本发明涉及一种通过热成形加工或通过热等静压加工生产复合材料部件的预加工件,它由一个管状外部构件,至少一个芯部或内部构件和两个密封盖构成。该外部构件也可能在成形加工后构成复合部件的一个构件,芯部构件由固体材料或者由粉末状材料构成,它构成复合部件的另一个构件,两个密封盖在管状外部构件的两端,密封盖上有一气体接口。本发明还涉及制造预加工件的一种方法。 复合材料部件的应用对机器另件和工具带来很多好处,复合材料部件可以满足各种不同的要求,如化学稳定性和强度,坚固性或者耐磨强度和韧性。这种复合材料部件的制作能够通过熔焊包复和/或通过热成形加工将两种或更多的构件进行金属结合的方式来实现。
在通过热成形加工进行金属结合的过程中,多半是将各个构件置入一个盒中(参见CH-A-227631),并对此盒进行密封性焊接(参见US-A-4640815),再通过气体接口,将惰性气体充入盒中形成的剩余空隙或者最好将此剩余空隙抽成真空,然后将其封闭住,也就是避免在加热到模塑温度时构件外表面受到氧化从而实现金属的充分结合(参见EP-A-0114593)。
具有一个内部构件和一个围绕内部构件,特别是与内部构件成同心装配的外部构件的复合材料部件可由预加工件制成,这是很有利的,并且价格便宜,外部构件同时还可用作盒形外壳,只需将盒的两个底部,也就是密封盖的两个端面焊接到外部构件上。其缺点是,如果外部构件由难以焊接的或者由预热后可焊接的材料,如冷作钢等 (例如材料DIN12378之类)构成,要使密封盖能焊接得不漏气,其焊缝在预加工件加热到加工温度时无裂纹,以及在母材中没有裂纹产生,就必须采取一些附加措施,例如,用手枪式焊接设备对外部构件涂复后再进行中间退火,特别是对热影响区,还需进行清理,也就是除去金属表面上的氧化皮。这些附加措施费用昂贵,多数情况下不能充分保证生产的可靠性。由于这种原因,以及由于有些特殊材料有时不能够按照所提的要求通过熔焊与密封盖结合在一起,势必多次地将需结合的各构件焊封在一个由可焊接的材料构成的,需丢弃的盒中,以此来制作预加工件。
本发明的任务是,克服上述缺点,提供一种按简单的方式取得制造复合材料部件的预加工件以及一种制造预加工件的方法。
本发明在于:使一种密封盖至少部分地伸入外部构件,此构件主要在密封盖区是圆柱形的,它在该区的壁部横截面是台阶形的,在密封盖与外部构件的配合面上,粗糙度或者粗糙深度RA,最高为200um,较好为10um,最佳为4um,在配合面上作用着表面压力,并且密封盖的外面,有时具有夹持部分,例如销子,盲孔等,密封盖的里面具有内部构件的一个或者几个定位位置,与外部构件的材料相比,密封盖的材料具有较高的,至少是相同的热膨胀系数,在预加工件达到制造温度时,形变阻力基本上相同的情况下,此材料的热成形能力较高,此材料具有超过预加工件制造温度至少约90℃的软化温度,有时,预加工件的剩余空隙用惰性气体充入或者抽真空。由一种奥氏体合金,尤其由一种铬镍钢或者一种锰钢或者一种镍锰钢制成的密封盖是很有效的。
预加工件的制造方法基本上包括:将一个温度低于外部构件的温 度至少约50℃,较好约100℃,最好约150℃的密封盖放在一个管状的,有时经预热过的外部构件中,然后,将一个或者多个有时是压实的粉末状的内部构件,按照已知的方法置入一端封闭的外部构件中,第二个密封盖按照同样的装配方法,固定在外部构件中,有时借助一种气体接口,将惰性气体导入预加工件的剩余空隙中,或者将此空隙抽成真空,然后将气体接口封住。有利的是,使外部构件保持在室温下,而温差是通过密封盖在冷却媒介,例如液态空气或者液态氮中的冷却取得的。
本专业技术人员的一种偏见是:在真空密封的热压配合中,由于密封盖的膨胀而在外部构件中出现较高的拉应力,特别当外部构件由脆性大的材料构成时,会产生裂纹,以及由于为将材料加热到形变(模塑)温度而经过脆化温度时,材料的拉应力增大而延展性减少,就会产生其他裂纹。与这种偏见相反,经发现,特别是加热由奥氏体材料制成的密封盖,同时外部构件由韧性或者脆性不大的材料制成时,外部构件上并无裂纹产生。还发现,令人惊讶地是:在加热时,在与体积变化相关的外部构件材料的结构转变过程中,仍保持着热压配合的气密性,或真空密封性。
现参照附图所示实施例对本发明作进一步的描述:
图1:表示了一种由二个构件组成的复合材料部件的预加工件;
图2:表示了一种制造三构件复合部件的预加工件,也就是,由三个构件组成的部件。
如图1所示,一个由固体材料制成的内部构件(2)置于一个外部构件(1)中,在外部构件(1)的两个端面中部份地嵌入密封盖(3)。配合面(4)由外部构件(1)的横截面呈台阶形的壁面构 成并且与密封盖配合。密封盖(3)有一夹持部分(7),密封盖上还有一个气体接口(5)。在外部构件(1)和内部构件(2)之间形成了一个在预加工件中的剩余空隙(6)。
图2所示为一预加工件,它用于由三个构件组成的复合材料部件的生产,在制造时,固体材料的芯部构件(9)固定在密封盖(3)的定位位置(10)内,密封盖(3)伸入外部构件(1)内,在芯部构件(9)和外部构件(1)之间,装有一个粉末状的中间构件(8)。在具有一个气体接口(5)的密封盖(3)上设一构成盲孔的夹持部分。