螺杆或多螺杆输送机，在所需的一个或几个孔的地方至少设一个芯体的料筒，它与此一个或几个芯体一起在加温下受到尤其是使横截面减小的热变形，从而使圆形的芯体相对于料筒中心偏心，或使圆形芯体处于相对于料筒外表面距离不同的位置，并在此芯体中加工一个或几个孔。
11.按照权利要求9或10所述之方法，其特征为在芯体中的孔通过加工尤其是切削加工制成，例如钻孔。
12.按照权利要求9至11之一所述之方法，其特征为在一个或几个芯体中至少制造一个具有圆形的或中心对称的或具有偶数对称轴线的孔，例如互相搭接的圆形。
13.按照权利要求9至12之一所述之方法，其特征为在一个最好基本上具有正方形或圆形横截面的料筒中构成一个具有非圆形横截面的孔，例如椭圆形、搭接的圆形等，孔中至少装填一个芯体，带芯体的料筒在加温情况下，在尽可能好地保持外部横截面形状的条件下，横截面有所变化，在一个或几个装在孔中的芯体中，钻出所希望的一个或几个孔。
14.按照权利要求9至12之一所述之方法，其特征为在一个尤其是矩形或圆形横截面的料筒中，用芯体装填一个圆形的、正方形的或矩形的孔，带芯体的料筒在加温下横截面有所减少，由此使芯体变形成为一个非圆的例如近似为椭圆的形状，接着在芯体中加工孔，特别是互相搭接的孔。
15.按照权利要求9至14之一所述之方法，其特征为加温下横截面的减小是在一个偶数的锻压次数下在一台锻压机特别是纵向锻压机中产生的，每锻一次后工件翻转180°，也就是说在前后相继的锻压时交换工件的首尾端。
16.按照权利要求15所述之方法，其特征为料筒在每两次前后相继的锻压时，横截面的减小或变形程度基本上是相同的。
17.按照权利要求9至16之一所述之方法，其特征为在加热变形时，在料筒的外侧施加基本上均匀分布的变形力。
18.按照权利要求9至17之一所述方法，其特征为在横截面减小后对料筒的外表面进行机械加工。
19.按照权利要求9至18之一所述之方法，其特征为料筒(1)由一种可锻造和可调质处理的合金制成，例如结构钢或渗碳钢;衬套(4)由一种可锻造和可调质处理的最好是耐磨和/或耐腐蚀的合金制成，例如莱氏体铬钢，最好含有不低于11%的铬，特别是至少含14%铬和至少1%碳，最好至少1.8或2.3%碳;以及为了在合金之间构成复合金属，料筒(1)和衬套(4)在加热情况下通过横截面减小而变形。
20.按照权利要求9至19之一所述之方法，其特征为在加热变形的过程中，横截面至少减小20%。
21.按照权利要求9至20之一所述之方法，其特征为横截面减小是在温度为1000至1260℃时，尤其通过锻、轧或压来进行。
22.按照权利要求9至21之一所述之方法，其特征为设有孔(3)的复合工件经受了一次淬火和一次或多次回火。
全文摘要
本发明涉及一种复合钢工件和一种制造这种工件的方法，其中，料筒至少设一个孔，该孔中设有一个耐磨和/或耐腐蚀的衬套，它与料筒连接而构成一种复合金属。按照本发明，尤其是为了构成塑料加工用的双螺杆或多螺杆输送机，在所需的一个或几个孔的地方至少设一个芯体的料筒，它与此一个或几个芯体一起在加温下受到尤其是使横截面减小的热变形，从而给予一个或几个芯体以一种非圆形的横截面形状，并在一个或几个芯体中加工一个或几个孔。
文档编号B29C47/08GK1040339SQ8910409
公开日1990年3月14日 申请日期1989年6月20日 优先权日1988年6月20日
发明者瓦尔特·克罗斯·布鲁尼尔 申请人:博哈里尔有限公司