JP2017513719A

JP2017513719A - 金属クラッドで燃料ノズル素材を製造するための方法

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Publication number: JP2017513719A
Application number: JP2016541105A
Authority: JP
Inventors: トマスバーリルンド，; マルティンエストルンド，; トミリンドグレーン，; フレードリクヨハンソン，
Original assignee: サンドビックインテレクチュアルプロパティーアクティエボラーグ
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2017-06-01
Also published as: WO2015090831A1; DK3083113T3; EP3083113A1; EP3083113B1; US20160361766A1; CN105828987A; KR20160101115A

Abstract

熱間等方圧加圧法により、コア（５）及び金属クラッド（６０）を有する金属体（５０）を製造するための方法であって、底壁（３）、コア（５）及び側壁（４）を備え、クラッド材（８）で充填されている中空体（２）を提供するステップと、ＨＩＰのステップの前に、ＨＩＰのステップで得られる最終体（２０）を金属機械加工装置（３０）の中でセンタリングするための少なくとも１つのセンタリング手段（１１、１２）を有する中空体（２）の底壁（３）及び上壁（９）を提供するステップとを含む方法。【選択図】図４

Description

本発明は、請求項１の前文によるクラッドを有する金属体を製造するための方法に関する。

熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）は、金属材料の構成要素を製造するための従来の方法である。この方法により、ニアネットシェイプの複合構成要素を製造し、また同一製品の中で異なる材料を統合することが可能になる。ＨＩＰでは、構成要素の最終形状を画定する鋼カプセルが金属粉末で充填され、その後、金属粉末の粒子が中実構成要素（ｓｏｌｉｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）内に結合するように、高温及び高圧に曝される。

熱間等方圧加圧法は、事前に製造されたコアに金属材料のクラッドを適用するために使用され得る。ＷＯ２００４／０３０８５０Ａ１には、燃料バルブノズルの製造方法が記載される。方法によれば、事前に鍛造されたノズルコア周囲に空間を形成するために、金属管部が配置される。空間には金属粉末が充填され、金属粉末、コア及び管部が中実構成要素内に結合するように、その配置がカプセルで囲まれ、ＨＩＰに曝される。

バルブノズルを製造するための類似の方法が、ヨーロッパ特許出願ＥＰ１２１７３４１１に記載される。この方法は、金属機械加工作業中に、中実素材を、コアが延びる底壁及びコア周囲の空間を囲む側壁を備える中空体に形成するステップを含む。空間には、金属クラッド材が充填され、上壁によって閉鎖され、続いてＨＩＰに曝される。

ＨＩＰ後に、中実構成要素は、典型的には、クラッドをコア上に露出するために、機械加工に曝される。典型的には、機械加工は、旋回又はフライス加工によって実行される。

しかしながら、最終的な圧密化された構成要素は、しばしばＨＩＰプロセス中に変形する。これにより、機械加工装置の中で構成要素を正確に留め、センタリングすることが難しくなるので、構成要素の機械加工に問題が生じる。この結果として、クラッドが正確な厚さに機械加工され得ない。先行技術による更なる欠点は、構成要素の機械加工が、扱いにくい手作業であり、許容構成要素の生産量が低いため、時間及びコストがかかるということである。

結果として、クラッドを有する金属構成要素のＨＩＰによる製造を可能にし、最終構成要素のクラッドの厚さの変動が非常に低くなるよう改良された方法を提示することが、本発明の目的である。本発明の更なる目的は、コスト効果の高い、クラッドを有する金属構成要素の製造方法を実現することである。しかし、本発明の更なる目的は、クラッドを有する金属構成要素の製造方法であって、短時間でほとんど労力をかけずに実行することができる方法を提示することである。

本発明の第１の態様によれば、前述の目的のうちの少なくとも１つは、コア５及び金属クラッド６０を有する金属体５０を製造するための方法であって、
内部空間６がコア５周囲に形成されるように、底壁３、底壁３から延びるコア５、及び当該底壁３から延び、コア５を囲む側壁４を備える少なくとも１つの中空体２を提供するステップと、
内部空間６を金属クラッド材８で充填するステップと、
上壁９を側壁４上に配置することによって、内部空間６を閉鎖するステップと、
充填された中空体２をカプセル１０の中に位置付け、カプセル１０から空気を排出し、カプセル１０を密閉するステップと、
クラッド材８と中空体２とが結合され、中実体２０を形成するように、カプセル１０を所定温度、所定圧力で所定時間、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）に曝すステップと、
中実体２０を金属機械加工装置３０の中で機械加工するステップであって、側壁４の少なくとも一部が除去され、露出されたクラッド材８が所定の厚さのクラッド６０に機械加工される、機械加工するステップと
を含み、中空体２の底壁３及び上壁９には各々、熱間等方圧加圧法のステップの前に、熱間等方圧加圧法のステップで得られる最終的な中実体２０を金属機械加工装置３０の中でセンタリングするための少なくとも１つのセンタリング手段１１、１２が提供されることを特徴とする方法によって実現される。

熱間等方圧加圧法のステップの前に、センタリング手段を中空体の中に提供することによって、たとえ中実体がＨＩＰ中に変形されたとしても、ＨＩＰが行われた中実体を金属機械加工装置の中で中実体のコアの中心に対して正確にセンタリングすることが可能である。続いて、コアの中心からある距離と決定されている所定の厚さにクラッドを機械加工することによって、コア周囲のクラッド厚は、非常に狭い許容範囲内に維持され得る。

発明の原理が、図８を参照して更に説明される。図８は、底壁３、上壁９及びコア５を含む中空体２を備える中実のＨＩＰが行われた構成要素２０の縦断面図を概略的に示す。コア５は、クラッド材８で埋められる。カプセル１０は、中実体を囲む。突起円錐台状及び円錐台凹部状のセンタリング手段１１、１２が、底壁３及び上壁９に提供される。

図８は、ＨＩＰプロセス中に生じた変形を概略的に示している。この変形は、ある程度、異方性がある場合が多く、特に、細長円筒形状の構成要素の場合、ＨＩＰが行われた本体の周囲は、不均等に変形することがある。

しかしながら、図８は概略であり、変形の異方性が例示的理由から著しく誇張されていると理解すべきである。また、実際には、変形はもっと複雑である。

本発明によれば、センタリング手段１１及び１２は、ＨＩＰの前に、中空体の底壁３及び上壁９の中心（位置Ｘ１）に適用される。焼締中に、カプセル１０及び中実体２０の周囲は、図８に示されるように径方向に異方変形する。しかしながら、センタリング手段１１及び１２の位置は、変形に影響されない。続いて中実体が、旋盤の中で旋回形態の機械加工作業に曝されると、中実体２は、線Ｘ１に沿って、対応するセンタにより、金属機械加工装置の中でセンタリングされ得る。中実体２は、次にコア５の真の中心に対してセンタリングされ、機械加工作業は、コア周囲での厚さの変動が非常に小さいクラッドを得ることになる。

従来のクラッド構成要素（センタリング手段を含まない）製造の場合、中実体２０の端は、典型的には、チャックによって把持され、ゆえに中実体は、チャックの中心に対してセンタリングされることになる。しかしながら、中実体の周囲が異方変形するので、チャックの中心は、事前に製造された本体のコアの中心と一列にならないだろう。その代わりに、中実体は、コアの中心からずれた線Ｘ２に沿って、センタリングされることになる。中実体が機械加工されると、センタリングのずれにより、中実体が偏心的に回転することになり、コアでの厚さ変動が起こるだろう。

本発明の更なる実施形態及び利点が、従属請求項及び以下の詳細な説明で開示される。

本発明の方法のステップを示す。本発明の方法のステップを示す。本発明の方法のステップを示す。本発明の方法のステップを示す。本発明の方法のステップを示す。本発明の方法のステップを示す。本発明の方法のステップを示す。本発明にしたがって製造された中空体を概略的に示す。本発明の方法により得られた燃料バルブノズル素材を示す。

本発明の方法が、以下で、ディーゼルエンジン用の、特に二行程式ディーゼルエンジン用の燃料注入ノズル素材の製造を参照して、詳しく説明されることになる。より詳細については、参照することによりその内容が組み込まれている、出願人の未公開ヨーロッパ特許出願ＥＰ１２１７３４１１を参照されたい。

方法の第１のステップでは、中空体２が提供される。図１は、円筒形であり、回転対称形状を有する中空体２の側面図を概略的に示す。中空体２は、例えば、ＡＩＳＩＨ１３／ＳＳ２２４２などの工具鋼で製造され得る。中空体２は、コア５及び側壁４が延びる底壁２を有している。コア５は、底壁３の中心から延び、側壁４は、底壁の周囲から延びる。側壁４は、コア５を囲み、即ち、コア５と同軸であり、ゆえに空間６は、壁４の内周とコア５の外周との間に限定される。縦方向に、側壁４は、コア５を越えて延びる。これにより、側壁４の内周は、径方向における空間６の境界を決定し、縦方向における側壁４の延長が、空間６の上方への延長を決定する。底壁３は、中空体２がＨＩＰカプセルの底に直立して設置され得るように、実質的に平らな端面３ａを有する。クラッド構成要素の製造に中空体を使用することによる利点は、側壁４の提供が、ＨＩＰ中に中空体の径方向により均質な変形をもたらすことである。これにより、次いでクラッドの厚さ変動は低くなる。更なる利点は、同時にいくつかのノズル素材を効率的に製造するのに適している充填された中空体を事前に準備してもよいことである。

発明の方法の第１の代替例によれば、中空体２は、金属の中実素材、即ち、例えば、鋼の中実円筒棒などの単一の金属片を機械加工することによって製造される。中実鋼素材は、コア５、空間６及び側壁４が素材１の一端で形成され、底壁３を素材の他端に残すように、金属が素材から除去される、例えば、フライス加工などの、金属機械加工作業に曝される。その利点は、中空体の様々な部品、即ち、コア及び底壁から上壁を互いに対して非常に正確に位置付けられることである。更に、中空体の部品同士を互いに取り付けるための溶接などの補助的な作業は必要ない。

発明の方法の第２の代替例によれば（図３を参照）、中空体２は、管部１９を事前に形成されたノズル事前体（ｐｒｅ−ｂｏｄｙ）１上に取り付けることによって形成される。ノズル事前体１は、例えば、可能であれば機械加工と組み合わせて、鍛造又は鋳造によって製造され得る。ノズル事前体は、コア５及び底壁３を備える。底壁３の上方部分は、コア５のベースを囲み、これによって管部１９に支持表面を提供するショルダ３ｂを備える。管部１９は、その端面の一方がショルダ３ａ上で支持され、管部がコア５を囲み且つ縦方向にコアを越えて延びるように、配置される。これにより、管部１９は、側壁４となり、コア５周囲に空間６を形成する。好ましくは、管部の端は、ＨＩＰ中に安定した位置に維持されるように、底壁３に溶接される。この事前に製造される事前体を製造する方法は、高速かつ安価である。管部１９は、１３１２（Ｅ２３５）などの建築用鋼で製造され得る。

第２のステップでは（図３を参照）、コア５が金属クラッド材８に埋められるように、空間６が金属クラッド材８で充填される。好ましくは、金属クラッド材８は、金属粉末である。粉末を使用する利点は、これにより、コアが複雑な形態であろうとも、空間６を容易に充填できることである。金属クラッド材８は、コア５と異なる化学組成を有している。本実施形態は、燃料注入ノズルに関し、金属クラッド材の目的は、ノズルのコア部分上に耐食層を提供することである。したがって、金属クラッド材が、例えば、ＮｉＣｒ４９Ｎｂ１、ＮｉＣｒ２２Ｗ６Ａｌ５又はＮｉＣｒ２２ＭｏＮｂＴｉなどのニッケル系合金から成ることが好ましい。充填後、金属クラッド材８は、すべての隙間が中空体（図示されず）において確実に充填されるように、スタンピング又はシェイキングによって圧縮され得る。

第３のステップでは、中空体２が閉鎖される。これによって、上壁９が、側壁４の上端の最上部に配置される。上壁９（図３を参照）は、側壁４の上端で支持されている下側９ｂ、及び中空体２から離れた方向に向けられている上側９ａを備える。上壁９は、中空体２の上端を完全に覆い、これにより中空体を閉鎖する蓋を形成するように設計される。後の排気ステップにおいて中空体から空気を吐き出すことができるように、上壁９は側壁４の上端に密閉されないとする。上壁９は、１３１２（Ｅ２３５）などの建築用鋼で製造され得る。

本発明によれば、充填された中空体２の底壁３及び上壁９には、最終的にＨＩＰが行われた本体を金属機械加工装置の中でセンタリングするためのセンタリング手段１１、１２が提供される。図４は、充填された中空体２の中のセンタリング手段の位置を概略的に示す。第１のセンタリング手段１１が、底壁３の端面３ｂに提供され、第２のセンタリング手段１２が、上壁９の上側９ａに提供される。

明らかに、センタリング手段は、クラッド材によって覆われていない、ゆえにクラッド材がない、中空体の位置に提供されるべきである。

好ましくは、センタリング手段１１及び１２は、コア５の中心及び両センタリング手段１１、１２を縦方向に通る真っすぐな線１３に沿って位置合わせされるように、底壁と上壁の中心に位置する。

中空体の底壁及び上壁双方のセンタリング手段は、好ましくは、従来の金属機械加工装置の対応するセンタが係合するように設計される。本発明によれば、「金属機械工具」又は「機械工具」としても知られている「金属機械加工装置」は、旋盤又はフライス加工切削工具（ｍｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｅｒ）などの金属切削機械であり得る。金属機械加工装置はまた、放電機械加工デバイスでもあり得る。

好ましくは、金属機械加工装置は、旋盤、即ち、旋回によって鋼を機械加工するための装置である。更に以下で説明されるように、旋盤についてのセンタは、円錐体状又は円錐台状のいわゆる「雄型センタ」である。代替的には、旋盤のセンタは、「テーパスリーブ」としても知られている、円錐形状の開口を有するスリーブ状のいわゆる「雌型センタ」である。そのようなセンタは、例えば、ｔｈｅｃｏｍｐａｎｙＲoｈｍ（ＲＯＨＭＧｍｂＨ，Ｈｅｉｎｒｉｃｈ−Ｒoｈｍ−Ｓｔｒａsｅ５０，８９５６７バーデン＝ヴュルテンベルク州、ドイツ）から市販されている。

それゆえ、中空体におけるセンタリング手段は、「雄型センタリング手段」又は「雌型センタリング手段」の形態である。雄型センタリング手段は、例えば、円錐体状又は円錐台状の突起要素である。雌型センタリング手段は、凹部、即ち、穴である。例えば、雌型センタリング手段は、円錐体又は円錐台の形状を有する凹部又は穴の形態である。中空体のセンタリング手段が旋盤の中で市販のセンタを補完することが好ましい。しかしながら、雄型センタリング手段は、任意の形状の突起要素であり得、雌型センタリング手段は、任意の形状の凹部であり得る。

図４では、円錐台形状の凹部の形態の雌型センタリング手段１１が、底壁３の端面３ａに提供される。中空体２が次に直立した位置にしっかりと設置され得るので、中空体２の下方端面に雌型センタリング手段を提供することが好ましい。突起円錐台状の雄型センタリング手段１２は、上壁９の上面９ａに提供される。

雄型センタリング手段又は雌型センタリング手段のどちらかが、中空体２の上壁又は底壁に提供され得ることが明らかである。例えば、雄型センタリング手段が底壁３に提供され得、雌型センタリング手段が上壁９に提供され得る、又はその逆であり得る。また、雄型センタリング手段を底壁３及び上壁９の双方に提供することも可能である。或いは、雌型センタリング手段を中空体２の底壁３及び上壁９の双方に提供することも可能である。

雌型センタリング手段、例えば、凹部又は穴などは、穿孔又はフライス加工によって実現され得る。雄型センタリング手段、例えば、円錐体又は円錐台などは、中空体の底壁又は上壁の端面の機械加工によって実現され得る。また、円錐体を機械加工し、続いて溶接により中空体の上壁又は底壁に取り付けることにより、事前に製造された円錐体又は円錐台を実現することも可能である。

中空体は、次いでカプセル１０（図５を参照〉の中に設置される。カプセルは、好ましくは、閉鎖された底端を含む鋼管である。好ましくは、鋼管は、低炭素鋼から製造される。カプセルの長さは、少なくとも１つの中空体の長さよりも大きい。しかしながら、図５に示されるように、複数の中空体は、典型的には、単一のカプセルの中で同時にＨＩＰが行われる。複数の中空体は、２若しくはそれを上回る、５若しくはそれを上回る、又はそれ以上などの任意の数であり得る。例えば、複数の中空体は、２〜１０又は２〜２０であり得る。したがって、カプセルの長さは、ＨＩＰの対象となり得る複数の中空体の全長、即ち、個々の中空体の長さの合計よりも大きい。管状カプセルの壁圧は、ＨＩＰ中にカプセルの内側が確実に密閉されるほど十分に大きい（通常は少なくとも１ｍｍ）。カプセルの内径は、中空体の外径よりわずかに大きい。例えば、Ｄ_{ｃａｐｓｕｌｅ}／Ｄ_{ｈｏｌｌｏｗｂｏｄｙ}として定義されているカプセルの内径と中空体の外径との割合は、１〜１．１０の範囲内である。

図５を参照すると、複数の中空体２は、カプセル１０の中で重なり合ってとめられる。隣接する中空体の互いへの結合を回避するために、中空体の上面９ａ及び底面３ａには、冶金的結合を防止するコーティングが施される。例えば、コーティングは、窒化ホウ素である。

中空体の雌型センタリング手段が、ＨＩＰ中に変形する可能性があり、又は閉じてしまう可能性さえあり得る。これを回避するために、中空体をカプセル内に挿入する前に、カバー片４０をカプセルの底に設置してもよい。カバー片４０は、カプセルの底で支持される１つの表面４０ａと、雌型センタリング手段に嵌め込むように適合されている突起要素４０ｃを含む１つの表面４０ｂとを備える。この場合、突起要素４０ｃは、円錐台である。カバー片４０の突起要素４０ｃは、カプセル１０の中で、第１の中空体２の雌型センタリング手段１１を埋め、センタリング手段１１がＨＩＰ中に変形するのを防止する。明らかに、カバー片にもまた、結合防止のために窒化ホウ素コーティングが施される。更に、充填及び閉鎖された中空体は、続いてカプセル内に挿入され、重なり合うようにとめられる。これにより、１つの中空体２の雄型センタリング手段１２が、次の中空体２の雌型センタリング手段１１で受けられる。最上中空体２の最上部に、第２のカバー片４０が設置される。第２の端片は、最上の中空体の雄型センタリング手段１２を受けるように適合されている凹部４０ｄを含む１つの表面４０ｂを備える。反対の表面４０ａは、平坦であり、カプセルの開口に向けられている。第２のカバー片４０の配置は、最上中空体の雄型センタリング手段がＨＩＰ中にカプセルに損傷を与えるのを防止する。カバー片の設計が中空体の中でセンタリング手段に適合され得ることが明らかである。

記載されたカプセルの中へのいくつかの中空体の配置は、当然、大量の注入ノズル製造の費用効率が高い方法である。しかしながら、雌型センタリング手段が底部にあり、雄型センタリング手段が最上部にある、記載された中空体の配置は、更なる利点を提供する。第１に、この配置は、個々の中空体を互いに対してステープル（ｓｔａｐｌｅ）にロックし、中空体のステープルがＨＩＰ中に比較的安定した状態を保つようにする。第２に、記載された配置により、１つの中空体での雌型センタリング手段は、別の中空体の雄型センタリング手段によって、ＨＩＰ中の変形から保護される。したがって、最下中空体の雌型センタリング手段を保護するために、１つのカバー片が必要とされるだけである。これにより、コストが更に削減される。

好ましくは、雄型センタリング手段は、最大６０度、好ましくは、４０〜６０度の傾斜角を有する円錐台の形態を有する。好ましくは、雌型センタリング手段は、同一形状の円錐台、即ち、最大６０度、好ましくは、４０〜６０度の傾斜角を有する穴である。試験は、これらの寸法を有する雄型センタリング手段が、ＨＩＰ中に雌型センタリング手段の変形をほとんど又は全くもたらさないことを示した。試験はまた、これらの寸法により、雄型センタリング手段が、ＨＩＰ中に雌型センタリング手段に嵌り込むのを防止することも示した。これにより、中空体は、ＨＩＰ後に互いから容易に分離され得る。

すべての中空体がカプセルの中に位置付けられると、開口１０ｃを有する蓋１０ｂが、カプセルの上端上方で溶接される。カプセルは、クラッディングのコアへの結合に悪影響がある空気を含み得る。したがって、空気は、カプセルの中で真空に引くことによって、カプセル１０から排出される。蓋の開口を通して真空引きが行われ、続いて、カプセルが密閉されるように、蓋の開口が溶接閉鎖される。

その後、中空体２が、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）（図６を参照）に曝される。これにより、中空体を含むカプセルは、ＨＩＰ炉１００の中に設置され、金属クラッド材、コア、側壁、上壁及び底壁が互いに結合し、密な中実の最終本体となるように、所定温度、所定圧力に所定時間曝される。典型的には、炉の中の圧力は、７００〜１１００バールの範囲内、好ましくは、９００〜１１００バール、最も好ましくは、およそ１０００バールである。温度は、最低溶融点を含む材料の溶融点未満に選択される。温度が溶融点に近づけば近づくほど、脆い縞（ｂｒｉｔｔｌｅｓｔｒｅａｋｓ）が形成され得る溶融相形成のリスクはますます高くなる。しかしながら、低温では、拡散工程は減速し、ＨＩＰが行われた材料が除去できない多孔性を含み、材料間の金属結合が弱まるだろう。結果的に、温度は、９００〜１２００℃の範囲内、好ましくは、１１００〜１２００℃、最も好ましくは、およそ１１５０℃である。ＨＩＰ工程の期間は、構成要素のサイズ次第で決まるが、効率的な生産性のためには短時間が好ましい。したがって、ＨＩＰステップの期間は、いったん前述の圧力及び温度に到達してしまえば、１〜４時間の範囲内である。ＨＩＰ工程の完了後、前述の中実体は、好ましくは、アニーリングなどの任意の適した熱処理に曝され得る。ＨＩＰ後、中実体は、カプセルを切削することによって分離される。カプセルは、例えば、酸洗によって、個々の中実体から除去され得る。カプセルはまた、個々の中実体に残ったままでもよく、その代わりに機械加工中に除去されてもよい。図８は、ＨＩＰ後の中実体を示す。

方法の最終ステップでは、ＨＩＰ工程から生じた中実体が、金属機械加工作業に曝され、当該作業では、側壁４のすくなくとも一部が除去され、露出されたクラッド材８が所定の厚さのクラッド６０に機械加工される。典型的には、機械加工作業は、旋盤における旋回によって実行される。

図７は、旋盤３０の形態の金属機械加工装置３０を概略的に示す。旋盤は、フェースドライバ３２が結合される主軸台３１を備える。フェースドライバ３２は、旋盤（図示されず）のドライブユニットによって回転され、中実体２０に係合し、フライス加工中に中実体２０を回転させる。中実体に係合するために、フェースドライバ３２には、中実体２０の端面３ａに食い込む硬化されたドライブピン３３が提供され、そのため、フェースドライバの回転運動が中実体２０に移動する。フェースドライバの中心に、円錐台状の雄型センタ３４が位置する。旋盤の雄型センタは、中実体の雌型センタリング手段１１に係合するように適合される。ゆえに、金属機械加工装置のセンタが、中実体の中のセンタリング手段に係合し得るように、及びその逆になるように設計される。

旋盤の心押し台３５は、円錐台状の内部形状を有するテーパスリーブ３７から成る雌型センタ３６を備える。スリーブは、中実体２０の上壁９で雄型センタリング手段１２を受けるように適合される。センタは、それ自体が旋盤の心押し台に取り付けられるシャフト（図示されず）を更に備える。この場合、センタは、心押し台の中に回転可能に配置される回りセンタである。しかしながら、センタはまた、いわゆる止まりセンタでもあり得る。金属切削工具３８、即ち、旋盤工具又は旋盤鋼が、中実体から金属を除去するために提供される。

作業中にフェースドライバの雄型センタ３４が、中実体の第１の端面３ａの雌型センタリング手段１１に挿入され、旋盤の心押し台の雌型センタ３７が、中実体２０の第２の端面４ａの雄型センタリング手段１２を受ける。フェースドライバが、旋盤の心押し台の雌型センタに向かって中実体をプレスし、同時にドライブビン３３が、中実体の端面３ａに押し込まれる。中実体は、旋盤の雄型センタ及び雌型センタの双方が中実体の雄型センタリング手段及び雌型センタリング手段と係合すると、旋盤でセンタリングされる。

必要であれば、中実体２０のセンタリング手段１１、１２は、旋盤で中実体をセンタリングする前に、露出されてもよい。例えば、手持ち工具で粉砕し、カプセルの一部を除去することにより、露出されてもよい。

中実体のセンタリング後に、所望の厚さのクラッドが実現するまで旋回が行われる。これは、旋盤の制御システムが、事前に製造された本体の中心と旋盤工具との所定の距離でプログラムされるので、実現される。旋回中に、側壁４の少なくとも一部が、旋盤切断工具３８によって除去される。典型的には、側壁全体が除去される。次に、露出されたクラッド材はまた、所定の距離に到達し、所定の厚さのクラッドが得られるまで、旋盤工具によって除去される。

その後、注入ノズル素材（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｎｏｚｚｌｅｂｌａｎｋ）は、例えば、穿孔及びクラッドの更なる機械加工など、更なる機械加工に曝され、最終的な注入ノズルになり得る。

本発明が、以下で、比較例を参照して説明されることになる。

本発明の方法に従って、６つの注入ノズル素材が製造された。注入ノズルは、粉末状のクラッド材ＮｉＣｒ２２ＭｏＮｂＴｉで充填された鋼ＡＩＳＩＨ１３／ＳＳ２２４２の中空体を備えていた。ノズル素材は、以下の寸法を有していた（図９参照）。高さ（Ｈ）６２．７ｍｍ、ベース直径（ＢＤ）：３２．５ｍｍ、上部直径（ＵＤ）：２１．５ｍｍ。

ノズル素材製造に使用された事前に製造された本体には、最上部に円錐台状の雄型センタリング手段と、底部に更に円錐台状の雌型センタリング手段とが提供された。雄型センタリング手段は、ベース直径１１ｍｍ、高さ５．５ｍｍ、及び傾斜角６０度であった。

６つの事前に製造された本体が、カプセルに設置され、圧力９７０バール、温度１１５０℃で１時間、ＨＩＰが行われた。引き続き、中実体が、ＯｋｕｍａＳｐａｃｅＴｕｒｎＬＢ３０００ＥＸという種類の旋盤で機械加工された。旋盤には、中実体の上壁及び底壁のセンタリング手段に対応するフェースドライバ及び心押し台にセンタが提供された。

旋回後、ノズルが最上部から１４〜１６ｍｍの位置で切削され、切削面が光学顕微鏡で調べられ、クラッド層の厚さが決定された。図９の破線は、切削位置を示す。切削面周囲で４回の測定が行われ、最大表示度数及び最小表示度数が記録された。

比較として、６つの更なるノズルが製造され、前述のように測定の対象とされた。しかしながら、これらのノズル用に事前に製造された本体には、センタリング手段が提供されなかった。比較のノズルも、前述のように旋盤の中で旋回させたが、中実体の一端のチャックによって留められた。

測定結果が表１に示される。

この結果は、従来の方法で製造されたノズルと比較して、本発明の方法により製造されたノズルでは、はるかに狭い誤差のクラッド厚が実現されたことを示した。本発明のノズルの目標とされたクラッド厚は３ｍｍであり、コア周囲の測定された厚さの変動は、０．０３〜０．１２ｍｍの範囲内である。比較すると、比較ノズルは、コア周囲で０．１６〜０．９５ｍｍの範囲内で変動するクラッド厚を有している。

Claims

コア（５）及び金属クラッド（６０）を有する金属体（５０）を製造するための方法であって、
内部空間（６）が前記コア（５）周囲に形成されるように、底壁（３）、前記底壁（３）から延びるコア（５）、及び前記底壁（３）から延び、前記コア（５）を囲む側壁（４）を備える少なくとも１つの中空体（２）を提供するステップと、
前記内部空間（６）を金属クラッド材（８）で充填するステップと、
上壁（９）を前記側壁（４）上に配置することによって、前記内部空間（６）を閉鎖するステップと、
前記充填された中空体（２）をカプセル（１０）の中に位置付け、前記カプセル（１０）から空気を排出し、前記カプセル（１０）を密閉するステップと、
前記クラッド材（８）が前記中空体（２）に結合され、中実体（２０）が形成されるように、前記カプセル（１０）を所定温度、所定圧力で所定時間、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）に曝すステップと、
前記中実体（２０）を金属機械加工装置（３０）の中で機械加工するステップであって、前記側壁（４）の少なくとも一部が除去され、露出された前記クラッド材（８）が所定の厚さのクラッド（６０）に機械加工される、機械加工するステップと
を含み、
前記中空体（２）の前記底壁（３）及び前記上壁（９）には、前記熱間静水圧プレスのステップの前に、前記熱間等方圧加圧法のステップで得られる最終的な前記中実体（２０）を前記金属機械加工装置（３０）の中でセンタリングするための少なくとも１つのセンタリング手段（１１、１２）が各々提供されることを特徴とする方法。
前記最終的な中実体（２０）が、前記最終的な中実体（２０）の中の前記センタリング手段（１１、１２）と前記金属機械加工装置（３０）の中の対応するセンタ（３４、３７）との間の係合によって、前記金属機械加工装置（３０）の中でセンタリングされる、請求項１に記載の方法。
前記センタリング手段（１１、１２）が、雄型センタリング手段（１２）又は雌型センタリング手段（１１）である、請求項１又は２に記載の方法。
前記雄型センタリング手段（１２）が、円錐体又は円錐台である、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
前記雌型センタリング手段（１１）が、円錐体の形状を有する凹部、又は円錐台の形状を有する凹部である、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
前記センタリング手段（１１、１２）が、前記熱間等方圧加圧法の前に、前記底壁（３）の中心及び前記中空体（２）の前記上壁（９）の中心に提供され、前記中空体（２）の前記コア（５）の中心及び両センタリング手段（１１、１２）を通って延びる垂直軸（１３）に沿って位置合わせされる、請求項１から５の何れか一項に記載の方法。
前記カプセル（１０）の中に少なくとも第１のカバー片（４０）を配置するステップを含み、前記カバー片（４０）が、雌型センタリング手段（１１）で完全に受けられるように適合されている突起部（４０ｃ）を備え、又は前記カバー片（４０）が、雄型センタリング手段（１２）を完全に受けるように適合されている凹部（４０ｄ）を備える、請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
前記中空体（２）が、中実素材（１）から金属が除去される金属機械加工作業によって形成される、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
管部（１９）が前記コア（５）周囲で前記側壁（４）を形成するように前記コア（５）が延びる前記底壁（３）を備える事前体（１）に前記管部（１９）を取り付けることによって、前記中空体（２）が製造される、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
複数の中空体（２）を製造し、前記中空体（２）を重なり合うように前記カプセル（１０）の中に設置するステップを含む、請求項１から９の何れか一項に記載の方法。
前記各中空体（２）の前記底壁（３）が雌型センタリング手段（１１）を備え、前記各中空体（２）の前記上壁（９）が雄型センタリング手段（１２）を備え、前記雌型及び雄型センタリング手段は、前記雄型センタリング手段を前記雌型センタリング手段で完全に受けることができるように適合される、請求項１０に記載の方法。
前記複数の中空体（２）の前記底壁（３）及び／又は前記上壁（９）には、隣接する前記中空体（２）の結合を防止するコーティング（２１）が提供される、請求項１１に記載の方法。
前記カプセル（１０）の中に第１のカバー片（４０）を設置し、次に前記中空体（２）を重なり合うように前記カプセルの中に位置付けるステップを含み、前記カバー要素（４０）が、前記カプセル（１０）の底に向けられている第１の表面（４０ａ）、及び前記雌型センタリング手段（１１）で完全に受けられるように適合されている突起部（４０ｃ）を備える第２の表面（４０ｂ）を有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
前記金属機械加工装置（３０）が旋盤である、請求項１から１３の何れか一項に記載の方法。