CN107848030B - 覆层的成形件和用于制造覆层的成形件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造覆层的成形件、特别是用于电磁阀的覆层的成形件的方法，其中，成形件第一方法步骤中注射成形以便造型并且在时间上在第一方法步骤之后执行的第二方法步骤中烧结以便固化，其特征在于，在第一方法步骤和第二方法步骤之间在第一中间步骤中，用包含陶瓷悬浮物的材料至少部分地对成形件进行覆层。

Description

覆层的成形件和用于制造覆层的成形件的方法
技术领域
本发明涉及一种覆层的成形件和一种用于制造覆层的成形件的方法，其中，覆层的成形件在成品状态下例如安装在电磁阀中，该电磁阀又形成用于内燃机中的燃料喷射的喷射设备的一部分。电磁阀的中心部件形成阀针，在阀针的一端布置有衔铁区段。在运行中，尤其衔铁区段遭受通常由在内极上的碰撞和由阀针的被导向的运动所引起的负荷。典型地，用来制造衔铁区段的材料的耐磨性不足以保证优选长的寿命。
背景技术
现有技术教导了作为衔铁区段覆层的铬镀层，其同时用作剩余气隙，以减少磁性粘附。为了实现陶瓷覆层，到目前为止仅知道等离子方法，在这些方法中通常需要费事的再加工。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于成形件的覆层的方法，利用该方法可以确保对成形件的有效保护并且该方法尽可能是成形件镀铬的替代方法。
该任务通过用于制造覆层的成形件、特别是用于电磁阀的覆层的成形件、例如用于电磁阀中的阀针的衔铁区段的方法来解决。在此，在第一方法步骤中将成形件注射成形以便造型，在时间上在第一方法步骤之后执行的第二方法步骤中进行烧结以便固化，其中，在时间上在第一方法步骤和第二方法步骤之间，即在注射成形和烧结之间，在第一中间步骤中将该成形件至少部分地用包含陶瓷悬浮物的材料覆层。
与现有技术相比，本发明的方法的优点在于，通过用包含陶瓷悬浮物的材料进行覆层并且随后烧结，形成耐磨损且不导磁的陶瓷层，并且由此例如能够满足电磁阀中的衔铁区段的相对较高负荷的要求。在此，尤其通过烧结而不太费事地实现成形件与其覆层之间的材料锁合的连接，而不需要再加工。
优选规定，第一方法步骤和第二方法步骤是“金属注射成形”方法的一部分，并且所述覆层在该“金属注射成形”方法的框架内进行，即该覆层是“金属注射成形”方法的一部分。根据本发明尤其特别优选规定，有针对性地对一个或多个功能表面进行覆层，这些功能表面在成形件制成的情况下预计或可预计承受特殊负载。但根据本发明也可以设想，成形件被完全覆层。
本发明的有利构型和扩展可由从属权利要求以及参照附图的说明书中得知。
根据本发明的另一实施方式设置，在时间上在第一和第二方法步骤之间进行的第二中间步骤中使成形件脱脂，其中，
-第一中间步骤在时间上在第二中间步骤之前、即在已注射成形的成形件是生件或者说生坯时进行，或者在时间上在第二中间步骤之后、即在已注射成形的成形件是熟件或熟坯时进行，或者
-第一中间步骤和第二中间步骤同时进行。尤其是，脱脂，即粘结剂、特别是有机粘结剂的溶出，在不影响已注射成形的成形件的形状和化学纯度的情况下适配于相应粘结剂地进行。例如该脱脂是通过液相脱脂或溶剂脱脂来实现。通过对熟件或者说熟坯进行覆层，即通过在时间上在脱脂之后进行覆层，包括陶瓷悬浮物的材料可侵入到开孔的熟坯中并由此在烧结后以有利的方式达到与成形件的附加的形状锁合连接。
根据本发明的另一个实施方式设置，在时间上在第一和第二方法步骤之间进行的第三中间步骤中将成形件热脱脂，其中，
-第一中间步骤在时间上在第二和第三中间步骤之前或者
-第一中间步骤在时间上在第二和第三中间步骤之间
执行。已经表明，通过依序去除粘结剂有利地可以在过程时间相对较短的情况下进行温和的脱脂。
根据本发明的另一实施方式设置，在第一方法步骤中，成形件至少部分地由磁性材料注射成形。由此能够实现例如可以集成到电磁阀中的磁性构件。
根据本发明的另一个实施方式设置，成形件在第一中间步骤中借助浸渍和/或丝网印刷至少部分地被覆层。由此能够以简单和不复杂的方式将覆层选择式地施加到熟坯和/或生坯上。
根据本发明的另一实施方式设置，所述陶瓷悬浮物是含锆的陶瓷悬浮物，特别是ZrO2陶瓷。由此能够在第一中间步骤中有利地利用氧化锆(ZrO2)陶瓷的相对较高的热膨胀和相对较高的抗裂纹扩展阻力来覆层成形件。
根据本发明的另一个实施方式设置，在时间上在第二方法步骤之后进行的第三方法步骤中对成形件进行热等静压烧结。通过热等静压加压，使成形件再致密化，以使成形件的组织中的孔的比例降低到约1％。
本发明的另一主题是一种覆层的成形件，优选为用于电磁阀的成形件，特别优选为电磁阀的阀针的衔铁区段，其中，该覆层的成形件至少部分地通过注射成形和随后烧结来制造，其中，成形件至少部分地具有在时间上在烧结之前施加的、包含陶瓷悬浮物的覆层。
与现有技术相比放弃了镀铬，取而代之使用陶瓷作为覆层，其中，陶瓷覆层通过总归要进行的烧结来形成。根据本发明的成形件覆层尤其在“金属注射成形”方法的框架内进行。由此不太费事地提供一种能保护的覆层，该覆层尤其适用于电磁阀中的成形件或成形件功能表面。
根据本发明的另一实施方式设置，成形件具有至少部分地在时间上在脱脂之前或之后、即在作为生坯件或作为熟坯存在的成形件上施加的覆层，覆层包含陶瓷悬浮物。尤其是，在对熟坯进行覆层的情况下，成形件和覆层材料锁合且形状锁合地相互作用。
根据本发明的另一实施方式设置，成形件包括磁性材料。尤其是，覆层的成形件是电磁阀中的阀针的衔铁区段的一部分或是阀针的衔铁区段。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的用于燃料喷射的电磁阀，具有阀针的衔铁区段，
图2详细示出根据本发明示例性实施方式的电磁阀的阀针，
图3详细示出覆层的成形件，呈根据本发明示例性实施方式的电磁阀的阀针的衔铁区段的形式。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的件总是设置有相同的附图标记，因此通常也分别仅被命名或提及一次。
在图1中举例示出的电磁阀101构型为用于燃料喷射设备的喷射阀，例如用于混合压缩的外源点火内燃机，具有被电磁线圈1围绕、用作燃料入口接管的芯20。带有线圈架3的电磁线圈1例如设置有塑料注塑包封部5，其中，同时将电插接头6一起注塑上去。
管状的金属中间件12例如通过焊接相对于阀纵轴线11同心地与芯20的下部的芯端部10连接，并且以上部筒区段14在轴向上部分地搭接芯端部10。线圈架3部分地搭接芯20和中间件12的上部筒区段14。中间件12在其背离芯20的端部上设置有下部筒区段18，该下部筒区段搭接管状的喷嘴承载件19并且与该喷嘴承载件例如通过焊接密封地连接。在喷嘴承载件19的下游端部中，在与阀纵轴线11同心地延伸的贯通孔20'中通过焊接密封地安装有柱形的阀座体21。阀座体21朝向电磁线圈1具有固定阀座22，在该固定阀座的下游在阀座体21中构成例如两个喷射开口23。在喷射开口23的下游，阀座体21具有沿流动方向截锥形扩宽的制备孔24。
为了调节复位弹簧26的弹簧力，在芯20的相对于阀纵轴线11同心延伸的阶梯式流动孔25中压入管状的调节衬套27。复位弹簧26以其一端部贴靠在调节衬套27的面对阀座体21的下端面28上。调节衬套27的进入芯20的流动孔25中的压入深度决定复位弹簧26的弹簧力并且因此也影响在阀打开和闭合行程期间给出的动态燃料量。复位弹簧26以其背离调节衬套27的端部支撑在例如与阀纵轴线11同心布置的管状操纵件32的保持台肩30上。操纵件32具有纵向开口34，该纵向开口面向芯20地过渡到保持台肩30中。
在图2中也示出了根据图1所示实施例的阀针58。
管状操纵件32包括管状构造的、朝向芯20并且与芯20以及电磁线圈1协同作用的衔铁区段36和朝向阀座体21延伸的管状阀套筒区段38。在操纵件32的纵向开口34中，靠近其背离衔铁区段36的端部39地构成底部40。底部40将操纵件32的纵向开口34划分为面向芯部20并形成芯20的流动孔25延长部的盲孔形流动区段42以及与流动区段42相比仅具有小的轴向延伸的盲孔区段44。在阀套筒区段38的端部39上，操纵件32借助焊接连接48与例如球形的阀闭合元件区段46连接。为了实现球形阀闭合元件区段46相对于操纵件32尽可能好的连接和精确对中，操纵件32的阀套筒区段38在其端部39处背离保持台肩30地具有端侧的、例如拱顶形构造的贴靠面49。阀套筒区段38和阀闭合元件区段46通常具有比衔铁区段36小的直径。例如球形的阀闭合元件区段46在其周边上具有例如四个扁平部50，这些扁平部使燃料向阀座体21的阀座22方向的流动变得容易。在盲孔区段44的底部40与阀闭合元件区段46之间形成空腔52，在例如借助激光焊接制造焊接连接48时产生的焊接飞溅积聚在该空腔中。这些焊接飞溅物不能从空腔52中逸出并例如到达阀座22，使得阀的功能不受干扰。
在阀纵轴线11的方向上在操纵件32的衔铁区段36和底部40之间设置有多个穿过阀套筒区段38的壁的开口56。这些开口56允许燃料通过芯20的流动孔25并通过操纵件32的纵向开口34朝阀座体21的阀座22方向流动。
由衔铁区段36和阀套筒区段38以及可能还有阀针58的阀闭合元件区段46构成的操纵件32通过注射成形和随后的烧结来制造。也被称为金属注射成形(MIM)的该方法包括例如在传统的塑料注射成形机上用金属粉末与粘结剂、例如塑料粘结剂制造成形件66、如图3中所示的成形件66，该成形件特别适合于制造阀针58或阀针的衔铁区段36，随后除去粘结剂并烧结余留的金属粉末格架。在此，金属粉末的组分能够以简单的方式协调于由衔铁区段36和阀套筒区段38组成的操纵件32或阀闭合元件区段46的最佳磁特性。可以避免金属粉末中的对阀闭合元件区段46和阀套筒区段38之间可能的焊接连接48产生不利影响的硫和/或碳。首先在混合装置中将金属粉末与用作粘结剂的塑料混合并均化。然后在造粒装置中将该混合物制备成颗粒并借助塑料注射成形机以常规方式进一步加工成成形件66。然后通过热处理，例如在保护气体影响下，从注射成形的成形件66中去除塑料粘结剂的组成成分。成形件66的剩余材料格架现在约60体积百分比由金属组成。为了提高成形件66的密度，成形件66例如在保护气体影响下在烧结装置中被烧结。但烧结过程也可以在氢影响下或在真空中进行。在需要时则可以将成形件66通过热等静压加压来再致密化，以便将成形件66(即以后的衔铁区段36、以后的操纵件32或以后的阀针58)的组织中的孔的比例减少到约1％。
图3根据本发明示例性实施方式详细示出电磁阀101的阀针58的衔铁区段36作为如在图1和图2中所示的本发明成形件66的示例。为了提高衔铁区段36的耐磨性，设置为，衔铁区段36，即成形件66或阀针58的一部分，至少部分地用包括陶瓷悬浮物的材料覆层。尤其将衔铁区段36、从而将成形件66在相对于衔铁区段36的其它区域遭受更高负荷的区域中进行覆层，该负荷例如通过在电磁阀101运行中发生的碰撞或对衔铁区段36的导向而产生。在此尤其设置为，成形件66或衔铁区段36至少部分地在金属注射成形(MIM)方法的意义上在第一方法步骤中被注射成形用于造型并且在第二方法步骤中被烧结用于巩固或固化注射成形的衔铁区段36(或成形件66)。用包含陶瓷悬浮物的材料2进行的该覆层优选在时间上在第一和第二方法步骤之间、即在时间上在注射成形和烧结之间在第一中间步骤中进行。在此可以想到，该覆层借助浸渍或丝网印刷来实现。通过对在第一方法步骤中优选至少部分地由磁性材料注射成形的成形件66或衔铁区段36进行覆层，通过随后的烧结产生材料锁合地复合到成形件66或衔铁区段36上的陶瓷层，该陶瓷层有利地是耐磨损和不导磁的。在此进一步设置，在时间上在第一步骤和第二步骤之间执行的第二中间步骤中使成形件66脱脂。优选该第二中间步骤在时间上在第一中间步骤之前和/或该第二中间步骤在时间上在第一中间步骤之后执行，即，在MIM方法中将熟坯和/或生坯用包括陶瓷悬浮物2的材料覆层。如果对熟坯进行覆层，则可以将包括陶瓷悬浮物的材料2引入开孔的熟坯中并且由此有利地达到附加的形状锁合连接。在此证明特别有利的是，通过MIM方法可以实现复杂的结构，该复杂的结构又可以不太费事地被完全或部分覆层。尤其是，通过在第二方法步骤中烧结实现了材料锁合的连接，该连接使得能够实现基本无应力的覆层。此外可能的是，通过在MIM方法中中间置入至少部分覆层作为第一中间步骤，可以放弃用于对成形件66、尤其电磁阀101的衔铁部分或者说衔铁区段36进行覆层的成本密集和不精确的方法，例如等离子方法。

Claims (13)

1.一种用于制造覆层的成形件（66）的方法，其中，将成形件（66）在第一方法步骤中注射成形以便造型并且在时间上在第一方法步骤之后执行的第二方法步骤中烧结以便固化，其特征在于，在时间上在第一方法步骤和第二方法步骤之间在第一中间步骤中，用包含陶瓷悬浮物的材料（2）至少部分地对成形件（66）进行覆层，所述成形件（66）的陶瓷层在烧结之后耐磨损且不导磁，以代替所述成形件（66）的铬镀层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形件（66）在时间上在第一和第二方法步骤之间进行的第二中间步骤中脱脂，其中，
- 第一中间步骤在时间上在第二中间步骤之前或之后或者
- 第一中间步骤和第二中间步骤同时
执行。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在时间上在第一和第二方法步骤之间进行的第三中间步骤中，将所述成形件（66）热脱脂，其中，
- 第一中间步骤在时间上在第二和第三中间步骤之前或者
- 第一中间步骤在时间上在第二和第三中间步骤之间
执行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在第一方法步骤中，所述成形件（66）至少部分地由磁性材料注射成形。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述成形件（66）在第一中间步骤中借助浸渍和/或丝网印刷至少部分地被覆层。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述陶瓷悬浮物是含锆的陶瓷悬浮物。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在时间上在第二方法步骤之后执行的第三方法步骤中，将所述成形件（66）热等静压烧结。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述覆层的成形件（66）设置为用于电磁阀（101）。
9.一种成形件（66），其中，所述成形件（66）至少部分地通过注射成形和随后烧结来制造，其中，所述成形件（66）至少部分地具有在时间上在烧结之前施加的包括陶瓷悬浮物的覆层，所述成形件（66）的陶瓷层在烧结之后耐磨损且不导磁，以代替所述成形件（66）的铬镀层。
10.根据权利要求9所述的成形件（66），其中，所述成形件（66）具有至少部分地在时间上在脱脂之前或之后施加的包括陶瓷悬浮物的覆层。
11.根据权利要求9或10所述的成形件（66），其中，所述成形件（66）包括磁性材料。
12.根据权利要求9所述的成形件（66），其中，所述成形件（66）设置为用于电磁阀（101）。
13.根据权利要求9所述的成形件（66），其中，所述成形件（66）为电磁阀（101）的衔铁区段（36）。
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