CN102059512A - 一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，先分析需制造的具有复杂内腔体的铝合金工件的实物或设计图，再绘制该铝合金工件的三维立体图，然后沿铝合金工件的高度轴为方向将其进行等距或非等距的虚拟解剖以获得连续的虚拟切片，并对虚拟切片按顺序进行编号，再在备制的加工板上对上述虚拟切片按编号进行一一拓制，然后将加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装，再将组装后并牢固压紧的加工板组装体送入真空钎焊炉进行真空钎焊，最后对真空钎焊后的组装体进行修整与清理，检查合格后即得需制造的铝合金工件。本设计不仅适合于制造具有复杂内腔体的铝合金工件、制造难度较低，而且精度较高、能确保材质一致、生产效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金工件的制造方法，尤其涉及一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，具体适用于内腔体为封闭或半封闭多层交错结构的铝合金工件的制造。
背景技术
目前，在现有具有复杂内腔体结构的铝合金工件加工中，尤其是实现工件内部具有封闭或半封闭的多层交错结构的加工中，如采用传统机械加工方式，会受加工工艺及刀具限制而很难实现，而且精度较低；如采用铝合金压铸、浇注等方式，会受模具制造难度限制而难以实现。
中国专利公开号为CN101782341A，公开日为2010年7月21日的发明专利公开了一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法，包括一种铝制板翅式换热器结构、真空钎焊工艺方法，该发明采用在高温流体介质通道中以错位矩形翅片替代三角形翅片结构，采取控制环境空气湿度、夹持压力、钎料厚度、加热温度、真空度、时间等工艺参数的技术方案，克服了现有技术存在形体大，不紧凑，以及真空钎焊存在易出现翅片弯曲倒伏、钎缝断续、虚焊、熔蚀、泄漏不良缺陷的问题与不足。虽然该发明通过对制品结构和制作工艺的改进，使铝制板翅式换热器达到了结构紧凑、形体小巧、减少不良缺陷、提高焊接质量和提高换热效率的目的，但其所使用的换热器芯具有明显的分层结构，是由每个换热器片层层叠加而成，且在每层换热器片中夹着别的层状结构，这就决定该换热器芯是一种层层分隔结构，而不是多层交错结构，不仅换热效果较差，而且该发明提供的制造方法也不适合于制造具有多层交错结构这种类型复杂内腔体的铝合金工件。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不适合于制造具有复杂内腔体的铝合金工件、制造难度较高、精度较低的缺陷与问题，提供一种适合于制造具有复杂内腔体的铝合金工件、制造难度较低、精度较高的具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，该制造方法依次包括以下步骤：
第一步：先分析需制造的具有复杂内腔体的铝合金工件的实物或设计图，再在电脑上绘制该铝合金工件的三维立体图，然后沿铝合金工件的高度轴为方向将其进行等距或非等距的虚拟解剖以获得连续的虚拟切片，并对虚拟切片按顺序进行编号；所述虚拟解剖以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行；
第二步：先备制与上述虚拟切片厚度相同的铝真空钎焊复合板作为加工板，然后在备制的加工板上通过各种加工工艺，如冲压、机械、电、激光、水切割的方式对上述虚拟切片按编号在备制的加工板上进行一一拓制，加工后的加工板与上述虚拟切片一一对应；当所述虚拟切片不是顶虚拟切片与底虚拟切片时，该虚拟切片对应的加工板为铝真空钎焊复合板或铝板；
第三步：先用夹具或定位销钉将上述加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装，再将组装后并牢固压紧的加工板组装体送入真空钎焊炉进行真空钎焊，真空钎焊后即得铝合金工件毛坯；
第四步：先对上述铝合金工件毛坯进行修整与清理，然后检查内腔体结构是否有堵塞、错位等缺陷，检查合格后即得需制造的铝合金工件。
所述内腔体为封闭或半封闭式的多层交错结构。
所述内腔体为多层片状结构或多层蜂窝状结构。
所述虚拟解剖以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行，该标准包括以下要求：
当内腔体中有明显分隔面时，沿该分隔面的中部进行虚拟解剖；当内腔体中有交错的孔状结构时，沿孔与孔之间的交接处进行斜向的虚拟解剖；当内腔体中有叠加的片状结构时，既可以沿片状结构的中部进行虚拟解剖，也可以沿片状结构与片状结构之间的交接处进行水平方向的虚拟解剖；
所述虚拟解剖沿水平方向或斜向进行，且斜向与水平面之间的夹角小于等于30度。
所述第三步中将加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装时，需要在虚拟切片上撒上钎焊料：当虚拟切片之间为片与片的结合时，撒上一号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.08mm；当虚拟切片之间为点与点的结合时，撒上二号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.03mm。
所述一号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.1–2.0，锰0.5–2.0，硅0.2–3.0，其余为铝；所述二号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.5–1.5，锰0.5–1.0，硅0.2–0.8，锌0.5–2.0，其余为铝。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、由于本发明一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法依次包括以下步骤：对铝合金工件的三维立体图进行虚拟解剖、对虚拟切片编号、制造虚拟切片、真空钎焊、修整，该种制造方法通过虚拟解剖以获得虚拟切片的方式将复杂内腔体的整体难度分解为多个虚拟切片的单个加工难度，通过这种分解难度的方法，不仅可以实现具有复杂内腔体的铝合金工件的加工，而且还能通过切割标准、组装标准、虚拟切片的单个精加工来确保整体工件的加工精度，此外，可以对单个虚拟切片分别进行流水线加工，然后再相互组装进行真空钎焊，从而极大的提高生产效率。因此本发明不仅适合于制造具有复杂内腔体的铝合金工件、制造难度较低，而且精度较高、生产效率较高。
2、由于本发明一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法中针对具有封闭或半封闭式多层交错结构的复杂内腔体的具体构造采用了不同的切割标准、组装标准以及虚拟切片的单个精加工方法，主要包括针对内腔体中有明显分隔面、有交错的孔状结构、有叠加的片状结构等几种情况而采取的切割方法，并进行了切割方向的选择，而且在组装时，将虚拟切片分成片状接触与点状接触两种情况，然后设计了对应的组装间隙与钎焊料，上述设计不仅可以确保复杂内腔体制造的完成，而且可以提高制造精度、避免堵塞与错位情况的出现。因此本发明不仅适合于制造具有复杂内腔体的铝合金工件，而且制造精度较高。
3、由于本发明一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法中主要采用铝真空钎焊复合板作为加工板，由于该铝真空钎焊复合板本身的全部材质均为铝合金，仅仅由于其对应虚拟切片的高度不同而造成其厚度不同，故所采用的牌号不同而已，但在材质上是完全一致的，因此通过这种复合板为原料制成的铝工件，材质上无其他杂质，而且，当所述虚拟切片不是顶虚拟切片与底虚拟切片时，该虚拟切片的加工板可用铝板来代替铝真空钎焊复合板以降低制造成本，此外，虚拟切片之间组装间隙与钎焊料的设计以及虚拟切片的组装固定方式都可以使虚拟切片间的焊接面充分润湿与接触，从而在切焊时实现完全融合，做到无缝、实心、透彻的焊接，进而使得制成的铝工件的致密性与通过原料铝材机械加工出的密度、强度几乎一致。因此本发明不仅加工精度较高，而且能确保材质一致。
附图说明
图1是本发明中实施例1的立体结构示意图。
图2是本发明中实施例1的虚拟切片的结构示意图。
图3是本发明中实施例2的立体结构示意图。
图4是本发明中实施例2的虚拟切片的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明
参见图1–图4，一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，该制造方法依次包括以下步骤：
第一步：先分析需制造的具有复杂内腔体的铝合金工件的实物或设计图，再在电脑上绘制该铝合金工件的三维立体图，然后沿铝合金工件的高度轴为方向将其进行等距或非等距的虚拟解剖以获得连续的虚拟切片，并对虚拟切片按顺序进行编号；所述虚拟解剖以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行；
第二步：先备制与上述虚拟切片厚度相同的铝真空钎焊复合板作为加工板，然后在备制的加工板上通过各种加工工艺，如冲压、机械、电、激光、水切割的方式对上述虚拟切片按编号在备制的加工板上进行一一拓制，加工后的加工板与上述虚拟切片一一对应；当所述虚拟切片不是顶虚拟切片与底虚拟切片时，该虚拟切片对应的加工板为铝真空钎焊复合板或铝板；
第三步：先用夹具或定位销钉将上述加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装，再将组装后并牢固压紧的加工板组装体送入真空钎焊炉进行真空钎焊，真空钎焊后即得铝合金工件毛坯；
第四步：先对上述铝合金工件毛坯进行修整与清理，然后检查内腔体结构是否有堵塞、错位等缺陷，检查合格后即得需制造的铝合金工件。
所述内腔体为封闭或半封闭式的多层交错结构。
所述内腔体为多层片状结构或多层蜂窝状结构。
所述虚拟解剖以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行，该标准包括以下要求：
当内腔体中有明显分隔面时，沿该分隔面的中部进行虚拟解剖；当内腔体中有交错的孔状结构时，沿孔与孔之间的交接处进行斜向的虚拟解剖；当内腔体中有叠加的片状结构时，既可以沿片状结构的中部进行虚拟解剖，也可以沿片状结构与片状结构之间的交接处进行水平方向的虚拟解剖；
所述虚拟解剖沿水平方向或斜向进行，且斜向与水平面之间的夹角小于等于30度。
所述第三步中将加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装时，需要在虚拟切片上撒上钎焊料：当虚拟切片之间为片与片的结合时，撒上一号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.08mm；当虚拟切片之间为点与点的结合时，撒上二号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.03mm。
所述一号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.1–2.0，锰0.5–2.0，硅0.2–3.0，其余为铝；所述二号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.5–1.5，锰0.5–1.0，硅0.2–0.8，锌0.5–2.0，其余为铝。
本发明的原理说明如下：
本发明针对具有复杂内腔体的铝合金工件，主要是针对具有封闭或半封闭式多层交错结构的复杂内腔体的铝合金工件的制造难度较高的实际情况，通过虚拟解剖的方法将其进行虚拟解剖以获得连续的虚拟切片，并对虚拟切片进行编号，然后分别制造虚拟切片，再将制造后的虚拟切片按编号进行组装以进行真空钎焊，然后对真空钎焊后的组装体进行修整即得所需的具有复杂内腔体的铝合金工件。该种方法将复杂内腔体的整体难度分解为多个虚拟切片的单个加工难度，不仅可以实现具有复杂内腔体的铝合金工件的加工，而且还能通过切割标准、组装标准、虚拟切片的单个精加工来确保整体工件的加工精度，此外，可以对单个虚拟切片分别进行流水线加工，然后再相互组装以进行真空钎焊，从而极大的提高生产效率。因此本发明不仅适合于制造具有复杂内腔体的铝合金工件、制造难度较低，而且精度较高、生产效率较高。
切割标准的说明：本发明中的切割标准为以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行，同时，由于实际应用中的多层交错结构的内腔体主要为片状或孔状多层交错以及有明显分隔面和无明显分隔面这两类情况，通过生产实践，为便于切割以及切割后的拓制，本发明对常遇到的内腔体结构制定了具体的切割标准，即对于当内腔体中有明显分隔面时，沿该分隔面的中部进行虚拟解剖，不仅容易切割，而且便于后续的组合；当内腔体中有交错的孔状结构时，沿孔与孔之间的交接处进行斜向的虚拟解剖，由于孔与孔之间是点与点的接触，因此斜切比水平切容易，而且切后组装时，斜切口面积比水平切口面积广，易于组装、撒钎焊料以及固定；当内腔体中有叠加的片状结构时，既可以沿片状结构的中部进行虚拟解剖，也可以沿片状结构与片状结构之间的交接处进行水平方向的虚拟解剖，具体选择得看片状结构之间的具体接触关系，如果是分层就沿片状结构的中部进行虚拟解剖，如果是交错搭接，就沿片状结构与片状结构之间的交接处进行水平方向的虚拟解剖，这样不仅容易切割，而且便于组装。
至于虚拟解剖的方向，主要包括沿水平方向或斜向两种，其中水平方向应用较多，斜向较少，而且考虑到后续虚拟切片的组装以及单片虚拟切片的加工工艺以及加工中的固定等因素，本发明要求斜向与水平面之间的夹角小于等于30度，一般为15度，这种设计可以保证便于切割，而且加工时容易固定与加工，此外，加工后组装时，由于倾斜度较小，也便于组装。
组装标准的说明：当虚拟切片之间为片与片的结合时，撒上一号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.08mm，由于片与片之间的接触面积较大，相互间的摩擦力也较大，因此空隙大点不仅不会产生滑动，而且有利于面与面的充分接触以及钎焊，当然，距离也不能太大，否则容易在钎焊过程中产生鼓泡等不良现象；当虚拟切片之间为点与点的结合时，撒上二号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.03mm，主要考虑到点与点之间的接触面积较小，距离大的话会滑动，容易造成钎焊中的错位，太小也不行，容易造成接触点的错位。
钎焊料的说明：所述一号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.1–2.0，锰0.5–2.0，硅0.2–3.0，其余为铝，该种焊料主要用于片与片之间，原因在于片与片之间的接触面积较大，主要考虑的应是钎焊时的均匀性，包括温度、熔融状态的流动性等等；所述二号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.5–1.5，锰0.5–1.0，硅0.2–0.8，锌0.5–2.0，其余为铝，该种焊料主要用于点与点之间，原因在于点与点之间的接触面积较小、机械强度较弱，主要考虑的是钎焊时的高温与粘合，所以增加了锌以提高粘合性。
实施例1：针对的是具有半封闭式多层交错孔状结构内腔体的铝合金工件，Z轴即为高度轴，图1为其立体结构示意图，图2为切割后单个虚拟切片的结构示意图，虚拟切片之间的厚度分为等距和不等距两种，其余结构一致。
一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，该制造方法依次包括以下步骤：
第一步：先分析需制造的具有复杂内腔体的铝合金工件的实物或设计图，再在电脑上绘制该铝合金工件的三维立体图，然后以铝合金工件的高度轴为方向、沿孔与孔之间的交接处进行斜向的等距或非等距的虚拟解剖以获得连续的虚拟切片，并对虚拟切片按顺序进行编号，斜向的切割角度为15度；
第二步：先备制与上述虚拟切片厚度相同的铝真空钎焊复合板作为加工板，然后在备制的加工板上通过各种加工工艺，如冲压、机械、电、激光、水切割的方式对上述虚拟切片按编号在备制的加工板上进行一一拓制，加工后的加工板与上述虚拟切片一一对应；当所述虚拟切片不是顶虚拟切片与底虚拟切片时，该虚拟切片对应的加工板为铝真空钎焊复合板或铝板；
第三步：先用夹具或定位销钉将上述加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装，组装时虚拟切片之间的间隙为0.01–0.03mm，并在其上撒上二号切焊料，该二号切焊料的组成成分及其重量份比为铜0.5–1.5，锰0.5–1.0，硅0.2–0.8，锌0.5–2.0，其余为铝，再将组装后并牢固压紧的加工板组装体送入真空钎焊炉进行真空钎焊，真空钎焊后即得铝合金工件毛坯；
第四步：先对上述铝合金工件毛坯进行修整与清理，然后检查内腔体结构是否有堵塞、错位等缺陷，检查合格后即得需制造的铝合金工件。
实施例2：针对的是具有封闭式多层交错片状结构内腔体的铝合金工件，Z轴即为高度轴，图3为其立体结构示意图，图4为切割后单个虚拟切片的结构示意图，虚拟切片之间的厚度分为等距和不等距两种，其余结构一致。
一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，所述制造方法依次包括以下步骤：
第一步：先分析需制造的具有复杂内腔体的铝合金工件的实物或设计图，再在电脑上绘制该铝合金工件的三维立体图，然后以铝合金工件的高度轴为方向、沿片状结构与片状结构之间的交接处进行水平方向等距或非等距的虚拟解剖以获得连续的虚拟切片，并对虚拟切片按顺序进行编号；所述虚拟解剖以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行；
第二步：先备制与上述虚拟切片厚度相同的铝真空钎焊复合板作为加工板，然后在备制的加工板上通过各种加工工艺，如冲压、机械、电、激光、水切割的方式对上述虚拟切片按编号在备制的加工板上进行一一拓制，加工后的加工板与上述虚拟切片一一对应；当所述虚拟切片不是顶虚拟切片与底虚拟切片时，该虚拟切片对应的加工板为铝真空钎焊复合板或铝板；
第三步：先用夹具或定位销钉将上述加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装，组装时虚拟切片之间的间隙为0.01–0.08mm，并在其上撒上一号切焊料，该一号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.1–2.0，锰0.5–2.0，硅0.2–3.0，其余为铝，再将组装后并牢固压紧的加工板组装体送入真空钎焊炉进行真空钎焊，真空钎焊后即得铝合金工件毛坯；
第四步：先对上述铝合金工件毛坯进行修整与清理，然后检查内腔体结构是否有堵塞、错位等缺陷，检查合格后即得需制造的铝合金工件。
由上可见，本发明不仅适合于制造具有复杂内腔体的铝合金工件、制造难度较低，而且精度较高、能确保材质一致、生产效率较高。
Claims (6)
1.一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，其特征在于所述制造方法依次包括以下步骤：
第一步：先分析需制造的具有复杂内腔体的铝合金工件的实物或设计图，再在电脑上绘制该铝合金工件的三维立体图，然后沿铝合金工件的高度轴为方向将其进行等距或非等距的虚拟解剖以获得连续的虚拟切片，并对虚拟切片按顺序进行编号；所述虚拟解剖以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行；
第二步：先备制与上述虚拟切片厚度相同的铝真空钎焊复合板作为加工板，然后在备制的加工板上通过各种加工工艺，如冲压、机械、电、激光、水切割的方式对上述虚拟切片按编号在备制的加工板上进行一一拓制，加工后的加工板与上述虚拟切片一一对应；当所述虚拟切片不是顶虚拟切片与底虚拟切片时，该虚拟切片对应的加工板为铝真空钎焊复合板或铝板；
第三步：先用夹具或定位销钉将上述加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装，再将组装后并牢固压紧的加工板组装体送入真空钎焊炉进行真空钎焊，真空钎焊后即得铝合金工件毛坯；
第四步：先对上述铝合金工件毛坯进行修整与清理，然后检查内腔体结构是否有堵塞、错位等缺陷，检查合格后即得需制造的铝合金工件。
2.根据权利要求1所述的一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，其特征在于：所述内腔体为封闭或半封闭式的多层交错结构。
3.根据权利要求2所述的一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，其特征在于：所述内腔体为多层片状结构或多层蜂窝状结构。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，其特征在于：所述虚拟解剖以铝合金工件内腔体的具体结构以及虚拟切片的制造难度为标准进行，该标准包括以下要求：
当内腔体中有明显分隔面时，沿该分隔面的中部进行虚拟解剖；当内腔体中有交错的孔状结构时，沿孔与孔之间的交接处进行斜向的虚拟解剖；当内腔体中有叠加的片状结构时，既可以沿片状结构的中部进行虚拟解剖，也可以沿片状结构与片状结构之间的交接处进行水平方向的虚拟解剖；
所述虚拟解剖沿水平方向或斜向进行，且斜向与水平面之间的夹角小于等于30度。
5.根据权利要求4所述的一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，其特征在于：所述第三步中将加工后的加工板按其对应的虚拟切片的编号依顺序进行组装时，需要在虚拟切片上撒上钎焊料：当虚拟切片之间为片与片的结合时，撒上一号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.08mm；当虚拟切片之间为点与点的结合时，撒上二号切焊料，且保持虚拟切片之间的间隙为0.01–0.03mm。
6.根据权利要求5所述的一种具有复杂内腔体的铝合金工件的制造方法，其特征在于：所述一号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.1–2.0，锰0.5–2.0，硅0.2–3.0，其余为铝；所述二号切焊料的组成成分及其重量份比为：铜0.5–1.5，锰0.5–1.0，硅0.2–0.8，锌0.5–2.0，其余为铝。
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