專利名稱：調(diào)節(jié)配件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)配件(Regelarmatur)，比如為支座型閥(Sitzventil)。這種調(diào)節(jié)配件規(guī)定用于調(diào)整或調(diào)節(jié)，混合或者抽吸一種流體過程介質(zhì)、載熱介質(zhì)或其他介質(zhì)的流，比如蒸汽流、水流、熱水流、油液流。“調(diào)節(jié)配件”可以理解為相關(guān)的各種配件，其適用于流體大小的調(diào)節(jié)，或者如有必要對其進(jìn)行節(jié)流或阻斷，并不推動(dòng)(frdern)(噴射泵)或混合(mischen)運(yùn)動(dòng)部分。它既可以是帶有閥座和對應(yīng)的在閉鎖狀態(tài)下安裝在閥座上的閥門閉鎖元件的支座型閥，也可以是滑閥配件，比如球閥、旋轉(zhuǎn)滑閥、節(jié)流閥以及類似的裝置。
背景技術(shù)：
如果使用調(diào)節(jié)配件對過程介質(zhì)流進(jìn)行調(diào)節(jié)，則通常在閥座或配件的殼體上會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。這種磨損在閥座流體進(jìn)、出區(qū)域特別明顯。閥座上具有的節(jié)流間隙導(dǎo)致較高的過程介質(zhì)流速度，而例如由于腐蝕或氣蝕等可導(dǎo)致磨損。因此通常調(diào)節(jié)配件規(guī)定帶有特別的閥門座圈。相應(yīng)地也適用于滑閥配件的滑閥間隙。
為了減少這種磨損現(xiàn)象，在DE 196 44 356 C2中公知了，可以在灰鑄鐵制成的配件殼體內(nèi)設(shè)置一個(gè)特別的閥門座圈。例如，該閥門座圈由合金鋼制成，并在配件殼體制造時(shí)設(shè)置在鑄模內(nèi)，由此就與鑄鐵結(jié)合在一起。在此，這種在合金鋼制成的閥門座圈和灰鑄鐵制成的配件殼體間建立流體密封的焊接連接的過程控制(prozessführung)是關(guān)鍵的。
與此相反，EP 0 698 757則建議，在由灰鑄鐵制成的配件殼體的鑄造毛胚內(nèi)，在閥座周圍區(qū)域設(shè)置由一高合金奧氏體的堆焊材料構(gòu)成的焊接凸起。然后對其進(jìn)行切削后處理，用以構(gòu)造閥座。
這種方法以一種特別細(xì)致的過程控制為前提條件，以防止在產(chǎn)生堆焊焊縫時(shí)在灰鑄鐵的配件殼體上產(chǎn)生裂紋或者在堆焊焊縫上產(chǎn)生裂紋。
此外，在DE 198 02 447 A1中公知了一種調(diào)節(jié)配件，其配件殼體由鑄鋼制成。它具有很好的布氏硬度，比如大于300HB。這樣可以無需裝入座圈，這可使得制造過程變得簡單。當(dāng)然由于鋼水相對較高的粘度，所以對于鑄鋼殼體制造的工藝技術(shù)要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
由此本發(fā)明的目的在于，提出一種調(diào)節(jié)配件和制造該配件的方法，以使得制造的成本較低，同時(shí)也能滿足高質(zhì)量要求。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的調(diào)節(jié)配件以及根據(jù)權(quán)利要求15的方法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的調(diào)節(jié)配件由鑄鐵材料制成，這種材料至少在部分區(qū)域要含有奧氏體金相，比如在功能表面區(qū)域，如流入?yún)^(qū)、流出區(qū)、導(dǎo)向表面，閥座等。這種鑄鐵材料具有很好的鑄造性能。這種材料在液體形式下具有較小的粘度，因此在澆鑄復(fù)雜鑄模時(shí)不會(huì)產(chǎn)生縮孔。配件殼體為帶有很多后斷面(Hinterschnitt)和至少一個(gè)隔板的空心體。由此它可構(gòu)成空間復(fù)雜的物體，通常是由灰鑄鐵制成，如GGG40。本發(fā)明的調(diào)節(jié)配件可以應(yīng)用要求不高且成熟的工藝來制造鑄鐵殼體，比如已知的灰鑄鐵殼體。
在鑄鐵材料內(nèi)至少部分區(qū)域構(gòu)成的奧氏體金相導(dǎo)致材料較高的韌性(Zhigkeit)。此外還可獲得較高的硬度。因此該材料適合構(gòu)造閥座，而且無需使用特別的座圈或類似零件。按本發(fā)明的方法，配件殼體內(nèi)的奧氏體金相可通過對配件殼體進(jìn)行的熱處理產(chǎn)生。在對鑄件毛坯進(jìn)行切削處理之前或之后可進(jìn)行熱處理過程。在熱處理過程之前進(jìn)行切削加工對切削技術(shù)有好處。鑄鐵毛坯具有主要的鐵素體基本組織結(jié)構(gòu)，這是有利于切削技術(shù)的。但是，在為了形成奧氏體金相進(jìn)行的后續(xù)組織轉(zhuǎn)變過程(熱處理過程)中，已經(jīng)過處理的配件殼體的尺寸有些許變化。因此盡量在切削殼體加工過程后進(jìn)行切削加工。這還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，為實(shí)現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變進(jìn)行的熱處理可以緊接著澆注過程，以使得澆注熱度為組織轉(zhuǎn)變所利用。如有需要，熱處理過程可以局限于殼體區(qū)域，并例如通過感應(yīng)加熱來進(jìn)行。
殼體材料優(yōu)選為含有球狀石墨的奧氏體-鐵素體鑄鐵。它具有大于700n/mm2的抗拉強(qiáng)度和至少為500N/mm2的0.2％屈服極限。殼體材料的斷裂韌性K1c至少為40MN/m3/2。斷裂韌性還可以更高，其值可以超過60MN/m3/2。對于配件殼體優(yōu)選選用含有球狀石墨的奧氏體-鐵素體鑄鐵，其布氏硬度高于260HB，優(yōu)選超過300HB。至少在閥座區(qū)域，配件殼體由所提到到的材料制成。然而優(yōu)選地配件殼體整體由含有球狀石墨的奧氏體-鐵素體鑄鐵制成，以使得其不僅閥座而是整體硬度大于300HB.
在閥座或其他功能表面區(qū)域，殼體材料可能被硬化。這種硬化優(yōu)選采用冷作硬化方式進(jìn)行。這使得含有球狀石墨的奧氏體-鐵素體鑄鐵的基體上有可能獲得較高的奧氏體含量。冷作硬化可以例如通過閥座表面的切削加工或在其后進(jìn)行。如果對閥座例如進(jìn)行鉆孔或銑削加工，則通過這些加工可以完成表面硬化。閥座還可以進(jìn)行磨削加工。冷作硬化也有可能通過以合適成型的滾子在閥座表面上施加壓力進(jìn)行的滾軋過程完成。此外其他硬化方法如噴丸處理或鍛打(Hmmern)也可以被應(yīng)用。硬化區(qū)域從表面深入到材料本體內(nèi)，從而如果需要的話，鍛打或噴丸處理過的閥座也可以進(jìn)行精磨加工，以便能獲得精確的尺寸精密性。此外，閥門閉鎖元件動(dòng)作自身可用于實(shí)現(xiàn)閥座的冷作硬化。為此規(guī)定了閥門閉鎖元件的硬度不能與還未進(jìn)行冷作硬化的配件殼體相差太多。閥門閉鎖元件的硬度也可以選擇得更高一點(diǎn)。閥門第一次關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的閥座形變(壓縮)也可以導(dǎo)致冷作硬化的發(fā)生。還有一種可能性是，采用合適硬度的替代體(Ersatzkrper)來實(shí)現(xiàn)冷作硬化，該替代體來替代閥門閉鎖元件，并在進(jìn)行硬化過程后則用原先的閥門閉鎖元件替換掉替代體。


本發(fā)明有利的實(shí)施方式的其余細(xì)節(jié)將在權(quán)利要求書、附圖或者說明書中列出。在附圖中將詳細(xì)說明調(diào)節(jié)配件的實(shí)施方式。
其中圖1奧氏體-鐵素體鑄鐵制成的單件澆鑄式殼體的由3通閥構(gòu)成的調(diào)節(jié)配件的縱向示意剖面圖；圖2節(jié)流閥形式的調(diào)節(jié)配件的配件殼體縱向示意剖面圖；圖3帶有上拉(auf Zug)操作閥門閉鎖元件的調(diào)節(jié)配件的縱向示意剖面圖；圖4配件殼體在其閥座區(qū)域的局部放大示意剖面圖；具體實(shí)施方式
圖1中描述了一種例如為3通閥的調(diào)節(jié)配件1。它具有配件殼體2，配件殼體為鑄造體。在此優(yōu)選采用完整的單件式殼體材料制成。殼體包圍內(nèi)腔3，內(nèi)腔3被水平的隔板4分割成兩個(gè)互相疊置的部分腔體3a、3b。從輸入接口5通道6導(dǎo)入部分腔體3a中。輸入接口5配備有圓盤法蘭，法蘭是配件殼體2的一部分。但也可以采用其他的連接方式，比如螺拴連接法蘭，以及特殊的與配件殼體2連接的元件，又比如采用壓緊、螺栓擰緊或材料連接(stoffschlüssig)形式的連接或緊固方式。同樣適用于輸出接口8，輸出接口通過通道7與部分腔體3b相連接。此外可選的設(shè)有由配件殼體2導(dǎo)出另一個(gè)通道9，該通道與輸出接口11相連接。
在內(nèi)腔3中設(shè)置的隔板4上有一通孔14，該通孔與作為閥門閉鎖元件的閥錐15共同建立可調(diào)的節(jié)流位置。通孔14基本上是圓的，其中在通孔對著閥錐的一側(cè)有一環(huán)狀的斜邊16。斜邊的圓錐角與閥錐15的圓錐角相同，這就使得當(dāng)閥門1關(guān)閉時(shí)，在斜邊和閥錐15的錐臺(tái)形外表面17之間形成面靠置。在棱18處，斜邊16過渡為有較小圓錐角的表面或通孔14的圓柱形壁。斜邊的圓錐角優(yōu)選大于閥錐15的圓錐角。棱18則能作為密封邊，并且在閥座和閥錐之間形成線接觸。在斜邊16上兩個(gè)相連接的表面區(qū)域優(yōu)選夾一個(gè)鈍角或直角度。
閥錐15連接在閥桿21上，閥桿可以在閉鎖件22上軸向移動(dòng)地導(dǎo)行，圖1中用箭頭23所示。閉鎖件22保持在合適的法蘭24上，該法蘭構(gòu)造在配件殼體2上。法蘭24包含至少一個(gè)合適的平坦的基準(zhǔn)面25，用以使閥桿21和閥錐15與由斜邊16和棱18構(gòu)成的閥座對中。
配件殼體2由含有奧氏體金相的鑄鐵材料制成。這種鑄鐵材料例如為含有球狀石墨的奧氏體-鐵素體鑄鐵。它除了有較高的硬度之外還具有很高的韌性，這將使得閥座具有特別的耐磨性。此外，殼體的高強(qiáng)度導(dǎo)致隔板4較高的剛度，可以使得閥錐15以較大的力壓在閥座上。此外含有奧氏體金相的鑄鐵材料還優(yōu)選可硬化，特別通過冷作硬化的方法實(shí)現(xiàn)。這可以通過較高的力作用待硬化的表面區(qū)域?qū)崿F(xiàn)。圖4對閥座做了闡明。棱18的兩面分別為面區(qū)域18a、18b，在面區(qū)域上面或下面存在一個(gè)經(jīng)過冷作硬化的區(qū)域19。這樣就在原本已經(jīng)具有很高耐磨性的殼體材料內(nèi)構(gòu)建一個(gè)更耐磨的區(qū)域。
制造調(diào)節(jié)配件的殼體2可以按以下的過程進(jìn)行首先用適合的鑄鐵制成殼體毛坯。然后對該殼體毛坯進(jìn)行熱處理，比如放置在熔融的鹽(Salzschmelze)內(nèi)進(jìn)行退火(Tempern)，在此過程中就能在基質(zhì)上形成奧氏體金相。這樣產(chǎn)生奧氏體-鐵素體組織結(jié)構(gòu)。退火過程也可以被限制在殼體的某一區(qū)域，比如閥座或隔板4。退火可以通過局部加熱實(shí)現(xiàn)。
配件殼體2熱處理之后，對殼體進(jìn)行切削加工，其中切削下一個(gè)相對較薄的層27(圖4)。該層優(yōu)選薄于0.5mm。這個(gè)加工步驟可以采用銑削、車削、鉆孔、和/或磨削方式。該類加工僅須應(yīng)用于斜邊16、棱18以及相鄰的面28、29的區(qū)域，這些區(qū)域(16、18、28、29)總地限定為閥座26。針對閥座，隔板4的材料是均勻的，且具有奧氏體-鐵素體組織結(jié)構(gòu)的。這種組織結(jié)構(gòu)實(shí)際上是不可轉(zhuǎn)變的，如在制造鑄造毛坯時(shí)在熱處理中產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)一樣。
在本發(fā)明的調(diào)節(jié)配件1中，不存在閥門座圈以及其他在鑄造后添加到配件殼體的材料。閥座可以用殼體材料制造，從而無論在閥座還是殼體材料的構(gòu)造(Einbauten)上都絲毫沒有分界面。殼體材料的硬度一般大約為260-300HB，高于閥錐的硬度，或于其硬度相同。閥錐可以例如由鋼或鐵等材料制成，硬度稍微低一點(diǎn)。
熱處理后殼體材料的抗拉強(qiáng)度大于700N/mm2?？估瓘?qiáng)度可達(dá)例如1400N/mm2或更高。0.2％的屈服極限則優(yōu)選在500-1300N/mm2范圍內(nèi)。斷裂韌性K1c則優(yōu)選大于50MN/m3/2。通過對基材內(nèi)的奧氏體份額采用高強(qiáng)度的機(jī)械載荷的方法進(jìn)行冷作硬化，閥座的強(qiáng)度在區(qū)域19內(nèi)還能大幅度地提高。為此，比如可以對閥座26進(jìn)行鍛打或噴丸處理。此外還可以通過用滾動(dòng)的滾子進(jìn)行加載(滾軋)，其強(qiáng)化至少閥座26的斜邊16區(qū)域。經(jīng)過冷作硬化的區(qū)域19相應(yīng)于機(jī)械載荷(Beanspruchung)會(huì)到達(dá)殼體材料的一定深度。比如該區(qū)域可以為1mm或不到1mm厚。冷作硬化完成后可以對表面特別是區(qū)域19的范圍進(jìn)行精磨加工，以獲得精確的尺寸。優(yōu)選閥門殼體在夾緊狀態(tài)下進(jìn)行可能的切削預(yù)加工，如銑削和鉆削，以及冷作硬化和精磨加工。由此就可以在任何情況下保證所希望的精確度。同樣對其他的功能表面，如導(dǎo)向孔、密封面等也可以采用這樣的方式處理。
本調(diào)節(jié)配件1的另一種實(shí)施方式在圖2中以配件殼體2來說明。在此為一個(gè)2通閥，其配件殼體2采用與圖1中調(diào)節(jié)配件1的配件殼體2相同的方法制造。該配件殼體2也具有將內(nèi)腔3分割為部分腔體3a、3b的隔板4。通孔14連接腔體3a和3b，圖2中通孔的上邊緣斜邊16構(gòu)成閥座26。斜邊16與中心線31對中，中心線由用以緊固閥蓋的法蘭24限定。斜邊16以尖銳棱邊18從圍繞通孔14的平面28過渡到面29，該面29限定通孔14的壁。這種過渡可以由很小的半徑實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過對鑄件稍微的切削后加工即可構(gòu)建閥座，如圖4所示。有別于那兒介紹的實(shí)施例，切削特別少的材料，從而實(shí)現(xiàn)材料節(jié)約的(materialschonend)加工。
優(yōu)選采用通常的夾緊方式，可以實(shí)現(xiàn)對斜邊16的切削加工，還對法蘭上的基準(zhǔn)面25進(jìn)行加工。通過這種方法可以保證在組裝狀態(tài)下閥錐15和閥座26之間很好的同軸度。
圖3顯示了調(diào)節(jié)配件1的另一種實(shí)施方式。它既可以應(yīng)用于2通閥也可用于3通閥。在圖示的該種形式中，配件的第3個(gè)接口11與板32相連。該板可以由殼體材料制成也可以采用別的材料制成。該調(diào)節(jié)配件1的特別之處在于，閥錐15不是位于閥座26之前而在閥座之后。在配件殼體2上，有一與通孔14對中、向外導(dǎo)向的導(dǎo)向孔33，該導(dǎo)向孔在外面與螺紋接頭相連接，以容納密封件。導(dǎo)向孔33用以導(dǎo)向閥桿21，閥桿在其自由端帶有閥錐15。對于閥桿21的直接導(dǎo)向或支承，含碳量高的配件殼體(含有球狀石墨的奧氏體-鐵素體鑄鐵)也可以有很好的耐磨性。
由于閥桿21的位置固定在一個(gè)及相同零件，即配件殼體2上，通過導(dǎo)向孔33和安裝在相同零件，即配件殼體2上的閥座26來保證防止裝配誤差。也保證了閥門閉鎖元件和閥座之間的同軸度。
這種新型的調(diào)節(jié)配件具有一個(gè)配件殼體，其殼體材料為構(gòu)成奧氏體斜邊的單金屬-鑄鐵材料。一方面這可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和必要時(shí)流動(dòng)優(yōu)化的殼體形狀，就如同已知的采用鑄鐵材料。另一方面在閥座上無需特別的座圈或其他的措施就可以獲得與其他使用硬化過的座圈同樣的耐磨性，調(diào)節(jié)配件也可以為噴射泵、滑閥、閥辨(Klappe)、球閥或者其他類型。殼體總是由奧氏體-鐵素體鑄鐵構(gòu)成，其中一個(gè)或多個(gè)功能面可則通過例如冷作硬化的方法進(jìn)行硬化處理。功能面涉及所有需要承受由磨損或氣蝕引起的高負(fù)荷的面，比如由較高的流體速度或其他的負(fù)載，比如摩擦、局部壓力等。功能面優(yōu)選為通過切削方式加工過的平面，功能面也由此通常與其他面有所區(qū)別。
權(quán)利要求
1.調(diào)節(jié)配件(1)，其用于影響流體流，特別是蒸汽流、水流、熱水流、油液流或其他載熱介質(zhì)流或過程介質(zhì)流，調(diào)節(jié)配件具有一個(gè)配件殼體(2)，其殼體材料為至少局部含有奧氏體金相的鑄鐵材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，殼體材料的抗拉強(qiáng)度大于700N/mm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，0.2％的屈服極限至少為500N/mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，殼體材料的斷裂韌性至少為40MN/m3/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，鑄鐵材料的布氏硬度超過260HB，優(yōu)選高于300HB。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，配件殼體(2)內(nèi)有一個(gè)帶有一個(gè)通孔(14)的隔板(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，通孔(14)上有一個(gè)對應(yīng)于一個(gè)閥門閉鎖元件(15)的閥座(26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，隔板(4)由殼體材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，閥座(26)由隔板(4)的切削加工的一個(gè)區(qū)域構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，隔板(4)完全由殼體材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，配件殼體(2)至少局部由含有球狀石墨的一種奧氏體-鐵素體鑄鐵制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，配件殼體(2)至少在其閥座上由含有球狀石墨的一種奧氏體-鐵素體鑄鐵制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，配件殼體(2)完全由含有球狀石墨的奧氏體-鐵素體鑄鐵并由此由單種金屬制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)配件，其特征在于，閥座(26)具有一個(gè)冷作硬化的表面或區(qū)域(19)。
15.一個(gè)調(diào)節(jié)配件(1)的一個(gè)配件殼體的制造方法，其中首先由鑄鐵制成一個(gè)殼體毛坯，然后對殼體毛坯進(jìn)行熱處理以獲得奧氏體金相。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，配件殼體毛坯在熱處理前進(jìn)行切削加工形成閥座(26)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，配件殼體毛坯在熱處理后進(jìn)行切削加工形成閥座(26)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，配件殼體毛坯在熱處理后至少在閥座(26)上進(jìn)行冷作硬化處理。
全文摘要
新型的調(diào)節(jié)配件具有一個(gè)配件殼體，其殼體材料為形成有奧氏體斜邊的單金屬－鑄鐵材料。一方面這可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和必要時(shí)優(yōu)化流動(dòng)的殼體形狀，就如同已知的采用鑄鐵材料。另一方面在閥座上無需特別的座圈或其他的措施就可以獲得與其他使用硬化過的閥門座圈相同的耐磨性。
文檔編號(hào)F16K1/32GK1740613SQ20051009208
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者D·巴爾茲 申請人:赫爾穆特巴爾茲股份有限公司