CN103710733A

CN103710733A - 一种u型贯穿通道的加工方法

Info

Publication number: CN103710733A
Application number: CN201310730004.0A
Authority: CN
Inventors: 朱增伟; 任建华; 沈春健; 朱荻
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-04-09

Abstract

本发明公开一种U型贯穿通道的加工方法，应用于传统加工难以加工或加工成本过高的贯穿通道，其属于特种加工领域。通过机械加工的基体和电铸制造的覆盖层构造不同截面和尺寸的U形贯穿通道。先在基体上相应尺寸位置加工出与通道具有相同断面的沟槽，在沟槽内填充可去除的填充物，然后采用电铸技术在基体上电铸出一定厚度的金属覆盖层，最终经去除填充而构成贯穿通道。该发明可以一次性构造通道阵列，不受通道断面形状和走向路径以及通道排布方向和数量的限制。本发明还可用于电铸结构件上孔洞的直接电铸成形。

Description

一种U型贯穿通道的加工方法

技术领域

本发明涉及一种U型贯穿通道的加工方法，其属于特种加工领域。

背景技术

与传统机械加工方法相比，电铸具备以下优点：（1）具有极高的复制能力与重复精度；（2）可成形零件形状和尺寸范围广；（3）电铸零件的材料性能可控；（4）生产成本低。目前用电铸的方法制造液体火箭发动机推力室结构是最有效的工艺途径，而且电铸工艺技术被广泛应用于航空航天、汽车、电器制造等众多工业产品制造中。

U形通道结构广泛应用于航空航天、汽车发动机、制冷设备等的热交换结构中。其结构的主要制造方法主要依靠焊接、机械加工等方法成形。液氢液氧火箭发动机推力室身部采用U形冷却通道的圆周阵列结构。其内壁为肋条和沟槽相间的铣槽结构，外壁分别采用电铸一薄层铜和一厚层镍工艺成形，形成带有冷却通道的夹层结构，夹层内的通道中流有冷却剂，对推力室身部内壁进行冷却，防止内壁烧蚀。在推力室身部外壁电铸成形后，需借助机加工铣削、电火花等，加工出冷却通道的槽形进出口，形成U形贯穿通道结构。但是，电火花加工和传统机械加工效率低，加工周期长，生产成本高；而且，在推力室身部内壁电铸后，其基体上的沟槽和肋的结构特征被电铸覆盖层包裹，加之内壁在电铸过程中受沉积层内应力的影响会产生微小变形，预留的定位基准会有偏移，使孔槽的电铸后加工难以精准定位。

综上确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足，因此，本专利提出一种U型贯穿通道的加工方法，使通道进出口直接电铸成形，避免后续加工，可以有效提高生产效率和生产成本。

发明内容

本发明提供一种U型贯穿通道的加工方法，以解决异型复杂贯穿通道的加工难题，提高结构性能，为异型结构设计提供参考。

本发明采用如下技术方案：一种U型贯穿通道的加工方法，其包括如下步骤：

步骤一：工件电铸之前，在基体外表面机械加工或电火花加工出沟槽，所述沟槽与待加工出的U型贯穿通道的断面具有相同结构；

步骤二：在基体沟槽内预先填充可去除的填充物，填充物材料为低熔点合金或其它低熔点材料，或者为能溶解去除的非金属材料，或者为不溶性材料，填充方法为整体预成形或即时填充凝固，其中进出口位置采用与沟槽内填充整体预成形或两端凸起拼接成形的方式成形填充物；

步骤三：在镶嵌好填充物的基体外表电铸一层电铸覆盖层，所述填充物两端凸起露出电铸后的电铸覆盖层；

步骤四：电铸完成后，将填充物以加热融化或溶解或者拔出方式去除，形成U型贯穿通道。

所述步骤一中基体沟槽结构和材料能够通过电铸工艺制造，如金属铜、镍、合金、金属基复合材料。

所述步骤二中填充物的材料为低熔点合金或其它低熔点材料时，两端凸起采用拼接的方式或者采用溶解物或熔化物进行即时填充凝固的填充物，当填充方法为整体预成形时，利用注塑、铸造工艺，加工出具有合格形状尺寸的填充物，所述填充物的尺寸根据基体沟槽的尺寸决定，所述填充物的宽度尺寸与沟槽尺寸成间隙配合，最后用液态可溶材料密封侧壁。

所述在步骤三中，当步骤二中采用非金属材料作为填充物时，电铸前需要对填充后的沟槽表面进行导电化处理，导电化采用表面涂覆导电层的方法或者采用在填充物内混杂导电金属粉而提高填充物导电性的方法。

所述电铸结构件上直接电铸成形孔洞。

所述通道阵列一次性构造成型，进而避免通道断面形状尺寸和走向路径以及通道排布方向和数量的限制。

本发明具有如下有益效果：

（1）．本发明U型贯穿通道的加工方法，使通道进出口直接电铸成形，避免后续加工，可以有效提高生产效率和生产成本；

（2）．本发明能构造不同截面和尺寸的U形贯穿通道，可以一次性构造通道阵列，不受通道断面形状和走向路径以及通道排布方向和数量的限制；

（3）．本发明中的电铸和填充方法还可用于电铸结构件上孔洞的直接电铸成形，填充物溶解去除后可的得到成形的盲孔或通孔。

附图说明

图1 为基体沟槽结构示意图。

图2 为基体沟槽填充示意图。

图3 为电铸覆盖层加工成形后结构示意图。

图4 为去除填充物后形成的U形贯穿通道示意图。

图5 为回转体表面U形贯穿通道示意图。

图6 为电铸零件上直接电铸成形的孔洞示意图。

图7 为不同形状基体的通道阵列。

其中：

1-基体；2-沟槽；3-填充物；4-电铸覆盖层；5-电铸后形成的贯穿通道进出口；6-U型贯穿通道；7-电铸直接成形的盲孔；8-电铸直接成形的通孔；9-电铸直接成形的槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步说明。

请参照图1至图4所示，一种具有由沟槽构成通道的工件，由基体1、电铸覆盖层4组成。基体1一般是铜材，对基体1进行铣车加工，在外表面形成沟槽2或者其阵列的结构，使其断面与通道断面具有相同沟槽结构。沟槽2的宽度一般在2mm左右，整个基体1的厚度在8～10mm；电铸覆盖层4是在基体1上电铸加工出来的，利用电沉积形成金属沉积层，厚度一般在3～5mm。电铸覆盖层4材料为镍。

请参照图1至图3并结合图4至图5所示，本发明U型贯穿通道的加工方法，其包括有如下步骤：

步骤一：工件电铸之前，在基体1外表面机械加工或电火花加工出沟槽2，该沟槽2与通道断面具有相同结构，如图1所示。

步骤二：在电铸覆盖层之前，基体沟槽内预先填充可去除的填充物。进出口位置可以采用整体或两端凸起拼接的方式成形填充物，在拼接成形进出口时，也可以采用溶解物或熔化物进行即时填充凝固的方法。填充物3的材料可以为低熔点合金或其它低熔点材料，也可以为能溶解去除的非金属材料，也可以为不溶性材料，其中非金属可以是透明聚苯，材料热塑性好，可加工性较好，并且具有一定强度也可以是石蜡等，当填充物的材料为低熔点合金或其它低熔点材料时，两端凸起采用拼接的方式或者采用溶解物或熔化物进行即时填充凝固的填充物，当填充方法为整体预成形时，利用注塑、铸造工艺，加工出具有合格形状尺寸的填充物，填充物的尺寸根据基体沟槽的尺寸决定，填充物的宽度尺寸与沟槽尺寸成间隙配合，最后用液态可溶材料密封侧壁，其中低熔点材料或合金、可溶解材料均有可能采用整体预成型或即时填充；预成型填充物与沟槽的间隙大小视填充物种类和沟槽尺寸而定。

步骤三：在镶嵌好填充物3的基体1外表电铸一层电铸覆盖层4，确保填充物3两端凸起露出电铸后的电铸覆盖层4，如图2、图3所示。

步骤四：电铸完成后，将填充物3以加热融化或溶解或者拔出方式去除，形成U型贯穿通道6。

其中步骤三中用液态可溶填充物将槽底或加工孔与电铸液隔断，防止电铸液进入槽或孔内，使槽内沉积金属而改变槽或孔的尺寸。当用非金属材料作为填充物时，电铸前需要对填充后的沟槽表面进行导电化处理，导电化可以采用表面涂覆导电层的方法，也可以采用在填充物内混杂导电金属粉而提高填充物导电性的方法。

请参照图6所示，对于电铸结构件上孔洞的直接电铸成形，要加工相应孔洞形状尺寸的填充物，也采用上述相同的工艺步骤加工。

请参照图7所示，本发明U型贯穿通道的加工方法可以一次性构造通道阵列，不受通道断面形状尺寸和走向路径以及通道排布方向和数量的限制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种U型贯穿通道的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：工件电铸之前，在基体（1）外表面机械加工或电火花加工出沟槽（2），所述沟槽（2）与待加工出的U型贯穿通道的断面具有相同结构；

步骤三：在镶嵌好填充物（3）的基体（1）外表电铸一层电铸覆盖层（4），所述填充物（3）两端凸起露出电铸后的电铸覆盖层（4）；

步骤四：电铸完成后，将填充物（3）以加热融化或溶解或者拔出方式去除，形成U型贯穿通道（6）。

2.如权利要求1所述的U型贯穿通道的加工方法，其特征在于：所述步骤一中基体沟槽结构和材料能够通过电铸工艺制造，如金属铜、镍、合金、金属基复合材料。

3.如权利要求1所述的U型贯穿通道的加工方法，其特征在于：所述当步骤二中填充物（3）的材料为低熔点合金或其它低熔点材料时，两端凸起采用拼接的方式或者采用溶解物或熔化物进行即时填充凝固的填充物，当填充方法为整体预成形时，利用注塑、铸造工艺，加工出具有合格形状尺寸的填充物（3），所述填充物的尺寸根据基体沟槽（2）的尺寸决定，所述填充物（3）的宽度尺寸与沟槽（2）尺寸成间隙配合，最后用液态可溶材料密封侧壁。

4.如权利要求3所述的U型贯穿通道的加工方法，其特征在于：所述在步骤三中，当步骤二中采用非金属材料作为填充物时，电铸前需要对填充后的沟槽表面进行导电化处理，导电化采用表面涂覆导电层的方法或者采用在填充物内混杂导电金属粉而提高填充物导电性的方法。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的U型贯穿通道的加工方法，其特征在于：所述电铸结构件上直接电铸成形孔洞。

6.如权利要求1-4中任意一项所述的U型贯穿通道的加工方法，其特征在于：所述通道阵列一次性构造成型，进而避免通道断面形状尺寸和走向路径以及通道排布方向和数量的限制。