一种旋喷喷嘴梯度坯体的补偿制备方法与流程

本发明属于旋喷喷嘴加工，具体涉及到一种旋喷喷嘴梯度坯体的补偿制备方法。

背景技术：

1、旋喷喷嘴可采用内孔附近低钴、外侧较高钴的碳化钨—钴硬质合金结构，并沿喷嘴轴向调整近壁材料厚度。制备时通常需要配粉、成形、脱脂、烧结和内孔精整，粉末分区的位置及组成会在这些工序中发生变化。

2、若直接按成品截面装粉，烧结收缩可能使加强区域偏离目标位置；烧结中的钴迁移可能改变预置梯度；内孔精整又会去除近壁材料。因此，烧结坯体尺寸符合要求，并不代表精整后仍具有所需组成和厚度。不同阶段的测量基准不一致时，测点位置变化还可能被误认为钴含量变化。

3、中国专利cn101818272b公开了对烧结碳化钨硬质合金进行热处理的方法，在固体碳化钨、液态和固态金属粘结相共存的温度范围处理材料。经处理获得粘结相含量低于主体的表面层。该技术侧重热处理形成梯度，对于具有轴向变厚内孔的旋喷喷嘴，仍需结合烧结变形及后续精整位置计算成品实际保留厚度。

4、中国专利cn105331838a公开了将供体与受体的接触面加工后紧密贴合并加热的梯度合金制备方法。该方法利用粘结相迁移改变局部材料状态及工件尺寸或加工余量。对于分区粉末共同成形的喷嘴坯体，仍需将之后要去除的材料与保留材料共同纳入烧结响应，再按成品目标反求装粉位置和配方。

5、中国专利cn113039304a公开了在硬质合金采矿刀片生坯的局部表面施加粘结剂拉拔剂并烧结的方法。该方法通过局部添加材料调整粘结剂分布并形成硬度梯度。对于本发明的补偿制备任务，还需建立脱脂后生坯、烧结坯体及成品之间的位置关系，并以精整后的孔面和材料边界检验结果。

6、上述技术表明，局部组成调节和粘结相迁移已有技术基础。本发明针对的进一步问题是：待去除材料虽不属于最终成品，却会在烧结时影响相邻保留区，不能在烧结计算前忽略；应以完整坯体计算组成变化，再按精整位置读取成品结果，将该结果落实为分区装粉和实际检验。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种旋喷喷嘴梯度坯体的补偿制备方法，克服了现有技术的不足。通过统一生坯、烧结坯体及成品的位置基准，区分几何变形与组成变化，解决两类偏差混淆的问题；通过将待去除区一并纳入烧结计算，按成品目标反求分区及配方，减少钴迁移和精整去除造成的梯度损失；通过分区定量装粉、首件精整检验和分项修正，使计算结果与实际制备对应，解决只检查坯体孔形而忽略成品材料分布的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种旋喷喷嘴梯度坯体的补偿制备方法，所制备的旋喷喷嘴为碳化钨—钴硬质合金喷嘴，具有沿浆液流动方向依次设置的入口段、收缩段、喉部和集束段；

4、所述喷嘴的孔壁材料沿径向包括邻近内孔的低钴耐冲蚀区和位于外侧的较高钴承载区，二者之间具有钴含量过渡区域；所述耐冲蚀区沿轴向包括横跨喉口的第一轴向加强区和位于第一轴向加强区两侧的第二轴向区，第一轴向加强区的径向厚度大于第二轴向区的径向厚度，两者通过厚度连续变化的轴向渐变区连接；

5、所述补偿制备方法包括以下步骤：

6、步骤一，建立目标分区：根据成品内孔轮廓，确定沿径向的目标钴含量分布以及第一轴向加强区、第二轴向区和轴向渐变区的位置及厚度；按照内孔径向精整量和端面轴向精整量，将待制备坯体划分为成品保留区及位于待加工表面的待去除补偿区，分别设定两区的预置组成；

7、步骤二，标定变形和组成响应：采用与待制备喷嘴相对应的材料体系及烧结制度制备标定试样，以统一定位基准建立装粉状态至脱脂后生坯、脱脂后生坯至烧结坯体的轴向和径向位置对应关系；在几何位置配准后，通过改变预置钴含量或分区位置，确定径向相邻区、轴向相邻区及待去除补偿区对烧结后成品保留区钴含量分布的影响；

8、步骤三，反求补偿分区及配方：将待去除补偿区和成品保留区的预置组成共同作为完整坯体烧结组成计算的输入，结合所述位置对应关系及组成响应关系，按预计精整位置确定成品保留区，以其目标钴含量分布、耐冲蚀区厚度及轴向分区位置为约束，联合反求各生坯分区的位置、尺寸和粉料配方，再换算为模内装粉位置及装粉质量；

9、步骤四，分区装粉和成形：在外模内设置成孔芯模、位于外模与成孔芯模之间的可抽离短隔套及下压头，沿轴向逐层装粉；各层按照反求的径向分区位置设置短隔套，分别定量装入对应配方的粉料，抽离短隔套并补填其占据的空间后进行层间预压，通过逐层调整分区位置和粉料配方形成所述径向材料梯度及轴向变厚分区；全部装粉完成后整体压制，使待去除补偿区与成品保留区共同成形；

10、步骤五，脱脂和共同烧结：退出成孔芯模，对压坯进行脱脂，核对脱脂后生坯的孔形及分区位置，再按照与标定相对应的烧结制度进行烧结，使待去除补偿区与成品保留区烧结结合；

11、步骤六，精整及检验：将烧结坯体的实际孔形与成品孔形按统一定位基准配准，确定实际去除量，对首件或同批牺牲样进行内孔及端面精整，去除所述待去除补偿区，并检测精整后的钴含量分布、第一轴向加强区及第二轴向区的剩余厚度和轴向渐变区的位置。

12、优选地，以成品喉口截面为轴向零点，以同一轴向截面内由成品孔面向外的径向距离为耐冲蚀区厚度坐标；第一轴向加强区跨越所述轴向零点并向上游和下游延伸，其上游端和下游端分别通过轴向渐变区与对应的第二轴向区连接，沿轴向渐变区由第一轴向加强区至第二轴向区的方向，耐冲蚀区厚度连续减小。

13、优选地，所述待去除补偿区包括成品内孔轮廓以内的内孔加工余量区及端面加工余量区，其粉料配方与成品保留区的粉料配方分别确定；烧结组成计算包含待去除补偿区与相邻成品保留区之间的钴含量变化，完成完整坯体的烧结组成计算后，再按照精整位置确定保留部分的预测钴含量及等成分边界位置。

14、优选地，采用端面及定位特征对脱脂后生坯、烧结坯体和成品进行位置配准，分别建立轴向和径向的分段位置对应关系；将成品孔半径减去内孔径向去除量后，除以局部径向尺寸保留系数，得到生坯孔半径初值；将成品孔半径与目标耐冲蚀区厚度之和除以所述系数，得到生坯等成分边界位置初值，再根据组成响应关系修正分区位置及粉料配方；所述局部径向尺寸保留系数为对应位置的烧结尺寸与脱脂后生坯尺寸之比，轴向位置反求时计入端面轴向去除量。

15、优选地，对标定试样的分区预置钴含量和分区位置分别施加正向及负向调整，经相同烧结制度处理并完成几何位置配准后，测量各区域钴含量及等成分边界位置的变化，建立局部响应矩阵；根据所述局部响应矩阵，在可供粉料组成范围、最小装粉分区尺寸、最小成品保留厚度及标定范围内，联合计算组成调整量和分区位置调整量；调整配方、分区位置或终加工去除量后，重新计算对应的几何变形及组成响应。

16、优选地，各分区粉料由钴质量分数分别为ql和qh的两种碳化钨—钴预混粉配制，其中ql＜qh；对于预置钴质量分数为q的分区，高钴预混粉的质量比例为（q－ql）／（qh－ql），低钴预混粉为剩余比例，且ql≤q≤qh；所述质量比例均以不含可脱除成形剂的无机固体质量为基准，成形剂加入量单独计算。

17、优选地，分区装粉从喷嘴出口对应端向入口对应端逐层进行，各层的松装高度及短隔套位置根据装粉状态至脱脂后生坯的成形对应关系确定，各区装粉质量根据对应生坯分区体积和局部干基密度确定；同一层内分别装填不同配方的粉料，抽离短隔套、补填隔套占据空间并预压后，再装填下一层；整体压制完成后，成孔芯模向入口大孔侧退出。

18、优选地，精整前，将成品孔形与烧结孔形按同一定位基准配准，以对应位置的成品孔半径与烧结孔半径之差确定实际径向去除量，以烧结后等成分边界的径向位置与成品孔半径之差确定预测保留厚度；实际烧结孔形不能通过材料去除达到成品孔形要求，或者预测保留厚度小于目标允许值时，隔离对应坯体。

19、优选地，精整后采用统一的钴含量阈值、空间平均窗口及首次阈值交点规则，从成品孔面沿径向向外确定耐冲蚀区的等成分边界，并以该边界至成品孔面的径向距离确定剩余厚度；检测位置包括第一轴向加强区、第二轴向区及轴向渐变区的代表性轴向截面，并在代表性截面设置多个预定周向检测方位。

20、优选地，根据精整后的检验结果，将偏差区分为基准配准偏差、几何变形偏差、组成变化偏差和终加工去除偏差，分别修正基准转换关系、几何位置对应关系、分区粉料配方或终加工去除量，并采用独立试样复核后用于后续坯体制备；粉料、成形条件或烧结条件超出原标定范围时，重新标定后确定补偿分区及粉料配方。

21、本发明所带来的有益技术效果：

22、通过建立各制造阶段的几何位置对应关系，并在配准后比较组成，能够将材料位置移动与钴含量变化分别处理，减少将收缩偏差误作迁移量的问题。

23、通过将待去除补偿区和成品保留区共同参与烧结计算，再按终加工位置读取成品组成，可计入待去除材料对保留区的影响，减少遗漏该部分输入引起的配方偏差。

24、通过在反求分区和配方时同时计入目标厚度及精整去除量，使预置材料厚度与成品需求相对应，减少仅放大收缩尺寸却遗漏后续材料去除造成的厚度不足。

25、通过分区定量装粉、首件精整检验及分项修正，使补偿参数能够落实到模内位置和称量工序，并以成品组成和剩余厚度核验，减少只验收烧结孔形以及对同一偏差重复修正的问题。