CN103255445A

CN103255445A - 一种复杂型面热等静压整体包套成形方法

Info

Publication number: CN103255445A
Application number: CN2013101364871A
Authority: CN
Inventors: 郎利辉; 姚松; 布国亮; 王刚; 张东星
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明涉及一种复杂型面热等静压整体包套成形方法，其步骤为：（1）制备出复杂型面的蜡质芯模；（2）对芯模添加导电铜丝并修复模具；3）对芯模涂抹导电粉末进行导电化，然后在室温下除油；（4）把处理好的芯模没入电解液中；调整电解液的pH，并加热；（5）置导电芯模于阴极，接通电源，并根据零件形状进行搅拌电解液，进行电铸；（6）采用加热方法去除蜡质剂芯模，得到最终的热等静压整体金属包套。本发明制得的热等静压整体包套致密性好，形状结构可控，能成形精度较高、形状复杂的整体包套。

Description

一种复杂型面热等静压整体包套成形方法

技术领域

本发明属于零件成形制造领域，特别是涉及一种复杂型面热等静压整体包套成形方法。

背景技术

复杂型面大量应用于航空、船舶、汽车、医疗器械等行业，其常规成形方法是直接使用五轴加工中心进行机加工。但这种方法存在明显的局限性，其不但材料的利用率低、加工周期长、能源消耗多与费用高，而且其不能满足复杂型面在航空等行业的组织结构要求。

热等静压是上世纪50年代发展起来，利用高温高压进行粉料固结、成形和热处理的新技术。该技术将粉末的成形和烧结两步作业合成一步进行，并以在复合材料、特种材料以及复杂形状零件的整体近净成形等方面得到广泛的应用。置于包套中的粉末为成形材料，高温高压气体为成形介质，金属包套为密封粉末材料并隔绝高温高压气体的重要部件，它不但承受气体的高温高压对粉末体进行压制作用；而且还充当模具的作用，控制零件的最终成形。

传统制造热等静压金属包套主要以机械加工为主。但机械加工需要制造出包套的各个部位，然后通过焊接的方法拼接起来，这不但增大了机械加工的难度，而且对焊接的质量要求很高，并增大了生产周期，特别对于一些复杂型面的热等静压包套，完全不能通过机械加工进行制造。因此，机械加工的高制作成本和高难度加工极大的限制了热等静压在复杂形状零件的应用。对于复杂型面热等静压包套的加工，一些研究单位使用了金属注射和激光烧结等方法进行制造。这些方法虽能实现复杂型面热等静压包套的成形，降低了包套制造难度，实现最终的热等静压成形。但是，这些方法制造的包套精度不高，无法成形复杂型面结构，对热等静压的控形能力差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供的一种复杂型面热等静压整体包套成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1）根据复杂型面的形状制备出蜡质剂芯模；

2）在芯模余量位置添加导电铜丝，并修复模具；

3）对芯模需要电铸部位涂抹导电粉末进行导电化，然后在室温下的清洗剂中浸泡除油；

4）把处理好的芯模放入电解液中，以埋入液体中为佳；电解液的pH值调整为3～5，温度加热至20～50℃；

5）采用可控电源，置导电芯模于阴极，接通电源，控制电流密度在0.5～32A/dm²，并根据零件形状进行搅拌电解液，直至制成复合要求的复杂型面腔体；

6）采用加热方法去除蜡质剂芯模，得到最终的热等静压整体金属包套。

本发明提供的复杂型面热等静压整体包套成形方法是利用电铸技术在蜡模上制出一层致密金属外壳，实现形状结构复杂、精度较高的热等静压整体包套的成形。其优点如下：

1）可以方便的成形复杂型面，缩短了生产周期，降低了制造成本。

2）材料利用率高，除了加工过程中镀液的工艺损耗，几乎没有加工边料的浪费。

3）由于电铸技术能精确的复制零件表面，确保了复杂型面的精确度，使热等静压成形更方便控制。

4））根据电铸工艺的特点，可以形成具有导气管连接部位的整体包套，减少焊接数量，提高热等静压的成形性，并更有利于控形。

附图说明

图1为采用本发明提供的复杂型面热等静压整体包套成形方法成形复杂型面包套时所使用的复杂型面结构示意图。

图2为采用本发明提供的复杂型面热等静压整体包套成形方法成形复杂型面包套时所使用的蜡模结构示意图。

图3为采用本发明提供的复杂型面热等静压整体包套成形方法成形复杂型面时蜡模与整体包套示意图。

图4为采用本发明提供的复杂型面热等静压整体包套成形方法成形复杂型面所制成的带有导气管连接部位的整体包套结构示意图。

具体实施方式

本发明利用电铸成形工艺，首先根据需要加工的复杂型面制造蜡模；其次对蜡模进行添加导气管连接部位和导电化处理，以实现蜡模在电铸过程中的导电性；再此将处理好的蜡模放入电解液中，并与阴极相连，进行电铸加工；最后，等得到符合要求的包套厚度后，熔化蜡模，得到最后的包套，实现了复杂型面的热等静压整体包套的成形。通过对包套的振动装粉，抽真空，密封等工艺完成热等静压的前处理，热等静压后包套可通过化学腐蚀去除，最后通过较小的机械加工去除加工余量，得到形状和组织结构满足使用要求的复杂型面。

实例：

1）根据复杂型面（1）形状制备出形状尺寸完全一致的蜡模；

2）在芯模上添加导管连接部位型芯（4），并在余量位置添加导电铜丝，并修复模具（2），如附图2；

3）对电铸芯模（2）涂抹导电粉末进行导电化，然后在室温下的清洗剂中浸泡除油，对芯模表面金属化有两种方法：化学镀和涂导电粉粉末。对于涂完导电粉末后，需要用水吸取表面上为黏着的粉末，然后进行浸泡除油；

4）把处理好的芯模（2）放入电解液中，直至需要成形的部位全没入电解液中；电解液的pH值调整为3～5，温度加热至20～50℃；

5）采用可控电源，置导电芯模于阴极，接通电源，控制电流密度在0.5～32A/dm²，并根据复杂型面（1）的形状选择合适方法对电解液进行搅拌，直至制成复合要求的复杂型面腔体，如图3所示；

6）采用加热方法去除蜡质芯模，得到最终的热等静压整体金属包套（3），如图4所示。

7）将含有导气管连接部位（5）的整体包套（3）通过连接阀与氦质谱检漏仪等设备直接相连进行检漏，确保成形整体包套的工艺完整性。

8）通过导气管连接部位（5）的通孔向包套内填充复杂型面的金属粉末，粉末的颗粒在100～200目之间，填充过程采用振动填充，以保证体粉末内部的相对致密度达到70%左右。

9）将已填充粉末的整体包套与高度真空泵相连，对包套内部粉末体进行抽真空处理。刚开始抽真空过程需要在室温下进行缓慢抽气，等真空度低于1×10^-1Pa，可对包套进行加热抽真空处理，这样以防止在加热条件下抽真空，粉末体直接被包套内的空气氧化。当真空度高于1×10^-2Pa的时候，对导气管进行密封，从而保证包套的封闭性与气密性。

Claims

1.一种复杂型面热等静压整体包套成形方法，其特征在于：所述的复杂型面热等静压整体包套成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1）根据复杂型面的形状制备出蜡质芯模；

2）在芯模余量位置添加导电铜丝，并修复模具；

3）对芯模需要电铸的部位涂抹导电粉末进行导电化，然后在室温下的清洗剂中浸泡除油；

6）采用加热方法去除蜡质芯模，得到最终的热等静压整体金属包套。

2.根据权利要求1所述的复杂型面热等静压整体包套成形方法，其特征在于：开始电铸时，电流密度较小；待表面完全沉积上电铸层后再用正常电流进行电铸。

3.根据权利要求1所述的复杂型面热等静压整体包套成形方法，其特征在于：在蜡质芯模上预加导气管，形成具有导气管连接部位的金属包套，以便进行后续的抽真空和密封等工艺。

4.根据权利要求1所述的复杂型面热等静压整体包套成形方法，其特征在于：所述的步骤4）中电解液主要成分为：氨基磺酸镍[Ni(NH₂SO₃)₂·4H₂O]250～450g/L，氯化镍(NiCl₂·7H₂O)5～30g/L，硼酸(H₃BO₃)30～40g/L。