[发明专利]直动式喷印装置中的针形阀及其制造工艺

说明书

本发明涉及一种阀及其制造工艺。特别是一种直动式喷印装置中的针形阀及其制造工艺。

随着工业生产自动化程度的提高，直动式喷印装置在冶金、机械等行业得到广泛应用，如上海宝山钢铁总厂连铸热轧、钢管等作业线上均设置有直动式喷印装置，它可以不断地具有很高温度的产品上喷印管理号，以便前后工序的衔接以及提供给用户清晰准确的产品标记。该装置其中的损耗件针形阀是一个非常重要的关键部件，其性能和寿命将直接影响到生产。由于在作业线上无法及时更换针形阀，因此对其性能和使用寿命就有很高的要求。目前所使用的针形阀有两种，一种是采用整体材料加工表面发黑或TiN处理工艺，由丹麦、德国等国生产，工艺较简单但使用寿命非常短，仅为20多天；另一种是由日本生产的，采用熔铸复合工艺将针杆和针头两种材料结合在一起，工艺复杂，制造成本高，价格昂贵，每根针形阀折合人民币2.5万元。其针头为三段结构，直杆段、锥杆段和90°角针尖段，由钴基合金材料制成，头部攻角偏大为12.5°，粒子冲击表面容易造成材料流失，且头部材料组织粗大，耐磨性较差，使用寿命为2个月，没有得到充分的提高。

本发明的目的旨在根据现有技术中存在的问题对其进行改进，以得到一种制造工艺简单、结构合理、价格便宜、使用寿命更长的针形阀，以满足工业自动化生产的需求。

为实现上述目的，本发明对针形阀的针头结构所提出的技术改进方案为：在针头的直杆段和90°角针尖段之间的锥杆段的锥度角为10～20°，即攻角α为5～10°，锥杆段的长度与针尖段的长度之和为2～3mm。本发明对针形阀的制造工艺所提出的技术改进方案为：针头部分由钴基合金材料制造成，其化学分析成份（重量％）为：C0.8～1.5，Mn≤1.0，Si0.8～1.3，Cr25～35，W3～8，余置Co，采用石墨型铸造工艺制成铸棒，然后与针杆进行对焊连接。

图1所示为本发明产品结构示意图。

图2所示为日本熔铸复合工艺合金中硬相分布400X。

图3所示为本发明工艺合金中硬相分布400X。

图4所示为日本针头使用2个月（失效）后低倍形貌18X。

图5所示为本发明针头使用2个月（1／2寿命）后低倍形貌18X。

如图1所示，本发明的针形阀由针杆1和针头两部连接而成，针头分为三段，直杆段2、锥杆段3及90°角针尖段4，在直杆段和90°角针尖段4之间的锥杆段3的锥度角为10～20°，即攻角α为5～10°，锥杆段3的长度与针尖段4的长度之和为2～3mm。

针形阀头部与喷咀配合面在工作时以9次／秒的频率反复撞击，同时受着工作介质的腐蚀与冲刷。涂料介质的PH＝2，其中主要成分是硬度很高的α相SiO₂，其HV＝1800，含量达91％，颗粒尺寸为2～5μm，属微细颗粒。该工况条件下针形阀头部的磨损机理为细磨粒微观切削及带冲蚀的微切削。根据针形阀头部结构，按Finnie提出的冲蚀微切削理论，设计适宜的攻角，可减少粒子冲击表面造成材料流失，提高使用寿命。在该工况条件下，针形阀头部属低攻角下的冲蚀磨损，当攻角α为18.43°时出现最大冲蚀率，日产针形阀的攻角为12.5°，本发明在考虑了各种条件后经大量试验证实，减小攻角有利于改善冲蚀磨损，故认为将攻角α定在5～10°范围内比较适宜。

本发明的针形阀的针头部分由钴基合金材料制成，其化学分析成份（重量％）为：C0.8～1.5，Mn≤1.0，Si0.8～1.3，Cr25～35，W3～8，余置Co，采用石墨型铸造工艺制成铸棒，将针杆1车削成接近成品尺寸，再将针杆1和针头夹持在对焊机上对焊连接，最后磨削加工至成品尺寸精度。本发明基于前面对针头磨损机理所做的分析而采用石墨铸造工艺，以细化组织，减缓微观切削磨损，提高使用寿命。从图2和图3的硬相分布及表1中的数值比较来看，石墨型铸造造工艺的硬相尺寸、间距较小且交错分布，基体硬度高且与硬相间的硬度差值较小，这样硬相能被基体牢牢固定住，可有效地保护基体减缓切削磨损，这对细小磨粒受冲击的场合最为适用，耐磨性可得到很好的改善。本发明针形阀的使用寿命可达4个月甚至还要长些，是日本针形阀寿命的2倍，从图4和图5的形貌上即可明显地看到2种针形阀的磨损情况。

本发明的对焊工艺简单、稳定、可靠，两段材料结合面非常牢固，制造成本低，针形阀头部材料用量很小故可一次性备足，以确保性能稳定。本发明针形阀的价格仅是日本产品的1／55，可为用户节省大量资金，同时还提高了生产效率。